Pooljuhtlaserite ehituse ja tööpõhimõtte analüüs.
Sissepritsega homojunktsioonilaseri tööpõhimõtte tutvustamiseks kasutatakse näitena galliumarseniidi (GaAs) laserit.
1. Sissepritsega homojunktsioonilaseri võnkeprintsiip. Kuna pooljuhtmaterjalil endal on eriline kristallstruktuur ja elektrooniline struktuur, on lasermehhanismi moodustamisel oma eripära.
(1) Pooljuhi energiariba struktuur. Pooljuhtmaterjalid on enamasti kristallstruktuurid. Kui suur hulk aatomeid valitseb ja on tihedalt ühendatud kristalliks, asuvad kristalli valentselektronid kristalli energiaribas. Energiariba, milles valentselektronid asuvad, nimetatakse valentsribaks (mis vastab madalamale energiale). Valentsribale lähimat kõrge energiaga riba nimetatakse juhtivusribaks ja tühja ruumi energiaribade vahel nimetatakse keelatud ribaks. Välise elektrivälja lisamisel hüppavad valentsribas olevad elektronid juhtivusribale, kus nad saavad vabalt liikuda ja elektrit juhtida. Samal ajal on elektroni kadu valentsribas samaväärne positiivse laenguga augu tekkimisega, see auk välise elektrivälja rollis võib samuti mängida juhtivat rolli. Seetõttu on valentsriba augul ja elektronide juhtivusribal juhtiv roll, mida ühiselt nimetatakse kandjateks.
(2) legeeritud pooljuht ja pn-siirde. Puhas pooljuht ilma lisanditeta, tuntud kui sisemine pooljuht. Kui sisemine pooljuht oli legeeritud lisandiaatomitega, moodustasid valentsriba all ja kõrgemal asuvas juhtivusribas vastavalt lisandite energiatasemed, mida nimetatakse doonorienergia tasemeks ja peamiseks energiatasemeks.
Domineeriva energiatasemega pooljuhte nimetatakse n-tüüpi pooljuhtideks; domineeriva energiatasemega pooljuhte nimetatakse p-tüüpi pooljuhtideks. Toatemperatuuril võib kuumus muuta n-tüüpi pooljuhid, enamus doonor-aatomeid on dissotsieerunud, milles elektron ergastatakse juhtivusriba, muutuvad vabadeks elektronideks. Enamik p-tüüpi pooljuhtide peremeesaatomeid püüavad valentsribas elektrone ja moodustavad valentsribasse auke. Seega juhivad n-tüüpi pooljuhte peamiselt juhtivusriba elektronid; p-tüüpi pooljuhte juhivad peamiselt valentsribas olevad augud.
Pooljuhtlaserites kasutatavatel pooljuhtmaterjalidel on suur dopingukontsentratsioon, kusjuures n-tüüpi lisandi aatomiarv on tavaliselt (2-5) × 1018 cm-1; p-tüüp on (1-3) × 1019 cm-1.
Pooljuhtmaterjali tükis nimetatakse piirkonda, kus toimub järsk muutus p-tüüpi piirkonnast n-tüüpi piirkonnaks, pn-siirneks. Selle liideses moodustub ruumilaengu piirkond. n-tüüpi pooljuhtide riba elektronid peavad difundeeruma p-piirkonda, samas kui augud p-tüüpi pooljuhtide valentsribas peavad difundeeruma n-piirkonda. Sel viisil on struktuuri lähedal asuv n-tüüpi piirkond positiivselt laetud, kuna see on doonor, ja p-tüüpi piirkond ristmiku lähedal on negatiivselt laetud, kuna see on vastuvõtja. N-piirkonnast p-piirkonda osutaval liidesel moodustub elektriväli, mida nimetatakse iseehitatud elektriväljaks. See elektriväli takistab elektronide ja aukude jätkuvat difusiooni.
(3) pn-siirde elektriline sissepritse ergutusmehhanism. Kui pooljuhtmaterjalile, kus moodustub pn-siirde, lisatakse positiivne eelpinge, ühendatakse p-piirkond positiivse poolusega ja n-piirkond negatiivse poolusega. Ilmselgelt nõrgendas elektrivälja positiivne pinge ja iseehitatud elektrivälja pn-siirde vastupidises suunas elektronide difusioonis liikumistakistuses kristallil endatekitatud elektrivälja, nii et vabade elektronide n piirkond positiivse pinge rollis, aga ka pidev difusioonivoog läbi pn-siirde p-piirkonda üleminekupiirkonnas, samal ajal on suur hulk juhtivusriba elektrone ja valentsriba Liitumispiirkonnas on samal ajal juhtivusribas ja valentsriba augus suur hulk elektrone, need süstitakse piirkonda, et tekitada komposiit, kui juhtivusribas olevad elektronid hüppavad valentsi. riba, üleliigne energia kiiratava valguse kujul. See on pooljuhtvälja luminestsentsi mehhanism, seda spontaanset liitluminestsentsi nimetatakse spontaanseks kiirguseks.
Selleks, et pn-siirde tekitaks laservalgust, peab see olema moodustatud osakeste inversiooni jaotuse oleku struktuuris, kasutama tugevalt legeeritud pooljuhtmaterjale, vajalik on pn-siirde voolu süstimine piisavalt suur (nt 30,{{3} }A / cm2). Sel viisil saab kohaliku piirkonna pn-siirdes moodustada elektronis juhtivusriba rohkem kui oleku jaotuse inversiooni valentsribas olevate aukude arvu, tekitades seeläbi ergastatud liitkiirgust ja väljastatud laservalgust. .
2. Pooljuhtlaseri struktuur. Selle kuju ja suurus ning väikese võimsusega pooljuhttransistor on peaaegu samad, ainult kestas on rohkem kui üks laserväljundaken. Kihtidest koosneva p-ala ja n-ala liitumisalaga klammerdatuna on liiteala paksus kümneid mikromeetreid, pindala on umbes alla 1 mm2.
Pooljuhtlaseri optilise resonantsi õõnsus on loodusliku lahuse pinna (110 pind) kompositsiooniga risti oleva pn-siirdetasandi kasutamine, selle peegeldusvõime on 35, on olnud laservõnke tekitamiseks piisav. Kui teil on vaja peegeldusvõimet suurendada, võib kristallpinnale kanda ränidioksiidikihi ja seejärel metallilise hõbekile kihi, saate rohkem kui 95% peegelduvusest.
Kui pooljuhtlaser lisatakse päripingele, muutub osakeste arv ristmikupiirkonnas vastupidiseks ja komposiitseks.
