补充资料：半导体激光材料

半导体激光材料
semiconductor laser materials

半导体激光材料Semieonduetor laser mate-rials用于产生激光的半导体材料。在这种半导体材料中，导带电子与价带空穴发生带间直接复合，从而发出能量相当于禁带宽度的光子，称为复合发光。这一跃迁过程除了要保持能量守恒外，还要保持动量守恒。因此，要求这种半导体材料是直接带隙材料，即在动量空间(h空间)中导带底的位置与价带顶的位置相同。一般价带顶的位置在h空间的原点，因此要求导带底能谷的位置也在k空间的原点。当采用电流注入、光泵或电子束泵浦方法使这种材料中产生非平衡载流子时，复合发光就发生了。如果非平衡载流子浓度达到一个很高的水平，以至于达到粒子数反转分布时，由于光的受激发射，一定波长的光在这种材料中传输时就会得到放大，当有一个谐振腔存在时，在一定条件下，就会发生振荡，产生激光。 结构为了在半导体激光材料中形成粒子数反转分布，要向材料中注入非平衡载流子，并使其集中在一个小体积中以提高载流子浓度。为此半导体激光材料要做成一定的结构。PN结是半导体激光材料的基本结构，故半导体激光器常被称为二极管激光器，或称激光二极管、结型激光器。常用半导体激光材料的结构可分为普通PN结结构、量子阱结构、超晶格结构、应变层超晶格结构和应变层量子阱结构。其中超晶格结构是一种新型激光材料。 普通PN结结构有同质结、单异质结和双异质结3种(图1)。图a为同质结，b为单异质结，c为双异质结。由图可知，在双异质结结构中，由于有源区两侧的限制层具有较大的禁带宽度，注入的载流子被集中在很薄的有源区中。在同样的注入电流下可以获得很高的载流子浓度，有利于粒子数反转。此外，有源区的折射率较高，在两侧的低折射率限制区的包围下形成一个平板波导，产生的光子被限制在该波导中传输，不会泄漏出去而产生额外的损耗。因此，双异质结激光器的闭值很低，光束质量也较好。注百{土’‘{一b百…生乞’‘〔一子巨二’‘…生 图1 PN结结构和禁带宽度与折射率分布 量子阱结构当有源层的厚度减小到10nm量级时，电子和空穴的能量发生量子化，形成电子或空穴的势阱。一个量子阱结构的称单量子阱(图Za)。当势垒层足够厚时，以致相邻势阱之间载流子波函数之间祸合很小，将形成许多分离的量子阱，这样的多层结构称为多量子阱(图Zb)。

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