第3章-半导体激光器材料课件.ppt

1、激光：激光：Laser(lightLaser(light amplification by stimulated amplification by stimulated emission of radiation),emission of radiation),辐射的受激发射光放大。辐射的受激发射光放大。主要内容主要内容：2 2）激光的特点；）激光的特点；1 1）激光的产生；）激光的产生；自从美国人自从美国人梅曼梅曼制造出第一台激光制造出第一台激光器以后，到今天人们对激光并不陌生，如激光开器以后，到今天人们对激光并不陌生，如激光开刀，可自动止血；全息激光照片可以假乱真；还刀，可自动止血；全息激

2、光照片可以假乱真；还有激光照相、激光美容等有激光照相、激光美容等.。激光在军事上也有。激光在军事上也有广泛的应用。广泛的应用。引言：引言：第第3 3章章 半导体激光器材料半导体激光器材料3.1 3.1 激光技术简介激光技术简介一、激光的产生原理一、激光的产生原理1 1、普通光源发光、普通光源发光-受激吸收和自发辐射受激吸收和自发辐射 1）受激吸收受激吸收（简称（简称“吸收吸收”）处在低能级处在低能级E E1 1的原子受到的原子受到等等于于E E2 2-E-E1 1的外来能量时，的外来能量时，吸收这一能量跃迁到高能级的吸收这一能量跃迁到高能级的过程。过程。E2E1h 2)自发自发辐射辐射E2E1

3、E3hEE12 处在高能级（处在高能级（E2）的原子，即使没有任何外界）的原子，即使没有任何外界的激励，总是自发地跃迁到低能级（的激励，总是自发地跃迁到低能级（E1），并），并且发射一个频率为且发射一个频率为，能量，能量h=E2-E1的光子的过的光子的过程。程。自发辐射的光是非相干光自发辐射的光是非相干光2 2、受激发射和光的放大、受激发射和光的放大 受激辐射：（受激辐射：（19171917年爱因斯坦提出）年爱因斯坦提出）处在高能级上（处在高能级上（E E2 2）的原子，受到能量恰为）的原子，受到能量恰为h h=E=E2 2-E-E1 1的外来光子的激励（或诱发，或剌激）从而跃迁到低能级的外来

4、光子的激励（或诱发，或剌激）从而跃迁到低能级E E1 1，并发射一个与外来光子，并发射一个与外来光子“一模一样一模一样”的光子的过程。的光子的过程。E2E1外来光子外来光子受激辐射光子受激辐射光子与外来光子频率与外来光子频率相同、相位相同、相同、相位相同、偏振方向和传播偏振方向和传播方向相同。方向相同。特点：特点：受激辐射中，光子成倍增长，产生了光放大。受激辐射中，光子成倍增长，产生了光放大。受激辐射产生的光子与入射光子是完全相干的；受激辐射产生的光子与入射光子是完全相干的；激光的产生过程激光的产生过程粒子数反转状态粒子数反转状态E1E2E3E4E1E2能能量量/)(exp1212kTEENN

5、且粒子数正常分布是：且粒子数正常分布是：激光是受激辐射的光，但实际中还存在自发辐射激光是受激辐射的光，但实际中还存在自发辐射和吸收，和吸收，)/exp(kTEN 为了有效地产生激光，要改变这种分布，形成粒子数为了有效地产生激光，要改变这种分布，形成粒子数反转的状态。反转的状态。3 3、粒子数反转：产生激光的必要条件、粒子数反转：产生激光的必要条件 粒子数反转状态粒子数反转状态E1E2怎样才能实现粒子数反转呢？怎样才能实现粒子数反转呢？1）提供足够的能量；）提供足够的能量；2）原子在激发态多）原子在激发态多“呆呆”一会；一会；3）减小损失，不断放）减小损失，不断放 大。大。二、二、激光简史和我国

6、的激光技术激光简史和我国的激光技术19171917年，爱因斯坦提出受激辐射年，爱因斯坦提出受激辐射19611961年年8 8月，我国第一台红宝石激光器在长春光机所研制月，我国第一台红宝石激光器在长春光机所研制成功成功19641964年，汤斯、巴索夫和普罗霍罗夫分享诺贝尔物年，汤斯、巴索夫和普罗霍罗夫分享诺贝尔物理学奖理学奖19871987年年6 6月，大功率脉冲激光系统月，大功率脉冲激光系统-神光装置，在上海光神光装置，在上海光（学精密）机（械研究）所研制成功（学精密）机（械研究）所研制成功 19591959年，汤斯提出制造红宝石激光器的建议年，汤斯提出制造红宝石激光器的建议19581958年

7、，汤斯和肖洛发表年，汤斯和肖洛发表红外与光学激射器红外与光学激射器，巴索夫和普罗霍罗夫发表巴索夫和普罗霍罗夫发表实现三能级粒子数反实现三能级粒子数反转和半导体激光器建议转和半导体激光器建议19601960年，加州休斯实验室的梅曼制成了第一台红年，加州休斯实验室的梅曼制成了第一台红宝石激光器宝石激光器 普罗霍罗夫普罗霍罗夫 巴索夫巴索夫 汤斯汤斯1964年诺贝尔物理学奖一半授予美国马萨诸塞州坎布里奇的年诺贝尔物理学奖一半授予美国马萨诸塞州坎布里奇的麻省理工学院的汤斯（麻省理工学院的汤斯（Charles HTownes，1915一），另一一），另一半授予苏联莫斯科苏联科学院列别捷夫物理研究所的巴索

8、夫半授予苏联莫斯科苏联科学院列别捷夫物理研究所的巴索夫（Nikolny GBasov，1922一）和普罗霍罗夫（一）和普罗霍罗夫（Aleksandr M Prokhorov，1916），以表彰他们从事量子电子学），以表彰他们从事量子电子学方面的基础工作，这些工作导致了基于微波激射器和激光原方面的基础工作，这些工作导致了基于微波激射器和激光原理制成的振荡器和放大器。理制成的振荡器和放大器。三、激光器的结构三、激光器的结构 1 1、工作介质：、工作介质：产生激光的原子系统或产生激光的原子系统或可以实现粒子数反可以实现粒子数反转的气体、液体或固体转的气体、液体或固体 所谓所谓能级合适能级合适是指存在

9、是指存在“亚稳态能级亚稳态能级”，即存在激，即存在激发态寿命发态寿命=10-3秒左右的能级（一般原子系统的秒左右的能级（一般原子系统的激发态寿命只有激发态寿命只有10-8秒）秒）E1E2E3激激发发能能量量亚稳态能级亚稳态能级产生激光的能级系统（例）产生激光的能级系统（例）（1 1）三能级系统三能级系统（2 2）四能级系统四能级系统 12EEh2E1E3E三能级系统三能级系统23EEh4E1E3E2E四能级系统四能级系统红宝石激光器红宝石激光器铷玻璃激光器铷玻璃激光器2 2、激励源：、激励源：用来实现和维持粒子数反转。有电激用来实现和维持粒子数反转。有电激励，光激励，热激励，化学激励等励，光激

10、励，热激励，化学激励等 激励激励-从外界吸收能量，使原子系统的原子不断从低能态从外界吸收能量，使原子系统的原子不断从低能态跃迁到高能态能级以实现粒子数反转跃迁到高能态能级以实现粒子数反转的过程（又称的过程（又称“激发激发”、“抽运抽运”或或 “泵浦泵浦”）。）。1）光泵抽运）光泵抽运如红宝石激光器如红宝石激光器粒子数反转状态粒子数反转状态E1E2E1E2红宝石激光器的示意图红宝石激光器的示意图2）电子碰撞）电子碰撞-如氩离子激光器如氩离子激光器电子电子3）化学反应）化学反应如氟化氘激光器等。如氟化氘激光器等。4）共振转移）共振转移如如H He e-N-Ne e激光器激光器。-NeHe-NeHe

11、-要有一个能使受激辐射和光放大过程持续的构造：要有一个能使受激辐射和光放大过程持续的构造：全反全反射镜射镜半反半反射镜射镜实物图实物图原理图原理图激光工作物质激光工作物质 3 3、光学谐振腔光学谐振腔激光工作物质激光工作物质全全反反射射镜镜半半反反射射镜镜工作原理：工作原理：out光放大原理光放大原理小结小结:激光器的三个主要组成部分激光器的三个主要组成部分1.工作物质：工作物质：2.激励能源：激励能源：有合适的能级结构有合适的能级结构 能实现粒子数反转能实现粒子数反转3.光学谐振腔：光学谐振腔：保证光放大保证光放大使激光有良好的方向性和单色性使激光有良好的方向性和单色性使原子激发使原子激发

12、维持粒子数反转维持粒子数反转谐振腔谐振腔 四、激光器的种类四、激光器的种类1、固体激光器：器件小、坚固、使用方便、输出功率大、固体激光器：器件小、坚固、使用方便、输出功率大2、气体激光器：结构简单、造价低，操作方便，、气体激光器：结构简单、造价低，操作方便，介质均匀光束质量好且能长时间稳定工作介质均匀光束质量好且能长时间稳定工作He-Ne激光器简介：最早激光器简介：最早(1961)制成且应用最广泛。制成且应用最广泛。激光波长为激光波长为632.8纳米纳米(氖原子发出氖原子发出)，采用电激励。，采用电激励。高压电源使气体放电，氦激发，能量传递给氖，四高压电源使气体放电，氦激发，能量传递给氖，四能

13、级系统能级系统4 4、半导体激光器：体积、质量小，寿命长，结构简单而、半导体激光器：体积、质量小，寿命长，结构简单而 坚固坚固 3、液体激光器：输出波长连续可调，覆盖面宽液体激光器：输出波长连续可调，覆盖面宽五五.激光的特性及应用激光的特性及应用 （一）、激光的主要特性（一）、激光的主要特性 1 1、方向性好方向性好-激光的发散角小激光的发散角小。激光器激光器LaserHe-Ne激光经纬仪激光经纬仪测月红宝石激光器测月红宝石激光器=0.031mrad=4 10-5mradD=1.6km=25mrad（毫弧度）（毫弧度）rlrl(1km(1km时光斑直径时光斑直径10m)10m)光源光源2 2、

14、亮度高、能量集中、亮度高、能量集中StEI太阳太阳123102srWcmI1mW H1mW He e-N-Ne e激光器激光器1231088srWcmI大功率激光器大功率激光器121791010srWcmI SE光源亮度光源亮度-单位面积、单位时间在垂直于光源单位面积、单位时间在垂直于光源 表面的单位立体角内发射的能量。表面的单位立体角内发射的能量。立体角定义：立体角定义：=S/r2Sr P=1mWP=1mW的氦的氦-氖激光器的亮度约是太阳光的氖激光器的亮度约是太阳光的4444倍倍可使一切金属熔化可使一切金属熔化可使一切非金属化为一缕青烟可使一切非金属化为一缕青烟3）单色性好单色性好激光所包含

15、的波长或频率范围极小激光所包含的波长或频率范围极小一束普通的红光一束普通的红光频率范围：频率范围：Hz1414107.4109.3Hz14108.0Laser6328埃的埃的He-Ne激光（中心频率激光（中心频率)1074.414HzHz4102（理论值，实际几赫兹）（理论值，实际几赫兹）又如单色性最好的氪灯，其中心波长又如单色性最好的氪灯，其中心波长6057埃埃波长范围：波长范围：A3107.4He-Ne LaserA710A6328中心波长中心波长波长范围：波长范围：4）相干性好相干性好相干性是指光波场中光振动之间的相关程度。相干性是指光波场中光振动之间的相关程度。相干性越好则光场中各点光

16、振动在频率、振相干性越好则光场中各点光振动在频率、振动方向的一致性越好，相位的关联性也越好。动方向的一致性越好，相位的关联性也越好。相干性越好则光场中任取两点作光源所产生相干性越好则光场中任取两点作光源所产生的干涉和衍射的条纹越清晰。的干涉和衍射的条纹越清晰。杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉单单缝缝双双缝缝屏屏Ir圆孔衍射圆孔衍射注意：光的单色性越好，则其相干性也越好。注意：光的单色性越好，则其相干性也越好。二者是统一的二者是统一的.激光的应用 普通光源的发光过程是自发辐射普通光源的发光过程是自发辐射,发出的不是相干光发出的不是相干光,激光的发光过程是受激辐射激光的发光过程是受激辐射,它发出的光是相干

17、光它发出的光是相干光.普通灯光与激光的比较普通灯光与激光的比较 军事：激光制导、激光武器军事：激光制导、激光武器 加工：光刻、焊接、加工：光刻、焊接、切割、打孔、雕刻切割、打孔、雕刻 医疗：美容、手术医疗：美容、手术 核技术：核聚变点火核技术：核聚变点火 生活：光纤通讯、激光笔、光盘存储生活：光纤通讯、激光笔、光盘存储 科技：光源、激光冷却、全息、激光光解科技：光源、激光冷却、全息、激光光解（二）、应用（二）、应用 激光核聚变激光核聚变这是这是激光核聚变激光核聚变靶室，在靶室内十束激光同时聚向一个产生靶室，在靶室内十束激光同时聚向一个产生核聚变反应的小燃料样品上，引发核聚变。核聚变反应的小燃料

18、样品上，引发核聚变。激光焊接激光焊接高能激光（能产生约高能激光（能产生约5500 oC的高温）把大的高温）把大块硬质材料焊接在一起块硬质材料焊接在一起用激光使脱落的视网膜再复位用激光使脱落的视网膜再复位（目前已是常规的医学手术）（目前已是常规的医学手术）用脉冲的染料激光（波长用脉冲的染料激光（波长585nm）处理皮肤色素）处理皮肤色素处理前处理前处理后处理后由于光波的频率由于光波的频率比电波的频率高比电波的频率高好几个数量级，好几个数量级，一根极细的光纤一根极细的光纤 能承载的信息量，能承载的信息量，相当于图片中这相当于图片中这麽粗的电缆所能麽粗的电缆所能承载的承载的信息量。信息量。激光光纤激

19、光光纤通讯通讯光盘存储光盘存储 3.1.1 3.1.1 pnpn结激光器结激光器 3.1.2 3.1.2 异质结激光器异质结激光器 由两种不同的半导体材料构成的由两种不同的半导体材料构成的PN结称结称为半导体异质结。为半导体异质结。由同一种半导体材料构成的由同一种半导体材料构成的PN结称为半结称为半导体同质结。导体同质结。3.1.33.1.3 量子阱激光器量子阱激光器 异质结厚度仅为异质结厚度仅为1 110nm10nm的异质结激光器的异质结激光器称为量子阱激光器。称为量子阱激光器。量子阱激光器的优点是阈值电流仅为异质结激量子阱激光器的优点是阈值电流仅为异质结激光器的四分之一，因此有利于光集成化

20、和制作大功光器的四分之一，因此有利于光集成化和制作大功率半导体激光器，并且它的光束质量好，有利于提率半导体激光器，并且它的光束质量好，有利于提高光通信的质量。高光通信的质量。3.1.43.1.4 分布反馈激光器分布反馈激光器 分布反馈激光器是一种侧壁被做成周期分布反馈激光器是一种侧壁被做成周期性光栅波导结构的半导体激光器。性光栅波导结构的半导体激光器。3.23.2 蓝光半导体激光器材料蓝光半导体激光器材料 GaNGaN是最引人注目的蓝光半导体激光器是最引人注目的蓝光半导体激光器材料。可与材料。可与AlNAlN，InNInN形成带隙连续可变的固形成带隙连续可变的固熔体。熔体。在发展成在发展成Ga

21、NGaN激光器的过程中，最大的困激光器的过程中，最大的困难有两个，一是缺乏晶格常数和热膨胀系数难有两个，一是缺乏晶格常数和热膨胀系数与与GaNGaN匹配的衬底材料，二是难以实现高匹配的衬底材料，二是难以实现高P P型型掺杂。掺杂。2020世纪世纪8080年代后期，人们先后用在蓝宝年代后期，人们先后用在蓝宝石或石或SiCSiC衬底材料上引入过渡层的方法和对高衬底材料上引入过渡层的方法和对高阻阻GaNGaN材料进行低能电子辐射的方法解决了这材料进行低能电子辐射的方法解决了这两个问题。两个问题。日本日亚公司在日本日亚公司在19931993年率先研制成功输年率先研制成功输出功率为出功率为1mW1mW的

22、的InGaN/AlGaNInGaN/AlGaN双异质结蓝色发双异质结蓝色发光二极管，稍后该公司又开发出输出功率为光二极管，稍后该公司又开发出输出功率为5mW5mW的单量子阱蓝色发光二极管。的单量子阱蓝色发光二极管。19951995年日本名古屋大学采用以蓝宝石和年日本名古屋大学采用以蓝宝石和SiCSiC为衬底材料的为衬底材料的InGaN/AlGaNInGaN/AlGaN双异质结蓝色双异质结蓝色发光二极管，首次在低温下实现了蓝光受激发光二极管，首次在低温下实现了蓝光受激发射。发射。19961996年，日本日亚公司终于研制成功能在室年，日本日亚公司终于研制成功能在室温下运行的温下运行的InGaNIn

23、GaN多量子阱蓝光半导体激光器。多量子阱蓝光半导体激光器。后来，该公司又在后来，该公司又在19971997年用年用SiSi掺杂的掺杂的InGaNInGaN量量子阱代替以前的未掺杂量子阱作为发光层，减小子阱代替以前的未掺杂量子阱作为发光层，减小了由电流产生的热效应，提高了器件的寿命。了由电流产生的热效应，提高了器件的寿命。日亚公司在日亚公司在19981998年初制备成功实用化的蓝光年初制备成功实用化的蓝光(417nm)(417nm)InGaNInGaN多量子阱激光器多量子阱激光器。ZnSeZnSe是一种蓝绿光半导体激光器材料。是一种蓝绿光半导体激光器材料。在用在用ZnSeZnSe研制蓝绿光激光器

24、的过程中主研制蓝绿光激光器的过程中主要遇到三个问题：第一是难以实现高载流子要遇到三个问题：第一是难以实现高载流子浓度的浓度的P P型掺杂；第二是难以降低型掺杂；第二是难以降低P P型型ZnSeZnSe欧欧姆接触；第三是缺陷密度高导致激光器寿命姆接触；第三是缺陷密度高导致激光器寿命较短。较短。3.3 3.3 蓝绿光半导体激光器材料蓝绿光半导体激光器材料 20世纪世纪90年代初期，人们以氮离子为掺年代初期，人们以氮离子为掺杂源，用分子束外延工艺解决了掺杂问题。在杂源，用分子束外延工艺解决了掺杂问题。在此基础上，此基础上，3M公司率先研制成功全世界第一公司率先研制成功全世界第一个个ZnCdSe/Zn

25、Se量子阱有源层电流泵浦蓝绿量子阱有源层电流泵浦蓝绿光光(490nm)半导体激光器，该器件在半导体激光器，该器件在77K的低的低温运行。接着，该公司在温运行。接着，该公司在1993年又首次实现了年又首次实现了 ZnCdSe/ZnSe/ZnMgSeS量子阱蓝绿光量子阱蓝绿光(490nm)半导体激光器在室温的连续工作。半导体激光器在室温的连续工作。用重掺杂的用重掺杂的ZnTe、ZnSe多层结多层结构或构或ZnSe、ZnSe1-xTex、HgSe构成构成的渐变异质结构来降低的渐变异质结构来降低p型型ZnSe的的欧姆接触，取得了一定的成效，但欧姆接触，取得了一定的成效，但欧姆接触电阻还是太高。欧姆接触

26、电阻还是太高。解决缺陷问题：一是改进外延工艺解决缺陷问题：一是改进外延工艺以提高膜层质量；二是设法增加以提高膜层质量；二是设法增加ZnSe材料的共价键成分，提高其硬度，减小材料的共价键成分，提高其硬度，减小与与GaAs衬底的晶格失配，人们通过在衬底的晶格失配，人们通过在ZnSe中掺入中掺入Be或者采用或者采用BeTe/ZnSe超超晶格材料，在很大程度上解决了这些问晶格材料，在很大程度上解决了这些问题。题。3.4 3.4 红光半导体激光器材料红光半导体激光器材料 红光半导体激光器材料主要有红光半导体激光器材料主要有InGaAlPInGaAlP和和InGaP/GaAsPInGaP/GaAsP等。等

27、。在用分子束外延和金属有机气相外延工在用分子束外延和金属有机气相外延工艺制备艺制备InGaAlPInGaAlP薄层单晶时，为了保证膜层的薄层单晶时，为了保证膜层的质量，严格控制源的纯度、外延系统的密闭质量，严格控制源的纯度、外延系统的密闭性和性和InGaAlPInGaAlP膜层的生长温度是最关键的三个膜层的生长温度是最关键的三个工艺参数。工艺参数。InGaAlPInGaAlP红光半导体激光器也采用双异质结结构，分为红光半导体激光器也采用双异质结结构，分为增益导引、折射率导引和量子阱结构三种。增益导引、折射率导引和量子阱结构三种。增益导引型的缺点是输出功率低、光束质量差，故无增益导引型的缺点是输

28、出功率低、光束质量差，故无法满足高密度可录光存储的需要。法满足高密度可录光存储的需要。折射率导引型能有效地实现光模限制、降低像散并抑折射率导引型能有效地实现光模限制、降低像散并抑制阈值电流的增加。制阈值电流的增加。多量子阱结构的优点是可以降低激光器的阈值电流、多量子阱结构的优点是可以降低激光器的阈值电流、提高激光器的工作温度，从而改善激光器在高功率工作下提高激光器的工作温度，从而改善激光器在高功率工作下的温度特性和可靠性。的温度特性和可靠性。3.5 3.5 近红外短波长半导体激光器材料近红外短波长半导体激光器材料 用于近红外短波长半导体激光器的有源区材料主要是用于近红外短波长半导体激光器的有源

29、区材料主要是780nm780nm的的AlGaAs/GaAsAlGaAs/GaAs材料、材料、800nm800nm的的GaInPGaInP（As)As)GaASGaAS和和980nm980nm的的GaInAs/GaAsGaInAs/GaAs材料。材料。3.5.1 3.5.1 780nm780nm的的AlGaAs/GaAsAlGaAs/GaAs和和800nm800nm的的GaInPGaInP（AsAs）GaAsGaAs材料材料3.5.2 3.5.2 980nm980nm的的InGaAs/GaAsInGaAs/GaAs材料材料1 1、AlGaAs/GaAS/InGaAsAlGaAs/GaAS/InG

30、aAs材料材料 2 2、GaInAsP/GaAs/InGaAsGaInAsP/GaAs/InGaAs材料材料 3.63.6 近红外长波长半导体激光器材料近红外长波长半导体激光器材料 近红外长波长半导体激光器材料是指对应于近红外长波长半导体激光器材料是指对应于1.31.31.551.55mm波段的波段的InPInP基激光器材料。基激光器材料。InPInP基材料包括基材料包括GaInAsP/InPGaInAsP/InP和和AlGaInAs/InPAlGaInAs/InP两两个材料体系。个材料体系。除了可用来制作光纤通信系统的核心器件近除了可用来制作光纤通信系统的核心器件近红外长波长激光器之外，红外

31、长波长激光器之外，InPInP基半导体材料在探测基半导体材料在探测器、高速电子器件和光电子集成回路等方面也都器、高速电子器件和光电子集成回路等方面也都有着广泛的应用。有着广泛的应用。3.73.7 中红外波段中红外波段(2(23 3mm)半导体激光器材料半导体激光器材料3.7.1 3.7.1 InGaAsSb/AlGaAsSb/GaSbInGaAsSb/AlGaAsSb/GaSb量子阱激光器材料量子阱激光器材料 由于液相外延工艺是一种热力学平衡生长过程，在生由于液相外延工艺是一种热力学平衡生长过程，在生长长InGaAsSb/AlGaAsSbInGaAsSb/AlGaAsSb异质结时遇到了两个难以

32、克服的困异质结时遇到了两个难以克服的困难。难。2020世纪世纪8080年代中期，人们终于用分子束外延技术解年代中期，人们终于用分子束外延技术解决了这两个问题。决了这两个问题。3.7.2 3.7.2 InGaAs/InGaAsP/InPInGaAs/InGaAsP/InP应变量子阱激光器材料应变量子阱激光器材料 第一只第一只InGaAs/InGaAsP/InPInGaAs/InGaAsP/InP应变量子阱应变量子阱2 2mm激光器诞激光器诞生于生于19921992年。年。3.8 3.8 中远红外波段中远红外波段(4(41717mm)半导体激光器半导体激光器材料材料 已有的各种半导体激光器，不论是

33、同质已有的各种半导体激光器，不论是同质结构激光器、异质结构激光器还是量子阱激结构激光器、异质结构激光器还是量子阱激光器，这类光器，这类pnpn结激光器的激射机理都是建立结激光器的激射机理都是建立在电子和空穴这两种载流子辐射复合产生光在电子和空穴这两种载流子辐射复合产生光子的基础上，其激射波长取决于半导体材料子的基础上，其激射波长取决于半导体材料的带隙。的带隙。美国贝尔实验室在美国贝尔实验室在19941994年率先研制成功全年率先研制成功全世界第一只量子级联激光器。世界第一只量子级联激光器。该激光器工作波长为该激光器工作波长为4.34.3mm，采用由分子束，采用由分子束外延技术生长的三阱耦合外延技术生长的三阱耦合InAlAs/InGaAs/InPInAlAs/InGaAs/InP材材料，这种三阱耦合结构由大约料，这种三阱耦合结构由大约500500层超薄外延层层超薄外延层构成，最薄的外延层厚度仅为构成，最薄的外延层厚度仅为0.8nm0.8nm。