单异质结半导体激光器.备课讲稿.ppt

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1、单异质结半导体激光器.ppt什么是异质结异质结就是禁带宽度不同的两种材料，在原子尺度上形成完美界面的材料，由于这两种材料的能带结构不同，因而在界面上的能级匹配就有很多变化，还可以把各种类型的异质结结合在一起充分发挥它们的功能。最基本的接触界面有：半导体与半导体，金属与半导体以及绝缘体与半导体之间的界面。由两种不同的半导体材料组成的结就称为半导体异质结。异质结若p区做得很薄，就可以限制电子在p区内的扩散长度，使电子的复合区域被限制在一个很薄的范围内，大大提高了注入载流子在p区内的浓度，有利于增加载流子复合的几率，提高复合区的光密度。不仅如此，p区发出的光子的能量等于p区禁带宽度，但小于p+区禁带

2、宽度，因此当光子穿过p+区时不会被吸收。这样，p+区就形成了光发射的窗口，p区产生的光很容易透过p+区出射到器件外面。1962年GaAs同质结半导体激光器研制成功，然而只能在液氮温度下脉冲工作，缺乏实用价值。半导体发展史上一个重要突破是1967年利用液相外延的方法制成了单异质结半导体激光器，实现了在室温下脉冲工作，其阈值电流密度比同质结半导体激光器降低了一个数量级。异质结的发展1963年Kroemer和Alferov等提出利用不通带隙的半导体材料构成异质结构激光器的想法，这种异质结激光器有源区采用窄带隙、高折射率的材料，包层（限制层）采用宽带隙、低折射率材料。异质结结构利用两种材料的带隙差形成

3、的导带、接待的跃迁作为限制电子和空穴在有源区的势垒，从而易于产生光增益，两种材料折射率形成的折射率光波导，又可以有效地将光模限制在有源区内进而减少了内部损耗，提高了光电转换效率。异质结的发展早期的研究结果表明，只有构成异质结质的两种材料匹的晶格常数严格匹配时，才能制备出性能良好的激光器件。到1970年，随着多层材料生长技术 成熟，又相继研制成功了室温脉冲和室温连续工作的GaAs/GaAlAs异质结激光器，Panish等人研制GaAs双异质结激光器，其阈值电流密度已降到1.6KA/cm2。在异质结结构中，因为有源层与包层是由不同的半导体材料生长而成，两者的折射率差较同质结结构提高了几倍，因此它的

4、光场限制因子增大，光场向外侧渗透的比例就较小，同时由于折射率差大，很薄的有源区足以构成光波导层，有利于形成粒子数反转，便于降低其工作阈值电流密度。另外，由于异质结结构比同质结具有更高的载流子注入效率，理所当然地这种结构的激光器具有更好的器件性能。异质结的发展异质结的组成它是由两种不同带隙的半导体材料薄层,如GaAs,AlGaAs所组成,阀值电流密度比同质结激光器降低了一个数量级,但单异质结激光器仍不能在室温下连续工作。如图1(a)所示，这种单异质结激光器的结构是在GaAs的pn结的P型GaAs一侧上再生长一层P型AlGaAs半导体的三层结构。这三层半导体材料的禁带宽度、折射率并不相同，如图1(

5、b)、(c)所示。在热平衡状态及加正向电压情况下的能带如图 1(d)、(e)所示。这种激光器的优点是阈值低，效率高。这种激光器的优点是阈值低，效率高。其原因是由于AlGaAs比GaAs具有较宽的禁带宽度和较低的折射率。由于AlGaAs的禁带宽度比GaAs的大，一方面在P型GaAsAlGaAs异质结处出现了较高的势垒，使从n型GaAs注入到P型GaAs中的电子受到阻碍，不能继续扩散到P型AlGaAs中去；和没有这种势垒存在时比较，p-GaAs层内的电子浓度增大，提高了增益。另一方面，P型AlGaAs对来自P型GaAs的发光吸收系数小，损耗就小。而由于AlGaAs的折射率较GaAs的低，因此限制了光子进入到AlGaAs区，使光受反射而局限在P区内，从而减少了周围非受激区对光的吸收。单异质结激光器的阈值电流密度目前一般为(1015)103Acm2，比GaAs同质结激光器的阈值电流密度(10100)103Acm2低。高功率半导体激光器的应用激光塑料焊接、激光熔覆与表面热处理、激光金属焊接、激光达标、激光焊接 打标机结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！17