半导体超晶格分布布拉格反射镜(DBR)的分子束外延生长
半导体激光器的研究进展
半导体激光器的研究进展摘要：本文主要述写了半导体激光器的发展历史和发展现状。
以及对单晶光纤激光器进行了重点描述，因其在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，近年来成为新型固体激光源研究的热点。
一、引言。
激光是20 世纪以来继原子能、电子计算机、半导体之后人类的又一重大发明。
半导体激光科学与技术以半导体激光器件为核心，涵盖研究光的受激辐射放大的规律、产生方法、器件技术、调控手段和应用技术，所需知识综合了几何光学、物理光学、半导体电子学、热力学等学科。
半导体激光历经五十余年发展，作为一个世界前沿的研究方向，伴随着国际科技进步突飞猛进的发展，也受益于各类关联技术、材料与工艺等的突破性进步。
半导体激光的进步在国际范围内受到了高度的关注和重视，不仅在基础科学领域不断研究深化，科学技术水平不断提升，而且在应用领域上不断拓展和创新，应用技术和装备层出不穷，应用水平同样取得较大幅度的提升，在世界各国的国民经济发展中，特别是信息、工业、医疗和国防等领域得到了重要应用。
本文对半导体激光器的发展历史和现状进行了综述，同时因单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值，本文也将对其做重点描述。
二、大功率半导体激光器的发展历程。
1962 年，美国科学家宣布成功研制出了第一代半导体激光器———GaAs同质结构注入型半导体激光器。
由于该结构的激光器受激发射的阈值电流密度非常高，需要5 × 104～1 ×105 A /cm2，因此它只能在液氮制冷下才能以低频脉冲状态工作。
从此开始，半导体激光器的研制与开发利用成为人们关注的焦点。
1963 年，美国的Kroemer和前苏联科学院的Alferov 提出把一个窄带隙的半导体材料夹在两个宽带隙半导体之间，构成异质结构，以期在窄带隙半导体中产生高效率的辐射复合。
随着异质结材料的生长工艺，如气相外延( VPE) 、液相外延( LPE) 等的发展，1967年，IMB 公司的Woodall 成功地利用LPE 在GaAs上生长了AlGaAs。
DBR激光器是什么
分布式布拉格反射（DBR）激光器（distributed Bragg reflector ）是指通过布拉格光栅来充当反射镜，在两段布拉格光栅之间封装一段掺杂光纤，通过泵浦中间的掺杂光纤来提供增益。
1.DBR激光器是什么
DBR(Distributed Bragg Reflector)半导体激光器是一种新型激光器，其性能类似但优于DFB 激光器。
与DFB激光器相同，我们也提供全数字化的驱动电源以及集成饱和吸收的激光头。
同时，我们也提供为客户定制可用于原子陀螺等的小型化、集成系统。
2.DBR激光器工作原理
反射相变
当光从光疏介质射向光密介质时，反射光会在界面处发生180度相变。
而从光密介质射向光疏介质时则不会发生相变。
从工程角度理解，光也是一种电磁波，光的反射与电信号在阻抗变化时的反射可以类比。
当电信号由高阻抗传输线进入低阻抗传输线时，会产生负相反射（相变180度），从低阻抗进入高阻抗时，会产生正相反射（无相变）。
光传输介质的折射率类比于电信号传输的阻抗。
薄膜干涉
光在穿过一层薄膜时，会在上下表面发生两次反射，薄膜的厚度会影响两次反射的光程差，如果控制薄膜厚度为x倍的波长，则两次反射的光程差为x，该光程差对应180度相变，而其中一次反射又会发生180相变，则两次的反射光最终同相，叠加增强，即增加了总体的反射系数。
而DBR实际就是两种折射率的介质交替叠层，光经过DBR时，每过一层都会增加一定的反射系统，最终DBR的反射系数可以达到很高的水平。
分布式布拉格反射镜结构
分布式布拉格反射镜结构简介分布式布拉格反射镜结构（Distributed Bragg Reflector, DBR）是一种用于光学器件中的重要结构。
它由多个周期性层组成，具有优异的光学性能，广泛应用于激光器、光纤通信和光电子器件等领域。
本文将详细介绍分布式布拉格反射镜结构的原理、制备方法和应用。
原理分布式布拉格反射镜结构借助布拉格散射原理实现高反射率和波长选择性。
布拉格散射是当电磁波（光波）与周期性介质相互作用时，由于介质的周期性结构会对电磁波产生散射，从而形成反射现象。
该现象是由于波长等于介质周期的倍数时，散射波的相位受到干涉增强而形成明显的峰值。
基于这个原理，分布式布拉格反射镜结构通过设计周期性层和层间折射率来实现特定波长的反射。
制备方法光子晶体法光子晶体法是一种制备分布式布拉格反射镜结构的常见方法。
该方法利用介电材料或金属导体的周期性结构，通过光子晶体的光学带隙原理实现波长的选择性反射。
制备过程包括以下步骤：1.设计布拉格反射光子晶体的周期性层和层间折射率。
2.选择适当的材料，并通过溶液法、电镀法或物理气相沉积法（PECVD）等制备周期性层。
3.利用自组装技术或纳米制备技术，在基底上形成周期性结构。
4.通过检测反射光谱，对制备的分布式布拉格反射镜结构进行表征和优化。
分子束外延法分子束外延法是另一种常用的制备分布式布拉格反射镜结构的方法。
该方法通过分子束外延技术在单晶基底上逐层生长材料，制备周期性层。
制备过程包括以下步骤：1.准备适当的基底和衬底。
2.设置分子束外延设备，并控制扩散源的温度和功率。
3.通过打开和关闭单层或多层源，逐层生长材料，形成周期性结构。
4.利用光谱仪等工具对制备的样品进行表征和优化。
应用分布式布拉格反射镜结构在光学器件中有着广泛的应用。
激光器分布式布拉格反射镜结构在激光器中作为输出镜，能够实现高反射率和波长选择性。
通过调整周期性层的厚度和折射率，可以实现对特定波长的高度选择性反射，从而提高激光器的效率和性能。
芯片dbr工艺
芯片dbr工艺芯片DBR工艺是一种常用的半导体制造工艺，用于制作光电子器件中的分布式布拉格反射器（Distributed Bragg Reflector，简称DBR）。
本文将详细介绍芯片DBR工艺的原理、制备过程以及应用领域。
一、芯片DBR工艺的原理芯片DBR工艺是利用半导体材料的能带结构和折射率的变化来实现光的反射和传播控制。
在芯片DBR结构中，通过周期性改变折射率的方式，形成了一个光波的反射结构。
这种反射结构可以选择性地反射特定波长的光，从而实现光的波长选择性传输。
芯片DBR结构一般由多个不同折射率的材料层组成，其中一半层的折射率高，另一半层的折射率低。
二、芯片DBR工艺的制备过程1. 材料准备：芯片DBR工艺需要选择合适的半导体材料，一般常用的有GaAs、InP等。
这些材料需要经过精细的制备和表征，以保证制备出高质量的DBR结构。
2. 设计DBR结构：根据需要反射的光波长和反射系数的要求，设计合适的DBR结构。
这需要考虑到材料的折射率、厚度和周期等因素。
3. 生长DBR结构：利用分子束外延（MBE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）等技术，在衬底上逐层生长DBR结构。
生长过程需要严格控制各层的厚度和材料组分，以确保DBR结构的性能。
4. 制备器件结构：在DBR结构上继续生长其他器件结构，例如激光器、光调制器等，形成完整的光电子器件。
5. 制备光子芯片：将多个DBR结构和其他器件结构组合在一起，制备成光子芯片。
这需要进行精确的对准和封装工艺。
三、芯片DBR工艺的应用领域芯片DBR工艺在光通信和光电子器件领域有着广泛的应用。
其中，光通信领域中的激光器和光调制器是最常见的应用。
芯片DBR结构可以用来实现激光器的波长选择性输出，提高光通信系统的传输效率和稳定性。
同时，芯片DBR结构还可以用于制作光调制器，实现光信号的调制和调制深度的控制。
芯片DBR工艺还可以应用于其他光电子器件的制备，如光检测器、光放大器等。
国内首次用分子束外延生长出短周期InAa／GaSb超晶格
世界最薄材料有望取代硅片 英国曼彻斯特大学联手德国马克斯 ・ 普朗克研究所 已研制出世界上最薄的材料， 厚度 只
有一根头发的 ２ ０万分之一 。这种 新材料 的问世有望在电子计算机和医学等领域掀起一场新 的革命 。 超薄膜片 这种膜片 由碳原子六边形连接而成，状如蜂巢，但只有一个原子那么厚。 如果层层叠加 ，需要 ２ 万层才 能达到一根头发丝的厚度 。 ０ 科学家两年前创造出这种二维碳原子膜片，但必须贴在其他材料上。 如今， 研究人员 已 经可 以利用纳米级 的金制架 台将这种膜片悬挂起来 。 根据物理理论 ， 这种材料不可能稳定存在，因为它实际上是一种二维晶体结构，而这种 结构极易受热损毁。 但二维碳原子膜片 已经证明可 以稳定存在于室温真空中。 所有其他物质 薄 到 这种膜 片 １ 倍 厚度 时 ，就会 发 生氧化 、分解 ，不 能稳 定存 在 。 Ｏ 这种膜 片 之所 以能够 稳 定存 在 ，是 因为它 并非 静止 平铺 ，而 是轻 微波 动 。波 动 为这种 结 构提供 了第三维度 ，也就提供 了聚合力 。 承载分子 这种膜片将主要应用于大幅提高计算机运算速度和研制新药物。 此外， 它
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２０ 年 第 ５ ０７ 期
理化所成功地制备了宽度几个微米 的 Ｃ Ｓ纳米带，对纳米带的结构进行了表征 ，测量 了单 ｄ 根纳米带的光 电导性能。实验发现 ：纳米带的生长方向与其它 ⅡⅥ 族半导体纳米带不同； ． ＣＳ ｄ 单根纳米带的光谱响应、 光强度和时间响应速度 比体材料和薄膜 的响应速度快得多， 而 且纳米带的尺寸对纳米带的响应速度有明显的影响，宽度越小 ，响应速度越快；说明 Ｃ Ｓ ｄ 纳米带响应速度正比于纳米材料表面． 体积 比和单晶的完整度 ：在不同的气氛 中感光灵敏度 有 明显 不 同 。 这一研究进展表明 Ｃ Ｓ半导体纳米带在光敏器件和气体传感器等光电应用方面有广泛 பைடு நூலகம்ｄ 的前 景 。
外延基础知识
电流，这样的能带称为导带。
•
价带：由价电子能级分裂形成的能带，称为价带。（价带可能是满带，也可能是
电子未填满的能带）
•
直接带隙：导带底和价带顶位于K空间同一位置。
•
间接带隙：导带底和价带顶位于K空间不同位置。
•
同质结：组成PN结的P型区和N型区是同种材料。（如红黄光中的：GaAs上生
长GaAs,蓝绿光中：U(undope)－GaN上生长N(dope)－ GaN）
•
量子阱(QW)：通常把势垒较厚，以致于相邻电子波函数不发生交迭的周期性结
构，称为量子阱（它是超晶格的一种）。
半导体
• 分类：元素半导体：Si 、Ge
•
化合物半导体：GaAs、InP、GaN(Ⅲ-Ⅴ)、ZnSe(Ⅱ-Ⅵ) 、SiC
• 化合物半导体优点：
• 调节材料组分易形成直接带隙材料，有高的光电转换效率。（光电器件一 般选用直接带隙材料）
等。
•
尾气处理器：主要用于生长后的废气处理，使其达到无污染排放。红黄光生长
产生尾气用化学尾气处理器处理，蓝绿光生长产生的尾气用湿法尾气处理器处
理。
LED的MOCVD外延生长
• 基本反应：
•
红黄光：TMGa+AsH3 GaAs+CH4
•
TMGa+PH3 GaP+CH4
•
蓝绿光：TMGa+ NH3 GaN+CH4
到限制的作用，可明显提高发光效率。
•
生长一层P型GaP层，此层为电流扩展层，扩展层越厚，电流扩展得越好，亮
基本概念
•
能级：电子是不连续的，其值主要由主量子数N决定，每一确定能量值称为一个
【国家自然科学基金】_表现外延_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
科研热词 高速公路网络 非晶涂层 非功能需求 追踪性 载流子迁移率 载流子浓度 软件体系结构 设计决策 认知 空间结构 稳定性 稀释率 电催化 甲酸氧化 生长压力 激光熔覆 激光技术 激光快速成形 模糊概念关系 模糊概念 模糊本体 模糊 景观格局指数 显微组织 显微硬度 时空格局 拉伸力学性能 扩展类型 宝鸡市 城镇建设用地 城镇体系 商业集聚区 商业土地出让 北京 功能需求 分形维数 再结晶 光致发光 pd/ni双金属 mocvd inconel 718超合金 gan
科研热词 跨河城市 演化 机制 铁电电容器 透明导电薄膜 超晶格 西宁市 薄膜 空间形态 电阻率 热壁化学气相沉积 溶胶凝胶 温度 江苏省开发区 拉曼光谱 岛状生长 对策 城市空间形态 城市 土地集约利用 土地资源管理 土地市场发育 光致发光 ybco sicge sic inas/gasb ba-tfa
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
科研热词 集约度增长指数 铁磁性 都市连绵区 遥感影像 迁移率 脉冲激光沉积 策略选择 稀磁半导体 科技术语 磁性薄膜 石家庄市 电阻随机存取存储器 电脉冲诱发电阻转变 电子浓度 居里温度 定义缺陷 外延式战略 城市规划 城市群 城市组群 城市地理 城市土地利用增长 分子束外延 内涵式战略 优势比较 中医诊断学 中医症状名 xrd xanes n型gan mnxsi1-x la0.67 sr0.33 mno3 gamnn薄膜
7.8 半导体超晶格
图7.8.5 横向超晶格器件
7.8.4 二维电子气的能态密度与量子霍尔效应 １. 二维电子气能态密度 如前所述，超晶格半导体附加的周期性引 起电子能谱的附加量子化，即在 z 方向形成一 系列量子能级 E1 ( z), E2 ( z), ，由式（7.8.1）可知， 由于[ 2 /(2m* )](k x2 k y2 ) 形成准连续谱，则相应 z 方 向的每一个能级 E ( z) ，电子的二维运动形成一 个子能带。子能带的态密度可由第4章的方法 求得，只不过这里是二维问题。由在 k// (kx , ky ) 空 间Ｋ标度下单位体积的态密度为1/(2π)2 可知， 以 k k k 为半径的 k// 空间圆内所包含的允许 的 k// 的数目为 :
图 7.8.3 超晶格中E-k 关系
图 7.8.4 在周期性晶体场中外加直流 电场以后电子的行为
由此可见，由于在超晶格晶体中引入了附加的一维 周期势场，其中电子的能量将呈现新的量子化现象， 原来晶格周期势场中的能带分裂成一系列子能带。
7.8.3 超晶格的负阻效应及其应用
这种附加量子化效应使得超晶格晶体产生了许许 多多新的物理现象和物理性质，如量子霍尔效应、 负阻效应等。下面简单介绍负阻效应极其应用。 研究表明，当在不同的温度下测量超晶格晶体的 电阻时，将会发现样品的电阻随外加电压变化而变 化。当外加电压增加到某一阀值时，微分电阻的数 值将会发生突变，在某些温度下会出现负阻现象。 过了突变值以后，随着外加电压的增加，电阻的数 值会出现忽大忽小的变化。电阻的这种异常变化是 块状 GaAs、AlAs 的单晶样品所没有的。关于超晶格 晶体的负阻效应可作如下的定性讨论。 图７.８.４给出了电子在直流电场中受到加速作 用以后运动的情况。假定无外电场时，电子处于Ａ