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2019/5/18,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,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,2019/5/18,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。,2019/5/18,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。,2019/5/18,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。,2019/5/18,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。,2019/5/18,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。,2019/5/18,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。,2019/5/18,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。,2019/5/18,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,2019/5/18,Optical fiber communications,Forward Biased PN Junction (LED),2019/5/18,Optical fiber communications,Double Heterojunction,2019/5/18
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