半导体材料中的多光子吸收效应研究进展北大核心CSCD

一般情况下半导体材料可以吸收一个能量大于带隙的光子,使价带中的一个电子跃迁到导带。但是,在某些特殊的情况下,半导体材料也能吸收多个能量小于带隙的光子,使价带中的一个电子跃迁到导带,这就是多光子吸收效应。多光子吸收效应是一种非线性光学效应。该综述首先介绍了多光子吸收效应的理论基础和测试方法,然后回顾了多光子吸收效应的研究成果,最后展望了半导体低维结构中的多光子吸收效应研究,以及潜在的应用前景。     

科技简讯

我国推出5-8μm波段半导体量子级联激光器我国科学家历经5年艰辛攻关,现已研制成功首批5￣8μm波段半导体量子级联激光器,从而使我国成为世界上能研制此类高技术激光器的第2个国家。中科院上海冶金研究所李爱珍等科研人员研制的这种激光器可用于现代通讯、环境保护、国家安全等领域。它是环保领域用于痕量气体监测和分子光谱应用、通讯领域用于信号发射与接收必不可少的高技术。传统的半导体激光器的激射波长由半导体材料的导带和价带之间的带隙大小决定,只有直接带隙的半导体材料才能实现激射,由于自然界缺少这种中远红外波段的天然的理想…     

高功率红外（8μm波长）超晶格激光器

半导体超晶格由两种材料纳米厚度的周期叠层（量子阶和势垒）组成。这种人工晶体的周期d（～5nm）一般都很大于大块晶体的晶格常数（～0．5nm）。这种重叠势将导带和价带分裂成一系列微带的更窄的带（一般在强耦合区为几到几十毫电子伏），沿叠层的法线方向被能隙（微隙）分开。对一选定材料，适当选择叠层厚度能控制微带和微隙宽度，如分子束外延（MBE）之类薄膜晶体生长技术能作原子水平的控制。以量子约束弓愧分立能级为特征的量子阱在光通讯和光记录的半导体激光和其他光电子应用中有广泛的用途，但超晶格在光学器件中的应用十分有限…     

通过量子阱异质结中最佳带隙偏移改善量子阱激光器的性能

我们分析了量子阱异质结的带隙偏移对量于阱（ＱＷ）激光器性能的影响。表明，除了应变之外，带隙偏移的优化也能改进ＱＷ激光器的性能，尤其是能够同时达到超低阈值电流和高速。改进步骤是从减少ＱＷ激光器填充态开始，因为在光限制区导带结构和价带结构的不对称性可以通过ＱＷ异质结的最佳带隙偏移来补偿。其结果为设计高性能的ＱＷ激光器以及其它有源激光器件提供了设计规范。     

生长在GaSb_xP_（1－x）（001）衬底上GaP的能带结构

采用半经验紧束缚近似方法对生长在ＧａＳｂｘＰ１－ｘ（００１）衬底上ＧａＰ的电子能带结构进行计算。ＧａＰ为间接能隙型的半导体，计算表明，当衬底中Ｓｂ组分ｘ≥０．５７时，应变的ＧａＰ薄层由间接能隙变成直接能隙的半导体。因应变，ＧａＰ原来简并的最低Ｘ点导带能级及价带顶（Γ点）能级发生分裂。随着Ｘ增大，分裂值变大。文中最后计算了价带能级到导带底跃迁的振子强度，对发光效率作了讨论。     

生长在GaSbxP1—x（001）衬底上GaP的能带结构

采用半经验紧束缚近似方法对生长在ＧａＳｂｘＰ１－ｘ（００１）衬底上ＧａＰ的电子能带结构进行计算。ＧａＰ为间接能隙型的半导体，计算表明，当衬底中Ｓｂ组分ｘ≥０．５７时，应变的ＧａＰ薄层由间接能隙变成直接能隙的半导体。因应变，ＧａＰ原来简并的最低Ｘ点导带能级及介带顶（Г点）能级发生分裂。随着ｘ增大，分裂值变大。文中最后计算了价带能级到导带底跃迁的振子强度，对发光效率作了讨论。     

Be基蓝绿激光器载流子约束的LCAO理论研究

本征的强离子性，使ZnSe基半导体蓝绿激光器易于形成堆垛层错等退化缺陷，严重地影响了器件的寿命。人们便开始将注意力投向离子性较低的Be基化合物，希望用Be基Ⅱ-Ⅵ族材料取代ZnSe基材料，抑制蓝绿激光器的退化。要研制半导体激光器，电学限制层对发光活性层中载流子的约束能力（即能带的offset值）是最重要的基本参数之一。由于对Be基化合物的了解十分有限，本文从基本的原子参数出发，用原子轨道线性组合（LCAO）理论计算了所有Ⅱ-Ⅵ族化合物价带顶的相对位置，结合带隙的实验值，给出了Ⅱ-Ⅵ族化合物导带底的相对位置。简要分析了二元化合物用于BeTe中载流于约束的可能性。根据虚晶近似，用插值方法计算了与GaAs匹配的Be基四元合金相对与BeTe价带、导带的offset。对各四元合金的特征进行了分析对比，讨论了Be基四元合金用作我流子约束层的可能性。为制作Be基半导体蓝绿激光器提供了能带剪裁的理论依据。     

GaInAs/AlInAs量子阱激光器特性--价带间光吸收对微分量子效率和特征温度的影响

计算和分析了晶格匹配ＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓ半导体量子阱激光器（ＱＷＬ）中的价带间光吸收系数及其对微分量子效率（η０）和特征温度（Ｔ０）的影响。结果表明,价带间光吸收系数随带隙增加而减小,随温度和载流子浓度增加而增加,其所引起的阈值和出光微分量子效率的变化趋势虽然与实验观察到的相类似,但数值上却不起明显的作用。因此,价带间光吸收这种温敏光子损耗机制对长波长半导体激光器的温度效应不可能起主要的作用。     

Cu掺杂对ZnO氧化物电子结构与电输运性能的影响

采用平面波超软赝势密度泛函理论计算的方法研究了p型Cu掺杂的纤锌矿结构氧化物ZnO的电子结构,在此基础上分析了其电输运性能。计算结果表明,Cu掺杂ZnO氧化物具有0.6eV的直接带隙,且为p型半导体,在导带和价带中都出现了由Cu电子能级形成的能带,体系费米能级附近的能带主要由Cup态、Cud态和Op态电子构成,且他们之间存在着强相互作用。电输运性能分析结果表明,Cu掺杂的ZnO氧化物价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小;其载流子输运主要由Cup态、Cud态、Op态电子完成,且需要载流子（空穴和电子）跃迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小。     

新颖高性能半导体激光器的研究与发展

随着光纤通信系统迅速向大容量，数字化，长距离方向发展，对于作为其光源的半导体激光器，也要求实现更高的性能，为此，本文较系统地评述了当前国外对新颖低阈值电流半导体激光器，高温工作的ＭＱＷ激光器，新颖宽频带波长可变激光器等新颖高性能半导体激光器的开发背景。以及器件结构，技术关键，典型性能等。     

半导体超晶格微结构中的多能谷效应（2）

半导体超晶格微结构中的多能谷效应（２）薛舫时（半导体超晶格国家重点实验室和南京电子器件研究所２１００１６）六、异质谷间转移电子效应和Ｘ电子发生器ＧａＡＳ是直接带隙材料，它的导带底位于布里渊区中心Γ点。而ＡｌＡｓ是间接带隙材料，导带底位于布里渊区边缘Ｘ...     

注入锁定半导体激光器全光波长转换技术

波长转换器是光通信网络中的一个重要器件。而除半导体光放大器（SOA）外，半导体激光器也是进行波长变换的一种很好选择。基于半导体激光器的注入锁定波长变换技术具有转换带宽较大、啁啾小、消光比特性好、结构简单、成本低廉等诸多优点。将探测光与信号光同步注入法布里-珀罗（F-P）半导体激光器，可以通过信号光功率的变化控制激光器锁模与失锁，导致腔内纵模变化，探测光随之被共振放大或减弱，从而将信息由信号光转换到探测光频率上。从静态实验入手，对半导体激光器的注入锁定现象及光信号控制法布里-珀罗纵模移动等问题分别进行了研究。分析了动态转换激光器工作点的选取问题，在动态实验中实现了较宽范围的正相与反相波长转换，转换速率达到了10Gb／s。     

GaInAsP过渡层在808 nm GaAsP/(Al)GaInP半导体激光器中降电压的应用

利用金属有机化学气相沉积的方法在GaAs衬底上生长了GaInAsP外延层及GaAsP/(Al)GaInP激光器外延层。生长的GaInAsP外延层与GaAs晶格匹配,并且带隙处于Ga_0.5In_0.5P与GaAs中间。在GaInP/GaAs异质结界面插入此结构的GaInAsP过渡层,可以有效的降低异质结的带阶,尤其是价带带阶。相比于突变GaInP/GaAs异质结的808 nm GaAsP/(Al)GaInP半导体激光器,含有GaInAsP过渡层的半导体激光器具有更低的工作电压。因此,在350 mW输出功率下,半导体激光器的功率转换效率由52%提高至60%。并且在大电流注入下,含有GaInAsP过渡层的半导体激光器由于产生的焦耳热减少,具有更高的输出功率。     

国外可见光半导体激光器概况

一、可见光半导体激光器的提出 随着对半导体激光器应用研究的不断深入,要求其波长向长波和短波两方扩展,于是人们着手研究光通信光源用的InGaAsP系长波长半导体激光器和光信息处理光源用的可见光半导体激光器。在可见光半导体激光器问世以前,光信息处理,光印刷,视频唱片等的光源均采用波长为632.8nm的He—Ne气体激光器。随着红外光半导体激光器的发展,逐渐提出了用可见光半导体激光器取代可见光He-Ne气体激光器的要求,因为前者比后者具有无可比拟的优点,例如体积小,工作电压低,适于高速率调制工作,有利于集成     

电调谐半导体激光器波长控制系统

研制了一种基于计算机控制的电调谐半导体激光器波长控制系统.通过调用系统中的半导体激光器"波长-电流"数据查询表,控制驱动单元的电流输出,实现对半导体激光器的输出波长控制.应用该系统对DBR激光器进行了波长控制实验,其波长控制误差不超过±0.02 nm.     

Tc-P共掺杂单层MoS2光电特性的第一性原理计算

采用第一性原理的赝势平面波方法,对比研究了未掺杂和掺杂过渡金属Tc、非金属P及Tc-P共掺杂的单层MoS2的电子结构和光学性质.计算结果表明:掺杂改变了费米面附近的电子结构,使得导带向低能方向偏移,并且带隙由K点转化为Γ点,形成Γ点的直接带隙半导体.掺杂P使带隙值变小,形成p型半导体;掺杂Tc使带隙变宽,形成n型半导体;Tc-P共掺杂,由于p型和n型半导体相互调制,使得单层MoS2转变为性能更优的本征半导体;掺杂使光跃迁强度减小,且向低能方向偏移.     

硅中层错带中空位的电子态

计算了硅中带状层错中的空位电子态，所使用的Ｒｅｃｕｒｓｉｏｎ方法是建立在原子轨道线性组合法的基础上，考虑了ｓ－ｐ－，ｄ－型十个原子轨道．用Ｌａｎｃｚｏｓ法得到了带隙及带连续态中的电子态，局域态密度是用连续连分数来表示的．硅中理想空位的三重简并态分裂为三个能级．从价态顶算起，它们的能量分别为－０．３，０．３，１．７ｅＶ．价带顶之上０．３ｅＶ的带隙态同纯层错中发现的电子态相似，但局域态密度要高一些．价带顶之上１．７ｅＶ的在导带中的电子态是一个强共振态．价带顶之下０．３ｅＶ的价带中的电子态则是一个弱共振态     

干涉法测量半导体激光器波长

本文给出了一种用于测量低功率半导体激光器波长的新方法,测量精度可小于0.2nm。用此方法对GaAlAs半导体激光器的发射波长和模特性进行了测试和分析,得到了GaAlAs半导体激光器波长随工作电流和温度的变化关系。     

空间光通信用半导体激光器

自由空间激光通信技术是未来空间基础设施的关键技术之一,作为其光源的半导体激光器,有特殊的要求,主要是适合大气传输的低损耗波长窗口、超大功率、窄波束宽度,以及高数据速率。主要介绍自由空间激光通信对半导体激光器性能的要求,以及目前用于空间光通信的半导体光源的开发进展。     

增益非线性参数对半导体激光器调制特性的影响

本文用小信号分析法建立了半导体激光器调制的数学模拟，用这个模型研究了增益与载流子密度的非线性依赖关系对半导体激光器的功率调制、波长调制和ＣＰＲ值的影响。