有关双异质结激光器与量子阱激光器的基础报告
光电子行业调查报告
光电子行业调查报告
20世纪微电子技术的发展，伴随着计算机技术、数字技术、多媒体技术以及网络技术等的出现，使社会进人了信息化时代。光电子技术是继微电子技术之后30多年来迅猛发展起来的综合性高新技术，以其强大的生命力推动着光电子(光子)技术与产业的发展，随着代后期半导体激光器和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术和电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。至今光电子(光子)技术的应用已涉及科技、经济、军事和社会发展的各个领域，光电子产业必将成为本世纪的支柱产业之一。光电子技术产业发展水平既是一个国家的科技实力的体现，更是一个国家综合实力的体现。
光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电子信号的材料。光电子器件是指能实现光辐射能量与信号之间转换功能或光电信号传输、处理和存储等功能的器件。光电子材料是随着光电子技术的兴起而发展起来的，光子运动速度高，容量大，不受电磁干扰，无电阻热。
光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发展。光电集成将是本世纪光电子技术发展的一个重要方向。光电子材料是发展光电信息技术的先导和基础，材料尺度逐步低维化——由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方向发展，材料系统由均质到非均质、工作特性由线性向非线性，由平衡态向非平衡态发展是其最明显的特征。
1、光电子材料按其功能，一般可分为以下7类：
(l)发光(包括激光)材料;
(2)光电显示材料;
(3)光存储材料;
(4)光电探测器材料;
(5)光学功能材料;
(6)光电转换材料;
半导体泵浦激光器原理
半导体泵浦激光器原理
半导体泵浦激光器是一种特殊的半导体激光器。相对于其他激光器，
它的优势在于尺寸小、功率高和效率高，因此被广泛应用于光通信、
医疗、生物科技和材料加工等领域。
半导体泵浦激光器的工作原理是通过电流注入半导体材料（通常是双
异质结或量子阱结构），使得电子和空穴在材料中复合并释放出光子。这些光子被镜子反射，反复在腔体中反射，从而产生聚集和增强的光。
相比于其他激光器，半导体泵浦激光器的优势在于其工作时不需要高
能输入激光器，因此可以实现高效率转化电能为光能。此外，由于其
结构较小，积累的热量比其他激光器少，因此可以实现更小的散热系
统和更高的功率密度。
然而，半导体泵浦激光器也存在一些问题，其中最主要是光子漫反射
导致的散射损耗和上行波的影响。为了解决这些问题，研究人员正在
努力改进半导体材料和腔体结构，以增加激光的强度和时间，从而实
现更高效的反射和收集。
将来，随着我们对半导体泵浦激光器的理解和知识的深入，其应用领
域可能会得到更广泛的扩展。我们期望，随着时间的推移，人们可以
创造出更高性能、更稳定的半导体泵浦激光器，从而推动发展更广泛的应用场景。
量量子阱 精品
西南交通大学
固体物理课程技术报告
量子阱半导体激光器的介绍及应用
年级: 2009级
学号: 09041124
姓名: 李慧
专业: 通信与信息系统
老师: 潘炜教授
摘要：本文从光子技术的发展入手，首先了介绍了半导体激光器的研究现状及前景，并阐述什么是半导体激光器和量子阱。讲述了半导体激光器的工作原理及优缺点，以及量子阱在半导体中应用——量子阱半导体激光器。
关键词：半导体激光器，量子阱，InGaAs
一、引言
随着光子技术的发展,光子器件及其集成技术的应用领域及前景越来越广阔。在要求极高数据处理速率的一些应用领域,光子器件正逐步取代电子器件得到有效的应用。可以预见,不久的将来光子器件及光子集成线路的重要性不亚于集成电路在当今的地位及作用。近几年来, 半导体激光器, 特别是量子阱激光器和量子点激光器发展迅猛，为了得到阈值电流低、量子效率高、室温工作、短波长、长寿命和光束质量好等高性能的半导体激光器, 研究人员致力于寻找新工作原理、新材料、新结构以及各种新的技术[1]。半导体激光器(LD) 特别是量子阱半导体激光器(QWLD) 是光通信和光互连中重要的光源[3]。
为了获得更高的功率，方法之一就是使用宽波导结构，与传统的窄波导结构相比，宽波导结构有很多优势。宽波导结构可以增加横摸宽度，从而导致在一个大的范围内光强有效分布，减少了端面强度，因此输出功率更大[2]。
半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。超宽带激光器可在6-8微米红外波长范围产生1.3瓦的峰值能量。未来，我们可以根据诸如光纤应用等具体应用的特定需求量身定制激光器。
光电器件中的双异质结及其性能研究
光电器件中的双异质结及其性能研究
光电器件是一种半导体器件，它将光能转换为电能、电信号或能量的器件。双
异质结则是其中一种常见的器件结构。在光电器件中，双异质结的学术研究已经相当成熟，并且被广泛应用于太阳能电池、光电检测器和激光器等设备中。本文将探讨双异质结在光电器件中的性能研究，以及对该领域未来的展望。
一、双异质结结构及其原理
双异质结是一种由三层不同材料构成的器件结构，其中夹层由两种宽度不同的
半导体材料组成，所以双异质结也被称为“量子阱”结构。其材料常用的包括三元合金和四元合金材料，如AlxGa1−xAs和InGaAsP等。这种结构的特点是能量势垒突变，能带结构呈现出态密度的量子化，因此具有较好的性能。
在双异质结中，带隙能量宽度较小，可以使电子和空穴束缚在一起，从而形成
共同的能级。这种束缚的能级，可以被形象地描述为一个“量子阱”的概念。当硅化处理器件时，硅原子可以替代氮原子，使蓝色光出现。由于这个“量子阱”的能量与晶体势能的差值相对较小，因此可以随着入射光子能量的改变而实现光发射和吸收。
二、双异质结在光电器件中的应用
1. 太阳能电池
在太阳能电池中，通过双异质结可以使束缚电子和空穴种类形成载流子，从而
增大光生电流。所以，使用三元合金AlxGayIn1−x−yAs双异质结母材的光电池，
其转换效率可能会提高至约33%。
2. 光电检测器
光电检测器是电子设备中的一种，用于将入射光信号转化为电信号。在这种器
件中，当光束传播到光电探测元件中时，会在该元件中产生电信号，该信号可以被
用作测量和控制光功率的信号。在光电检测器中，双异质结具有更好的耐辐射性能，可以实现高速响应和低暗电流密度特性。
微通道散热技术
导体激光器散热技术研究及进展
程东明，杜艳丽，马凤英，段智勇，郭茂田
(郑州大学物理工程学院电子科学与技术系，郑州450052)
1 引言
近年来，大功率半导体激光器行到迅速发展。半导体激光器在各种占空比下，峰值功率越来越高，连续工作时功率越来越大。为了得到更大的功率，人们逐渐发展和研究列阵和有更高功率的叠阵。但是，随着半导体激光器列阵及叠阵功率的增加，导体激光器在各种占空比下，峰值功率越来越高，连续工作时功率越来越大。为了得到更大的功率，人们逐渐发展和研究列阵和有更高功率的叠阵。但是，随着半导体激光器列阵及叠阵功率的增加，器件的散热也变得更加困难起来[1]。实验结果表明，半导体激光器的阈值电流密度、输出光功率、微分量子效率、激光器光谱与温度有密切的关系[2]。所以，研究半导体激光器的散热问题是一项非常有意义的工作。
2 研究半导体激光器散热的重要性
2．1 温度与阈值电流密度的关系
量子阱激光器与温度的关系主要是由于增益系数和漏电流与温度的关系引起的。(折射率阶跃、端面反射率、自由载流子吸收损耗、散射损耗和耦合损耗随温度变化的影响忽略不计。)各种温度下的阈值电流与温度变化的关系如图1。
拟合后的关系曲线满足的关系式为：
Ith(T)=171．55+143．exp(T/93．20)
半导体激光器的阈值电流密度与温度的关系表达式：
其中，Jth(T)表示室温下的阈值电流密度，是一个常数，不同的激光器具有不同的值。T0是特征温度，表示阈值电流对温度敏感程度。由上式可以看出，T0越大，表明激光器对温度的敏感性越小。若能使T0→∞，则半导体激光器的，Jth不随温度变化。与双异质结激光器相比，量子阱激光器具有较高的T0值，这是因为此二维系统中的准费米能量对温度的依赖性弱于体材料，态密度的台阶状分布及量子阱区的电子和声子分布的微扰作用。
半导体激光器参数温度依赖关系
半导体激光器参数温度依赖关系
摘要
本文主要对半导体激光器的阈值电流、外微分量子效率、输出光功率、模谱等主要参数与温度间关系进行分析，探究半导体激光器主要参数受温度影响的情况。从阈值电流与温度的关系式中，发现阈值电流与温度有明显的相关性，实验中测量出不同温度下的P-I特性，证明了这个结论。随后对外微分量子效率进行探究，发现其与P-I曲线的斜率大小相同。最后测量了三组温度下激光器的模谱，分析了温度与模谱之间的关系。通过对这三个部分的研究，为半导体激光器在不同温度场景的应用奠定理论模型基础。
关键词：阈值电流，外微分量子效率，输出光功率，模谱，温度
Relationship between the semiconductor laser parameters and the temperature
Abstract
This paper focuses on the relationship between the semiconductor laser threshold current ，external differential quantum efficiency, output power, mode spectrumand temperature were analyzed，Explore the relationship between the temperature of the semiconductor laser parameters.
From the threshold current versus temperature formula, We found that the threshold current with temperature significantly correlated，Experimental measurements of the P-I characteristics at different temperatures and this conclusion is proved. Then explore the external
激光技术的发展情况和资料特点介绍以及应用概述
激光技术的发展情况和资料特点介绍以及应用概述
激光技术最早于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光被广泛应用是因为它具有单色性好、方向性强、亮度高等特性。激光技术的原理是：当光或电流的能量撞击某些晶体或原子等易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的“连锁反应”，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光。
这种光就叫做激光。激光几乎是一种单色光波，频率范围极窄，又可在一个狭小的方向内集中高能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。激光因为拥有这种特性，所以拥有广泛的应用。
激光技术的核心是激光器，世界上第一台激光器是1960年由T.H.梅曼等人制成的第红宝石激光器，激光器的种类很多，可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。但各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。
半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器。在1962年7月美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）与其他研究人员一道研制出世界上第一台半导体激光器。
双异质结
最早的 条形激 光器是 采取电 极条形 或质子 轰击条 形。
增 益 波 导
注：在侧向的光学限制为所谓“增益波导”。实质上，它只是限制电流流经的通道，这种限制不可避免地 存在注入电流的侧向扩展和注入载流子的侧向扩散。增益波导对光场的侧向渗透实际上没有限制作用，其 所谓光波导作用只是相对于损耗而出现光的净增益区域。
1980年11月由中科院技术科学部对激光器进行科技成果鉴定,器件性能 为:激射波长:8200-8800nm,半宽小于15A.阈值电流:50-150mA,输出功 率2-30mW，好的可达70mW.室温下连续工作的寿命实测超过18000h。在 50℃,70℃及80~C对激光器进行升温加速老化,结果表明:室温下平均寿 命可达80000h。还研究了激光器与光纤的耦合技术,耦合效率可达70— 90％.
把电流注入限定在宽度 很窄的条状区域内，同 时把光波也限制在横方 向上传播，就能够除去 这个缺点。最简单的方 法是采用只在条形区域 上电极与晶体进行电接 触的结构，只在宽几微 米的区域注入电流。
在DHL中，为了 降低工作电流，减小 温升，以利于在室温 下连续运转，其异质 结(作用区)通常做成 条形结构。由于双异 质结阈值低，同时又 采用了条形结构，器 件温升很低，在一定 条件下可实现室温连 续工作。
沟道衬底平面(CSP)条形激光器
脊形波 导 (RW) 条形激 光器
依照在横向利用有源层 与两边限制层折射率之 差所形成的强的光波导 效应，在侧向也设计了 类似的折射率波导。折 射率波导激光器充分体 现了条形结构的优越性， 已成为半导体激光器的 基本结构形式。
量子阱激光器的阈值电流与腔长关系
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ：ｔ ｅ ｈｏ ｄ ｃ ｒ ｅ ；ｉ ｔ ｒ ｌ ｌ ｓ ； ｔ ｅ ｈ ｌ ａ ｎ ｄ ｈｒ ｓ ｌ ｕ ｒ ｎｔ ｎ ｅ ｎａ ｏ ｓ ｈｒ ｓ ｏ ｄ ｇ ｉ
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ＤＵ Ａ Ｎ ａ ｉ ＣＵ ＩＢｉｅ Ｗ Ａ Ｎ Ｇ ｉ ｎ ＳＨ ＥＮ ｕａ ｇ Ｔｉ ｎｌ ｆ ｎｇ Ｚｈ ｑｕ Ｇ ｎ ｄｉ （ ｔｅｅｔｏ ｉ ｃ ｎ ｌｇ ｂｒ ｔｒ Ｏｐ ｏｌｃｒ ｎｃＴｅｈ ｏｏ ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏｙ，Ｂｅｊｎ ｉｅ ｓｔ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ｉｉｇ Ｕｎ ｖ ｒｉ ｏ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ，Ｂｅｊｎ ｙ ｉｉｇ，１ ０ ２ ０ ２，ＣＨ Ｎ ） ０
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ＥＥＡＣＣ ： ６ ８ Ｇ ； ７ ８ Ｅ ７ ０ ２ ０
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Ｌ
丘
实
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量 子 阱半 导 体 激 光器 以其 体 积 小 、 种 波长 可 多 选 择 、 电转换 效 率 高 等 优点 在 当今 社会 具 有 十分 光
广 泛 的应 用前 景［２。 １３ 量子 阱激光 器不 同于一 般 的双 － 异 质 结激光 器 ， 有很 多特殊 的性质 。 中主要 分析 它 文 了激光 器 的 阈值 电流 随腔长保 持 恒定 的 原 因 。
第10课第七章半导体异质结激光器
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1exp[(E'Fc)/kT]
22 2
1exp[(F vE)/kT]
p7.11014cm 3
(7.28)
这些空穴可以漏进N型无源区。
第10课第七章半导体异质结激光器
7.5.3 异质结的光限制作用
来自百度文库
θc = arc sin(n1/n2) θc = arc sin(n3/n2)
光子被全反射
有：n2>n1; n2>n3
光波导---又称光子限定
m=0）的方式工作。
第10课第七章半导体异质结激光器
n (x ) 3 .5 9 0 0 .7 1 0 x 0 .0 9 1 x 2
第10课第七章半导体异质结激光器
7.5.4 布拉格反射作用
29-pairAlN/GaNDBR
第10课第七章半导体异质结激光器
半导体激光器的工作原理及应用
半导体激光器的⼯作原理及应⽤
⽬录
0 前⾔ (2)
1 半导体激光器的⼯作原理 (2)
1.1 激光产⽣原理 (2)
1.2 半导体激光器的⼯作特性 (3)
2 同质结和异质结激光器 (3)
2.1 半导体激光器的发展历史 (3)
2.2 异质结激光器的⼯作过程 (5)
3 半导体激光器的应⽤ (7)
4 ⼤功率激光器的最新进展 (9)
5 结论 (10)
参考⽂献 (11)
1
半导体激光器的⼯作原理及应⽤
摘要：半导体激光器产⽣激光的机理，即必须建⽴特定激光能态间的粒⼦数反转，并有合适的光学谐振腔。由于半导体材料物质结构的特异性和其中电⼦运动的特殊性，⼀⽅⾯产⽣激光的具体过程有许多特殊之处，另⼀⽅⾯所产⽣的激光光束也有独特的优势，使其在社会各⽅⾯⼴泛应⽤。从同质结到异质结，从信息型到功率型，激光的优越性也愈发明显，光谱范围宽，相⼲性增强，是半导体激光器开启了激光应⽤发展的新纪元。
关键词：受激辐射；光场；同质结；异质结；⼤功率半导体激光器
The working principle of semiconductor lasers and applications ABSTRACT: The machanism of lasing by semiconductor laser,which requires set up specially designated reverse of beam of particles among energy stages,and appropriate optical syntonic coelenteronAs the specificity of structure from semiconductor and moving electrons.something interesting happens.On the one hand,the specific process in producing lase,on the other hand,the beam of light has unique advantages。As the reasons above,we can easily found it all quartersof the society.From homojunction to heterojunction,from informatics to power,the advantages of laser are in evidence,the wide spectrum,the semiconductor open the epoch in the process of laser.
8.异质结
模 型
发射－复合模型：热发射的电子和空穴通过界面态进行复合 隧道模型：隧道效应 隧道－复合模型：考虑了复合作用
2.突变同型异质结的电流输运结构
① 表面能级密度在1013cm-2Biblioteka Baidu下，有扩散模型、发射模型、隧道模型， 其结果与反型异质结类似。 ② 表面能级密度在1013cm-2以上，提出双肖特基二极管模型。
光学与电子信息学院zhanggzhusteducn半导体中载流子的统计分布半导体表面与mis结构本章内容提要半导体超晶格异质结概念1951汽相外延生长技术的发展1960制造成功工艺技术困难异质结莱塞二极管报告1969之后得到广泛应用led等比同质结性能优越难点在哪里
半导体物理学
姜胜林
华中科技大学电子系西七楼309室 Tel: 87542693 Email: jsl@hust.edu.cn 2009年
1.突变反型异质结能带图（不考虑界面态）
导带底突变：ΔEc = χ1 − χ 2 价带顶突变：ΔE v = ( E g 2 − E g1 )－（χ1－χ 2） ΔEc + ΔEv = E g 2 − E g1
异质结 EF不一致 载流子相对运动 介电常数不同 形成空间电荷区 内建电场在交 界面处不连续 D1 D2 能带弯曲， 不连续
1 2 3 4 5 6 7 8 9
半导体中的电子状态 半导体中载流子的统计分布 载流子输运 非平衡载流子 p－n结 金属和半导体的接触 半导体表面与MIS结构 异质结 半导体的热电性质
量子阱原理及应用
光子学原理课程期末论文——量子阱原理及其应用
信息科学与技术学院
08电子信息工程
杨晗
23120082203807
题目：量子阱原理及其应用
作者：杨晗23120082203807
摘要：随着半导体量子阱材料的发展,量子阱器件广泛应用于各种领域.本文主要
介绍量子阱的基本特征,重点从量子阱材料、量子阱激光器、量子阱LED、等方面介绍量子阱理论在光电器件方面的发展及其应用。
关键词：量子阱量子约束激光器
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。量子阱的最基本特征是，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波函数之间耦合很小，则多层结构将形成许多分离的量子阱，称为多量子阱，简单来说，就是由多个势阱构成的量子阱结构为多量子阱，简称为MQW（Multiple Quantum Well），而由一个势阱构成的量子阱结构为单量子阱，简称为SQW（Single Quantum Well）。
一量子阱最基本特征
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波函数之间耦合很小，则多层结构将形成许多分离的量子阱，称为多量子阱。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。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
半导体激光器
半导体激光器
摘要：由于三五族化合物工艺的发展与半导体激光器的多种优点，近几十年来，半导体激光器发展十分迅速，而且在各个领域发挥着越来越重要的作用。本文将介绍半导体激光器的基本理论原理、相关发展历程、研究现状以及其广泛的应用。
关键词：半导体激光器；研究现状；应用
1.引言
自1962 年世界上第一台半导体激光器发明问世以来, 半导体激光器发生了巨大的变化, 极大地推动了其他科学技术的发展, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一[1], 近十几年来, 半导体激光器的发展更为迅速, 已成为世界上发展最快的一门激光技术[2]。激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱（单、多量子阱）等多种形式，制作方法从扩散法发展到液相外延(LPE)、气相外延(VPE)、分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相淀积(MOCVD)、化学束外延(CBE) 以及它们的各种结合型等多种工艺[3]。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制及价格低廉等优点, 使得它目前在各个领域中应用非常广泛。
2.半导体激光器的基本理论原理
半导体激光器又称激光二极管(LD)。它的实现并不是只是一个研究工作者的或小组的功劳，事实上，半导体激光器的基本理论也是一大批科研人员共同智慧的结晶。
早在1953年，美国的冯·纽曼（John Von Neumann）在一篇未发表的手稿中第一个论述了在半导体中产生受激发射的可能性；认为可以通过向PN结中注入少数载流子来实现受激发射；计算了在两个布里渊区之间的跃迁速率。巴丁在总结了这个理论后认为，通过各种方法扰动导带电子和价带空穴的平衡浓度，致使非平衡少数载流子复合而产生光子，其辐射复合的速率可以像放大器那样，以同样频率的电磁辐射作用来提高。这应该说是激光器的最早概念。
量子阱半导体激光器的的基本原理及其应用
量子阱半导体激光器的的基本原理及其应用
无研01 王增美（025310）
摘要：本文主要阐述了量子阱及应变量子阱材料的能带结构，以及能态密度和载流子有效质量的变化对激光器阈值电流等参数的影响，简要说明了量子阱激光器中对光场的波导限制。最后对量子阱半导体激光器的应用作了简要的介绍，其中重点是GaN 蓝绿光激光器的发展和应用。
引言
半导体激光器自从1962年诞生以来，就以其优越的性能得到了极为广泛的应用，随着新材料新结构的不断涌现和制造工艺水平的不断提高，其各方面的性能也不断得到改善，应用范围也不在再局限于信息传输和信息存储，而是逐渐渗透到材料加工、精密测量、军事、医学和生物等领域，正在迅速占领过去由气体和固体激光器所占据的市场。
20世纪70年代的双异质结激光器、80年代的量子阱激光器和90年代出现的应变量子阱激光器是半导体激光器发展过程中的三个里程碑。制作量子阱结构需要用超薄层的薄膜生长技术，如分子外延术（MBE ）、金属有机化合物化学气相淀积（MOCVD ）、化学束外延（CBE ）和原子束外延等。我国早在1974年就开始设计和制造分子束外延（MBE ）设备，而直到1986年才成功的制造出多量子阱激光器，在1992年中科院半导体所（ISCAS ）使用国产的MBE 设备制成的GRIN-SCH InGaAs/GaAs 应变多量子阱激光器室温下阈值电流为1.55mA ，连续输出功率大于30mW ，输出波长为1026nm [4]。
量子阱特别是应变量子阱材料的引入减少了载流子的一个自由度，改变了K 空间的能带结构，极大的提高了半导体激光器的性能，使垂直腔表面发射激光器成为现实，使近几年取得突破的GaN 蓝绿光激光器成为新的研究热点和新的经济增长点，并将使半导体激光器成为光子集成（PIC ）和光电子集成（OEIC ）的核心器件。
Chapter7-量子阱激光器2
量子阱激光器性能调节的又一自由度
应变QW laser
基本思路
确定形变量 确定形变能/力 临界厚度 对波长, 阈值和模式的影响 对价带/导带的影响
Eg
m*
DOS
有效质量对QW laser 光增益的影响
不易撼动
易满足反转条件：
下移很快
Shun Lien Chuang Physics of optoelelctronic devices p439
c v
T=0 K (fc-fv)=1 反转情形
实空间
K空间
Fermi－Dirac 分布
量子阱激光器的光增益--0 K
在第1子帶内, 态密度是常数, fc-fv=1;
1 2 g ( ) ( ) M T red ( f C fV ) 2 2 0 cm0 nR
e 2 ng 2
已设电子波矢沿z向 事实上与电子波矢方向的假设无关，与坐标选择无关
量子阱中电子的平均波矢
Quantum Well Laser P47
增益的偏振性之来源
跃迁几率随光场 矢量与平均电子 波矢夹角的分布
Quantum Well Laser P47
MT
2 hh
2 / M 1 k e ; MT
*
量子阱中的光跃迁
WC V 1 We h dN s 考虑能跃迁的所有能级 V 1 dN s 2 2 We h dk H 'eh ( Eeh ) (k )dk V dk d ( Eeh ) 2 2 H 'eh ( Eeh ) (k ) dEeh / dk 2 (k ) 2 H 'eh dEeh / dk
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有关双异质结激光器与量子阱激光器的基础报告
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摘要：异质结半导体激光器是半导体激光发展史上的重要突破,它的出现使光纤通信及网络技术成为现实并迅速发展。异质结构已成为当代高性能半导体光电子器件的典型结构,具有巨大的开发潜力和应用价值。
关键词：双异质结半导体激光器；量子阱激光器；泵浦
About double heterostructure lasers and report on the basis of
quantum well laser
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Abstract:Heterojunction semiconductor laser is an important breakthrough in the history of the development of semiconductor laser, it make the optical fiber communication and network technology become a reality and rapid development. Heterostructure has become the contemporary typical structure of high performance semiconductor optoelectronic devices, has huge development potential and application value
Key words: double heterojunction semiconductor lasers; Quantum well laser; pump
0 引言
双异质结激光器和量子阱激光器在我们的当代的科研中都取得了一定的成绩，有很多相关的资料供我们查看和研究，这些惊人的成就给我的生活带来的巨大的改变，我们作为新一代的基础人员，有义务去发展，将这些激光器的研究壮大和深入。
1 双异质结基本结构
双异质结基本结构是将有源层夹在同时具有宽带隙和低折射率的两种半导体材料之间，以便在垂直于结平面的方向（横向）上有效地限制载流子和光子。用此结构于1970年实现了GaAlAs／GaAs激射波长为0.89 μm的半导体激光器在室温下能连续工作。图表示出双异质结激光器的结构示意图和相应的能带图在正向偏压下，电子和空穴分别从宽带隙的N区和P区注进有源区。它们在该区的扩散又分别受到P－p异质结和N－p异质结的限制，从而可以在有源区内积累起产生粒子数反转所需的非平衡载流子浓度。同时，窄带隙具有源区有高的折射率与两边低折射率的宽带隙层构成了一个限制光子在有源区内的介质光波导。
异质结激光器激光器的供应商是半导体半导体的供应商激光发展史上的重要突破,它的出现使光纤光纤的供应商通信及网络技术成为现实并迅速发
展。异质结构已成为当代高性能半导体光电子器件的典型结构,具有巨大的开发潜力和应用价值.异质结激光器的“结”是用不同的半导体材料制成的，采用异质结激光器的目的是为了有效地限制光波和载流子，降低阈值电流，提高效率。
1.1泵浦的简单介绍
泵浦(pump)，即泵，又名帮浦、抽运；与泵不同的是，泵浦一词主要出现于激光领域。在激光中，外部能量通常会以光或电流的形式输入到产生激光的媒质之中，把处于基态的电子，激励到较高的能级高能态（人们用“泵浦”一词形容这一过程(如同把水从低处抽往高处))，物理学家将这种状态称为激发态(excited state)。是指给激光工作物质提供能量使其形成粒子数反转的过程
半导体泵浦固体激光器的种类很多，可以是连续的、脉冲的、调Q的，以及加倍频混频等非线性转换的。工作物质的形状有圆柱和板条状的。不同种类的激光器工作原理也不太相同，下面主要介绍端面泵浦固体激光器和侧面泵浦固体激光器两种。
1、端面泵浦固体激光器端面泵浦方式最大的优点就是容易获得好的光束质量，可以实现高亮度的固体激光器。端面泵浦的效率较高。这是因为,在泵浦激光模式不太差的情况下，泵浦光都能由会聚光学系统耦合到工作物质中，耦合损失较少；另一方面，泵浦光也有一定的模式，而产生的振荡光的模式与泵浦光模式有密切关系，匹配的效果好，因此，工作物质对泵浦光的使用率也相对高一些。
正是由于端面泵浦方式效率高、模式匹配好、波长匹配的优点近年来在国际上发展极为迅速，已成为激光学科的重点发展方向之一。它在激光打标、激光微加工、激光印刷、激光显示技术、激光医学和科研等领域都有广泛的用途，具有很大的市场潜力。
2、侧面泵浦固体激光器侧面泵浦（Side Pump）固态激光器激光头是由三个二极管泵浦模块围成一圈组成泵浦源，每个泵浦模块又由3个带微透镜的二极管线阵组成。每个线阵的输出功率平均为20W输出波长为808nm。该装置采用玻璃管巧妙地设计了泵浦腔和制冷通道。玻璃管的表面大部分镀有808nm的高反膜，剩余的部分呈120°镀有三条808nm增透膜，这样便形成了一个泵浦腔。半导体泵浦源发出的光经过三对光束整形透镜会聚到这三条镀增透膜的狭长区域内，然后透过玻璃管的管壁，被晶体吸收。由于玻璃管大部分区域镀有高反膜，使得泵浦光进入泵浦腔以后，便在其中来回的反射，直至被晶体充分地吸收，而且在晶体的横截面上形成了均匀的增益分布。
1.2 异质结激光器的设计思路
制造激光器首先要有产生光的源，最重要的是要使粒子束翻转，这样才能够产生受激辐射，产生受激辐射光，在谐振腔作用下产生最后的激光。用异质结制作的半导体激光器可以把载流子限制在发光区，使大量的将要复合的电子和空穴沉积在窄带上，翻转的粒子束大于普通的半导体激光器。ALGaAs+ｎ和ALGaAs+ｐ是宽带中间是GaAs窄带，加正向偏压的情况下从ALGaAs+ｎ的导带越过尖势垒向GaAs注入电子，电子由于受到同型异质结ALGaAs+ｐ的势垒的作用在窄带处沉积，当然有少量的电子越过势垒跑掉了。同样在价带处，空穴从ALGaAs+ｐ注入到窄带中，受到ALGaAs+ｎ势垒的作用后沉积在窄带。那么在GaAs上形成了粒子束的反转。可以发现两边的宽带限制了载流子的运动，称为限制区。中间是实现粒子复合的区域成为有源区。和同质结激光器相比，异质结激光器由于宽带对有源区的限制，使发光的位置仅限于了有源区，使发光的区域集中，光强更大。双侧的异质结在两边提供了限制，单边异质结只能提供一边的限制。导带中的电子为了能够达到激射阈值需要注入2×1018/cm2个，为了能够在源区限制住这些电子需要有一定高度的势垒，这个势垒高度就是由结区的内建电势和ΔE共同决定的。电子基本处于Γ带中，其相邻的L带还有一部分在DEｃ下,X带的载流子都可以越过势垒。同样为了限制空穴要求提高价带的势垒，但是提高势垒会导致电子注入减小，这是不允许的，所以要有一个中间的度。能量高过势垒的电子和空穴都会漏掉。