1-1 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
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
1-2 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
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2009-7-21
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
21
21
21
12
2
cc
vv
c c c
v v v
c v g g
EE
EE
E E E
E E E
E E E E
(a)p,n型不是简并型构成异质结之前热平衡状态下
1-3 Cop
yri
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2009-7-21
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。
fE
gE
1-4 Cop
yri
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t W
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g Y
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2009-7-21
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。
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vE?
vE?
2gE1gE
cE?
1-5 Cop
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2009-7-21
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。
21ffEE?
gE
21pp?
2fE 1fE 12ffEE?
1-6 Cop
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t W
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2009-7-21
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。
fE
fE
pp?
1-7 Cop
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g Y
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2009-7-21
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。
1-8 Cop
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g Y
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2009-7-21
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 P－ N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。
pfE
vfE GE
1-9 Cop
yri
gh
t W
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g Y
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2009-7-21
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。
fE
cfE
fE
p
fE
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。
vfE
1-10 Cop
yri
gh
t W
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g Y
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2009-7-21
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。
c
c
f EE? v
vf EE?
当光子通过时可放大增益条件正向偏压
g
v
f
c
f EfhEE
eVEE vfcf
e
E
e
EE
V g
v
f
c
f
1-11 Cop
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2009-7-21
Optical fiber
communications
Forward Biased PN Junction (LED)
1-12 Cop
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2009-7-21
Optical fiber
communications
Double Heterojunction
1-13 Cop
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gh
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g Y
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2009-7-21
Optical fiber
communications
LED Spectrum
1-14 Cop
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gh
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2009-7-21
Optical fiber
communications
LED fiber coupling
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2009-7-21
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
1-2 Cop
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2009-7-21
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
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(a)p,n型不是简并型构成异质结之前热平衡状态下
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Optical fiber
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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。
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1-4 Cop
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2009-7-21
Optical fiber
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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。
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Optical fiber
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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。
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1-6 Cop
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Optical fiber
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由于内建场的存在,p2中的能级与 同时上升。
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平衡时 同型异质结的能带。
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2009-7-21
Optical fiber
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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。
1-8 Cop
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2009-7-21
Optical fiber
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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 P－ N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。
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1-9 Cop
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Optical fiber
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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。
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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。
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Optical fiber
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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。
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当光子通过时可放大增益条件正向偏压
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Optical fiber
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