e h e | | 1 2 0 伝導帯 e j e j 1 2 1 |1 ,| 2 0ichida/lectures/optele/optoele08.pdf ·...
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光エレクトロニクス 8 1
少しだけ量子力学
1 20E
1に居る時の波動関数φ12 に居る時の波動関数φ2
シュレディンガー方程式は
2,1 00 == nEH nn φφディラック流に書くと
>>= nEnH || 00
1と2の間に相互作用H’
∫ >=>=<=< JHHdxH 2|'|11|'|2' 1*
2 φφ
行列とベクトルで書くと、
>=+>>=
>=
>=
+
=+=
>>=
2
121
0
00
2|1||
10
2|, 01
1|
00
00
'
||
aa
aa
JJ
EE
HHH
EH
ψ
ψψ
ψψψ EHHH =+= )'( 0
この時シュレディンガー方程式は
2211 φφψ aa +=波動関数は
と書ける。
このシュレディンガー方程式(固有値方程式)を解くと・・・・・J<0として、
1 20E
JE −0
JE +0
光エレクトロニクス 8 2
半導体
原子(分子)
価電子帯
1023
伝導帯
ギャップ
EgE
α
吸収スペクトル
光エレクトロニクス 8 3
価電子帯
n型
価電子帯
p型伝導帯 伝導帯
電子
正孔
p n
OFF
p型
n型発光
ON
+ -
LED
光エレクトロニクス 8 4
半導体レーザー
p
nへき開面へき開面
n=4n=1 n=1
R
原子面の精度で平坦かつ平行
結晶へき開面=反射鏡
内部反射率が大きい 屈折率3~4 反射率30~40%
221
221
)()(
nnnnR
+−=
光エレクトロニクス 8 5
ダブルヘテロ構造
ホモ接合: GaAs-GaAsヘテロ接合:GaAs-AlAs
電子・正孔・光はGaAs層に閉じ込められる
AlxGa1-xAs のバンドギャップ
光エレクトロニクス 8 6
半導体レーザーの構造
ストライプ化 電極:電流密度の上昇 活性層:高次横モードの抑制
光エレクトロニクス 8 7
MBE(Molecular Beam Epitaxy: 分子線エピタキシー)装置
GaAs基盤に分子線をあてて成長させる。原子層レベルで厚さ、平坦さをコントロール。混晶を作製できる。
光エレクトロニクス 8 8
III-V属半導体レーザー•GaAs, AlGaAs 750nm ~ 905nm 光通信、CD、MD、レーザープリンター・・・・•InGaAsP, InP 900nm~1700nm (1.7μm) 光ファイバー通信•InGaN, GaN 400nm (紫~青) 次世代光記憶
中村修二教授
光エレクトロニクス 8 9
0 20 40 600
100
200
300
400
500
Current (mA)
Inte
nsity
(arb
. uni
ts)
単一モード発振 →モードの引き込み
半導体レーザーの発振特性
770 775 780 7850
0.2
0.4
0.6
Wavelength (nm)
Inte
nsity
(arb
. uni
ts) 発振前
770 775 780 7850
500
1000
1500
Wavelength (nm)In
tens
ity (a
rb. u
nits
) 発振後
しきい値電流
光エレクトロニクス 8 10
量子井戸レーザー
GaAsAlGaAs AlGaAs
L2
22
222
2 Ln
mEn
πh=
量子井戸
低いしきい値大出力
超格子
光エレクトロニクス 8 11
光・量子エレクトロニクス研究室 安藤教授面発光レーザー
•低しきい値電流•二次元集積化•光ファイバーとの接続
光エレクトロニクス 8 12
課題
•半導体レーザーを用いた製品について調べよ。
•半導体の屈折率が4の時、へき界面の反射率を求めよ。
•無限井戸型ポテンシャル量子井戸中の粒子のエネルギーを計算せよ。(4年生向け)