量子阱半導(dǎo)體激光器

量子阱半導(dǎo)體激光器摘要：本文主要敘述了量子阱半導(dǎo)體激光器發(fā)展背景、基本理論、主要應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀。一、發(fā)展背景1962年后期，美國研制成功GaAs同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器，第一代半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生。但這一代激光器只能在液氮溫度下脈沖工作，無實用價值。直到1967年人們使用液相外延的方法制成了單異質(zhì)結(jié)激光器，實現(xiàn)了在室溫下脈沖工作的半導(dǎo)體激光器。1970年，貝爾實驗室有一舉實現(xiàn)了雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的在室溫下連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器。至此之后，半導(dǎo)體激光器得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。半導(dǎo)體激光器具有許多突出的優(yōu)點：轉(zhuǎn)換效率高、覆蓋波段范圍廣、使用壽命長、可直接調(diào)制、體積小、重量輕、價格便宜、易集成等。其發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣、潛力之大是其它激光器所無法比擬的。但是，由于應(yīng)用的需要，半導(dǎo)體激光器的性能有待進(jìn)一步提高。80年代，量子阱結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)使半導(dǎo)體激光器出現(xiàn)了大的飛躍。量子阱結(jié)構(gòu)源于60年代末期貝爾實驗室的江崎(Esaki)和朱肇祥提出超薄層晶體的量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)超薄有源層材料后小于電子的德布羅意波長時，有源區(qū)就變成了勢阱區(qū)，兩側(cè)的寬帶系材料成為勢壘區(qū)，電子和空穴沿垂直阱壁方向的運動出現(xiàn)量子化特點。從而使半導(dǎo)體能帶出現(xiàn)了與塊狀半導(dǎo)體完全不同的形狀與結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)需要，通過改變超薄層的應(yīng)變量使能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，發(fā)展起來了應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)。這種所謂“能帶工程”賦予半導(dǎo)體激光器以新的生命力，其器件性能出現(xiàn)大的飛躍。具有量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱半導(dǎo)體激光器與雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器(DH)相比，具有閾值電流密度低、量子效應(yīng)好、溫度特性好、輸出功率大、動態(tài)特性好、壽命長、激射波長可以更短等等優(yōu)點。目前，量子阱已成為人們公認(rèn)的半導(dǎo)體激光器發(fā)展的根本動力。其發(fā)展歷程大概為：1976年，人們用GaInAsP/InP實現(xiàn)了長波長激光器。對于激光腔結(jié)構(gòu)，Kogelnik和Shank提出了分布反饋結(jié)構(gòu)，它能以單片形式形成諧振腔。Nakamura用實驗證明了用光泵浦的GaAs材料形成的分布反饋激光器(DBR)。Suematsu提出了用于光通信的動態(tài)單模激光概念，并用整體激光器驗證了這種想法。1977年，人們提出了所謂的面發(fā)射激光器，并于1979年做出了第一個器件。目前，垂直腔面發(fā)射激光器(VECSEL)已用于千兆位以太網(wǎng)的高速網(wǎng)絡(luò)。自從Nakamura實現(xiàn)了GaInN/GaN藍(lán)光激光器，可見光半導(dǎo)體激光器在光盤系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，如CD播放器、DVD系統(tǒng)和高密度光存儲器。1994年，一種具有全新機(jī)理的波長可變、可調(diào)諧的量子級聯(lián)激光器研制成功，且最近，在此又基礎(chǔ)上提出了微帶超晶格紅外激光器。另外，具有更好性能的低維超晶格—量子線、量子點激光器的研究也已經(jīng)開始。二、基本理論圖1理想超晶格示意圖1、量子阱及其能帶結(jié)構(gòu)

圖1理想超晶格示意圖量子阱是窄帶系超薄層被夾在兩個寬帶系超薄層之間。如果窄帶系與寬帶系超薄層交替生長就能構(gòu)成多量子阱(MQW)。在MQW中如果各阱之間的電子波函數(shù)發(fā)生一定程度的交疊或耦合，則這樣的MQW也就是超晶格，宛如在晶體中微觀粒子作周期有序排列一樣。量子阱結(jié)構(gòu)中因為其有源層厚度僅在電子平均自由程內(nèi)，阱壁起到很好的限制作用，使阱中載流子只在平行與阱壁的平面內(nèi)有二維自由度。由于垂直與阱壁方向的限制作用，使導(dǎo)帶與價帶的能級分裂為子帶。電子的總能量可表示為方2方2kC“2mc||+Ecn式中，k“與m分分別為在平行與結(jié)平面方向的波數(shù)與有效質(zhì)量，故上式右邊第一項為電子拋c|| c||物線能量分布，第二項為量子化能量，它在阱底為零。相應(yīng)的光躍遷波長為1.24九=E+E+Egcnvn與塊狀材料單純由E決定不同。E和E分別為導(dǎo)帶和價帶的量子化能級，并有g(shù) cnvnh2n2E二一cn 8L2mzcn其中，L量子阱寬，對E亦有類似的表示式。但此時由于量子限制作用，重輕空穴帶的兼zvn并解除，價帶情況較復(fù)雜，。由半導(dǎo)體物理，可推導(dǎo)出量子阱中電子的態(tài)密度函數(shù)為：1m*

p(E)=—工--H(E-E)

L 兀力2 cnznH函數(shù)為Heaviside單位階躍函數(shù)，L為阱寬，n為z方向量子數(shù)。價帶空穴的態(tài)密度也有zc3Ec2n=3Ec1n=2n=1E-bulkn=1 & 1n=2n=1 —n=3Plhc3Ec2n=3Ec1n=2n=1E-bulkn=1 & 1n=2n=1 —n=3Plh(E)-QL Pc(E)-bulkI(E)-QW/對寸應(yīng)體材料Ec底E-QWhh(E)-bulk:對應(yīng)體材料E頂VPlh(E)-bulkPhh(E)-QWP(E)圖3QW能帶結(jié)構(gòu)及態(tài)密度類似的表示。量子阱材料中，價帶子能帶（HH］、HH2、HH3、LH1）形狀隨k方向不同而不同，圖中所示為某些方向的能帶形狀。由以上可以看出，1） 由于電子被勢壘所限制，其波函數(shù)在垂直方向引起能級量子化，電子、空穴的態(tài)密度與能量的關(guān)系，由拋物線型改變成臺階狀結(jié)構(gòu)，比體材料遠(yuǎn)為集中。其階梯狀能帶允許注入的載流子依子代逐級填充，提高了注入有源層內(nèi)載流子的利用率，故量子阱激光器的微分增益遠(yuǎn)高于體材料的激光器。高的微分增益帶來許多好處：＞降低了激光器的閾值電流；＞使有源層中電子與光子的耦合時間常數(shù)變小，因而使激光器的張馳振蕩頻率與相同發(fā)射頻率的塊狀有源材料激光器相比大大提高，這就相應(yīng)的提高了激光器的調(diào)制帶寬；＞有源層內(nèi)部載流子損耗的減少，提高了激光器的斜率效率；＞減少了頻率啁啾。2） QW材料禁帶寬度大與體材料，因此激射波長變短。3） 由于量子限制效應(yīng)，重輕空穴帶分裂，且子帶形狀發(fā)生變化，加劇了TE與TM模的非對稱性，影響了激光器性能。JIdx對于量子阱結(jié)構(gòu)，由于有源層厚度很小，光場限制因子T二十減少，有相當(dāng)大一J71dx+8部分光的能量會滲出有源層，會導(dǎo)致閾值升高等問題?，F(xiàn)實中采用光子和載流子分別限制的折射率n）漸變型圖4SCH—SQW結(jié)構(gòu)，在有源層外加上光限制層。有分別限制單量子阱（SCH—SQW折射率n）漸變型圖4SCH—SQWSCH—SQW是在阱層兩側(cè)配備底折射率的光限制層（波導(dǎo)層）。該層折射率有漸變和突變兩種。如圖4MQW有多個窄帶隙和寬帶隙超薄層交替生長而成，在兩邊最外的勢壘層之后再生長底

折射率的波導(dǎo)層以限制光子，這等效于加厚了有源層，使激光器的遠(yuǎn)場特性有大幅度改善。2、應(yīng)變量子阱組成量子阱的薄層之間一定量（在某一臨界尺寸以內(nèi)）的晶格常數(shù)失配所造成的失配應(yīng)力能使能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生有利的變化，應(yīng)變量子阱正是基于這一點使能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本改變。圖5多量子阱禁帶寬度及折射率隨厚度分布圖5多量子阱禁帶寬度及折射率隨厚度分布這種思想由Yablanovitch和Kane、Adams在1986年分別提出。以通常的半導(dǎo)體激光器在襯底的［001］方向生長超薄層為例，在臨界厚度以內(nèi)，所有應(yīng)變幾乎都允許存在于生長層內(nèi)。處在雙軸應(yīng)力的外延層在生長層內(nèi)的晶格常數(shù)為州等于襯底的晶格常數(shù)a,設(shè)其原晶格常數(shù)|| s為％。總的應(yīng)變可表示為（S|=（as-ae）/ae為層內(nèi)應(yīng)變）軸向分量 Sax=-2S||ax||靜態(tài)分量 Svo=S||vo||saxa|=assaxa|=as<ae<ax單軸應(yīng)變單軸拉應(yīng)變價帶頂重空穴能級上升（在上）價帶頂輕空穴能級下降（在下）（丄與平面）單軸張應(yīng)變價帶頂重空穴能級下降（在下）價帶頂輕空穴能級上升（在上）雙軸應(yīng)變雙軸拉應(yīng)變價帶頂重空穴能級曲率變大價帶頂輕空穴能級曲率變小單軸應(yīng)變單軸拉應(yīng)變價帶頂重空穴能級上升（在上）價帶頂輕空穴能級下降（在下）（丄與平面）單軸張應(yīng)變價帶頂重空穴能級下降（在下）價帶頂輕空穴能級上升（在上）雙軸應(yīng)變雙軸拉應(yīng)變價帶頂重空穴能級曲率變大價帶頂輕空穴能級曲率變小||與平面）雙軸張應(yīng)變價帶頂重空穴能級曲率變大價帶頂輕空穴能級曲率變小圖7InxGa1-xAs/InP應(yīng)變量子阱的能帶x1-x以InGa,As/InP應(yīng)變量子阱為例，當(dāng)x=0.53時，In053Ga047As/InP與InP晶格匹配很好，不x1-x 0.53 0.47

產(chǎn)生應(yīng)變；當(dāng)x〉0.53時，InGaAs有比InP大的晶格常數(shù)，彈性形變使超薄層承受壓應(yīng)變；當(dāng)x<0.53時，超薄層內(nèi)將有張應(yīng)變使兩種材料之間有不產(chǎn)生失配位錯的彈性鍵合，在某一臨界值下，其材料有好的光學(xué)性質(zhì)。對InGalAs，此值約為20nm%。即若層厚為20nm，則x1-x允許應(yīng)變量為1%-2%。>應(yīng)變的靜態(tài)分量使導(dǎo)帶和價帶發(fā)生整體相對移動，禁帶寬度發(fā)生變化。壓應(yīng)變情況，Eg增加，張應(yīng)變情況，Eg減少。因此，通過調(diào)節(jié)應(yīng)變的類型與應(yīng)變量的大小，可以調(diào)節(jié)激gg光器的激射波長。>應(yīng)變打破了立方晶體的對稱性，其軸向分量使重空穴與輕空穴帶分離，且其分離的程度正比與應(yīng)變量。產(chǎn)生壓應(yīng)變時，重空穴帶仍在輕空穴帶以上，但帶頂處的曲率半徑明顯減少，重空穴的有效質(zhì)量減少，明顯的增加了與導(dǎo)帶的對稱性，使得閾值電流進(jìn)一步減少；產(chǎn)生張應(yīng)變時，輕空穴卻有可能位于重空穴帶之上，并使其曲率減少，增加了TE模與TM模的對稱性，一方面使得閾值電流減少，另一方面也為實現(xiàn)與偏振無關(guān)的半導(dǎo)體激光放大器提供了技術(shù)保證。應(yīng)變量子阱的出現(xiàn)從根本上改變了能帶的結(jié)構(gòu)，只要通過調(diào)節(jié)應(yīng)變的類型與應(yīng)變量的大小就有可能得到我們所需要的能帶結(jié)構(gòu)，使半導(dǎo)體器件的性能出現(xiàn)了大的飛躍，半導(dǎo)體激光器在許多領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用成為現(xiàn)實，成為半導(dǎo)體光電子學(xué)發(fā)展史上的一個里程碑。例如，用來泵浦摻鉺光纖放大器、激射波長為980nm的半導(dǎo)體激光器就是依靠應(yīng)變量子阱來實現(xiàn)的。應(yīng)變量子阱給正在發(fā)展中的Ge1Si/Si超晶格帶來了活力，理論分析認(rèn)為，通過布里淵區(qū)能1-帶的折疊效應(yīng)，就有可能實現(xiàn)Ge1Si/Si材料有間接帶隙向直接帶隙轉(zhuǎn)變。如果這一目的能1-實現(xiàn)，以其作為半導(dǎo)體激光器的有源層材料，則大規(guī)模的光電子集成將成為現(xiàn)實，其應(yīng)用價值不言而喻。三、直腔面發(fā)射LD(VECSEL—verticalcavitysurfaceemittinglaser):量子阱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)以后才成為可能。根據(jù)光輸出方向與結(jié)平面的關(guān)系，LD可分為1、邊發(fā)射LD(EdgeEmittingLD)：光平行與異質(zhì)結(jié)界面輸出。普通LD都屬于這一類型。構(gòu)岀貝術(shù)^ irk.lv-C-C! Fat価出端面發(fā)射的常規(guī)半導(dǎo)體激光器構(gòu)岀貝術(shù)^ irk.lv-C-C! Fat価出端面發(fā)射的常規(guī)半導(dǎo)體激光器2、垂直腔面發(fā)射LD(VECSEL—verticalcavitysurfaceemittinglaser):光垂直于結(jié)平面的方向輸出oVECSEL由東京工業(yè)大學(xué)Iga教授提出，但只有在量子阱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)以后才成為可能。垂直腔是指激光腔的方向即光子振動方向垂直于半導(dǎo)體芯片的襯底，光在有源層厚度方向得到放大。由于有源層厚度很小，要想實現(xiàn)底閾值的激光振蕩，除要求要有高增益系數(shù)的有源層介質(zhì)之外，還需要有高的腔面反射率。所以有源層采用量子阱材料，而提高腔面反射率的方法一種是在腔面鍍高反膜，難度較大；另一種是采用DBR結(jié)構(gòu)(SCH)。典型結(jié)構(gòu)如圖示DBR設(shè)計：發(fā)光區(qū)夾在兩組DBR之間，DBR由交替生長的不同x和y組分的半導(dǎo)體薄層組成，相鄰層之間的折射率差使每組疊層的Bragg附近的反射率達(dá)到極高的水平，每一組DBR相當(dāng)于一個高反射鏡。然而，DBR各薄層的帶隙周期新性的交替變化而構(gòu)成的一系列

勢壘必然會增加VECSEL的工作電壓和串聯(lián)電阻，這等效于在有源介質(zhì)兩邊生成了加熱體,因此必須采取措施以降低串聯(lián)電阻。一種是有源區(qū)采用量子阱結(jié)構(gòu)，以減少閾值電流；將DBR各層予以高摻雜以降低串聯(lián)電阻。另一種是在DBR中每一高和底折射率層之間生長占空比可變的超晶格漸變區(qū)。采用這些措施后，串聯(lián)電阻已從80年代中期的數(shù)千歐姆降至40歐姆以下。圖9VECSEL結(jié)構(gòu)示意圖2） 腔結(jié)構(gòu)：激光器工作時，腔內(nèi)形成穩(wěn)定的駐波場，須使有源區(qū)與腔內(nèi)駐波場有最大的重疊，同時適當(dāng)增加腔長有利于增加基模直徑，從而提高輸出功率。因此有源層應(yīng)與駐波場中心峰值強(qiáng)度對應(yīng)的入/4n范圍內(nèi)有最大的重疊，在此范圍內(nèi)生長多量子阱結(jié)構(gòu)有利于獲得大的功率輸出。另外，要有高的輸出功率，須有高的功率效率，也即要有高的微分量子效率，有遠(yuǎn)大于閾值的工作電流。降低串聯(lián)電阻最重要，特別是要采取措施降低P型DBR的電阻。例如，可以通過生長各層非突變的DBR間的界面來實現(xiàn)底的R。只要有高的功率效率，就S可以減輕對器件冷卻的壓力，就可通過增加內(nèi)部光強(qiáng)和增加基模截面來提高輸出功率。如，若能使內(nèi)部光強(qiáng)達(dá)到107W/cm2，基模面積為200》m2取輸出DBR透過率為1%,則輸出功率可達(dá)200mW.3） 微腔VECSEL:若腔長為波長入量級，則VECSEL將出現(xiàn)由自發(fā)輻射所控制的新的效應(yīng)。自發(fā)輻射因子的增加，將產(chǎn)生更多的受激發(fā)射“種子”，從而導(dǎo)致閾值電流下降。在閾值以上，對給定注入速率下的載流子壽命依閾值電流的降低而比率的減少，從而能使調(diào)制帶寬增加。特別的，對于自發(fā)輻射因子為1的微腔激光器，即使在閾值以下，也能達(dá)到100%的量子效率，這就有可能實現(xiàn)無閾值、P-I曲線無扭折的理想的激光器。由于VECSEL的特殊結(jié)構(gòu)，使得它與邊發(fā)射激光器相比有很多優(yōu)點：諧振腔是通過單片生長多層介質(zhì)膜形成從而避免了邊發(fā)射激光器解理腔由于解理本身的機(jī)械損傷、表面氧化和玷污等引起激光器性能退化。因為諧振腔是由多層介質(zhì)膜組成，可望有高的光損傷閾值；可以做成二維面陣，能夠大規(guī)模集成，適宜于信息處理；1因為縱膜間距以*l，VECSEL的腔長很短，所以縱膜間距很大，以實現(xiàn)動態(tài)單縱模L

工作；可以實現(xiàn)極底閾值電流工作。四、新型的量子阱激光器：低維超晶格——量子線、量子點激光器：量子阱結(jié)構(gòu)中，電子只受到一維的限制，在結(jié)平面內(nèi)仍維持二維的自由運動。如果對電子進(jìn)行二維或三維的限制，就得到一維量子線和零維量子點結(jié)構(gòu)。隨著運動維數(shù)的減少，態(tài)密度更加集中。2m一維量子線 P(E)=工■?(E—E—E)-1/2 鋸齒狀分布兀 q pq,p零維量子點 P(E)=工28(E—E—E—E) 6函數(shù)分布qpm圖10態(tài)密度分布(量子阱、量子線、量子點)這種更窄的態(tài)密度分布帶來更高的微分增益，將使得半導(dǎo)體激光器的特性進(jìn)一步提高，如閾值電流降低，光譜線寬、調(diào)制速率、溫度特性等可以進(jìn)一步改善。量子級聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser)：由數(shù)組量子阱結(jié)構(gòu)串聯(lián)在一起構(gòu)成的新型量子阱激光器。光輻射是由量子限制效應(yīng)引起的導(dǎo)帶中的分離子能帶之間的電子從高能態(tài)向低能態(tài)的躍遷引起的，為TM波。躍遷態(tài)的聯(lián)合態(tài)密度和相應(yīng)的增益譜半寬都很窄，而且對稱，因此可以得到低閾值電流和單縱模工作。而且，可以通過調(diào)整有源區(qū)量子阱的厚度調(diào)節(jié)激射波長，因此，其光譜范圍很寬。級聯(lián)量子激光器從電子躍遷的方式上可分為斜躍遷和垂直躍遷兩種。1OK40-1OK30-20*1O-有源區(qū)梯度合金圖8.6-4圖8.6-4斜廠遷:》子級聯(lián)激光霧

能帶結(jié)構(gòu)示意圖及P-I持性85kV/cm ■III有源區(qū)嚷齋薫'圖11 圖11 斜躍遷量子阱級聯(lián)激光器能帶結(jié)構(gòu)示意圖及P-I特性圖12垂直躍遷量子阱級聯(lián)激光器部分導(dǎo)帶圖微帶超晶格紅外激光器：摻雜的超晶格有源區(qū)和摻雜的載流子注入?yún)^(qū)交替構(gòu)成級聯(lián)，在超晶格的第一激發(fā)態(tài)之能帶和基態(tài)子能帶之間產(chǎn)生受激輻射，即光躍遷發(fā)生在強(qiáng)烈耦合的超晶格的微能帶之間。優(yōu)點是寬的微帶具有高的電流運載能力和注入效率，可以獲得大的功率輸出五、主要應(yīng)用與研究進(jìn)展：量子阱半導(dǎo)體激光器憑借其突出的優(yōu)點在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。1、VECSEL：VECSEL能夠大面積集成為線性或二位列陣(Fig1給出了8X8的VECSEL陣列⑷)，因此可以用于并行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，被認(rèn)為是fibertohome裝置的合適光源。可見光VECSEL激光器可用于光信號存貯系統(tǒng)，以提高存貯密度。HudgingsJA(美國,加利弗尼亞大學(xué))演示了一種采用帶有內(nèi)腔量子阱吸收器的VECSEL的新型集成光盤讀出頭(Fig2)[5]。Fig.1.Aflip-chip-bondedtop-emittingE33mirror(Rs0.95)chopperu> rucussiiiglens牙 collimatinglensesFig.2.Experimentalsetup.(a)Deviceschematic另外VECSEL在未來的光互連領(lǐng)域有巨大的發(fā)展?jié)摿Αig.1.Aflip-chip-bondedtop-emittingE33mirror(Rs0.95)chopperu> rucussiiiglens牙 collimatinglensesFig.2.Experimentalsetup.(a)Deviceschematic850-nmVCSEL8X8arrayViewedwithdrivingcircuitry.(b)Opticalconfiguration.throughthetransparentsapphire目前,0.85?0.95pm波段VECSEL較為成熟，已實現(xiàn)了高性能、低成本和大批量生產(chǎn),并已上市出售。雖然德國Philipps大學(xué)已實現(xiàn)了近1.3pm波長的VECSEL⑹，并具有從30?388K的極寬的工作溫度范圍。但制作1.3pm或1.55pmVECSEL的困難還需進(jìn)一步解決。2、可見光半導(dǎo)體激光器：紅光半導(dǎo)體激光器主要應(yīng)用在光信息存儲、條形碼識別、激光打印、醫(yī)學(xué)方面，而藍(lán)綠激光在海洋探測中發(fā)揮作用，另外，RGB半導(dǎo)體光源將對圖像及信息處理產(chǎn)生重大影響。紅光半導(dǎo)體激光器已逐漸取代傳統(tǒng)的氣體激光器,InGaAlP材料的紅光應(yīng)變量子阱激光器已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)品化。隨著其性能的不斷提高，有望在一定程度上取代He-Ne激光器。藍(lán)綠光激光器經(jīng)過了一個相當(dāng)困難的階段才逼近市場，主要是由于材料與襯底的匹配以及制作工藝等。目前研究較多并取得初步成效的藍(lán)光激光器材料有11-^化合物半導(dǎo)體ZnSe：Sony公司在1998年實現(xiàn)了514nm,室溫下連續(xù)工作400h111族氮化物(GaN、AlN、InN)：有可能在420-370nm波段內(nèi)成為實用化激光器材料。日本日亞(Nichia)公司1997年實現(xiàn)了410nm連續(xù)工作10000h的GaN基藍(lán)光LD(Fig3)[7]其實，GaN基材料的電子器件MESFET、HBT和MODFET(HEMT)等也具有重要應(yīng)用，，高

p-Ah.HiGHQmNMult-Quantun]-頻MISFET器件已被制成并且一種電子級的A1N/Si界面已被證實可行,這表明了三族氮化物和硅復(fù)合集成的可行性。最近兩年研制成功的Fabry-perotnitrideLD。其輸出功率可達(dá)420mW，閾值電流密度為1.7kA/cm2⑻。p-Ah.HiGHQmNMult-Quantun]-p-dectrodjep-GuNp-(raNp-Alo.jGacisNInGaNMQWn心芮衲就黃mi.訶i>f伸HH]伸HH]爭緲phirtFig.3.ThestructureoftheInGaNMQWLD's.目前制約GaN發(fā)展的主要因素是結(jié)構(gòu)材料的面積太小、有源層缺陷太多和匹配襯底的價格太貴等問題，且有機(jī)注入綠光半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)對GaN材料也是一個挑戰(zhàn)。3、光纖通訊中半導(dǎo)體激光器及大功率半導(dǎo)體激光器作為光源，量子阱（特別是應(yīng)變量子阱）半導(dǎo)體激光器除具備半導(dǎo)體激光器的體積小，價格低，可以直接調(diào)制等優(yōu)點外，還有好的動態(tài)特性，低的閾值電流，再引入光柵進(jìn)行分布反饋（DFB），成為目前高速通信中最為理想的光源。作為EDFA的泵浦源，980nm低閾值大功率AlGaAs/InGaAs[9],InGaAlP/InGaAs,等應(yīng)變量子阱激光器相繼研制成功，且可以獲得比1480nm波段泵浦更高的耦合效率。應(yīng)變量子阱材料半導(dǎo)體光放大器（SLA）具有寬且平的增益譜，易集成，低損耗，體積小，價格便宜等優(yōu)點，最重要的應(yīng)用是波長轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)靈活的波長路由。此外，還希望用其作為光傳輸系統(tǒng)中1310nm窗口的功率放大器，線路放大器和前置放大器以及利用SLA中的非線性來作啁啾補(bǔ)償和色散補(bǔ)償。大功率半導(dǎo)體激光器主要用于泵浦固體激光器（DPSSL）、泵浦光纖放大器及生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等。目前，量子阱激光器的許多研究還處于發(fā)展階段，許多問題值得我們繼續(xù)思考：如，半導(dǎo)體激光器現(xiàn)存的溫度尺寸閾值、波長、效率等的依賴關(guān)系能否消除；微型器件的尺寸對輸出功率范圍的限制；如何實現(xiàn)完全控制自發(fā)輻射；如何進(jìn)一步提高材料的制作工藝等?？偨Y(jié)從異質(zhì)結(jié)到量子阱、應(yīng)變量子阱，半導(dǎo)體激光器的性能出現(xiàn)了大的飛躍，以其轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、可靠性高、能直接調(diào)制及與其他半導(dǎo)體器件集成的能力強(qiáng)等特點成為

信息技術(shù)的關(guān)鍵器件。并隨著其發(fā)展，在材料加工、精密測量、軍事、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域顯示出巨大潛力。量子阱半導(dǎo)體激光器也將是光子集成（PIC）和光電子集成（OEIC）的核心器件。隨著新的有源材料、新的器件結(jié)構(gòu)、更好的制作工藝的不斷涌現(xiàn)，量子阱半導(dǎo)體激光器的性能將得到不斷提高、波長范圍不斷拓寬，其發(fā)展前景更加光明。參考文獻(xiàn):[1]江劍平半導(dǎo)體光電子學(xué)電子工業(yè)出版社2000[2]黃德修半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用國防工業(yè)出版社1999PeterS.Zory,Jr.QuantumWellLasersPublishedbyAcademicPress1993J.JiangLiu,Member,IEEE,BrianRiely,PaulH.Shen,SeniorMember,IEEE,etc.Ultralow-ThresholdSapphireSubstrate-BondedTop-Emitting850-nmVCSELArray1234IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.14,NO.9,SEPTEMBER2002JaniceA.Hudgings,SuiF.Lim,GabrielS.Li,StudentMember,IEEE.etcCompact,IntegratedOpticalDiskReadoutHeadUsingaNovelBistableVertical-CavitySurface-EmittingLaser.IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS,VOL.11,NO.2,FEBRUARY1999245WagnerA,EllmersC,etal.Appl,Phys.Lett.,2000,76(3):271ShujiNakamuraInGaN-BasedBlueLaserDiodes712IEEEJOURNALOFSELECTEDTOP