半导体激光器的设计理论_I._速率方程理论20不稳定性双区共腔模型.doc

PAGE PAGE 11 半导体激光器设计理论I. 速率方程理论 (郭长志, LT1-6C20.doc, 11 Jan. 2008) I10 I2 I10 I2?0 Ep=h? da Wa v1 ?v v2 L1 ?L L La 图6.5(a) 双区共腔结构 如将有源区的上限制层垂直 腔长方向腐蚀出一条沟道,使电流 在沟道所分开的长度分别为L1和 L2 的两区中的注入可以独立控制, 则可形成一个双区共腔半导体激 光器如图6.5所示。其中有源区 也分成相应的体积 v1和v2。设在 交界?v比较小，则可近似认为沿 腔长有载流子分布不同的两个区： ?v ?? v1，v2 (6.3-1 s1 = s2 = s (6.3-1b) 两区尺寸的比值及其归一化体积 分别为： 单区注入图6.5(c)双区共腔结构-单区注入 双区注入图6.5(b) 双区注入 单区注入 图6.5(c)双区共腔结构-单区注入 双区注入 图6.5(b) 双区注入 (6.3-1d) V1 + V2 = 1 (6.3-1e) §6.3-1 速率方程组 双区共腔半导体激光器中的 光子学过程可由两区的电子和共 腔的光子速率方程组描述： ，， (6.3-1f,g,h) 其中在共有的光腔中采用两区的平均载流子浓度及其相应的平均峰值增益： (6.3-1i) (6.3-1j) 其中的gi，对于双异质结和量子阱半导体激光器可以分别采用 (2.1-8b,c)，对于高掺杂同质结半导体激光器，由于双性杂质的补偿作用，半导体中将出现大量异型带电的电离杂质分别作无规集聚，其无规静电势使导带和价带带边作同步弯曲，形成许多深度和高度不同的导带谷和价带峰，因而在原有带边附近的禁带中出现近似指数型的能态密度拖尾 (band tailing) [46?51]。 （g(n) 是每单位长度的增益峰值 (cm-1) 与电子浓度n的关系，它对于体材料或双异质结有源区近似为线性关系： (2.1-8b) 对于量子阱有源区近似为对数关系： (2.1-8c) §6.3-2 重掺杂半导体的态密度及其增益谱[46?51] E