异质结激光器

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。

　　另外由于限制区掺了Al，折射率减小，有源区中辐射的光子在有源区中损耗很大，如果生长一层掺杂很大的盖帽层能够实现很好的欧姆接触。

　　制造量子阱激光器是半导体激光器的重要一支，要使反转粒子数增大，这样就需要多造出量子阱。多造出一些量子阱，使有源区的面积扩大，但这样会增加制造的难度，主要是导带和价带的量子阱要在同一个平面内，这个在数量大时不容易实现。量子阱激光器的辐射复合是发生在价带和导带中分裂能级中的粒子。在分裂能级中态密度阶梯变化。由于分裂的能带不再是原来的导带底和价带顶，因此复合的能级会加大，出现激光的波长蓝移，通常有 ，一般势阱宽度小于电子空穴的扩散长度所以都限制在势阱中，粒子数反转的量很大。

结构

　　一.异质结激光器的结构

　　A.单异质结激光器与双异质结激光器（从材料）

　　GaAs材料与GaAl材料

　　Ga1-xAlxAs是指在GaAs材料中掺入AlAs而形成，叫作砷镓铝晶体，1-x,x是指AlAs与GaAs的比例。

　　B.反型异质结与同型异质结（从导电类型）

　　反型：如n-GaAs与p-GaAlAs  or p-GaAs与n-GaAlAs

　　同型：如p-GaAs与p-GaAlAs  or n-GaAs与n-GaAlAs

能带关系

　　A.反型异质

　　(a)p、n型

　　不是简并型

　　构成异质结之前热平衡状态下当形成异质结时，电子n        p

　　空穴p        n

　　直到两半导体有相等的     ，异质结即处于平衡状态。

　　与p-n结一样，在两种半导体材料上界面的两侧形成空间电荷区。

　　N型半导体一边为正电荷，

　　P型半导体一边为负电荷，这就是异质结区（阻挡层）。

　　由于内建场的存在，使电子具有了附加电位能，因而使空间电荷区的能带发生了弯曲（基本与p-n结的形成相同的）。

　　区别：由于禁带Eg不同，因而在两材料的上界面附近其能带出现与p-n结不同的特点：一能带在这界面处的变化是不连续的。

　　1.在导带底，能量突变 △Ec，在这里形成“光路”。

　　2.在价带底，能量突变△Ev, 在这里形成“凹口”。

　　3.导带的势垒与价带不同，导带势垒低，而价带势垒高。

　　4.当n区的电子进入p区时所遇到的阻力要大。

　　当p区的空穴进入n区时所遇到的阻力要小。

　　5.势垒的减低和增高与 △Ec·△Ev 有关，即与两材料的禁带宽度Eg1Eg2之差有关。