第三节 异质结半导体激光器的工作原理53.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Optical fiber communications,1-,*,Copyright Wang,Yan,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,Ga,1-,x,Al,x,As,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,1/31/2026,1,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,1/31/2026,2,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。,1/31/2026,3,1.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。,1/31/2026,4,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,p,1,形成空穴积累，而在,p,2,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，,p,2,中的 不断上升，,p,1,中的 下降，直到 二者平衡。,1/31/2026,5,由于内建场的存在,，,p,2,中的能级与 同时上升。由于内建场的存在,，,p,1,中的能级与 同时下降。平衡时 同型异质结的能带。,1/31/2026,6,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。,1/31/2026,7,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。,1/31/2026,8,3.,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。,1/31/2026,9,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,1/31/2026,10,Forward Biased PN Junction(LED),1/31/2026,11,Double,Heterojunction,1/31/2026,12,LED Spectrum,1/31/2026,13,LED fiber coupling,1/31/2026,14,