量子阱雷射器的工作原理、種類及特點優勢

2020-11-22 電子發燒友

量子阱雷射器的工作原理、種類及特點優勢

佚名 發表於 2019-12-16 11:11:58

量子阱雷射器是有源層非常薄，而產生量子尺寸效應的異質結半導體雷射器。根據有源區內阱的數目可分為單量子阱和多量子阱雷射器。量子阱雷射器在閾值電流、溫度特性、調製特性、偏振特性等方面都顯示出很大的優越性，被譽為理想的半導體雷射器，是光電子器件發展的突破口和方向。

在普通的雙異質結雷射器中，因為有源區的三維尺寸都遠大於電子平均自由程，因而電子的態密度函數為拋物線型，當載流子被限制在寬度與其德波羅意波長相當或更小的阱中時，則其態密度函數為類似階梯形。如圖1（a）所示，載流子複合躍遷將發生在各量子能級之間，在一般情況下受選擇定則支配。此時注入電子的分布與峰值增益分布如圖1（b）（c）所示。如果不考慮其他因素的影響，載流子運動受限越強，其閾值電流應越低。

量子阱雷射器有兩種類型：量子線雷射器和量子點雷射器。

1、量子線雷射器：量子線雷射器是通過其「心臟」部分的一個極小的線狀的芯而降電轉化為光的，由於它的工作電流將比以前的雷射器要小得多，故在未來的信息處理裝置中將是非常有用的。量子線雷射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的作用。

2、量子點雷射器：量子點雷射器的性能與量子階雷射器或量子線雷射器相比，具有更低的閥值電流密度、更高的特徵溫度和更高的增益等優越特性。

特點：

1. 在量子阱中，態密度呈階梯狀分布，量子阱中首先是Elc和Elv之間電子和空穴參與的複合，所產生的光子能量hv=Elc-Elv》Eg，即光子能量大於材料的禁帶寬度。相應地，其發射波長凡小於所對應的波長，即出現波長藍移。

2. 在量子阱雷射器中，輻射複合主要發生在Elc和Elv之間，這是兩個能級之間的電子和空穴參與的複合，不同於導帶底附近的電子和價帶頂附近的空穴參與的輻射複合，因而量子阱雷射器光譜的線寬明顯地變窄了。

3. 在量子阱雷射器中，由於勢阱寬度Lx通常小於電子和空穴的擴散長度Le和Ln，電子和空穴還未來得及擴散就被勢壘限制在勢阱中，產生很高的注入效率，易於實現粒子數反轉，其增益大大提高，甚至可高達兩個數量級。

4. 量子阱使雷射器的溫度穩定條件大為改善，AIGalnAs量子阱雷射器的特徵溫度可達150K，甚至更高。因而，這在光纖通信等應用中至關重要。

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