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量子阱激光器
閱讀�14200�(shí)間:2011-02-27 20:11:07

  量子�激光器,是一種利用量子約束在其有源層中形成量子能級,使能級之間的電子躍遷支配其受激輻射�半導(dǎo)體激光器。量子阱激光器具有良好的小信號(hào)�(diào)制頻率響�(yīng),能作為高�光通信光源采用直接�(diào)制方式�(jìn)行信�(hào)傳輸。目�,量子阱激光器有兩種類型:量子線激光器和量子點(diǎn)激光器�

概述

  一般半�(dǎo)體激光器有源層厚度約�0.1�0.3μm,當(dāng)有源層厚度減薄到玻爾半徑或德布羅意波長數(shù)量級�(shí),就出現(xiàn)量子尺寸效應(yīng),這時(shí)載流子被限制在有源層�(gòu)成的勢阱�(nèi),該勢阱稱為量子阱,這導(dǎo)致了自由載流子特性發(fā)生重大變�。量子阱激光器比起其他半導(dǎo)體激光器具有更低的閾�,更高的量子效率,極好的溫度特性和極窄的線寬。量子阱激光器的研制始�1978�,已制出了從可見光到中紅外的各種量子阱激光器�

多量子阱(MQW) DFB激光器

多量子阱(MQW) DFB激光器

特點(diǎn)

  同常�(guī)的激光器相比,量子阱激光器具有以下特點(diǎn)�

  1.在量子阱�,態(tài)密度呈階梯狀分布,量子阱中首先是E1c和E1v之間電子和空穴參與的�(fù)�,所�(chǎn)生的光子能量hv=E1c-E1v>Eg,即光子能量大于材料的禁帶寬�。相�(yīng)地,其發(fā)射波長凡小于幾所對應(yīng)的波長九,即出現(xiàn)了波長藍(lán)��

  2.在量子阱激光器�,輻射復(fù)合主要發(fā)生在E1c和E1v之間。這是兩�(gè)能級之間的電子和空穴參與的復(fù)合,不同于導(dǎo)帶底附近的電子和�(jià)帶頂附近的空穴參與的輻射�(fù)�,因而量子阱激光器光譜的線寬明顯地變窄��

  3.在量子阱激光器�,由于勢阱寬度Lx通常小于電子和空穴的�(kuò)散長度Le和Ln,電子和空穴還未來得及擴(kuò)散就被勢壘限制在勢阱之中,產(chǎn)生很高的注入效率,易于實(shí)�(xiàn)粒子�(shù)反轉(zhuǎn),其增益大大提高,甚至可高達(dá)兩�(gè)�(shù)量級�

  4.量子阱使激光器的溫度穩(wěn)定條件大為改�,AlGaInAs量子阱激光器的特征溫度馬可達(dá)150K,甚至更�。因�,這在光纖通信等應(yīng)用中至關(guān)重要�

類型

  1.量子線激光器

  世界上只量子線激光器樣品是由美國Bellcore公司研制�。這種新型激光器所需電流,只有目前用于CD唱機(jī)上的普通二極管激光器的十萬分之一。量子線激光器是通過其“心臟”部分的一�(gè)極小的線狀的芯而將電轉(zhuǎn)化為光的,由于它的工作電流將比以前的激光器小得�,故在未來的信息處理裝置中將是非常有用的。量子線激光器所需激活電流極低,能夠在電路之間起到微型光通訊系統(tǒng)的作��

量子阱量子點(diǎn)量子線示意圖

  2.量子�(diǎn)激光器

  量子�(diǎn)激光器的性能與量子階激光器或量子線激光器相比,具有更低的閾值電流密度、更高的特征溫度和更高的增益等優(yōu)越特�。這主要由于在量子�(diǎn)材料(又稱零維材料)�,載流子在三�(gè)�(yùn)�(dòng)方向上受到限�,載流于�(tài)密度與能量關(guān)系為6函數(shù),因而具有許多獨(dú)特的物理性質(zhì),如量子效應(yīng)、量子隧�、非線性光�(xué)�,極大地改善了材料的性能。因�,不但在基礎(chǔ)物理研究方面意義重大,而且在新型量子器件等方面顯示出廣闊的�(yīng)用前��

  目前,量子點(diǎn)材料�(jié)�(gòu)及其�(yīng)用為國際上最前沿的研究領(lǐng)域之一,仍處于探索階段。上世紀(jì)90年代�,利用MBE和MOCVD技�(shù),通過 Stranski—Krastanow(S—K)模式生長 In(Ga)As/GaAs 自組裝量子點(diǎn)等量子點(diǎn)半導(dǎo)體材料有了突破性的�(jìn)�,生長出品格較完�,尺寸較均勻,且密度和發(fā)射率較高的InAs量子�(diǎn),并�1994年制備出近紅外波� InGaAs/GaAs量子�(diǎn)激光器。目前國際上已有一些實(shí)�(yàn)室制備了In(Gs)As/GnAs量子�(diǎn)激光器�

�(fā)�

  為了�(jìn)一步改善量子阱激光器的性能,人們又在量子阱中引入應(yīng)變和�(bǔ)償應(yīng)�,出�(xiàn)了應(yīng)變量子阱激光器和補(bǔ)償應(yīng)變量子阱激光器。應(yīng)變的引入減小了空穴的有限�(zhì)�,�(jìn)一步減小了�(jià)帶間的躍遷,從而使量子阱激光器的閾值電流大為降�,量子效率和振蕩頻率大大提高,并且由于價(jià)帶間躍遷的減小和俄歇�(fù)合的降低而�(jìn)一步改善了溫度特�,實(shí)�(xiàn)了激光器無致冷工�。在阱和壘中分別引入不同�(yīng)變(張應(yīng)�/壓應(yīng)變)�(shí)�(xiàn)�(yīng)變補(bǔ)�,不僅能改善材料�(zhì)量,從而提高激光器的壽�,而且可利用壓�(yīng)變對�(yīng)于TE模式、張�(yīng)變主要對�(yīng)于TM模式的特�,制作與偏振無關(guān)的半�(dǎo)體激光放大器。基于MOCVD外延技�(shù)的量子阱器件的發(fā)展粗略可分為下面幾�(gè)階段:體材料激光器→普通量子阱激光器→應(yīng)變和�(bǔ)償應(yīng)變量子阱激光器→與偏振無關(guān)半導(dǎo)體激光放大器→光子及光電器件的集��

非制冷量子阱DFB激光器

非制冷量子阱DFB激光器

  量子阱結(jié)�(gòu)對載流子還只是一維限�,量子線和量子點(diǎn)具有更的量子化特�(diǎn)。事�(shí)上,量子線激光器和量子點(diǎn)激光器均已問世,對它們的研究必將為半�(dǎo)體光電學(xué)帶來許多更新、更好的特�,也為光電子集成開拓更美好的前景�

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