半導(dǎo)體光電子學(xué)課件 緒 論9

半導(dǎo)體光電子學(xué)主講：王濤教授黃麗蓉教授武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院WANGTAO@HUST.EDU.CN緒論一、什么是半導(dǎo)體光電子學(xué)

二、發(fā)展史

20世紀(jì)60年代伯納德(Bernard)和杜拉福格(Duraffourg)給出了半導(dǎo)體中實(shí)現(xiàn)受激輻射時(shí)的必要條件——非平衡電子,空穴濃度的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)差必須大于受激發(fā)射能量。杜姆克(Dmuke)提出采用直接帶隙半導(dǎo)體作激射媒質(zhì)。

1962GE公司的霍爾(Hall)用諧振腔觀察到GaAsP-N結(jié)正向偏置的相干光發(fā)射。

1968-1970年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的潘尼希（Panish)研究成功AlGaAs/GaAs單異質(zhì)結(jié)激光器Jth=8.6×103A/c㎡。

1970年蘇聯(lián)科學(xué)院的約飛揚(yáng)物理研究所阿爾費(fèi)洛夫研制成功雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器（DH-LD）

P-GaAs半導(dǎo)體夾在N-AlxGa1-xAs和P-AlxGa1-xAs之間。工作特點(diǎn)：把載流子和光場(chǎng)限制在P-GaAs薄層有源區(qū)中。室溫下J=4×103A/cm2。

美國的潘尼希又報(bào)道300KJth=2.3×102A/cm2。雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要標(biāo)志：1）為了降低閾值電流，研究出側(cè)向增益波導(dǎo)和折射率波導(dǎo)結(jié)構(gòu)2）輸出功率從幾毫瓦～幾瓦3）

570～1600nm室溫連續(xù)工作

InGaN多量子阱—417nmZnSe藍(lán)綠光—480nm4）獲單模、窄線寬、波長(zhǎng)可調(diào)（動(dòng)態(tài)單模）DBR-LD和DFB-LD

目前從570nm到1600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)均有室溫連續(xù)工作的激光器。

80年代以來由于晶體外延生長(zhǎng)新工藝，分子束外延（MBE）﹑金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）和化學(xué)束外延（CBE）的發(fā)展，出現(xiàn)了各類量子阱激光器﹑應(yīng)變量子激光器﹑垂直腔面發(fā)射激光器。

70年代末展開了光電子集成電路（OEIC）和光子集成電路（PIC）的研究，研制出光外差PIC接收機(jī)﹑超高速（PS量級(jí)）激光光源﹑雙穩(wěn)態(tài)光開關(guān)面陣列。三、目前發(fā)展重點(diǎn)半導(dǎo)體光子晶體激光器光子帶隙效應(yīng)導(dǎo)致反射鏡的反射率提高高Q值光子晶體微腔的應(yīng)用導(dǎo)致閾值的降低光子晶體可以壓縮自發(fā)輻射模導(dǎo)致β值增大光子晶體的帶邊群速度反常引起光增益的提高利用非對(duì)稱的光子晶體可以控制出射光的偏振態(tài)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器單片集成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器多功能高度集成：采用光電子集成技術(shù)就可以將調(diào)制功能與寬范圍可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器相集成光盤存儲(chǔ)技術(shù)得到迅猛發(fā)展400nm波段的藍(lán)光已取代630nm的讀出光源，GaN﹑ZnSe藍(lán)綠光激光器（415nm波長(zhǎng)）可使存儲(chǔ)密度加大很多。70年代發(fā)展起來的光纖通信促使了半導(dǎo)體光電子學(xué)的發(fā)展，光發(fā)射機(jī)中有電-光轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管，光接受機(jī)中有量子效率高的光-電轉(zhuǎn)換光電探測(cè)器。

LD泵浦的固體激光器、光纖激光器。光電子技術(shù)促進(jìn)了3D打印，光計(jì)算、信息處理技術(shù)的發(fā)展。四、如何學(xué)五、參考文獻(xiàn)

1.黃昆《固體物理學(xué)》高等教育出版社2.方俊鑫陸棟《固體物理學(xué)》上海出版社3.劉恩科《半導(dǎo)體物理學(xué)》國防工業(yè)出版4.劉文明《半導(dǎo)體物理學(xué)》吉林人民出版社5.H.克雷西歇爾J.K已特勒《半導(dǎo)體激光器與異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管》國防工業(yè)出版6.周世勛《量子力學(xué)教程》高等教育出版社