量子阱和超晶格课件.ppt

4.1 吸收光谱实验 阱宽l = 400 nm，量子效应消失，对应于GaAs的本征吸收光谱； 阱宽l = 21 nm和14nm，量子效应显示出来，这些峰为电子从价带束缚态跃迁到导带束缚态所对应的吸收。 Dingle等研究了上述量子阱中电子从价带束缚态跃迁到导带束缚态时对应的光吸收实验。  重、轻空穴激子 GaAs/Al0.2Ga0.8As量子阱中不同阱宽下激子吸收光谱。l表示GaAs阱宽，T=2K。随阱宽的减少呈现台阶形的吸收谱，阱宽为400nm时阶消失。 4.2 激子光谱 和体材料相比，量子阱的激子光谱有明显不同的特征： （1）在低温下量子阱的光谱中自由激子的吸收和荧光占主导地位。 （2）按照简单的理论分析，轻重空穴各自形成独立的子带。 （3）激子的束缚能和玻尔半径将受阱宽Lz、电子和空穴势阱的深度（?Ec和?Ev）的影响。 （4）室温下在量子阱吸收光谱中也能看到很强的激子吸收峰。 4.3 激子的饱和吸收 当光强比较小的时候，一般物体的光吸收系数和光强无关，称之为线性光学吸收。 当光强较大的时候，吸收系数可能随着光强的增加而减小，出现了光吸收的饱和现象，称之为非线性吸收。 GaAs/AlGaAs多量子阱中的激子饱和吸收 4.4 室温荧光特性 由于量子限域作用： 电子-空穴的复合发光效率显著提高 电子-空穴易形成激子 发光蓝移 应用： 利用MQW结构，可制备波长可调（尤其是蓝光或紫外波长）和高效发光的LED和LD GaAs/Ga0.67Al0.33As多量子阱室温下的PL光谱 GaN多量子阱蓝色发光二极管结构示意图 e-lh e-hh §5 超晶格和量子阱器件 5.1 量子阱激光器 5.2 光学双稳态器件 5.3 量子阱超晶格光电接收器 5.1 量子阱激光器 具有量子阱结构的量子阱半导体激光器与双异质结半导体激光器(DH)相比，具有阈值电流密度低、量子效应好、温度特性好、输出功率大、动态特性好、寿命长、激射波长可以更短等等优点。 目前，量子阱已成为人们公认的半导体激光器发展的根本动力。 5.1.1 量子阱激光器发展历程 5.1.2 直腔面发射LD 5.1.3 新型的量子阱激光器 5.1.4 主要应用与研究进展 5.1.1 量子阱激光器发展历程 1976年，人们用GaInAsP/InP实现了长波长激光器。对于激光腔结构，Kogelnik和Shank提出了分布反馈结构，它能以单片形式形成谐振腔。Nakamura用实验证明了用光泵浦的GaAs材料形成的分布反馈激光器(DBR)。Suematsu提出了用于光通信的动态单模激光概念，并用整体激光器验证了这种想法。 1977年，人们提出了所谓的面发射激光器，并于1979年做出了第一个器件。 目前，垂直腔面发射激光器(VECSEL)已用于千兆位以太网的高速网络。 自从Nakamura实现了GaInN/GaN蓝光激光器，可见光半导体激光器在光盘系统中得到了广泛应用。 1994年，一种具有全新机理的波长可变、可调谐的量子级联激光器研制成功，且最近，在此又基础上提出了微带超晶格红外激光器。 5.1.2 直腔面发射LD（VECSEL-vertical cavity surface emitting laser）：量子阱结构出现以后才成为可能。 根据光输出方向与结平面的关系，LD可分为： （1）边发射LD（Edge Emitting LD）：光平行与异质结界面输出。普通LD都属于这一类型。 （2）垂直腔面发射LD（VECSEL-vertical cavity surface emitting laser）:光垂直于结平面的方向输出。VECSEL由东京工业大学Iga教授提出，但只有在量子阱结构出现以后才成为可能。 （1）边发射LD 光反馈由材料解理面形成的反射镜提供，光在有源层长度方向得到放大，平行与异质结界面输出。 端面发射的常规半导体激光器 （2）垂直腔面发射LD（VECSEL） 由于VECSEL的特殊结构，使得它与边发射激光器相比有很多优点： 谐振腔是通过单片生长多层介质膜形成从而避免了边发射激光器解理腔由于解理本身的机械损伤、表面氧化和玷污等引起激光器性能退化。因为谐振腔是由多层介质膜组成，可望有高的光损伤阈值； 可以做成二维面阵，能够大规模集成，适宜于信息处理； 因为VECSEL的腔长很短，所以纵膜间距很大，以实现动态单纵模工作； 可以实现极底阈值电流工作。 5.1.3 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 Cas