半導(dǎo)體激光器課件

1、半導(dǎo)體發(fā)光器件中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 明海第十一章 內(nèi)容提要： 11.2半導(dǎo)體激光器概述 11.3半導(dǎo)體激光器原理 11.4半導(dǎo)體激光器特性 11.5同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)激光器 11.6分布反饋半導(dǎo)體激光器 11.7量子阱半導(dǎo)體激光器11.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)11.1半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED) LED：材料為半導(dǎo)體，結(jié)構(gòu)為pn結(jié)組成的，能發(fā)光 的二極管。特點(diǎn)： 發(fā)射波長(zhǎng)覆蓋可見(jiàn)光紅外遠(yuǎn)紅外， 結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。是至今世界上應(yīng)用最多，產(chǎn) 量最多的光電產(chǎn)品。產(chǎn)量巨大，價(jià)格便宜， 工作穩(wěn)定，使用簡(jiǎn)單。發(fā)光二極管的分類(lèi)： 1. 按材料分類(lèi)：依據(jù)芯片的材料，外延層，摻雜雜質(zhì)，可大致 估計(jì)出發(fā)光二極管的顏色，波長(zhǎng)

2、等基本特性。 2.按發(fā)光顏色分類(lèi)：發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有紅，橙，綠，藍(lán)， 雙色，三色等多種，以及近紅外和紅外等不可見(jiàn)的發(fā)光管。3. 按器件封裝：封裝種類(lèi)很多，有環(huán)氧樹(shù)脂全包封，金屬底座環(huán) 氧封裝，陶瓷底座環(huán)氧封裝，和玻璃封裝等。4.發(fā)光面特征：采用不同的表面封裝，會(huì)有不同的效果，如 半球狀有會(huì)聚光的作用。按封裝表面的形狀可分圓形，方形， 矩形，面發(fā)光管，側(cè)向發(fā)光管，微形發(fā)光管等多種。5.按發(fā)光強(qiáng)度：發(fā)光強(qiáng)度小于10（mcd ）毫坎德拉（cd定義： 波長(zhǎng)為550nm的單色光源發(fā)光時(shí)，若其在某一方向上輻射強(qiáng)度 為1/681W/sr ( 瓦/球面度 )則稱(chēng)此單色光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1坎德拉，既

3、1cd）為普通亮度發(fā)光管，10100mcd為高亮度發(fā)光管，100mcd以上的稱(chēng)超高亮度發(fā)光管。6. 按應(yīng)用：有指示燈，照明燈，數(shù)碼顯示器，短距離光通信 光源等。能帶:半導(dǎo)體晶體由于原子間的相互作用而使能級(jí)分裂,離散的能級(jí)形成能帶能帶結(jié)構(gòu)：能帶分為價(jià)帶，導(dǎo)帶和禁帶。價(jià)帶:晶體中原子內(nèi)層電子能級(jí)相對(duì)應(yīng)的能帶被電子所填滿(mǎn).導(dǎo)帶:價(jià)帶以上未被電子填滿(mǎn)或者是空的能帶禁帶:導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能隙. 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管原理載流子：在熱運(yùn)動(dòng)或其他外界激發(fā)下，價(jià)帶電子激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，這時(shí)導(dǎo)帶有了電子，價(jià)帶有了空穴，電子和空穴統(tǒng)稱(chēng)為載流子。在熱平衡時(shí)，電子在能帶中能級(jí)上的分布服費(fèi)米分布： 費(fèi)米能級(jí) 半導(dǎo)體能

4、級(jí)的一個(gè)特征參量，并非實(shí)在的能級(jí)，它由基質(zhì)材料摻雜濃度和溫度決定，反映電子在能級(jí)上的分布情況。對(duì)于本征半導(dǎo)體，費(fèi)米能級(jí)在禁帶寬度的中間位置。價(jià)帶中的能級(jí)有 ，導(dǎo)帶中的能級(jí)有 費(fèi)米能級(jí)玻爾茲曼常數(shù)絕對(duì)溫度能帶彎曲:半導(dǎo)體材料加入施主雜質(zhì)，成為N型材料，加入受主雜質(zhì)，成為P型材料。在P型和N型的交接處形成PN結(jié)。由于載流子濃度的不同而產(chǎn)生擴(kuò)散，直至不同的費(fèi)米能級(jí)處于相等位置，這時(shí)，能帶產(chǎn)生彎曲，形成PN結(jié)勢(shì)壘PN結(jié)： pn結(jié)注入電致發(fā)光原理圖Pn結(jié)接觸面處有一個(gè)耗盡層，形成勢(shì)壘阻礙電子和空穴的擴(kuò)散。當(dāng)在pn結(jié)施加正向電壓時(shí)，會(huì)使勢(shì)壘高度降低，耗盡層減薄，能量較大的電子和空穴分別注入到P區(qū)和N區(qū)，同

5、P區(qū)和N區(qū)的電子復(fù)合，同時(shí)以光的形式輻射出多余的能量輻射復(fù)合可以發(fā)生在導(dǎo)帶與價(jià)帶之間，也可以發(fā)生在雜質(zhì)能級(jí)上。根據(jù)材料能帶結(jié)構(gòu)的不同，將帶間復(fù)合分成 直接帶間躍遷和間接帶間躍遷半導(dǎo)體中的光發(fā)射通常起因于載流子的復(fù)合。當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)加有正向電壓時(shí)，使勢(shì)壘下降，發(fā)生“載流子注入”。這些注入PN結(jié)附近的非平衡電子和空穴將發(fā)生復(fù)合，從而發(fā)射出某種波長(zhǎng)的光子。由于電子與空穴復(fù)合即表示電子從導(dǎo)帶落入價(jià)帶。從而光子能量基本等于禁帶寬度。 (11.2)11.3.2半導(dǎo)體中的光發(fā)射自發(fā)輻射:光發(fā)射時(shí)有半導(dǎo)體中電子和空穴的自發(fā)復(fù)合產(chǎn)生的，自發(fā)輻射光不具有單一波長(zhǎng)。 半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光就基于此。LED

6、的伏安特性 LED的伏安特性圖LED的正向伏安特性與普通二極管大致相同，如右圖所示：LED正向開(kāi)啟后其正向電流i與電壓u的關(guān)系是M：復(fù)合因子K：玻爾茲曼常數(shù)在寬禁帶半導(dǎo)體中，當(dāng)i0.1mA時(shí)，復(fù)合的空間電流起主要作用，此時(shí)m2，電流增大，擴(kuò)散電流占優(yōu)勢(shì)時(shí)m1開(kāi)啟電壓與材料有關(guān)，對(duì)于GaAs是1.0V 、 大致是1.5V；發(fā)紅光的GaP是1.8V，發(fā)綠光的GaP是2.0V，反向擊穿電壓一般都在-5V以上。亮度與電流的關(guān)系 在自發(fā)輻射情況下，若復(fù)合區(qū)載流子輻射壽命和注入載流子濃度無(wú)關(guān)，則亮度L應(yīng)與擴(kuò)散電流 成正比即：但由于存在非輻射復(fù)合以及隧道電流，亮度與電流的關(guān)系一般為：在低電流密度下，m1.3

7、1.5；在高 電流密度下，擴(kuò)散電流起支配作用，m1。 、 和發(fā)綠光的GaP亮度在高電流密度下仍近似地正比于電流密度地增加，不易飽和，適用于脈沖下使用。LED的驅(qū)動(dòng)LED基本直流電路如右圖所示。在工作過(guò)程中電流不得超過(guò)規(guī)定的極限值，因此應(yīng)在電路中加限流電阻 ，其值為： 為電源電壓， 和 分別為管子的正向電壓和正向電流，可在相關(guān)的產(chǎn)品參數(shù)表中查的 一般說(shuō)來(lái)，GaAs的電流選用20mA，GaP的電流選用10mA，便可得到足夠地亮度LED光源的特點(diǎn)電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在624V，所以它是一個(gè) 比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80。適用性：

8、很強(qiáng)，每個(gè)單元LED小片是35mm的正方形，所以 可以制備成各種形狀的器件，并且適合易變環(huán)境。響應(yīng)時(shí)間：其白熾燈地響應(yīng)時(shí)間為ms級(jí)，LED燈為ns級(jí)對(duì)環(huán)境污染：無(wú)有害金屬汞顏色：改變電流可以變色，可方便地通過(guò)化學(xué)修飾方法，調(diào)整 發(fā)光二極管的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠、藍(lán)、 橙多色發(fā)光。價(jià)格：LED價(jià)格比較昂貴，較之白熾燈，LED的價(jià)格就可以 與一只白熾燈相當(dāng)，而通常每組信號(hào)燈需300-500只 LED構(gòu)成。發(fā)光二極管基本結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)多樣,以滿(mǎn)足不同的應(yīng)用要求。從pn結(jié)結(jié)構(gòu)看，有GaP之類(lèi)的普通二極管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也有復(fù)雜的如單異質(zhì)和雙異質(zhì)結(jié)構(gòu).從發(fā)光方向看，有邊發(fā)射和面發(fā)射二極管。分

9、別對(duì)應(yīng)如下兩種：從封裝上看，右半球形，扁形以及同光纖耦合的帶尾纖TO型等多種。發(fā)光二極管的基本特征 發(fā)光二極管為半導(dǎo)體光電子器件，其基本特征包括電學(xué)特性，光學(xué)特性和光電轉(zhuǎn)換特性。1.發(fā)光強(qiáng)度 ：指發(fā)光二極管在正向工作電流驅(qū)動(dòng)下發(fā)出的 光強(qiáng)。普通發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度較小，常用單位為毫坎德拉。2.發(fā)光光譜特性：半導(dǎo)體中參與電子空穴復(fù)合的能帶有一定寬 度，而不是能級(jí)之間的載流子復(fù)合發(fā)光，這造成發(fā)光管的發(fā)射光 譜較寬，通常光譜半寬度為50150nm3.溫度特性：半導(dǎo)體對(duì)溫度非常敏感，無(wú)論發(fā)光波長(zhǎng)還是發(fā)光強(qiáng)度都隨溫度變化而變化,溫升引起紅移，同時(shí)溫升是載流子分布變寬，發(fā)光光譜變寬。4.發(fā)光效率 和出光效

10、率發(fā)光效率:半導(dǎo)體的體內(nèi)復(fù)合產(chǎn)生的光子數(shù)同注 入的電子空穴對(duì)數(shù)之比，采用直接帶隙半導(dǎo)體 可獲得較高的發(fā)光效率。出光效率:通過(guò)減少內(nèi)部吸收，增大表面透過(guò)率等方法.半導(dǎo)體照明幾千年來(lái)，古今中外的人們一直依靠日光、月光和火光進(jìn)行照明，直到1879年愛(ài)迪生發(fā)明第一只白熾燈，真正意義上的現(xiàn)代文明才得以開(kāi)始。一百多年來(lái)，照明燈具飛速發(fā)展，白熾燈、氣體放電燈和各種不同類(lèi)型的燈具把城市和鄉(xiāng)村照耀的五光十色，但在我們應(yīng)用的各種燈具中有80%90%的電力轉(zhuǎn)化為為熱能被白白消耗掉。半導(dǎo)體照明是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一。半導(dǎo)體照明光源發(fā)光二極管(LED)具有高效、節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命、抗震、抗沖擊、易維護(hù)等

11、顯著特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有可能進(jìn)入普通照明領(lǐng)域的一種新型固態(tài)冷光源。是人類(lèi)照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次革命。 半導(dǎo)體激光器：利用半導(dǎo)體產(chǎn)生激光的器件 優(yōu)點(diǎn)：體積小，效率高，能直接利用電源對(duì) 輸出激光調(diào)制。 激勵(lì)方式：PN結(jié)注入電流激勵(lì)，電子束激勵(lì), 光激勵(lì)，碰撞電離激勵(lì)等。 工作物質(zhì)：主要是族，族，和 族化合物半導(dǎo)體 。11.2半導(dǎo)體激光器概述11.2.1半導(dǎo)體激光器簡(jiǎn)介 半導(dǎo)體激光器種類(lèi)很多，可依據(jù)半導(dǎo)體材料，器件結(jié)構(gòu)，輸出功率和用途等不同方式劃分。 1.按材料劃分：激光二極管主要集中在 -族的AlGaAs , GaInAsP , InGaAlP , InGaN -族的ZnSSe , Z

12、nO等材料， 應(yīng)用最多的是AlGaAs , InGaAlP 和GaInAsP , InGaN 2.按波長(zhǎng)劃分：分可見(jiàn)光，紅外光，遠(yuǎn)紅外光。 3.按應(yīng)用領(lǐng)域分：半導(dǎo)體激光器主要應(yīng)用于光纖通信，光盤(pán)存儲(chǔ)，光纖傳感，激光儀器等。 11.2.2半導(dǎo)體激光器的分類(lèi)波長(zhǎng)/um0.51.01.5近紅外可見(jiàn)光InGaAsP激光器InGaAs激光器AlGaAs激光器AlInGaP激光器(紅)GaN激光器(藍(lán))通訊系統(tǒng)光盤(pán)圖11.2.1半導(dǎo)體激光器的材料、發(fā)射波長(zhǎng)和應(yīng)用分類(lèi) 4.按器件結(jié)構(gòu)分：半導(dǎo)體激光器主要以三條主線發(fā)展。 （1）依異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方式發(fā)展：同質(zhì)結(jié)單異質(zhì)結(jié)雙異質(zhì)結(jié)大光腔分離限制異質(zhì)結(jié)量子阱量子線量子點(diǎn)

13、 （2）以諧振腔的方式發(fā)展：F-P腔分布反饋分 布布拉格反射垂直腔微腔等 （3）依條形結(jié)構(gòu)發(fā)展：寬接觸條形結(jié)構(gòu)5.按輸出功率分：小功率（通常為110mw），大功率（1 10w，甚至100w，1000w），脈沖功率為萬(wàn)瓦的激光器陣列。半導(dǎo)體激光器電子束泵浦的半導(dǎo)體激光器Pn結(jié)注入的二極管光泵浦的半導(dǎo)體激光器雪崩泵浦的半導(dǎo)體激光器同質(zhì)結(jié)激光器二極管量子阱有源區(qū)單異質(zhì)結(jié)激光器二極管雙異質(zhì)結(jié)激光器二極管條形激光器二極管光柵諧振腔激光器二極管大光腔激光器二極管溝槽條形法布里-玻羅腔激光器二極管SCH(分離限制)激光器二極管DBR激光器二極管DFB(分布反饋)寬接觸激光器二極管擴(kuò)散條形氧化物條形解理耦合腔

14、形水平腔形隱埋條形臺(tái)面條形平面條形彎曲腔形襯底條形面發(fā)射激光器二極管圖11.2.2半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)分類(lèi)受激輻射:當(dāng)自發(fā)輻射光子經(jīng)過(guò)已激發(fā)電子-空穴對(duì)附近時(shí)，能激勵(lì)二者復(fù)合產(chǎn)生一新的光子現(xiàn)象，半導(dǎo)體激光二極管（LD）:若注入電流足夠強(qiáng)，形成和熱平衡態(tài)相反的載流子分布，就能形成很大的輻射密度，克服損耗，再加上諧振腔的反射反饋，便產(chǎn)生激光。11.3 半導(dǎo)體激光器原理 電流如圖為半導(dǎo)體二極管 接觸 的基本結(jié)構(gòu)，垂直于界面 的一對(duì)平行平面可以為晶 體的解理面，或經(jīng)過(guò)拋光 的平面構(gòu)成F-P腔，其余兩 側(cè)弄粗糙，以消除其他方向的激光作用。這樣，可從PN結(jié)發(fā)射出單色的高定向性激光束輸出pn粗糙表面半導(dǎo)體激光二

15、極管基本結(jié)構(gòu) Lwpn+V輸出 激光二極管端面部分反射的光反饋導(dǎo)致建立單個(gè)或多個(gè)光學(xué)縱模。 當(dāng)平行面之間距離為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，在激光二極管內(nèi)形成駐波，其模數(shù)可由半波長(zhǎng)的數(shù)值得出：而模間隔由下式確定：對(duì)應(yīng)dm1模的間隔 為：取dm1是因?yàn)闇p少1對(duì)應(yīng)法布里波羅端面之間少一個(gè)半波長(zhǎng)，即波長(zhǎng)的增加(11.4.2)(11.4.1)(11.4.3) 激光二極管模光譜如圖，通常同時(shí)存在幾個(gè)縱模，其波長(zhǎng)接近于自發(fā)輻射的峰值波長(zhǎng)，GaAs激光器模間隔典型值 0.3nm為了實(shí)現(xiàn)單模工作，必須改進(jìn)激光器結(jié)構(gòu)，抑制主模以外其他模。低于閾值的自發(fā)輻射高于閾值的激光模結(jié)構(gòu) 低溫下，半導(dǎo)體激光器的縱模結(jié)構(gòu)比較清晰，但是在

16、室溫下工作時(shí)，發(fā)射光譜變得復(fù)雜，出現(xiàn)“絲狀發(fā)光”現(xiàn)象，而且激光的峰值波長(zhǎng)也向長(zhǎng)波移動(dòng)。 實(shí)驗(yàn)證明，低溫時(shí)，波長(zhǎng)增長(zhǎng)率約為0.046nm/K；接近室溫時(shí)，波長(zhǎng)增長(zhǎng)率則約0.26nm/K.峰值波長(zhǎng)在77K時(shí)為0.84um，在300K時(shí)為0.902um。(11.4.4)(11.4.6)(11.4.5)對(duì)于多數(shù)半導(dǎo)體激光器， 的數(shù)量級(jí)為 ，可忽略不計(jì)則(11.4.5)改為：合并(11.4.3)和(11.4.6)便可以得到縱模間隔表示的折射率隨溫度的變化率公式為：將波長(zhǎng)換成頻率，則式（11.4.3）和（11.4.6）改為(11.4.8)(11.4.9)(11.4.7)(11.4.11)(11.4.10)

17、 用 和 的實(shí)測(cè)值，便可從上式預(yù)測(cè)出半導(dǎo)體激光頻率隨溫度變化的規(guī)律。右圖所示的實(shí)驗(yàn)用的激光器，其施主濃度為 。 激光器光子能量隨溫度上升而下降，該變化與禁帶寬度隨溫度的變化相符諧振腔中傳播的光以模的形式存在，每個(gè)模都有自己的傳播常數(shù)和橫向電場(chǎng)分布，這些模構(gòu)成了激光器的橫模。橫模經(jīng)端面出射形成輻射場(chǎng)，輻射場(chǎng)角分布沿平行和垂直于界面方向分別稱(chēng)為側(cè)橫場(chǎng)和正橫場(chǎng)。輻射場(chǎng)角分布與諧振腔尺寸密切相關(guān)，橫向尺寸越小，發(fā)散角越大。由于諧振腔平行于界平面方向?qū)挾却笥诖怪庇诮缙矫娣较蚝穸龋詡?cè)橫場(chǎng)發(fā)散角小于正橫場(chǎng)發(fā)散角。11.4.2輻射場(chǎng)和偏振態(tài) 側(cè)橫場(chǎng)發(fā)散角可表示為 ,W表示諧振腔寬 度。d 表示諧振腔厚度，

18、通常只有1 。故正橫場(chǎng)發(fā)散角較大，一般為 。輻射場(chǎng)發(fā)散角與諧振腔長(zhǎng)度成反比，而激光 而激光諧振腔長(zhǎng)度一般只有 幾百微米，故其遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體及晶體激光器 實(shí)際上，半導(dǎo)體二極管相當(dāng)于一個(gè)矩形波導(dǎo)腔如下圖，光強(qiáng)有一定的穩(wěn)定分布，沿諧振腔軸向（z方向）的光強(qiáng)分布為縱模，垂直于該方向的分布為橫模。橫模中垂直于結(jié)平面的x方向分布為垂直橫模，平行于結(jié)平面的y方向分布為水平橫模。激光束發(fā)散角分布決定于橫模分布。實(shí)際情況中，半導(dǎo)體激光器的模式難以控制，需從結(jié)構(gòu)形狀等方面改進(jìn)，如采用“條形結(jié)構(gòu)”。由于半導(dǎo)體激光器寬度比有源層厚度大得多，光限制僅在一個(gè)橫向方向，即垂直于結(jié)平面方向。若條寬為10 左右（或更

19、小），則橫向限制可導(dǎo)致激光器在 基模工作。 半導(dǎo)體激光器諧振腔端面一般是晶體解理面，對(duì)于常用GaAs異質(zhì)結(jié)激光器，該晶體對(duì)TE模需要閾值增益低，TE模首先產(chǎn)生受激輻射，反過(guò)來(lái)又抑制了TM模。另一方面，諧振腔波導(dǎo)層一般很薄，對(duì)TM模吸收很大，這就使TE模增益大。因此，半導(dǎo)體激光器輸出激光偏振度很高。注入電流逐漸增大的過(guò)程，實(shí)際上經(jīng)歷了三種類(lèi)型的發(fā)光過(guò)程:（1）電流較小時(shí)，注入載流子較少，輻射復(fù)合不足以克服吸收的作用，此時(shí)發(fā)出光為熒光，光強(qiáng)較弱，帶寬較寬，增益G0。(2)電流增大后，注入載流子增多，最終導(dǎo)致G0，受激輻射起主導(dǎo)作用，發(fā)出很強(qiáng)的光，但仍屬于熒光，沒(méi)有建立一定模式的振蕩，所以帶寬仍較寬

20、，這種現(xiàn)象稱(chēng)為超輻射。(3)若電流進(jìn)一步增大，使得G值滿(mǎn)足閾值條件，這時(shí)發(fā)出的光才稱(chēng)為激光，帶寬較窄，光強(qiáng)更強(qiáng)。11.4.3激光閾值特性光輸出發(fā)射光譜線從原來(lái)較寬的自發(fā)輻射曲線突變到包含幾個(gè)窄的模的受激輻射曲線，如下圖所示。隨著注入電流增加，受激輻射的縱模向長(zhǎng)波方向平移，并且當(dāng)電流增加到某一值時(shí)，出現(xiàn)模的躍變，主縱模轉(zhuǎn)移到另外的縱模上。這是模式競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。激光器發(fā)射的光主要在垂直法布里泊羅面的方向上。光強(qiáng)（光子密度）橫向空間分布如下圖所示：實(shí)際的理想的由于衍射，光子的分布會(huì)擴(kuò)展或延伸到結(jié)兩邊的非有源區(qū)，于是光發(fā)射層的厚度D大于有源層的厚度d，例如GaAs激光二極管d1um，D10um。從理想空

21、間能量分布圖可見(jiàn)，在任一給定時(shí)刻，激光模中存在的總光子數(shù)僅d/D部分處于有源區(qū)中，并可由受激輻射產(chǎn)生附加的光子，這種效應(yīng)降低了器件的有效增益。腔長(zhǎng)（11.4.13）（11.4.14）端面功率反射系數(shù)損耗系數(shù)增益系數(shù)內(nèi)量子效率 可得注入的閾值電流密度為： 須注意，激光器在端面處的光端面的光輸出項(xiàng)作為 一項(xiàng)損耗記入，這可由 項(xiàng)來(lái)說(shuō)明。因端面發(fā)射功率到導(dǎo)致?lián)p耗可能不是顯而易見(jiàn)的，但是如果把透射系數(shù)T（1-R）代入，并把 展成級(jí)數(shù)，得 （11.4.15）（11.4.16）由式（11.4.15）可見(jiàn)，光子從粒子數(shù)反轉(zhuǎn)區(qū)向外擴(kuò)展 到周?chē)鸁o(wú)源區(qū)，引起閾值電流密度顯著增加。故應(yīng) 設(shè)計(jì) 的激光二極管。，以獲得最

22、佳的性能。略去T的高次項(xiàng)，得到：式中T/L表示端面損耗系數(shù)T在整個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)取平均值得到的損耗系數(shù)，因?yàn)門(mén)的典型值是0.6，所以略去T的高次項(xiàng)不能得到精確的結(jié)果，這在定量計(jì)算中是不可取的。（11.4.17）（11.4.20）考慮在一個(gè)小的距離 內(nèi)的損耗，取一級(jí)近似，dz內(nèi)功率損耗為或：長(zhǎng)度2L內(nèi)吸收功率是： 同理，一個(gè)雙程產(chǎn)生的功率為：（11.4.18）（11.4.19）（11.4.21）（11.4.22）（11.4.24）（11.4.23）L為長(zhǎng)度，W為寬度，將（11.4.22）代入上式得：激光器內(nèi)部產(chǎn)生的光功率（11.4.26）（11.4.25） 時(shí)間相應(yīng)指半導(dǎo)體激光器發(fā)光隨注入電流而變化的快

23、慢程度。它決定與注入的非平衡載流子的壽命 是半導(dǎo)體調(diào)制特性的一個(gè)重要參數(shù)。 GaAs是直接躍遷材料。非平衡載流子復(fù)合很快。 110k 室溫 調(diào)制頻率：GHZ 激光二極管的關(guān)鍵特性是其可靠性，它對(duì)系統(tǒng)影響甚大。 （1）突然失效 當(dāng)激光二極管的光功率密度在小鏡面處超過(guò)某閾值時(shí)，會(huì)突然失效。 同質(zhì)結(jié)激光器閾值功率密度： 300K 68mw/ 異質(zhì)結(jié)激光器每微米條寬損傷閾值24mw 防靜電 脈沖擾動(dòng) 光照11.4.6可靠性 激光器在低于損傷閾值下工作，就可避免突然損 壞。但是，持續(xù)幾微秒的瞬態(tài)尖峰就足以毀壞激 光器。故必須在連續(xù)工作時(shí)濾除瞬態(tài)尖峰，脈沖 工作時(shí)避免瞬時(shí)擾動(dòng)。 （2）緩變退化 ，導(dǎo)致激光

24、器退化。 經(jīng)過(guò)分析和消除大部分退化機(jī)理實(shí)踐。 器件壽命由1100小時(shí) 小時(shí)。 11.5同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)激光器同質(zhì)結(jié)激光器（1962）單異質(zhì)結(jié)激光器（1967）雙異質(zhì)結(jié)激光器（1970）同質(zhì)結(jié):半導(dǎo)體激光器是由于其PN界采用同種半導(dǎo)體材料制成而得名。 n GaAs p GaAs 有源區(qū)：由空間電荷區(qū)及P區(qū)的電子擴(kuò)散長(zhǎng)度和N區(qū) 的空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)區(qū)間組成。11.5.1同質(zhì)結(jié)激光器 困難：閾值電流密度高且隨溫度發(fā)生劇烈變化。 理論分析：低增益下， 高增益下，關(guān)系變?yōu)榫€性。 實(shí)際 關(guān)系更為劇烈。 故除基本增益外，尚有其他因素影響同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器的 特性。 1.有源區(qū)厚度主要由P區(qū)電子的擴(kuò)散長(zhǎng)度決定。

25、隨 溫度增加而增加。室溫下電子擴(kuò)散長(zhǎng)度可達(dá) 需要較 大的注入載流子濃度來(lái)保證在如此厚的有 源區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 2.較高溫度下，沿同質(zhì)結(jié)結(jié)平面?zhèn)鞑サ墓獠▊鞑ヌ?性變壞是室溫下同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器閾值電流密 度大的又一重要原因。 a:低溫下結(jié)附近存在的折射率臺(tái)階，隨溫度升高 而削弱。 b:激射波長(zhǎng)隨溫度升高而向長(zhǎng)波移動(dòng)。 異質(zhì)結(jié)作用： a：實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)限制； b：將載流子限制在結(jié)區(qū)；產(chǎn)生較高的載流子注入效率；11.5.2異質(zhì)結(jié)激光器 一般采用液相外延（LPE）技術(shù)制備。 n GaAs p GaAs p 利用Zn在GaAs中擴(kuò)散非?？?，在 異質(zhì)結(jié)下形成擴(kuò)散 p-n 結(jié)。由于 中電子的有效質(zhì)量約為空穴的

26、1/7，故注入電流主要是注入p型層的電子。11.5.3單異質(zhì)結(jié)(SH)激光器 為了有利于對(duì)光波的限制。X值可取得大一些。 x：0.30.5 折射率：GaAs3.58； 3.53 通過(guò)電子復(fù)合，粒子反轉(zhuǎn)區(qū)d：1 。超過(guò)1 ， 會(huì)導(dǎo)致效率下降和閾值電流密度的增加。 單異質(zhì)結(jié)激光器： 優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)同質(zhì)結(jié)激光器閾值電流密度下降。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備工藝容易，器件效率與雙 異質(zhì)結(jié)器件差不多。 缺點(diǎn)：只在發(fā)光結(jié)的一邊，即 p-GaAs和p- 界面處產(chǎn)生對(duì)光場(chǎng)及載流子的限制。因此只 能得到部分有效的限制作用。有源層仍較 厚，室溫下電流密度仍較高。 不適宜于室溫下連續(xù)工作，常采用脈沖 方式工作，在多種集成光學(xué)應(yīng)用中

27、廣泛用作 光源可輸出較高脈沖功率。 雙異質(zhì)結(jié)激光器:有著對(duì)光和載流子最完全的限制作用，加以良好的散熱裝置，就能得到低閾值電流密度的室溫連續(xù)工作器件。 n p GaAs p 11.5.4雙異質(zhì)結(jié)激光器 如圖，基本的GaAlAs三層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)通常生長(zhǎng)在重?fù)诫s的 型襯底上，并且用重?fù)诫s的 -GaAS層覆蓋，以易于形成電接觸。為了保證在整個(gè)p型層有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，d1 ,事實(shí)上為了產(chǎn)生較大的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)及光子密度，d往往減少到 雙異質(zhì)結(jié)激光器結(jié)構(gòu)使由源區(qū)兩邊都有限制作用， 有源層的帶隙比限制層的小，折射率比限制層大。 由此引起的禁帶寬度不連續(xù)性 和折射率不連續(xù)性 分別起著載流子限制和光限制的作用。使激光模光子

28、和注入載流子兩者都限制在很薄的粒子反轉(zhuǎn)區(qū)，于是，粒子反轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)可由受激發(fā)射得到增益，所以DH激光器與其它半導(dǎo)體激光器相比，效率高而閾值電流最少。 一.光場(chǎng)限制 異質(zhì)結(jié)激光器的特性 限制因子： 對(duì)d較小的對(duì)稱(chēng)三層波導(dǎo)有近似表達(dá)式 二.首先提出異質(zhì)結(jié)激光器的一些研究者，并不著眼于異質(zhì)結(jié)的光場(chǎng)限制，而取其載流子注入效率的提高和有源區(qū)的載流子限制。 結(jié)的導(dǎo)帶不連續(xù)（ ）對(duì)注入電子形成 勢(shì)壘。把它們限制 在p區(qū)。 n-p結(jié)價(jià)帶的不連 續(xù)（ ）對(duì)空穴 形成勢(shì)壘，把它們 限制在n區(qū)。從而 提高了注入效率 由于雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)有助于把多數(shù)載流子和注入的少數(shù)載流子都限制在有源的p區(qū)，且光模光子也被異質(zhì)結(jié)限制在有源區(qū)。所

29、以DH激光器為在有源區(qū)中得到最大可能的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和最大的光子密度提供了最佳條件。這是受激發(fā)射的兩個(gè)主要條件，因此，DH激光器能大大超過(guò)同質(zhì)結(jié)激光器。 同質(zhì)結(jié) 單異質(zhì)結(jié) 雙異質(zhì)結(jié) 工作條件 低溫，脈沖 脈沖 室溫，連續(xù) 發(fā)散角 10度 1520度 2040度 效率 10% 40% 4060% 閾值電流 104A/cm2 8.16x103A/cm2 102A/cm2 單模 線寬 0.10.2nm 熱穩(wěn)定性 大光腔和分離限制異質(zhì)結(jié)激光器如圖，大光腔激光器（LOC)是一種四層非對(duì)稱(chēng)介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，分離限制異質(zhì)結(jié)激光器（SCH)是一種五層對(duì)稱(chēng)介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。雙異質(zhì)結(jié)激光器在室溫下輸出功率不夠大，主要是受發(fā)光

30、面積的限制。如果激光輸出為幾毫瓦，則發(fā)光處的光能密度可高達(dá) 。將破壞諧振腔。雙異質(zhì)結(jié)激光器的有源層厚度為0.15 左右或更小。只有如此薄才能實(shí)現(xiàn)室溫下連續(xù)工作，及 保證激光器單模工作。故不能增加有源層厚度。大光腔結(jié)構(gòu)：在有源層和限制層之間加入一層波導(dǎo)層。光能從有源層擴(kuò)展到波導(dǎo)層中，波導(dǎo)層與有源層一起形成介質(zhì)光波導(dǎo) 。大光腔激光器是不對(duì)稱(chēng)介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，只在有源區(qū)的一邊增加一層波導(dǎo)層。如在有源區(qū)兩邊各增加一層波導(dǎo)層，就構(gòu)成分離限制異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。分離限制異質(zhì)結(jié)激光器兩層波導(dǎo)層的作用有二： 1.波導(dǎo)層同有源層的禁帶寬度差 能將載流子有 效地限制在有源層中; 2.波導(dǎo)層同有源層的折射率差 不是很大，有 源

31、 區(qū)中載流子復(fù)合發(fā)出的光能擴(kuò)展到這兩層波導(dǎo) 層中，它們與有源層一起構(gòu)成光波導(dǎo)。既光和 載流子分別限制在不同的區(qū)域中。 近年來(lái)，隨著量子阱激光器的發(fā)展，SCH結(jié)構(gòu)得到廣泛的重視和應(yīng)用。除上述折射率兩步躍遷型外，還出現(xiàn)三步，四步甚至是折射率漸變的分別限制結(jié)構(gòu)。條形結(jié)構(gòu) 為減小工作電流，改善器件熱阻，提高散熱性能，在多層結(jié)構(gòu)上，使垂直于與激光方向的尺寸加以限制，控制寬度W。使結(jié)平面方向上，如垂直方向上一樣對(duì)載流子和光實(shí)行限制，由此引進(jìn)各種條形結(jié)構(gòu)。 W 。 條形結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體激光器的設(shè)計(jì)和制造中的關(guān)鍵，對(duì)激光器的性能影響很大，直接決定了閾值電流，光譜模式等。 條形激光器形狀種類(lèi)： （1）電極條形 （2

32、）臺(tái)面條形 （3）質(zhì)子轟擊條形 （4）平面條形 （5）結(jié)條形 （6）掩埋條形 半導(dǎo)體激光器中，在垂直于結(jié)平面的方向上，采用雙異質(zhì) 結(jié)構(gòu)，大光腔結(jié)構(gòu)，或載流子和光分別限制結(jié)構(gòu)等，通過(guò) 有源區(qū)和上下限制層之間帶隙差 和折射率差 ， 來(lái)實(shí)現(xiàn)載流子限制和光限制。而在平行于結(jié)平面的方向 上，設(shè)計(jì)制造了各式各樣的條形結(jié)構(gòu)，通過(guò)折射率的階躍 變化或折射率的逐漸變化來(lái)實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)。強(qiáng)折射率波導(dǎo) 時(shí) ，弱折射率波導(dǎo)時(shí) 。還可以通過(guò)增益的空間分布來(lái)實(shí)現(xiàn)增益光波導(dǎo)。 條形結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)： 特點(diǎn)：（1）工作電流少，發(fā)熱少。 （2）與散熱裝置結(jié)合，散熱性能好。 （3）可改善模式和譜線寬度。 缺點(diǎn)：條寬受限，不宜用于大功率輸

33、出。 增益因子有所減少，損耗有所增加。 長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器用作光纖通信光源，可以大大增長(zhǎng)通信的中繼距離和提高系統(tǒng)的性能，特別適宜于作長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)的光源。11.5.5長(zhǎng)波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器目前對(duì)波長(zhǎng)大于0.9um的長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器的研究也較成熟，作為室溫連續(xù)工作的長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器有InGaAsP/InP激光器、GaAsSb/GaAlAsSb激光器和InGaAs/GaInP激光器。11.6分布反饋式半導(dǎo)體激光器分布反饋（DFB）式半導(dǎo)體激光器是伴隨光纖通信和集成光路的發(fā)展而出現(xiàn)的。特點(diǎn)：激光振蕩由周期結(jié)構(gòu)（或衍射光柵)形成光耦合提供。優(yōu)點(diǎn)：易于獲得單模單頻 輸出，容易與光纖，調(diào)制器等耦合，特別適宜做集成光路的光源

34、。 DFB 在激活層GaAs內(nèi)制備上周期性波紋結(jié)構(gòu)，當(dāng)激活區(qū)介質(zhì)的增益與光柵波紋深度滿(mǎn)足一定要求時(shí)，即可輸出激光，波長(zhǎng)與光柵周期存在一定關(guān)系。 11.6.1激光器結(jié)構(gòu)與制備 原理：“布喇格反射原理”。 關(guān)系式： 入射光與光柵垂直， 得分布反饋條件： 11.6.2 DFB激光器基本原理DFB激光器和DBR激光器F-P腔半導(dǎo)體激光器利用解理面構(gòu)成諧振腔，簡(jiǎn)單易行， 但有一個(gè)弱點(diǎn)，即它只能在直流驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)靜態(tài)單縱模工 作，而在高速調(diào)制狀況下不能保證動(dòng)態(tài)單縱模工作，增益 峰值，振蕩模式，工作頻率都會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)電流及環(huán)境溫度 等外部因素發(fā)生較大的變化。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)單縱模工作，穩(wěn)定地獲得單一波長(zhǎng)的激光，最有 效

35、的方法是在半導(dǎo)體激光器的內(nèi)部建立一個(gè)布拉格光柵， 利用布拉格光柵來(lái)構(gòu)成諧振腔，穩(wěn)定地選擇固定的波長(zhǎng)， 從而獲得穩(wěn)定的單縱模激光輸出。含有布拉格光柵的激光器有分布反饋激光器（DFB)和分布布拉格反射激光器(DBR) m=1：一級(jí)光柵。 m=3：三級(jí)光柵。 （11.30） 由于垂直于二級(jí)光柵平面方向上將出現(xiàn)強(qiáng)烈輻射損耗，故很少采用。 由于一般光柵的 值很小，制備困難，故一般采用三級(jí)光柵。 1.波長(zhǎng)選擇性： 發(fā)射端面激光器的光發(fā)射波長(zhǎng)由增益譜和激光器 縱模特性共同決定，往往激勵(lì)若干縱模。而DFB激 光 器的發(fā)射波長(zhǎng)雖然也受增益譜影響，但主要由光 柵周期決定。m階和（m+1)階模之間的間隔一般比 激光

36、 器的增益譜寬度大的多，以致只有一個(gè)輻射模 能獲得足夠增益。故很容易實(shí)現(xiàn)單縱模工作。 11.6.3 DFB激光器的特性2.發(fā)射光的線寬窄： 發(fā)射線寬由激光器增益曲線和腔體的模選擇特性的卷積決定。因?yàn)楣鈻疟确瓷鋽嗝嬗懈玫牟ㄩL(zhǎng)選擇性，所以DFB激光器的發(fā)射線寬要小得多。 普通激光器：0.10.2nm。 DFB激光器：0.05 0.08nm。 DFB激光器的發(fā)射線寬與光柵的耦合系數(shù)k 和無(wú)源波導(dǎo)損耗系數(shù) 關(guān)系很大，直接隨該兩參數(shù)增大。降低工作溫度也減小了發(fā)射線寬，這是因?yàn)殡S電子能量熱分布的下降，增益曲線變窄。 DFB激光器可得到較窄的線寬，這一點(diǎn)在光通訊應(yīng)用中顯得特別重要，因?yàn)檎{(diào)制帶寬主要受激光線

37、寬限制。 3.穩(wěn)定性好： 在許多應(yīng)用場(chǎng)合中，環(huán)境變化時(shí)，激光器發(fā)射波 長(zhǎng)和閾值電流密度的穩(wěn)定性是非常重要的。發(fā)射 波長(zhǎng)隨PN結(jié)結(jié)溫變化在反射端面激光器中是一個(gè) 嚴(yán)重的問(wèn)題。 一般反射端面激光器漂移值： DFB漂移值： DFB激光器改善溫度穩(wěn)定性的原因：反射端面激光器的漂 移遵循帶隙對(duì)溫度的依賴(lài)。而DFB的漂移僅遵循折射率對(duì) 溫度的依賴(lài)關(guān)系。 4.閾值電流密度和輸出功率 DFB激光器的閾值電流密度可與反射端面激光器的閾值電流密度相比較。理論計(jì)算預(yù)言，最佳的DFB激光器能輸出高達(dá)50mw的連續(xù)功率。且閾值電流密度小于 。事實(shí)上已經(jīng)證實(shí)了連續(xù)功率可達(dá)到40mw。光柵的引入造成波導(dǎo)層中介電常數(shù)的周期變

38、化，從而引起激光器種特定激光模式的前向波和后向波間的耦合，既振蕩模式為一對(duì)稱(chēng)的振蕩模譜，有兩個(gè)同時(shí)振蕩的主模。光柵周期均勻分布的DFB激光器發(fā)射出的激光不是單縱模，而是具有兩個(gè)主模的多模光譜。這種兩個(gè)主模是由完全對(duì)稱(chēng)的并且均勻分布的周期光柵造成的。為將輻射功率集中在同一主模上，并使各振蕩模式的閾值增益差增大，有如下方法。DFB的缺點(diǎn) 1.在光柵中引進(jìn)一個(gè) 相移； 2.將端面鍍上增透膜，造成非對(duì)稱(chēng)的端面反射率； 3.在有源區(qū)靠近腔面的一小段區(qū)域中，沒(méi)有布拉格光柵，形成無(wú)分布反饋的透明區(qū)； 4.對(duì)光柵周期進(jìn)行適當(dāng)啁秋； 其中引進(jìn) 相移和不對(duì)稱(chēng)端面反射率較可行。 區(qū)別：DBR在兩端使用兩個(gè)布喇格光柵

39、，光柵在激勵(lì)有源區(qū)(反轉(zhuǎn)區(qū))外面。 11.6.4 分布布喇格反射式（DBR）激光器 優(yōu)點(diǎn)：a.避免由于光柵制作過(guò)程中的晶格損傷引起的非輻射 復(fù)合。 b.兩個(gè)光柵鏡面可以單獨(dú)制作以獲得單端輸出。（L不 同，反射率不同，從反射率低面輸出。） 單模工作要求： a：一個(gè)分布反射器對(duì)應(yīng)激射波長(zhǎng)必須帶寬窄，反射率高。 b：另一個(gè)為有最佳輸出耦合，必須具有相當(dāng)?shù)偷姆瓷渎省?DBR結(jié)構(gòu)，透射率和反射率： 式中 ，是波導(dǎo)無(wú)源區(qū)中分布損耗系數(shù)， L是分布反射器長(zhǎng)度， K為耦合系數(shù)， 為位相常數(shù)對(duì)布拉格條件的偏差。 由于L不同，反射率不同，從而可使兩分布反射器L不同，從反射低端獲得單端輸出。 m階和m+1階縱模間隔

40、可近似表為： 有效腔長(zhǎng)為： 為兩個(gè)分布反射器的長(zhǎng)度， 為有源區(qū)長(zhǎng)度。 假設(shè)單端光功率是從長(zhǎng)度為 的低反射DFB輸出。則有 ：1至2mm； 幾百 因?yàn)镈BR激光器在預(yù)定波長(zhǎng)（由光柵間隔）決定）很容易獲得單端輸出。故適用于集成光路的頻率多路復(fù)用，它要求許多光源工作在完全規(guī)定的波長(zhǎng)。至今介紹的激光器的結(jié)構(gòu)均為端面發(fā)射激光二極管，即激光發(fā)射方平行于pn結(jié)平面，激光束是由激光器的側(cè)面發(fā)射出的，該結(jié)構(gòu)有一定局限性： 1.在芯片解理成激光器管芯前，無(wú)法對(duì)單管進(jìn)行性能測(cè) 試。 2.激光光束為一橢圓狀錐體，平行于和垂直于pn結(jié)平面的光束發(fā)散角不同，光束形狀不對(duì)稱(chēng)。 3.難于實(shí)現(xiàn)二維光束陣列，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單片集成的二

41、維器件陣列。 鑒于此，研究發(fā)展了一種可在線檢測(cè)性能，光束為對(duì)稱(chēng)的圓形圖樣，能夠?qū)崿F(xiàn)激光器集成并實(shí)現(xiàn)二維陣列的器件，取得了廣泛應(yīng)用。11.6.5 垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL)如圖VCSEL，其腔面平行于pn結(jié)平面，激光發(fā)射方向垂直于pn結(jié)平面。 為了構(gòu)成諧振腔，研制出了多種鏡面結(jié)構(gòu)，有金屬鏡面，介質(zhì)鏡面，和分布布拉格反射器（DBR)等。 在VCSEL中，有源區(qū)很薄，既有源區(qū)連同腔面一起構(gòu)成諧 振腔很短的短腔激光器。同時(shí)，VCSEL的發(fā)射面不再是細(xì)窄的條形，而是半徑可達(dá)幾微米至幾十微米的圓形。故， VCSEL激光器的結(jié)構(gòu)尺寸具有兩大特性：短的諧振腔和大的發(fā)光面。該特性帶來(lái)了一系列獨(dú)特性質(zhì)： 1

42、.腔長(zhǎng)短，使得發(fā)射光譜模式間隔很大，易實(shí)現(xiàn)單縱模工作，發(fā)射光譜為一很窄的單縱模。 2.發(fā)光面既大又對(duì)稱(chēng)，故激光光束的發(fā)散角小，僅幾度。 3.發(fā)光面積大，故發(fā)光面上功率密度小。即使在高功率輸出時(shí)，也不會(huì)因功率密度大于臨界值而出現(xiàn)退化，故器件壽命長(zhǎng)。 4.工作電流?。河捎谇婚L(zhǎng)短，有源區(qū)的體積很小，即使很小的注入電流也能獲得足夠高的增益而發(fā)光，故VCSEL閾值電流很小，甚至小于1mA。11.7量子阱半導(dǎo)體激光器 半導(dǎo)體學(xué)科極其重要的前沿領(lǐng)域。 晶體結(jié)構(gòu)： 由不同超薄層半導(dǎo)體材料周期性排列形成。每一薄層厚度小于電子平均自由程。（幾十nm)11.6.1超晶格材料的晶體結(jié)構(gòu) 根據(jù)制備相鄰薄層材料差別的分類(lèi)：組分型摻雜型應(yīng)變型材料特點(diǎn)相鄰兩層材料組分不同組分相同，但有不同摻雜不同組分材料典型GaAs/GaAlAsN-GaAs/P-GaAsInAs/GaSb晶格特點(diǎn)晶格常數(shù)相近保持晶格匹配晶格常數(shù)相同保持晶格匹配晶格常數(shù)不同，出現(xiàn)應(yīng)變場(chǎng) 在超晶格結(jié)構(gòu)中，出現(xiàn)由不同材料周期性排列引起的周期性勢(shì)場(chǎng)，其周期等于材料重復(fù)周期。這一周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于晶格的排列周期，所以超晶格中人工形成的勢(shì)場(chǎng)周期一般大于晶格勢(shì)場(chǎng)的周期，這就是“超晶格”名稱(chēng)的來(lái)源。 超晶格結(jié)構(gòu)中。 Eg1.4ev Eg1