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半導體量子阱
鎖定
半導體量子阱(Semiconductor quantum wells)是指兩種半導體材料按三明治樣式生長成的結構。以AlAs和GaAs兩種材料生長成的半導體量子阱為例,三明治結構的兩邊是由AIAs層形成的勢壘,夾心的GaAs中間層,在其層厚小於電子的德布羅意波長時,就形成了電子(空穴)的量子阱。
- 中文名
- 半導體量子阱
- 外文名
- Semiconductor quantum wells
- 釋 義
- 兩種半導體材料按三明治樣式生長
- 舉 例
- AlAs和GaAs
- 製備工藝
- 蒸發、刻蝕、減薄、合金
- 應 用
- 半導體量子阱激光器
半導體量子阱簡介
以AlAs和GaAs兩種材料生長成的半導體量子阱為例,三明治結構的兩邊是由AIAs層形成的勢壘,夾心的GaAs中間層,在其層厚小於電子的德布羅意波長時,就形成了電子(空穴)的量子阱。量子阱中的電子沿層面自由運動,垂直層面受限制,構成所謂兩維電子氣,並在垂直層面方向形成分立能級。分立能級間的能隙隨阱寬增大而變小,直至過渡到自由空間的連續能級的現象,反映了量子阱的基本效應—量子尺寸效應。
半導體量子阱製備技術
製備半導體量子阱激光器工藝包括蒸發、刻蝕、減薄、合金、解理、鍍膜、劃片、中測、燒結、球焊、老化、裝架、封管和質檢等。為滿足新型激光器的性能要求,上述工藝技術都須精化提高,升級換代,伴隨着許多新的工藝技術和設備製造難題。
採用MBE技術製備的半導體量子阱激光器由於有源區量子阱的寬度只有10 nm左右,量子限制效應導致的能態密度變化使器件的閾值電流密度大大降低,室温連續工作模式下只有幾百A/cm2,最低甚至可以達到約40 A/cm2。這極大地提高了器件的性能,拓寬了器件的應用領域,使量子阱激光器成為目前半導體激光器市場的主流產品。目前代表性的器件包括用於泵浦YAG激光器的808 nm大功率半導體量子阱激光器,用於光纖通信的1.3μm,1.55 μm量子阱激光器。用於泵浦摻Er光纖放大器的980 nm量子阱激光器等。
半導體量子阱半導體量子阱激光器
半導體量子阱激光器的模擬要比微電子器件的模擬複雜得多,主要體現在以下幾個方面:
一、器件描述
描述系統要首先給出橫向和縱向的大致輪廓,對於橫向,要給出每一層的參數,如長度、寬度、厚度、位置、摻雜濃度、材料體系及組分,還要指出歐姆接觸、肖特基接觸、自由邊界、有源區位置及光限制位置;對於縱向,要給出端面反射情況,相移位置及大小、光柵參數、耦合係數、腔長及用於傳遞矩陣分析的縱向剖分情況,縱向描述是完全有別於微電子器件的。
二、非線性耦合方程組自洽求解
量子阱激光器模擬所應用的理論模型,包括泊松方程,電子空穴連續性方程、熱傳導方程、波動方程、光子速率方程及薛定諤方程,這些方程都是非線性的,通過電勢、準費米能級、載流子密度和光子密度耦合在一起。求解起來不但複雜,而且還耗費時間,首先要全部線性化,然後再建立自洽迭代系統,是否收斂與初值關係密切,不合適的初值還會導致溢出錯誤,中斷求解過程。
三、能帶工程的引入