GaAs/AlGaAs量子阱激光器异质外延结构
量子阱激光器是一种有源区厚度很窄的半导体激光器。有源区域的厚度决定了由激光器发射光的波长。量子阱激光器的有源区具有约为5 – 20 nm的厚度。激光器发射波长通常在700 nm和1600 nm之间。量子阱激光器技术提高了电子-空穴复合概率,从而提高了量子阱激光器中的低阈值电流。GaAs/AlGaAs外延材料是目前广泛用于生长单量子阱激光器的半导体材料之一。可供GaAs/AlGaAs外延片用于制备775nm半导体激光器,具体外延结构如下:
1. GaAs/AlGaAs单量子阱(SQW)激光器外延结构
外延层 | 厚度 |
GaAs | – |
AlGaAs | – |
AlGaAs | – |
AlGaAs | – |
AlGaAs | – |
AlGaAs | – |
AlGaAs | – |
AlGaAs | – |
GaAs 量子阱 | – |
AlGaAs | – |
AlGaAs | – |
AlGaAs | – |
AlGaAs | 10nm |
GaAs | – |
GaAs 衬底 | – |
采用分子束外延(MBE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延工艺将GaAs/AlGaAs薄层沉积在GaAs衬底上。生长条件,如温度、压力和气体流量,必须仔细控制,以确保所需的层厚度和质量。在外延层中掺杂硅或碳以控制电子和空穴的浓度。
2. GaAs/AlGaAs量子阱工作原理
如量子阱激光器结构和能带图所示,半导体A和半导体B沿z方向堆叠。为了沿z方向创建量子阱,半导体A的带隙应该小于半导体B的带隙。生长两层带隙较大的AlGaAs(B),围绕一层带隙较小的GaAs(A)薄层。由于所含材料的带隙低于周围的AlGaAs,因此在GaAs区域中产生了量子阱(势阱)。整个结构的能带能量的这种变化可以被视为载流子感受到的电势的变化,因此低能量载流子可以被捕获在这些阱中。
当电流施加到量子阱上时,电子和空穴被注入阱中。当这些电子和空穴被限制在离散的能级时,它们被困在狭窄的量子阱中,这被称为子带。当高能级比低能级电子多时,会发生居数反转。然后,电子与井中的空穴重新结合,以光子的形式释放出能量。这些释放的光子将通过受激发辐射引起电子和空穴的进一步复合,并发射更多的光子。
量子阱激光器结构和能带图
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