Анализа структуре и принципа рада полупроводничких ласера.
Галиум-арсенид (ГаАс) ласер се користи као пример за увођење принципа рада ињектираног хомојункционог ласера.
1. Принцип осциловања ињектираног хомојункционог ласера. Због тога што сам полупроводнички материјал има посебну кристалну структуру и електронску структуру, тако да формирање ласерског механизма има своју посебност.
(1) Структура енергетског појаса полупроводника. Полупроводнички материјали су углавном кристалне структуре. Када велики број атома влада и чврсто се комбинује у кристал, валентни електрони у кристалу су у енергетском појасу кристала. Енергетски појас у коме се налазе валентни електрони назива се валентни појас (што одговара нижој енергији). Најближи високоенергетски појас валентном појасу назива се проводни појас, а празан простор између енергетских опсега назива се забрањени појас. Када се дода спољашње електрично поље, електрони у валентном појасу скачу у проводни појас, где могу слободно да се крећу и проводе електрицитет. Истовремено, губитак електрона у валентном појасу је еквивалентан настанку позитивно наелектрисане рупе, ова рупа у улози спољашњег електричног поља такође може играти проводну улогу. Према томе, рупа у валентном појасу и проводна зона електрона имају проводну улогу, заједно назване носиоцима.
(2) допирани полупроводник и пн спој. Чисти полупроводник без нечистоћа, познат као интринзични полупроводник. Ако је унутрашњи полупроводник допиран атомима нечистоћа, у појасу проводљивости испод и изнад валентног појаса формирају се енергетски нивои нечистоће, респективно, познати као ниво енергије донора и главни енергетски ниво.
Полупроводници са доминантним енергетским нивоом називају се полупроводници н-типа; полупроводници са доминантним нивоом енергије називају се полупроводници п-типа. На собној температури, топлота може да направи полупроводнике н-типа, већина атома донора је дисоцирана, у којој се електрон побуђује до проводног појаса, постају слободни електрони. Већина атома домаћина полупроводника п-типа хвата електроне у валентном појасу и формира рупе у валентном појасу. Дакле, полупроводници н-типа углавном проводе електрони у проводном појасу; полупроводнике п-типа углавном воде рупе у валентном појасу.
Полупроводнички материјали који се користе у полупроводничким ласерима имају велику концентрацију допинга, са бројем атома нечистоће н-типа генерално (2-5) × 1018 цм-1; п-тип је (1-3) × 1019 цм-1.
У комаду полупроводничког материјала, област у којој постоји нагла промена из региона п-типа у регион н-типа назива се пн спој. На његовом интерфејсу ће се формирати регион просторног набоја. електрони у полупроводничком појасу н-типа морају да дифундују у п-област, док рупе у валентној зони полупроводника п-типа морају да дифундују у н-област. На овај начин, регион н-типа у близини структуре је позитивно наелектрисан јер је донор, а регион п-типа у близини споја је негативно наелектрисан јер је пријемник. Електрично поље се формира на интерфејсу који показује од н-области ка п-области, названо сопствено електрично поље. Ово електрично поље спречава континуирану дифузију електрона и рупа.
(3) механизам побуде електричног убризгавања пн споја. Ако се позитивни напон преднапона дода полупроводничком материјалу где се формира пн спој, п-област је повезана са позитивним полом, а н-област са негативним полом. Очигледно, позитивни напон електричног поља и пн спој самоизграђеног електричног поља у супротном смеру, ослабио је самоизграђено електрично поље на кристалу у дифузији електрона у сметњи кретању, тако да је н регион слободних електрона у улози позитивног напона, али и сталан ток дифузије кроз пн спој до п региона у подручју споја истовремено постоји велики број електрона проводљивог појаса и валентног појаса У подручју споја у исто време постоји велики број електрона у појасу проводљивости и рупа у валентном појасу, они ће бити убризгани у регион да би произвели композит, када електрони у проводном појасу скоче на валенцију трака, вишак енергије у облику емитоване светлости. Ово је механизам луминесценције поља полупроводника, ова спонтана луминесценција једињења назива се спонтано зрачење.
Да би пн спој произвео ласерско светло, мора се формирати унутар структуре стања дистрибуције инверзије честица, треба користити јако допиране полупроводничке материјале, захтева да је струја пн споја довољно велика (као што је 30,{{3} }А / цм2). На овај начин, у пн споју локалног региона, може формирати појас проводљивости у електрону више од броја рупа у валентном појасу инверзије дистрибуције стања, чиме се генерише побуђено композитно зрачење и емитовано ласерско светло .
2. Структура полупроводничког ласера. Његов облик и величина и полупроводнички транзистор мале снаге је скоро исти, само у љусци више од једног ласерског излазног прозора. Стегнута са спојном површином п-области и н-области направљеном од слојева, површина споја је дебела десетине микрометара, површина је око мање од 1мм2.
Полупроводничка ласерска оптичка резонантна шупљина је употреба пн спојне равни која је окомита на састав површине природног раствора (110 површина), има рефлексивност од 35, довољна је да изазове ласерске осцилације. Ако је потребно да се повећа рефлективност, на површину кристала се може нанети слој силицијум диоксида, а затим слој металног сребрног филма, можете добити више од 95% рефлексивности.
Када се полупроводнички ласер дода преднапону преднапона, број честица у области споја ће бити обрнут и сложен.
