量子阱的应用

量子限制效应使量子阱中形成分立能级。在双势垒量子阱结构中，只有当发射极电子的能量与量子阱中能级相等且横向动量守恒时，共振隧穿才能发生。而进一步加大电场，使量子阱分立能级低于发射极带边，隧穿电流急剧减小，出现负微分电阻现象，这就是共振隧道二极管（RTD）的基本原理。RTD高峰－谷电流比的I－V特性曲线已应用于高频振荡器和高速逻辑电路等器件。 量子阱中的激子也作准二维运动。由于量子限制效应，量子阱中的二维激子，其结合能接近半导体材料激子束缚能的4倍，使得在室温下就可能观察到由激子效应引起的强吸收峰或强荧光峰。这一特性加上量子阱中态密度的二维特性以及能带工程各种调控手段，可使量子阱激光器的阈值电流减小、发射波长可调、微分增益提高、特征温度等性能得到改善。半导体量子阱在其他光电器件中也得到了广泛的应用。

量子尺寸效应最实际的应用是量子阱（MQW）及用量子阱所得到的各种半导体器件，量子阱是窄带隙超薄层被夹在两个宽带隙势垒薄层之间。

由一个势阱构成的量子阱结构为单量子阱，简称为SQW（Single Quantum Well）；由多个势阱构成的量子阱结构为多量子阱，简称为MQW（Multiple Quantum Well），

同常规的激光器相比，量子阱激光器具有以下特点：

（1）在量子阱中，态密度呈阶梯状分布，量子阱中首先是E1c和E1v之间电子和空穴参与的复合，所产生的光子能量hv＝E1c－E1v＞Eg，即光子能量大于材料的禁带宽度。

相应地，其发射波长凡小于几所对应的波长九，即出现了波长蓝移。

（2）在量子阱激光器中，辐射复合主要发生在E1c和E1v之间。

这是两个能级之间的电子和空穴参与的复合，不同于导带底附近的电子和价带顶附近的空穴参与的辐射复合，因而量子阱激光器光谱的线宽明显地变窄了。

（3）在量子阱激光器中，由于势阱宽度Lx通常小于电子和空穴的扩散长度Le和Ln，电子和空穴还未来得及扩散就被势垒限制在势阱之中，产生很高的注入效率，易于实现粒子数反转，其增益大大提高，甚至可高达两个数量级。

（4）量子阱使激光器的温度稳定条件大为改善，AlGaInAs量子阱激光器的特征温度马可达150K，甚至更高。

因而，这在光纤通信等应用中至关重要。

量子阱结构对载流子还只是一维限制，量子线和量子点具有更高级的量子化特点。

事实上，量子线激光器和量子点激光器均已问世，对它们的研究必将为半导体光电学带来许多更新、更好的特性，也为光电子集成开拓更美好的前景。

量子阱激光器是有源层非常薄，而产生量子尺寸效应的异质结半导体激光器。根据有源区内阱的数目可分为单量子阱和多量子阱激光器。量子阱激光器在阈值电流、温度特性、调制特性、偏振特性等方面都显示出很大的优越性，被誉为理想的半导体激光器，是光电子器件发展的突破口和方向。

在普通的双异质结激光器中，因为有源区的三维尺寸都远大于电子平均自由程，因而电子的态密度函数为抛物线型，当载流子被限制在宽度与其德波罗意波长相当或更小的阱中时，则其态密度函数为类似阶梯形。如图1（a）所示，载流子复合跃迁将发生在各量子能级之间，在一般情况下受选择定则支配。此时注入电子的分布与峰值增益分布如图1（b）（c）所示。如果不考虑其他因素的影响，载流子运动受限越强，其阈值电流应越低。

量子阱激光器有两种类型：量子线激光器和量子点激光器

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