异质结半导体激光器的工作原理.ppt

2020/7/30,Optical fiber communications,异质结激光器的“结”是用不同的半导体材料制成的，采用异质结激光器的目的是为了有效地限制光波和载流子，降低阈值电流，提高效率。一.异质结激光器的结构A.单异质结激光器与双异质结激光器（从材料）GaAs材料与GaAl材料Ga1-xAlxAs是指在GaAs材料中掺入AlAs而形成，叫作砷镓铝晶体，1-x,x是指AlAs与GaAs的比例。,第三节 异质结半导体激光器的工作原理,2020/7/30,Optical fiber communications,B.反型异质结与同型异质结（从导电类型）反型：如n-GaAs与p-GaAlAs or p-GaAs与n-GaAlAs 同型：如p-GaAs与p-GaAlAs or n-GaAs与n-GaAlAs,二异质结的能带图（刘恩科chapter9)A.反型异质,(a)p、n型不是简并型构成异质结之前热平衡状态下,2020/7/30,Optical fiber communications,当形成异质结时，电子n p 空穴p n,直到两半导体有相等的 ，异质结即处于平衡状态。与p-n结一样，在两种半导体材料上界面的两侧形成空间电荷区。N型半导体一边为正电荷，P型半导体一边为负电荷，这就是异质结区（阻挡层）。由于内建场的存在，使电子具有了附加电位能，因而使空间电荷区的能带发生了弯曲（基本与p-n结的形成相同的）。区别：由于禁带 不同，因而在两材料的上界面附近其能带出现与p-n结不同的特点：一能带在这界面处的变化是不连续的。,2020/7/30,Optical fiber communications,1.在导带底，能量突变 ，在这里形成“光路”。2.在价带底，能量突变 , 在这里形成“凹口”。3.导带的势垒与价带不同，导带势垒低，而价带势垒高。4.当n区的电子进入p区时所遇到的阻力要大。 当p区的空穴进入n区时所遇到的阻力要小。5.势垒的减低和增高与 . 有关，即与两材料的禁带宽度 之差有关。,2020/7/30,Optical fiber communications,B.同质结1.因为由于禁带宽度大的p型半导体比禁带宽度小的p型半导体的 低，所以空穴将由 流动，在p1形成空穴积累，而在p2形成耗尽层。由于p型半导体中电子是少数载流子，故电子的扩散不计。由于空穴的扩散，p2中的 不断上升， p1中的 下降，直到 二者平衡。,2020/7/30,Optical fiber communications,由于内建场的存在，p2中的能级与 同时上升。由于内建场的存在，p1中的能级与 同时下降。平衡时 同型异质结的能带。,2020/7/30,Optical fiber communications,同型与反型对比 1.反型：两方的载流子分别向对方扩散，在两种材料中都形成阻挡层。 2.同型：只有一种材料的载流子向对方扩散，同时在这种材料中形成阻挡层。,2020/7/30,Optical fiber communications,经过几个扩散长度之后，非平衡载流子全部复合完毕，这一区域叫做扩散区。同理在n区得边界处也有向n内部扩散得空穴流。非平衡状态下PN结的能带。 1.正向偏压V使n区的能带及Fermi都相对于P区降低eV。2.非平衡态载流子的存在使Fermi能级分离成 导带和价带的准Fermi能级。准Fermi能级偏离Fermi能级的情况由非平衡载流子的浓度来决定。,2020/7/30,Optical fiber communications,3.n区电子使多数载流子，非平衡态载流子影响较小。 不变。4.由于耗尽层极窄，结区的准 可认为与n区相同。5.p区电子是少数非平衡载流子，影响显著，由于非平衡载流子随着深入p区而减少，故导带的准 随深入p区而减少，直到非平衡载流子的0处与p区 重合为止。,价带的 相似。p区不受非平衡载流子的影响。结区与P区相同，在n区随非平衡载流子的减少而减少。,2020/7/30,Optical fiber communications,在结区及其两侧 出现了双简并or形成粒子数反转分布，变成激活区叫做作用区or有源区。,当光子通过时可放大增益条件正向偏压,2020/7/30,Optical fiber communications,Forward Biased PN Junction (LED),2020/7/30,Optical fiber communications,Double Heterojunction,2020/7/30,Optical fiber communications,LED Spectrum,2020/7/30,Optical fiber communications,LED fiber coupling,