半导体量子点激光器研究进展

半导体激光器的工作原理及应用

半导体激光器的工作原理及应用摘要：半导体激光器产生激光的机理，即必须建立特定激光能态间的粒子数反转，并有合适的光学谐振腔。

由于半导体材料物质结构的特异性和其中电子运动的特殊性，一方面产生激光的具体过程有许多特殊之处，另一方面所产生的激光光束也有独特的优势，使其在社会各方面广泛应用。

从同质结到异质结，从信息型到功率型，激光的优越性也愈发明显，光谱范围宽，相干性增强，是半导体激光器开启了激光应用发展的新纪元。

关键词：受激辐射；光场；同质结；异质结；大功率半导体激光器The working principle of semiconductor lasers and applications ABSTRACT: The machanism of lasing by semiconductor laser,which requires set up specially designated reverse of beam of particles among energy stages,and appropriate optical syntonic coelenteronAs the specificity of structure from semiconductor and moving electrons.something interesting happens.On the one hand,the specific process in producing lase,on the other hand,the beam of light has unique advantages。

As the reasons above,we can easily found it all quartersof the society.From homojunction to heterojunction,from informatics to power,the advantages of laser are in evidence,the wide spectrum,the semiconductor open the epoch in the process of laser. Key worlds: stimulated radiation; optical field; homojunction; heterojunction; high-power semiconductor laser 0 前言半导体激光器是指以半导体材料为工作物质的激光器，又称半导体激光二极管（LD），是20世纪60年代发展起来的一种激光器。

Ⅱ - Ⅵ族半导体激光器的新材料——ZnO 量子点

268学苑论衡蓝绿激光器是近年来成为半导体激光器研究的一个重点，在1991年美国的3M 公司率先完成了Ⅱ-Ⅵ族ZnSe 基量子阱激光器77K 脉冲的相关工作，并且在当时引起了世界的瞩目，随后美国的Brown-Purdue 大学联合研究组以及荷兰的Philips 公司通过研究相继完成了激光器的室温连续工作，而Sony 公司在1996年将量子阱设为ZnSe/ZnCdSe，限制层为ZnMgSSe 的Ⅱ-Ⅵ族蓝绿激光器室温连续工作，经过研究结果显示，其寿命高达100h，但是在这一段时间内，其发展与进步并不像预期的那样，发展迅猛，其工作寿命从最初的1h 到最后的100h 花费很长的时间，将近5年，而要想进一步将其寿命提升，具有很大的困难与挑战，究其原因，ZnSe 是一类离子性强共价性弱的晶体，也就是我们俗称的质地较软，很容易出现损害，在运行受激发射时，如果温度提升，则ZnSe 的缺陷会出现大量增殖等情况[1]。

ZnSe 作为蓝绿激光器的前景受到这类材料的固有缺点的限制。

本文对Ⅱ-Ⅵ族半导体激光器方面的一个新的途径——ZnO 量子点进行研究与分析，现报道如下：1.ZnO 材料的基本特性根据研究结果显示，宽禁带ZnO 半导体为直接带隙，其束缚激子能达到60mV，其是紫外半导体光电器件，具有较大的潜在价值。

在多年以前，ZnO 体材料在低温条件下已经可以观察到由电子束激发的受激发射，但是随着温度的升高，受激发射的强度便会很快淬灭，而长期以来ZnO 作为光电子材料一直没有被人们所重视，而随着GaN 体系近些年来不断火热，作为GaN 外延层与SiC 衬底间的缓冲层的ZnO 材料，具有以下几种特性：①GaN 和ZnO 具有一致的纤锌矿型晶格结构，其与GaN 的晶格失配未超过2%，其a 轴晶格常数为0.325mm，其c 轴晶格常数为0.527mm。

②ZnO 的迁移率为260cm 2/V ·s，n 型掺杂浓度可以达到1019/cm3，其电学特征良好。

半导体激光器的最新进展及应用现状

半导体激光器的最新进展及应用现状发表时间：2018-11-11T11:02:03.827Z 来源：《电力设备》2018年第18期作者：黄志焕[导读] 摘要：随着半导体技术的发展，半导体激光器所涉及的领域也在不断扩展，其应用领域的范围已覆盖光电子学的很多方面，半导体激光器已成为光电子学的核心器件之一。

(天津环鑫科技发展有限公司 300384) 摘要：随着半导体技术的发展，半导体激光器所涉及的领域也在不断扩展，其应用领域的范围已覆盖光电子学的很多方面，半导体激光器已成为光电子学的核心器件之一。

由于半导体激光器具有体积小、寿命长、电光转换效率高、调制速度快、波长范围宽和易于集成等优点，在光互连、光通信、光存储等方面具有广泛的应用。

关键词：半导体激光器；最新进展；应用现状 1半导体激光器研究的意义半导体激光器的研究是我国光电技术研究的重要内容，是国家重点提出并且一直在努力寻求新的突破的领域。

就当前半导体激光器研究的意义来看，对国家的发展具有重要的现实意义。

与此同时，半导体激光器在各行各业的应用都十分广泛，并且呈现出以每年20％以上的增长速度，比如，军师领域的激光雷达、制导以及医疗、通讯、光盘等都开始应用半导体激光器。

其涉及领域之广，扩展速度之快，应用价值之强，是被广泛认可的。

近年来，随着信息科技的不断发展，人们对半导体激光器的性能要求越来越高，传统的半导体激光器在具体的实践应用当中已经表现出明显的不足之处。

因此进行半导体激光器的研究，不短提升半导体激光器的现代化水平，具有重要的现实意义。

2半导体行业半导体器件是电子电路中必不可少的组成成分。

半导体是人们为了生产生活需要,将两物质按照电学性质进行分类时确定的一个名称。

它的导电性介于导体和绝缘体之间。

半导体导电性能全是由其原子结构决定的。

以元素半导体硅和锗为例,其原子序列分别是14和32,它们两个最外层电子数都是4。

半导体具有自由电子和空穴两种载流子。

而半导体的性质不同于导体和绝缘体,就是因为半导体拥有的载流子数目不同而载流子是能够运动的荷电粒子。

锑化物中红外半导体激光器研究进展

ａｊｔｌｒｇｆａｄｇｐｏｅｏｄｇｔｔｍｉｉａｅｎｔａｏｅｔｎｒｍｄｉｒｅａｄＩｈｄｓｂａｅｏｎａ，ｃｒｓｎｉｏｈｅｓｏｗｖｌｇＣｒｃｖｒｈｅｔｅｉｎａｄｂ．ｎｔｓｕａｅｎｂｒｐｎｅｓｎｅｈｌｅｉ — ｆｒｎｉ
相互间晶格能实现很好的匹配，于形成低缺陷密ｅｌ等人提出ｊ它的有源层为多周期的ＩＡｓＧａ易ｒｚ，ｎ／度的合金材料。ＧａｂＩＡｓＳ与ｎ为第二型破隙型能带（）ｂＡｌｂ阱结构，ＩＳ／Ｓ三ｎ如图２所示，中两个为电子其
Ｃｈｎｃｕ３０２；２ＴｈａｇｈｎＲｅｉｎｌｆｅｏｅＡｒｏｅｒｅｐｅｅｔｔｖｒａａｇｈｎ１０２ｅＣｈｎｃｕｇｏａＯｆｃｆｈｍｒｄＦｏｃｓＲｅｒｓｎａｉｅＢｕｅｕ，ｉｔ
图１所示
国休斯顿大学的Ｒ．Ｙａｇ提出了基于ＩＡｓＧａｂＱ．ｎｎ／ｓ破隙型量子阱带间跃迁的第二类量子级联激光器结构。其能带结构原理如图３所示。注入电子在有源区发生从电子子能级向重空穴子能级的跃迁，产生光子，光子通过共振隧穿进入注人区，而在电继
结构，而三元、四元系材料组成的异质结可由组分调势阱，为空穴势阱。从图中可以看到，一个两个电子节转变为第一类能带结构。依据ＧａｂＳ这种能带结势阱的耦合导致了在电子势垒处仍有相当大的电子

半导体技术中的量子阱技术

半导体技术中的量子阱技术随着信息技术的快速发展，半导体材料作为电子学领域的重要组成部分，也在不断地创新和完善。

其中，量子阱技术的出现，为半导体材料的性能提升和新应用的开发提供了新的可能。

一、量子阱技术的原理量子阱（quantum well）是指在两种不同材料之间形成的一种具有周期性势能的结构，在其中的电子表现出一些奇特的性质。

其原理可简单理解为，其“势垒”与“势峰”之间的能量差约为电子热运动时的能量，而电子在势峰处被限制在一个非常小的区域内，即量子点，形成了类似于能级的状态；这种状态又与周围材料的能带相接口，因此电子行为发生变化。

二、量子阱技术的优势相对于其他半导体材料，量子阱技术具有以下优势：1. 调节电子状态：量子阱在不同材料组合下，能够调节电子的状态，改变其带隙大小，从而改变半导体材料在不同波段的光学响应。

2. 减小电子束缚：与传统的材料不同，量子阱内的电子状态可以更容易地在纵向方向移动，有助于提高载流子的迁移率，减小电子束缚。

3. 更高的稳定性：量子阱技术制备的半导体材料具有更高的稳定性，能够在更长时间内保持特定的性能。

三、量子阱技术的应用随着量子阱技术的不断完善，其在以下领域中有着广泛的应用前景：1. 光电器件制造：量子阱技术可用于制备高效、小型化的光电器件，如激光器、LED等，为信息技术领域提供了更多可能。

2. 太阳能电池：利用量子阱技术制备的太阳能电池，可以提高其性能和效率，降低材料的成本和制备难度。

3. 生物医学：利用半导体材料制备的量子点和量子线，可用于生物医学成像技术中，实现高分辨率、低辐射的成像。

四、量子阱技术的研究进展目前，科学家们正在以各种方式继续研究量子阱技术的优势和应用。

例如：1. 使用先进的制备技术，如分子束外延、金属有机化学气相沉积等，制备更高质量、更精细的量子阱材料。

2. 引入新的导电材料、光学材料和化学键合技术，进一步优化量子阱结构和性能。

3. 应用量子场理论、量子力学等理论，实现量子阱结构的理论模拟和模拟计算，为精准设计和优化提供更多思路。

量子点的制备及应用进展

用于激光器．发光二极管、ＬＥＤ等。本文对量子点的制备方法和应用领
域及前景进行了初步讨论
２量子点的光学应用
半导体量子点作为新型荧光标记物用于生物医学领域的研究始
于２Ｏ世纪７Ｏ年代末．由于量子点具有激发光谱宽而连续、发射光谱窄而对称、发光效率高、光化学性能稳定性好、不易发生光漂白、发射１．１量子点的特性及优势量子点的基本特性有：量子尺寸效应、表面效应、量子限域效应、光颜色与粒径大小关联等优点被广泛应用于生物化学、分子生物学、基因组学、蛋白质组学、药物筛选、生物大分子检测，材料宏观量子隧道效应．除此之外，量子点具有一些独特的光学效应，这使细胞生物学、医学等领域。得量子点较传统的荧光染料用来标记生物探针具有以下优势：．１半导体量子点在光电子学方面的应用（１）量子点具有宽的激发光谱范围，可以用波长短于发射光的光２由于半导体量子点可以通过改变颗粒尺寸而获得不同的发射波激发．产生窄而对称的发射光谱，避免了相邻探测通道之间的干扰。（２）量子点可以“ 调色” ，即通过调节同一组分粒径的大小或改变长和电子亲和势．与其他有机／聚合物电致发光材料相比，半导体量子量子点的组成．使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。尺寸越小，发射点的发射光谱较窄，因此将发光性能优异的半导体量子点材料与有机／聚合物发光材料复合用于电致发光器件．来获得高色纯度、窄谱带光的波长越小。（３）量子点的稳定性好，抗漂白能力强，荧光强度强，具有较高的以及在可见光范围内发光峰连续可调的系列电致发光器件是一项非发光效率。半导体量子点的表面上包覆一层其他的无机材料，可以对常有意义的工作．使其在光电子器件方面展现出广阔的应用前景。．２半导体量子点在生物研究方面的应用核心进行保护和提高发光效率，从而进一步提高光稳定性。正是由于２量子点具有以上特性使其在生物识别及检测中具有潜在的应用前景，半导体量子点可以与生物大分子相偶联进而应用于活细胞体系，较窄的发射光有望成为一类新型的生化探针和传感器的能量供体，因此备受关注。其在生物学领域的应用获得了多项有意义的研究成就。谱允许半导体量子点在活细胞体内和表面上进行多个目标的同时成１．２量子点的制备方法这就为基于多个分子标记的恶性肿瘤的初步探测和确认提供了可根据原料的不同分为无机合成路线和金属一有机物合成路线，两像．能性用量子点进行多色成像，可以减少分析时间和增加可以检测的种合成方法各有利弊具有非常重要的实用意义。（１）金属一有机相合成：主要采用有机金属法，在高沸点的有机溶生物标记物的数目．剂中利用前驱体热解制备量子点，前驱体在高温环境下迅速热解并结２．３多色实验和诊断方面的应用成核晶体缓慢成长为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻碍晶核成长，量子点可用于体内光学性非侵害性成像。将半导体量子点应用于对基因并稳定存在于溶剂中该方法制备的量子点具有尺度范围分布窄，荧芯片上的生物标记后有望给生物材料的检测带来突破性进展．光量子产率高等优点。但其成本较高且生物相溶性差，量子产率降低，组学和蛋白质组学的研究非常有用；量子点同样可以应用于药物筛选．达到双高通量药物筛选。另外半导体量子点还可以应用于溶液矩甚至发生完全荧光淬灭现象。即将不同的量子点或量子点微粒标记在每一种生物分子上，并置（２）无机合成路线：目前常用水溶性硫基化合物，柠檬酸等做为保阵．

垂直腔面发射激光器(VCSEL)的研究进展与应用

垂直腔面发射激光器（VCSEL）的研究进展与应用1.VCSEL的发展历史和优势半导体激光器是信息化社会最具有代表性的关键光电子器件之一，已经在许多领域得到广泛的应用，研究人员在边发射激光器( Edge Emitting Laser，EEL) 的研制过程中遇到了阵列制备工艺复杂、器件测试困难以及输出模式和波长难以控制等问题。

因此，在1977年日本东京工业大学教授Klga提出了一种VCSEL的概念，并在1979年采用GaInAsP材料体系在77K温度下首次实现脉冲输出。

VCSEL是一种在与半导体外延片垂直方向上形成光学谐振腔、发出的激光束与衬底表面垂直的半导体激光器结构。

在这样的面发射半导体激光器结构中，光的输出端和器件底端都需要反射镜，而反射镜的高反射率对降低阈值电流密度起着非常巨大的作用。

因此，人们针对高反射率的反射镜进行了各种研究，例如介质膜分布式布拉格反射镜( Distributed Bragg Reflectiors，DBR)、半导体DBR、复合反射镜以及金属膜反射镜等。

GaAs材料体系的VCSEL从1983年开始研究到1986年实现低阈值的微腔操作，这期间采用两种不同类型的膜以四分之一波长的厚度交替生长而成的DBR能实现光强反射，反射率达到了99%以上。

到了1988年VCSELs器件采用多层SiO2/TiO2介质膜DBR首次实现了850nm的室温连续激射；然而，虽然数对介质膜DBR即可实现高反射率，但是这种结构不导电且散热性差，为了改进这一状况，1986年年首次实现了AlGaAs/GaAs DBR 的VCSEL器件，由于p型AlAs/Al0.1Ga0.9AS DBR具有较高的势垒电阻，因此该器件只在n 侧使用半导体DBR，而另一侧反射镜采用Au/SiO2镜面组成。

为了改进半导体DBR的势垒电阻问题，许多研究机构进行了报道，其中代表性的器件是采用高浓度Zn 掺杂的AlAs层制备p型DBR；此外，为了避免DBR的高势垒电阻问题，VCSEL器件采用光泵浦方式工作，或者减少一侧DBR的层数和一个外部输出耦合镜相结合，实现连续输出。

半导体光电信息功能材料的研究进展

历史发展表明，半导体信息功能材料和器件是信息科学技术发展的先导和基础。２Ｕ纪４年代末５年代初，晶体管的发明、ｏｉ００硅单晶材料和硅集成电路（Ｓ的研制成Ｉ）Ｃ功、导致了电子工业大革命。２世纪６～００７年代，光导纤维材料和以砷化镓（ａｓ０ＧＡ）为基的半导体激光器的发明，超晶格、量子阱微结构材料和高速器件的研制成功，使人类进入到光纤通信、移动通信和高速、宽带信息网络的时代。纳米科学技术的发展和应用将使人们能从原子、分子或纳米尺度的水平上控制、操纵和制造功能强大的人工结构材料和量子器件，极有可能触发新的技术革命，并将深刻地影响人类的生产和生活方
黟２１第卷３（第６０ｏ７第期总３期）年
面层
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“ 限 ” 。摩尔定律将受到下述３面的挑极方战：物理方面（沟场效应，绝缘氧化物量短子隧穿效应，沟道掺杂原子统计涨落，功耗等），技术方面（生电阻和电容，互连延寄迟，光刻技术等），经济方面（造成本昂制贵，难以承受）。为克服上述器件物理和互连技术限制，人们一方面正在开发诸如高Ｋ介质、金属栅、双栅／栅多栅器件、应变沟道和高迁移率材料，铜互连技术（散阻挡扩层）、低介电常数材料、多壁纳米碳管通孔和三维铜互连等；另一方面，在电路设计与制造方面，采用硅基微／器件混合电路、纳光电混合集成和系统集成芯片（Ｏ）技术ＳＣ等，来进一步提高硅基Ｉ速度和功能。ＳＣ的然而，虽然采取上述措施可以延长摩尔定律的寿命，但硅微电子技术最终难以满足人类对信息量需求的日益增长。为此，人们正在积极探索基于全新原理的材料、器件和电路技术，如基于量子力学效应的纳米电子（光电子）技术、量子信息技术、光计算技术和分子电子学技术等。（２）硅微电子的可能 “ 代 ” 技术探讨替ａ纳米电子技术．目前，虽然建立在量子力学基础上的纳米电子学工作原理、工作模式、采用什么材料体系和工艺技术等尚存争议，但纳米电子学仍是该领域的研究热点。虽然早在ｌ多年０前就已研制成功了单电子器件（电子晶体单管和单电子存储器），而且按照目前的技术水平，制备室温工作的单电子晶体管器件（Ｅ）已无不可克服的困难；但是，我们ＳＴ不仅需要单个器件，还需要超高密度（个每ＭＵ片可集成数量为１１。、功能完Ｐ芯～。００的全相同的ＳＴ、低功耗、运算速度快、能Ｅ）与硅工艺兼容的技术。近年来，虽然基于量子点的自适应网络计算机已取得进展，但要实现单电子器件的大规模集成，还有很长的路要走。不少人认为，碳纳米管将成为纳米电子学主导材料，然而，研究表明虽然碳纳米有着很高的沟道电子迁移率，但它的寄生效应（生电阻和电容等）使其难以高频工作，寄Ｃｅ等报导的集成在一个单壁碳纳米管ｈｎ上、包含５ＭＳ转级的环形振荡器工作个ＣＯ反频率要比最新的ＣＯ慢１。ｌ … ！另外，ＭＳ０～０倍