一般半導(dǎo)體激光器有源層厚度約為0.1~0.3μm,當(dāng)有源層厚度減薄到玻爾半徑或德布羅意波長數(shù)量級(jí)時(shí),就出現(xiàn)量子尺寸效應(yīng),這時(shí)載流子被限制在有源層構(gòu)成的勢(shì)阱內(nèi),該勢(shì)阱稱為量子阱,這導(dǎo)致了自由載流子特性發(fā)生重大變化。量子阱激光器比起其他半導(dǎo)體激光器具有更低的閾值,更高的量子效率,極好的溫度特性和極窄的線寬。量子阱激光器的研制始于1978年,已制出了從可見光到中紅外的各種量子阱激光器。
多量子阱(MQW) DFB激光器
同常規(guī)的激光器相比,量子阱激光器具有以下特點(diǎn):
1.在量子阱中,態(tài)密度呈階梯狀分布,量子阱中首先是E1c和E1v之間電子和空穴參與的復(fù)合,所產(chǎn)生的光子能量hv=E1c-E1v>Eg,即光子能量大于材料的禁帶寬度。相應(yīng)地,其發(fā)射波長凡小于幾所對(duì)應(yīng)的波長九,即出現(xiàn)了波長藍(lán)移。
2.在量子阱激光器中,輻射復(fù)合主要發(fā)生在E1c和E1v之間。這是兩個(gè)能級(jí)之間的電子和空穴參與的復(fù)合,不同于導(dǎo)帶底附近的電子和價(jià)帶頂附近的空穴參與的輻射復(fù)合,因而量子阱激光器光譜的線寬明顯地變窄了。
3.在量子阱激光器中,由于勢(shì)阱寬度Lx通常小于電子和空穴的擴(kuò)散長度Le和Ln,電子和空穴還未來得及擴(kuò)散就被勢(shì)壘限制在勢(shì)阱之中,產(chǎn)生很高的注入效率,易于實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),其增益大大提高,甚至可高達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
4.量子阱使激光器的溫度穩(wěn)定條件大為改善,AlGaInAs量子阱激光器的特征溫度馬可達(dá)150K,甚至更高。因而,這在光纖通信等應(yīng)用中至關(guān)重要。
1.量子線激光器