量子阱二维材料性能优良 量子阱激光器是重要下游市场

量子阱（QW），是与电子的德布罗意波长可比的微观尺度上的势阱，是由两种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。量子阱是一种二维材料，在量子力学发展早期，量子阱概念即被提出，其相关技术与应用研究持续深入，量子阱激光器是量子阱的代表性应用领域。 　

　受量子阱宽度、阱壁限制，在量子阱中，载流子仅能够在与阱壁平行的二维平面内自由运动，不能向垂直方向运动。与三维材料相比，量子阱中的电子态、声子态、元激发、相互作用等均存在较大差别。根据新思界产业研究中心发布的 《2022-2026年量子阱行业深度市场调研及投资策略建议报告》 显示，受以上因素影响，应用在半导体材料领域，量子阱会呈现出独特的电学、光学性能，并可以通过改变材料组分、掺杂成分、材料结构、薄层厚度等对量子阱的特性进行调控。

半导体激光器体积小、可靠性高，具有可调制电流、可输出高速激光的特点，并且可与集成电路兼容，是一种重要的激光器类型，预计2020-2025年，全球半导体激光器市场规模将以9.6%左右的年均复合增速快速增长。量子阱激光器是半导体激光器的一种，量子阱一般应用在激光二极管的有源区，窄带隙有源区夹在宽带隙半导体材料中间，或者与之交替重叠，当载流子被限制在有源层内时，即形成量子阱。

根据新思界产业研究中心发布的 《2022-2026年量子阱激光器行业深度市场调研及投资策略建议报告》 显示，量子阱激光器具有频率小、阈值电流低、谱线宽度窄、输出功率高、调制速度快、温度适应范围宽等特点，是半导体激光器中的主流产品之一。量子阱激光器主要包括量子线激光器、量子点激光器两大类。相较来说，受量子点独特性能的影响，量子点激光器在阈值电流、温度适应性、增益效果等方面更具优势，未来应用前景更为广阔。 　

　量子阱激光器在激光加工、激光医疗、检验检测、环保等领域应用广泛，研发价值大。2019年，中国科学院半导体研究所团队突破了刻蚀与钝化等核心工艺，研制出新型锑化物半导体量子阱激光器，其单管和巴条组件分别实现1.62瓦和16瓦的室温连续输出功率，综合性能达到国际一流水平。

新思界 行业分析 人士表示，量子阱是一种二维材料，在传统半导体材料性能开发接近物理极限的情况下，拥有独特性能的二维材料开发与应用受到关注，量子阱市场空间正在快速增长。现阶段，半导体激光器是量子阱的主要应用市场，量子阱概念是随着量子力学发展而提出，未来在量子力学领域同样具有广阔发展空间。由此来看，未来量子阱行业发展前景良好。

分类: 教育/科学 >>科学技术

解析:

量子阱(Top quantum well)

量子阱有着三明治一样的结构，中间是很薄的一层半导体膜，外侧是两个隔离层。用激光朝量子阱闪一下，可以使中间的半导体层里产生电子和带正电的空穴。通常情况下，电子会与空穴结合，放出光子。科学家将量子阱的上层制造得特别薄，厚度不足30埃，这样就可迫使中间层产生的电子与空穴结合时，以变化的电场而不是光子的形式释放能量。电场的作用使邻近的量子点中产生新的电子和空穴，从而令它们结合并放出光子。

图：

oursci/magazine/200404/news/061502

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。

---