量子阱激光器的结构

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1、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：木文介绍丫虽了阱的菽木概念，分别吋论了方势阱呈了阱、阶梯型呈了阱、渐变虽了阱、多fi•了•阱及应变虽子阱等几种常川的量了阱的结构及其特点，并在此菽础之上，分析W•论丫fi了阱半导体激光器的结构及特点。关键词：半导体激光器；量了•阱；结构；特点Abstract:Thispaperintroducesthebasicconceptofquantumwell.Discussedpartypotentialtrapquantumw

2、ell，laddertypequantumwell，gradualchangequantumwell，manyquantumwellandstrainquantumwellsomecommonlyusedsuchasquantumwellstructureandcharacteristics.Basedonthis，itanalysisesaboutthequantumwellsemiconductorlaserstructureandthecharacteristic.Keywords:semi

3、conductorlasers;quantumwell;structure;characteristics1引言1962年6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Y单异质结激光器，实现了在室温下脉冲工作。1970年，W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+阱结构源于60年代末期W尔实验室的江崎(Esaki)和朱肇祥提出超薄层晶体的量子尺、效应。当超薄有源层材料后小于电子的

4、德布罗意波长吋，有源区就变成了势阱区，两侧的宽带系材料成为势垒区，电+和空穴沿垂直阱壁方A的运动出现量+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，发展起來了应变量子阱结构。0前，量子阱已成为人们公认的半导体激光器发展的根木动力。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。当谐振波长的冇效増益值满足条件，就能够形成激光震荡111。量+阱激光器能够得到扩大震荡波长区域、降低震荡阈值电

5、流、扩大调制带宽、降低噪声、增高频谱纯度等显著的成果。QW激光器需耍高水T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。2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、具奋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了阱）的限制，导致载流了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屮，如果势垒层足够厚，以致相邻势阱之

6、间载流子渡函数之问耦合很小，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M很薄，相邻阱之间的耦合很强，原来在各量了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屮，电子和空穴的态密度与能量的关系为台阶形状。而不是象三维体材料那样的抛物线形状［'对于量

7、子阱非线性光学的研究集中于两个方面，一个是价带到导带跃迁;另一•种是价带或导带内了带间跃迁。如图所示，这两种跃迁均可以通过改变组分、外场等来实现跃迁波长的协调。图2-1半导体量子阱带间和子带间跃迁示意图3几种常用的量子阱结构及其特点把量子阱作为有源层就能实现量子阱激光器，它的特性与通常的DH激光器有所不同。仅简单的把DH激光器的宥源M做薄，并做成SQW或MQW结构，由于与光波长相比QW层厚度较薄的缘故，光波限制减弱，对波导光的有限堉益变小，所以不能实现高性能的激光器。另外，由于MQW结构具有许多异

8、质结面，不容易获得较高的载流子注入效率；由于QW的厚度薄，产生注入载流子泄露，降低了宥效地载流了•注入效率。为了解决这些问题。用图所示的各种改良结构，來实现量子阱激光器。在限制载流子的QW有源层外侧，设置光波限制用的折射率结构。这是一种分类限制异质结结构及其变形［3］。3.1方势阱量子阱最基本的半导体异质结量子结构是方势阱结构，即半导体极薄层被带隙人的半导体M夹住的结构该结构如图所示，把薄膜区称为阱，夹着阱的M称为势垒。方量子阱分为对称方量子阱、不对称方量子阱。通常人们研究的量子阱