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異質(zhì)�(jié)激光器
閱讀�8130時間�2011-03-21 23:28:50

  異質(zhì)�(jié)激光器半導(dǎo)�激光發(fā)展史上的重要突破,它的出現(xiàn)�光纖通信及網(wǎng)�(luò)技�(shù)成為�(xiàn)實并迅速發(fā)�.異質(zhì)�(jié)�(gòu)已成為當(dāng)代高性能半導(dǎo)體光電子器件的典型結(jié)�(gòu),具有巨大的開�(fā)潛力和應(yīng)用價�.異質(zhì)�(jié)激光器的“結(jié)”是用不同的半導(dǎo)體材料制成的,采用異�(zhì)�(jié)激光器的目的是為了有效地限制光波和載流子,降低閾值電流,提高效率�

�(shè)計思路

  制造激光器首先要有�(chǎn)生光的源,最重要的是要使粒子束翻�(zhuǎn),這樣才能夠產(chǎn)生受激輻射,產(chǎn)生受激輻射�,在諧振腔作用下�(chǎn)生的激光。用異質(zhì)�(jié)制作的半�(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�(dǎo)帶越過尖勢壘向GaAs注入電子,電子由于受到同型異�(zhì)�(jié)ALGaAs+p的勢壘的作用在窄帶處沉積,�(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�,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)�(xiàn)兩邊的寬帶限制了載流子的�(yùn)動,稱為限制區(qū)。中間是實現(xiàn)粒子�(fù)合的區(qū)域成為有源區(qū)�

  和同�(zhì)�(jié)激光器相比,異�(zhì)�(jié)激光器由于寬帶對有源區(qū)的限�,使�(fā)光的位置僅限于了有源區(qū),使�(fā)光的區(qū)域集中,光強(qiáng)更大。雙�(cè)的異�(zhì)�(jié)在兩邊提供了限制,單邊異�(zhì)�(jié)只能提供一邊的限制�

  �(dǎo)帶中的電子為了能夠達(dá)到激射閾值需要注�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�(jié)區(qū)的內(nèi)建電勢和ΔE共同決定的。電子基本處于Γ帶�,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�(dǎo)致電子注入減�,這是不允許的,所以要有一個中間的�。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�,如果生長一層摻雜很大的蓋帽層能�?qū)崿F(xiàn)很好的歐姆接��

  制造量子阱激光器是半�(dǎo)體激光器的重要一�,要使反�(zhuǎn)粒子�(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)�,但這樣會增加制造的難度,主要是�(dǎo)帶和價帶的量子阱要在同一個平面內(nèi),這個在�(shù)量大時不容易實現(xiàn)。量子阱激光器的輻射復(fù)合是�(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�(dǎo)帶底和價帶頂,因此復(fù)合的能級會加�,出�(xiàn)激光的波長�(lán)�,通常� ,一般勢阱寬度小于電子空穴的�(kuò)散長度所以都限制在勢阱中,粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的量很大�

�(jié)�(gòu)

  一.異質(zhì)�(jié)激光器的結(jié)�(gòu)

  A.單異�(zhì)�(jié)激光器與雙異質(zhì)�(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�,叫作砷鎵鋁晶體�1-x,x是指AlAs與GaAs的比��

  B.反型異質(zhì)�(jié)與同型異�(zhì)�(jié)(從�(dǎo)電類型)

  反型:如n-GaAs與p-GaAlAs  or p-GaAs與n-GaAlAs

  同型:如p-GaAs與p-GaAlAs  or n-GaAs與n-GaAlAs

能帶�(guān)�

  A.反型異質(zhì)

  (a)p、n�

  不是簡并�

  �(gòu)成異�(zhì)�(jié)之前熱平衡狀�(tài)下當(dāng)形成異質(zhì)�(jié)時,電子n        p

  空穴p        n

  直到兩半�(dǎo)體有相等�     ,異�(zhì)�(jié)即處于平衡狀�(tài)�

  與p-n�(jié)一�,在兩種半導(dǎo)體材料上界面的兩�(cè)形成空間電荷區(qū)�

  N型半�(dǎo)體一邊為正電��

  P型半�(dǎo)體一邊為�(fù)電荷,這就是異�(zhì)�(jié)區(qū)(阻擋層��

  由于�(nèi)建場的存�,使電子具有了附加電位能,因而使空間電荷區(qū)的能帶發(fā)生了彎曲(基本與p-n�(jié)的形成相同的��

  區(qū)別:由于禁帶Eg不同,因而在兩材料的上界面附近其能帶出現(xiàn)與p-n�(jié)不同的特點:一能帶在這界面處的變化是不連續(xù)的�

  1.在導(dǎo)帶底,能量突� △Ec,在這里形成“光路��

  2.在價帶底,能量突變△Ev, 在這里形成“凹口��

  3.�(dǎo)帶的勢壘與價帶不�,導(dǎo)帶勢壘低,而價帶勢壘高�

  4.�(dāng)n區(qū)的電子�(jìn)入p區(qū)時所遇到的阻力要��

  �(dāng)p區(qū)的空穴�(jìn)入n區(qū)時所遇到的阻力要小�

  5.勢壘的減低和增高� △Ec·△Ev 有關(guān),即與兩材料的禁帶寬度Eg1Eg2之差有關(guān)�

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