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第七章半导体量子阱激光器教材

(5)由于价带的轻重空穴带量子化能级分离,因此具有 TE,TM模式的选择控制性能;
(6)微分增益系数高,能再更高的调制速率下工作,动态工 作特性好。
(2)注入载流子能提供更高温度性好;
(3)注入载流子大部分用来克服内部损耗,只要较小的注入 载流子就能有高的效率,产生更大的功率,适于制作大功率激 光器阵列;
(4)在量子阱激光器中,增益变化只引起较小的折射率改变 ,所以光谱线较窄,频率啁啾小。
• 更为重要的是,施主杂质在离界面一定距离以外的 AlGaAs 一侧,而电子被转移到窄能隙的GaAs 侧界面势阱内, 远离产生它的电离施主,使它们感受到的库仑散射作用大大 减弱,极大地提高了二维电子气在低温下的迁移率。
这意味着GaAs/AlGaAs异质结已将杂质、缺陷等对二维 电子系统的“干扰”降低到最低限度,这才使电子间的多 体相互作用显得更为重要起来。
ρ (E)
ρ (E)
ρ (E)
E
E
E
态密度分布(量子阱、量子线、量子点)
(2)量子级联激光器从电子跃迁的方式上可分为 斜跃迁和垂直跃迁两种 。
斜跃迁量子阱级联激光器能 带结构示意图及P-I特性
垂直跃迁量子阱级联激 光器部分导带图
量子阱激光器的突出优点:
(1)改变量子阱的厚度可以在相当宽的范围内改变激射波长 ;
因此,从某种意义上说,性质优异的异质结结构为整数量 子Hall效应和分数量子Hall效应的发现提供了必要条件。
迄今为止, GaAs/AlGaAs调制掺杂异质结能获得的电子 迁移率已高达1×107cm2/ V·s 。
7.5.1 新型的量子阱激光器
(1)低维超晶格——量子线、量子点激光器: 量子阱结构中,电子只受到一维的限制,在结平面内仍
为什么说GaAs/AlGaAs 异质结是最接近理想的二维 电子系统?
• 由于GaAs/ AlGaAs 是晶体匹配的材料体系。利用现代 分子束外延生长技术几乎可以获得原子级平整的界面,大大 减少了界面缺陷和界面粗糙度对输运性质的影响。
• 超高真空下分子束外延生长保证了GaAs、AlGaAs本征材 料的纯度可达到1013cm-3的水平。
维持二维的自由运动。如果对电子进行二维或三维的限制, 就得到一维量子线和零维量子点结构。
(2)量子级联激光器(Quantum Cascade Laser): 由数组量子阱结构串联在一起构成的新型量子阱激光器。
(1)低维超晶格——量子线、量子点激光器
这种更窄的态密度分布带来更高的微分增益,将使得 半导体激光器的特性进一步提高,如阈值电流降低, 光谱线宽、调制速率、温度特性等可以进一步改善。
超晶格多量子阱能带结构示意图
多量子阱和超晶格的本质差别在于势垒的宽度:当势垒 很宽时电子不能从一个量子阱隧穿到相邻的量子阱,即 量子阱之间没有相互耦合,此为多量子阱的情况;当势 垒足够薄使得电子能从一个量子阱隧穿到相邻的量子阱, 即量子阱相互耦合,此为超晶格的情况。
EcA
E2
EgA EgB EcB
E1
EvB EvA
多量子阱能带图
∆Ec ∆Ev
E2 E1
超晶格能带图
超晶格分类
(1)组分调制超晶格 (2)掺杂调制超晶格 (3)应变超晶格 (4)多维超晶格
超晶格能带结构来源于两种材料禁带的变化,存在内界面。
(1)组分调制超晶格
在超晶格结构中,如果超晶格的重复单元是由不同半导 体材料的薄膜堆垛而成,则称为组分超晶格。在组分超晶格 中,由于构成超晶格的材料具有不同的禁带宽度,在异质界 面处将发生能带的不连续。
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