【正文】 ?????? ? ?????????1122 1 1 hhlh*hhEFpB*lhEFpBm dEpEEexpkTm dEEEexpkT??????????????????????????1212p 1 1 hh*Fph h BBlh*Fplh BBEEm k Tln e x pkTEEm k Tln e x pkT???????? ???? ? ? ??????????????????? ?? ???? ? ? ????????? ??????(3) 量子阱 LD 1) 帶間輻射 (躍遷 ) 量子阱激光器與體材料激光器對比 e 1 c h h 1 v e f f ic ie n c y E E g ( E E ) ( E E )r a d ia tiv e? ?? ?? ? ? ?? e f f ic ie n c y E E gra d ia tiv e~? ??? ??? 輸出功率高 ? 線寬小 在能級 Ee1和 Ehh1上，載流子密度很高 在導(dǎo)帶底部 EC和 EV處，載流子密度較低 ? 輸出功率低 ? 線寬大 2) 阱寬 dW的選擇 1 321 E = E ( 1 0 s )E ??? ? ? ?2223 E2 *m dw??? ? ? ?n 0 p 0 m 0 0 7 , m 0 4 5**G a A s : . m . m??3 0 0 K d w ( n ) 2 5 n m d w ( p ) 1 0 n m,? ? ?以上討論的 LD性質(zhì)成立的條件 3) 光波限制因子 3 ( ~ 1 0 )Wd ? ? ? ? ? 為提高有源層載流子密度和器件注入效率，并增強光波限制因子，即提高對載流子和光子的限制作用，可采用梯度折射率的分離限制結(jié)構(gòu)。 4) 量子阱激光器的優(yōu)點 ? 波長可調(diào) 3 1 1D e c h h vh E g ( E E ) ( E E )? ? ? ? ? ?2th2th Q W L D : J 1 0 0 D H L D : J 6 0 0 1 0 0 0G a A s G a A lA s ~ A c m~ A c m?00 TTthJ J e? Ee1和 Ehh1受 dW影響，即使對于同種材料，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計改變 dW的值，仍然可改變輸出波長。 ? 低閾值 ? 溫度系數(shù)高 (對溫度不敏感 ) 4. 應(yīng)變量子阱 LD ? 無論是體材料激光器還是量子阱激光器，有源層與襯底之間都需要嚴(yán)格的晶格匹配； ? 晶格失配度應(yīng)小于 1%，否則會在外延層與襯底間引入大量缺陷，影響器件性能； ? 形成缺陷的根本原因是外延層與襯底間存在 “ 應(yīng)力 ” ，使外延層發(fā)生剛性形變，破壞了有源層結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生缺陷； ? 合理利用這種應(yīng)力，使界面處發(fā)生彈性形變而不是剛性形變，制作出應(yīng)變量子阱器件。 利用不同的應(yīng)變方式，可以改變 LD出射光波的偏振性。利用壓縮應(yīng)變效應(yīng)制作的應(yīng)變量子阱激光器，出射光波為 TE偏振，而利用拉伸應(yīng)變效應(yīng)制作的 LD，出射光波為 TM偏振。 5. 量子線及量子點激光器 2D 量子阱激光器 N(E): stepup distribution (臺階狀 ) 1D 量子線激光器 N(E): sawtooth distribution (鋸齒狀 ) 0D 量子點激光器 N(E): 函數(shù)分布 ?3D 體材料激光器 N(E) (拋物線型 ) 12E?Sub2D 特性的 LD 較低的電流注入即可 獲得較高增益 較好的偏振可調(diào)性 制作工藝極為復(fù)雜 難以獲得較好的光波限制特性 Advantages Challenges 6. 改進結(jié)構(gòu)：諧振腔的改進 (1)FabryPerot 腔（ FP腔）的改進 1） FP腔的有關(guān)性質(zhì) ? 制作 ：垂直界面切開并形成解理面，兩個解理面構(gòu)成 FP腔 ? 典型參數(shù) ：解理面反射率 R=； 腔長 L=1501000um 縱模頻率間隔 1011Hz TEM00 TEM10 TEM20 TEM11 TEM21 TEM31 ? 窄條形激光器：可獲得單模輸出； ? 寬條形激光器：往往是多模輸出。 對 FP腔的改進主要是限制其橫向尺寸，使其易獲得單模輸出。按照橫向尺寸限制方式的不同，分為兩類： ? Gain guided cavities (GGC： 增益導(dǎo)引型光腔 ) ? Index guide cavities (IGC： 折射率導(dǎo)引型光腔 ) 2) 增益導(dǎo)引型光腔 (GGC) 典型結(jié)構(gòu)如 “ 脊形 ” 注入激光器 多窗口注入型 “ 脊形 ” 激光器 GGC型光腔的幾個性質(zhì)： ? 增益導(dǎo)引：在脊形區(qū)內(nèi)，載流子濃度高，增益大； ? 增益較大的區(qū)域，折射率較高； ? 增益導(dǎo)引效應(yīng)所導(dǎo)致的折射率變化較弱。 GGC光腔的局限性： ? 脊形區(qū)對電流限制作用較弱，激光器閾值電流較大； ? 橫向尺寸對光波限制作用較弱，容易導(dǎo)致多模輸出； ? 線寬較大； ? 輸出曲線易形成彎折。 3) 折射率導(dǎo)引型光腔 (GGC) ? 外延技術(shù)：形成縱向的雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)； ? 蝕刻及二次外延：形成橫向的雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。 兩個方向的雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，分別在縱向和橫向上形成了對光波的較強的限制作用。從橫截面上看，有源區(qū)被埋在周圍限制層的里面，因而這種結(jié)構(gòu)也叫做 “ 掩埋式 ” 異質(zhì)結(jié)激光器。有源區(qū)與周圍限制層材料之間的折射率差可達到 。 ? 優(yōu)點： ? 缺點： 制作工藝復(fù)雜 1 0 3 0 m AthI~? 1 0 m WP~? 1 2 GH zf~?(2) 分布反饋式激光器 (DFB: Distributed Feedback) FP腔半導(dǎo)體激光器縱模間隔的另一種估算辦法： 0 2m L n? ?00 0 ( dm 1)dm m d??? ? ? ?2000 d 2dmm nL???? ? ?2 03 0 , L ~ 1 0 ~ mn ~ . m ,? ? ?2 4 30 2 d ~ 1 0 1 0 ( 0 . 1 1 n m )2 3 0 1 0m m.m?????? ? ??? 是相鄰縱模之間的波長間隔，對于多模輸出的 FP LD，總線寬可達 2nm以上。 0d?周期性光柵位于限制層，靠近有源區(qū)。 DFB激光器的優(yōu)點： ? 溫度穩(wěn)定性好； ? 線寬窄； ? 易保持單模輸出 (靜態(tài)及調(diào)制狀態(tài)下 ) DFB半導(dǎo)體激光器芯片 用于發(fā)電站 嚴(yán)格監(jiān)控各氣體的成分比率： H2O, O2, CO, CO2, NH3, NO2等； 用于管道檢測 天然氣管道成分、泄漏檢測。 用于太空研究 (3) 分布布拉格反射器型光腔 (DBR: Distribution Bragg Reflector ) SEL型激光器的優(yōu)缺點 優(yōu)點： ? 閾值電流小，可以減小至亞毫安量級； ? 腔長小 ,可以減小至 10um量級 ,易于制作光電集成電路 (OEIC)。 缺點： ? 電流注入困難； ? 難以有效散熱。 (5) 解理耦合腔型 LD (C3LD: Cleaved Coupled Cavity Laser )