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量子阱

?一般半導(dǎo)體激光器有源層厚度約為0.1-0.3um，當(dāng)有源層厚度減薄到玻爾半徑或德布羅意波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)時(shí)，就出現(xiàn)量子尺寸效應(yīng)，這時(shí)載流子被限制在有源層構(gòu)成的勢(shì)阱內(nèi)，該勢(shì)阱稱(chēng)為量子阱。量子阱是窄帶隙超薄層被夾在兩個(gè)寬帶隙勢(shì)壘薄層之間。

?一、量子阱指由2種不同的半導(dǎo)體材料相間排列形成的、具有明顯量子限域效應(yīng)的電子或空穴的勢(shì)阱。量子阱器件，即指采用量子阱材料作為有源區(qū)的光電子器件。

半導(dǎo)體是具有帶隙的，因此就可以用來(lái)發(fā)出激光。

實(shí)用的激光器具有三個(gè)要素：泵浦源、工作物質(zhì)、諧振腔。泵浦源就像電源一樣，給工作物質(zhì)能量讓他去發(fā)出激光；諧振腔讓激光疊加在一起，得到更高功率的光；但是，核心還是工作物質(zhì)——能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)。

必須要能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，是因?yàn)榧す馐菍儆谑芗ぽ椛?，但存在其他的躍遷過(guò)程（自發(fā)輻射、弛豫等），只有受激輻射的過(guò)程足夠多，才能表現(xiàn)出激光。

為了實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，常見(jiàn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)是三能級(jí)結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)榭梢钥刂颇芗?jí)之間的各種過(guò)程。

比如，實(shí)現(xiàn)激光。通過(guò)泵浦源將電子從低能級(jí)泵浦到高能級(jí)上；電子在高能級(jí)不穩(wěn)定，通過(guò)添加一個(gè)較為穩(wěn)定的中能級(jí)，讓電子停在中能級(jí)上；等電子夠多了，一次性受激輻射下來(lái)，發(fā)出的光就很強(qiáng)了；在諧振腔的作用下，不斷放大，就是受激輻射放大的光——激光。

構(gòu)建三能級(jí)結(jié)構(gòu)有兩種方式：

1）.調(diào)節(jié)材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)：摻雜。

半導(dǎo)體本來(lái)具有帶隙，就是低能級(jí)加高能級(jí)；那只需要加一個(gè)穩(wěn)定的，能留住電子的中能級(jí)就行，找一種雜質(zhì)的能級(jí)加上去。雜質(zhì)的選擇，這個(gè)就要看具體情況了。

2）.調(diào)節(jié)材料的宏觀(guān)結(jié)構(gòu)：量子阱。

二、量子阱

選擇兩種能級(jí)不同的半導(dǎo)體，連在一起，這樣交界處（所謂的結(jié)）的能級(jí)就至少有三個(gè)了。而如果高能級(jí)+中能級(jí)+高能級(jí)的組合，這就是頂部量子阱：中能級(jí)就是井底，中能級(jí)和高能級(jí)的差距是勢(shì)壘（barrier）。多重復(fù)疊幾層不同的材料，就是多量子阱了。

量子阱的構(gòu)造 ：

量子阱器件的基本結(jié)構(gòu)是兩塊N型GaAs附于兩端，而中間有一個(gè)薄層，這個(gè)薄層的結(jié)構(gòu)由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的復(fù)合形式組成。在未加偏壓時(shí)，各個(gè)區(qū)域的勢(shì)能與中間的GaAs對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成了一個(gè)勢(shì)阱，故稱(chēng)為量子阱。電子的運(yùn)動(dòng)路徑是從左邊的N型區(qū)（發(fā)射極）進(jìn)入右邊的N型區(qū)（集電極），中間必須通過(guò)AlGaAs層進(jìn)入量子阱，然后再穿透另一層AlGaAs。

如果材料尺寸足夠薄，量子阱之間能夠耦合到一起（電子就可以隨意越過(guò)勢(shì)壘），這種特殊情況叫做超晶格。

高質(zhì)量的量子阱樣品都是用分子束外延或金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉淀方法外延生長(zhǎng)兩種不同的材料而成的。