制造激光器首先要有產(chǎn)生光的源,最重要的是要使粒子束翻轉(zhuǎn),這樣才能夠產(chǎn)生受激輻射,產(chǎn)生受激輻射光,在諧振腔作用下產(chǎn)生最后的激光。用異質(zhì)結(jié)制作的半導(dǎo)體激光器可以把載流子限制在發(fā)光區(qū),使大量的將要復(fù)合的電子和空穴沉積在窄帶上,翻轉(zhuǎn)的粒子束大于普通的半導(dǎo)體激光器。
ALGaAs+n和ALGaAs+p是寬帶中間是GaAs窄帶,加正向偏壓的情況下從ALGaAs+n的導(dǎo)帶越過尖勢壘向GaAs注入電子,電子由于受到同型異質(zhì)結(jié)ALGaAs+p的勢壘的作用在窄帶處沉積,當(dāng)然有少量的電子越過勢壘跑掉了。同樣在價帶處,空穴從ALGaAs+p注入到窄帶中,受到ALGaAs+n勢壘的作用后沉積在窄帶。那么在GaAs上形成了粒子束的反轉(zhuǎn)�?梢园l(fā)現(xiàn)兩邊的寬帶限制了載流子的運(yùn)動,稱為限制區(qū)。中間是實現(xiàn)粒子復(fù)合的區(qū)域成為有源區(qū)。
和同質(zhì)結(jié)激光器相比,異質(zhì)結(jié)激光器由于寬帶對有源區(qū)的限制,使發(fā)光的位置僅限于了有源區(qū),使發(fā)光的區(qū)域集中,光強(qiáng)更大。雙側(cè)的異質(zhì)結(jié)在兩邊提供了限制,單邊異質(zhì)結(jié)只能提供一邊的限制。
導(dǎo)帶中的電子為了能夠達(dá)到激射閾值需要注入2×1018/cm2個,為了能夠在源區(qū)限制住這些電子需要有一定高度的勢壘,這個勢壘高度就是由結(jié)區(qū)的內(nèi)建電勢和ΔE共同決定的。電子基本處于Γ帶中,其相鄰的L帶還有一部分在DEc下,X帶的載流子都可以越過勢壘。同樣為了限制空穴要求提高價帶的勢壘 ,但是提高勢壘會導(dǎo)致電子注入減小,這是不允許的,所以要有一個中間的度。能量高過勢壘的電子和空穴都會漏掉。
另外由于限制區(qū)摻了Al,折射率減小,有源區(qū)中輻射的光子在有源區(qū)中損耗很大,如果生長一層摻雜很大的蓋帽層能夠?qū)崿F(xiàn)很好的歐姆接觸。
制造量子阱激光器是半導(dǎo)體激光器的重要一支,要使反轉(zhuǎn)粒子數(shù)增大,這樣就需要多造出量子阱。多造出一些量子阱,使有源區(qū)的面積擴(kuò)大,但這樣會增加制造的難度,主要是導(dǎo)帶和價帶的量子阱要在同一個平面內(nèi),這個在數(shù)量大時不容易實現(xiàn)。量子阱激光器的輻射復(fù)合是發(fā)生在價帶和導(dǎo)帶中分裂能級中的粒子。在分裂能級中態(tài)密度階梯變化。由于分裂的能帶不再是原來的導(dǎo)帶底和價帶頂,因此復(fù)合的能級會加大,出現(xiàn)激光的波長藍(lán)移,通常有 ,一般勢阱寬度小于電子空穴的擴(kuò)散長度所以都限制在勢阱中,粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的量很大。
一.異質(zhì)結(jié)激光器的結(jié)構(gòu)
A.單異質(zhì)結(jié)激光器與雙異質(zhì)結(jié)激光器(從材料)
GaAs材料與GaAl材料
Ga1-xAlxAs是指在GaAs材料中摻入AlAs而形成,叫作砷鎵鋁晶體,1-x,x是指AlAs與GaAs的比例。
B.反型異質(zhì)結(jié)與同型異質(zhì)結(jié)(從導(dǎo)電類型)