量子阱激光器的结构.doc

量子阱半导体激光器的结构物理与电子工程学院物理学(师范)专业2008级摘要:本文介绍了量子阱的基本概念,分别讨论了方势阱量子阱、阶梯型量子阱、渐变量子阱、多量子阱及应变量子阱等几种常用的量子阱的结构及其特点,并在此基础之上,分析讨论了量子阱半导体激光器的结构及特点。关键词:半导体激光器;量子阱;结构;特点Abstract:,laddertypequantumwell,gradualchangequantumwell,,:semiconductorlasers;quantumwell;structure;characteristics引言1962年后期,美国研制成功GaAs同质结半导体激光器。1967年人们使用液相外延的方法制成了单异质结激光器,实现了在室温下脉冲工作。1970年,贝尔实验室有一举实现了双异质结构的在室温下连续工作的半导体激光器。80年代,量子阱结构的出现使半导体激光器出现了大的飞跃。量子阱结构源于60年代末期贝尔实验室的江崎(Esaki)和朱肇祥提出超薄层晶体的量子尺寸效应。当超薄有源层材料后小于电子的德布罗意波长时,有源区就变成了势阱区,两侧的宽带系材料成为势垒区,电子和空穴沿垂直阱壁方向的运动出现量子化特点。从而使半导体能带出现了与块状半导体完全不同的形状与结构。在此基础上,根据需要,通过改变超薄层的应变量使能带结构发生变化,发展起来了应变量子阱结构。目前,量子阱已成为人们公认的半导体激光器发展的根本动力。为了实现产生相干光的振荡器,半导体激光器也必须在光放大器上加上反馈,产生谐振。当谐振波长的有效增益值满足条件,就能够形成激光震荡[1]。量子阱激光器能够得到扩大震荡波长区域、降低震荡阈值电流、扩大调制带宽、降低噪声、增高频谱纯度等显著的成果。QW激光器需要高水平的设计与制作技术,是一种尖端的光电子器件,已经由许多商品供应了。可以期待作为重要的半导体激光器今后会取得更进一步的发展。量子阱的概念量子阱是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。量子肼的最基本特征是,由于量子阱宽度(只有当阱宽尺度足够小时才能形成量子阱)的限制,导致载流子波函数在一维方向上的局域化。在由2种不同半导体材料薄层交替生长形成的多层结构中,如果势垒层足够厚,以致相邻势阱之间载流子渡函数之间耦合很小,则多层结构将形成许多分离的量子阱,称为多量子阱[2]。如果势垒层很薄,相邻阱之间的耦合很强,原来在各量子阱中分立的能级将扩展成能带(微带),能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及势垒的厚度有关,这样的多层结构称为超晶格。具有超晶格特点的结构有时称为耦合的多量子阱。量子肼中的电子态、声子态和其他元激发过程以及它们之间的相互作用,与三维体状材料中的情况有很大差别。在具有二维自由度的量子阱中,电子和空穴的态密度与能量的关系