量子阱

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定义:一种薄层结构,在一维方向上限制载流子。

量子阱是一种薄层结构,可以在一维方向上,也就是垂直于薄层表面的方向上限制粒子(通常为电子或者空穴),而在其它方向上粒子的运动不受限制。

量子阱对粒子的限制是一种量子效应。它对受限制粒子的态密度有很大的影响。对于矩形的量子阱来说,其态密度在特定能量间隔内是常数。

量子阱通常也是由薄层半导体介质制作的,嵌入在更宽带隙的半导体薄层之间(例如,GaAs量子阱嵌在AlGaAs中, 或者InGaAs嵌在GaAs中)。这种量子阱的厚度在5-20nm之间。这种薄层结构可以采用分子束外延(MBE)或者金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备。电子和空穴都可以被限制在半导体量子阱中。在光学泵浦的半导体激光器(垂直外腔表面发射激光器)中,大部分的泵浦光在量子阱周围的薄层中被吸收,然后产生的载流子就被量子阱捕获。

如果量子阱受到应力,可能是由晶格失配引起的(例如,InGaAs量子阱嵌入在GaAs中),电子态被改变,这在激光二极管中也非常有用。

半导体量子阱通常用在激光二极管的有源区,其中它被夹在两个具有更高带隙能量的宽的薄层之间。这些包层类似于波导,如果带隙能量差足够大,电子和空穴就被有效的被限制在量子阱中。量子阱也可以用作半导体饱和吸收反射镜电吸收调制器中的吸收器。

如果需要很大的光学增益或者吸收,可以使用多个量子阱,它们的间隙需要足够大以避免波函数之间的交叠。


参考文献

[1] T. Makino, “Analytical formulas for the optical gain of quantum wells”, IEEE J. Quantum Electron. 32, 493 (1995)

[2] P. S. Zory (ed.), Quantum Well Lasers – Principles and Applications, Academic Press, New York (1993)


参阅:量子点激光二极管电吸收调制器波导