Анализ на структурата и принципа на работа на полупроводникови лазери.
Лазерът с галиев арсенид (GaAs) се използва като пример за въвеждане на принципа на работа на инжектиран хомопреходен лазер.
1. Принципът на трептене на инжектирания хомопреходен лазер. Поради това, че самият полупроводников материал има специална кристална структура и електронна структура, така че формирането на лазерния механизъм има своя собствена особеност.
(1) Структура на енергийната зона на полупроводника. Полупроводниковите материали са предимно кристални структури. Когато голям брой атоми управляват и са плътно комбинирани в кристал, валентните електрони в кристала са в кристалната енергийна лента. Енергийната лента, в която са разположени валентните електрони, се нарича валентна лента (която съответства на по-ниска енергия). Най-близката високоенергийна лента до валентната зона се нарича зона на проводимост, а празното пространство между енергийните ленти се нарича забранена зона. Когато се добави външно електрическо поле, електроните във валентната лента прескачат в зоната на проводимост, където могат да се движат свободно и да провеждат електричество. В същото време загубата на електрон във валентната лента е еквивалентна на появата на положително заредена дупка, тази дупка в ролята на външно електрическо поле може също да играе проводима роля. Следователно дупката във валентната лента и зоната на проводимост на електроните имат проводяща роля, общо наричани носители.
(2) легиран полупроводник и pn преход. Чист полупроводник без примеси, известен като вътрешен полупроводник. Ако присъщият полупроводник е легиран с примесни атоми, в лентата на проводимост под и над валентната лента се образуват енергийни нива на примеси, съответно известни като донорно енергийно ниво и основно енергийно ниво.
Полупроводниците с доминиращо енергийно ниво се наричат полупроводници от n-тип; полупроводниците с доминиращо енергийно ниво се наричат полупроводници от p-тип. При стайна температура топлината може да направи n-тип полупроводници, повечето от донорните атоми се дисоциират, при което електронът се възбужда до зоната на проводимост, стават свободни електрони. Повечето от атомите-гостоприемници на p-тип полупроводници улавят електрони във валентната лента и образуват дупки във валентната лента. По този начин полупроводниците от n-тип се провеждат главно от електрони в зоната на проводимост; p-тип полупроводници се провеждат главно от дупки във валентната лента.
Полупроводниковите материали, използвани в полупроводниковите лазери, имат голяма концентрация на допинг, като броят на примесните атоми от n-тип обикновено е (2-5) × 1018cm-1; p-типът е (1-3) × 1019cm-1.
В част от полупроводников материал областта, където има рязка промяна от p-тип област към n-тип област, се нарича pn преход. На неговия интерфейс ще се формира област на пространствен заряд. електроните в полупроводниковата лента от n-тип трябва да дифундират в p-областта, докато дупките във валентната лента на полупроводника от p-тип трябва да дифундират в n-областта. По този начин регионът от n-тип близо до структурата е положително зареден, защото е донорът, а регионът от p-тип близо до кръстовището е отрицателно зареден, защото е приемникът. Електрическо поле се формира на границата, сочеща от n-областта към p-областта, наречена самоизградено електрическо поле. Това електрическо поле предотвратява продължаващата дифузия на електрони и дупки.
(3) механизъм за възбуждане на електрическо инжектиране на pn преход. Ако към полупроводниковия материал, където се формира pn преход, се добави положително преднапрежение, p-областта се свързва към положителния полюс, а n-областта към отрицателния полюс. Очевидно положителното напрежение на електрическото поле и pn прехода на самоизграденото електрическо поле в обратна посока, отслабва самоизграденото електрическо поле върху кристала при дифузията на електрони в препятствието за движение, така че n областта на свободните електрони в ролята на положителното напрежение, но също така и постоянен поток от дифузия през pn прехода към p региона в областта на прехода, като в същото време има голям брой електрони от зоната на проводимост и валентната зона В зоната на свързване в същото време има голям брой електрони в лентата на проводимост и дупката във валентната лента, те ще бъдат инжектирани в региона, за да се получи композит, когато електроните в лентата на проводимост скочат до валентността лента, излишната енергия под формата на излъчена светлина. Това е механизмът на полупроводниковата полева луминесценция, тази спонтанна комбинирана луминесценция се нарича спонтанно излъчване.
За да може pn преходът да произвежда лазерна светлина, трябва да се формира в структурата на състоянието на разпределение на инверсия на частиците, трябва да се използват силно легирани полупроводникови материали, изисква инжектирането на pn преход токът да е достатъчно голям (като 30, {{3} }A / cm2). По този начин, в pn прехода на локалния регион, може да се образува зоната на проводимост в електрона повече от броя на дупките във валентната лента на инверсията на разпределението на състоянието, като по този начин се генерира възбудено композитно лъчение и издадена лазерна светлина .
2. Полупроводникова лазерна структура. Формата и размерът му и полупроводниковият транзистор с ниска мощност са почти същите, само в черупката повече от един лазерен изходен прозорец. Захванат със съединителната зона на p-областта и n-областта, направени от слоеве, съединителната зона е с дебелина десетки микрометри, площта е около по-малка от 1 mm2.
Полупроводниковата лазерна оптична резонансна кухина е използването на равнина на pn преход, перпендикулярна на естествения състав на повърхността на разтвора (110 повърхност), има коефициент на отразяване 35, е достатъчно, за да предизвика лазерни трептения. Ако трябва да увеличите отразяващата способност, можете да поставите върху кристалната повърхност слой от силициев диоксид и след това слой от метален сребърен филм, можете да получите повече от 95% от отразяващата способност.
След като полупроводниковият лазер бъде добавен към предното напрежение, броят на частиците в зоната на свързване ще бъде обърнат и съставен.
