Pusvadītāju lāzeru uzbūves un darbības principa analīze.
Gallija arsenīda (GaAs) lāzers tiek izmantots kā piemērs, lai ieviestu injicētā homojunkcijas lāzera darbības principu.
1. Ievadītā homojunkcijas lāzera svārstību princips. Sakarā ar to, ka pusvadītāju materiālam pašam ir īpaša kristāla struktūra un elektroniskā struktūra, lāzera mehānisma veidošanai ir sava specifika.
(1) Pusvadītāja enerģijas joslas struktūra. Pusvadītāju materiāli galvenokārt ir kristāla struktūras. Kad liels skaits atomu valda un ir cieši apvienoti kristālā, valences elektroni kristālā atrodas kristāla enerģijas joslā. Enerģijas joslu, kurā atrodas valences elektroni, sauc par valences joslu (kas atbilst zemākai enerģijai). Valences joslai tuvāko augstas enerģijas joslu sauc par vadīšanas joslu, un tukšo vietu starp enerģijas joslām sauc par aizliegto joslu. Pievienojot ārēju elektrisko lauku, elektroni valences joslā pāriet uz vadīšanas joslu, kur tie var brīvi pārvietoties un vadīt elektrību. Tajā pašā laikā elektrona zudums valences joslā ir līdzvērtīgs pozitīvi lādēta cauruma rašanos, šim caurumam ārējā elektriskā lauka lomā var būt arī vadoša loma. Tāpēc caurumam valences joslā un elektronu vadītspējas joslai ir vadoša loma, ko kopā dēvē par nesējiem.
(2) leģēts pusvadītājs un pn savienojums. Tīrs pusvadītājs bez piemaisījumiem, pazīstams kā iekšējais pusvadītājs. Ja iekšējais pusvadītājs leģēts ar piemaisījumu atomiem, vadītspējas joslā zem un virs valences joslas veidojas attiecīgi piemaisījumu enerģijas līmeņi, kas pazīstami kā donora enerģijas līmenis un galvenais enerģijas līmenis.
Pusvadītājus ar dominējošu enerģijas līmeni sauc par n-veida pusvadītājiem; pusvadītājus ar dominējošu enerģijas līmeni sauc par p tipa pusvadītājiem. Istabas temperatūrā siltums var izveidot n-veida pusvadītājus, lielākā daļa donoru atomu ir disociēti, kuros elektrons tiek ierosināts līdz vadīšanas joslai, kļūst par brīvajiem elektroniem. Lielākā daļa p-tipa pusvadītāju saimniekaatomu uztver elektronus valences joslā un veido caurumus valences joslā. Tādējādi n-veida pusvadītājus galvenokārt vada elektroni vadīšanas joslā; p-veida pusvadītājus galvenokārt vada caurumi valences joslā.
Pusvadītāju lāzeros izmantotajiem pusvadītāju materiāliem ir liela dopinga koncentrācija, un n-veida piemaisījumu atomu skaits parasti ir (2-5) × 1018 cm-1; p-tips ir (1-3) × 1019 cm-1.
Pusvadītāju materiāla gabalā apgabalu, kurā notiek pēkšņas izmaiņas no p veida apgabala uz n tipa apgabalu, sauc par pn savienojumu. Tās saskarnē tiks izveidots kosmosa lādiņa reģions. elektroniem n-tipa pusvadītāju joslā ir jāizkliedējas p-apgabalā, savukārt caurumiem p-tipa pusvadītāju valences joslā ir jāizkliedējas n-apgabalā. Tādā veidā n-veida apgabals, kas atrodas netālu no struktūras, ir pozitīvi uzlādēts, jo tas ir donors, un p-tipa reģions, kas atrodas netālu no krustojuma, ir negatīvi uzlādēts, jo tas ir uztvērējs. Elektriskais lauks veidojas saskarnē, kas norāda no n-apgabala uz p-apgabalu, ko sauc par pašbūvētu elektrisko lauku. Šis elektriskais lauks novērš nepārtrauktu elektronu un caurumu difūziju.
(3) pn savienojuma elektriskās iesmidzināšanas ierosmes mehānisms. Ja pusvadītāju materiālam, kur veidojas pn pāreja, pievieno pozitīvu nobīdes spriegumu, p-apgabals tiek savienots ar pozitīvo polu, bet n-apgabals ar negatīvo polu. Acīmredzot elektriskā lauka pozitīvais spriegums un pašbūvētā elektriskā lauka pn krustojums pretējā virzienā vājināja pašu izveidoto elektrisko lauku uz kristāla elektronu difūzijā, kas traucē kustību, tā ka brīvo elektronu n apgabals pozitīvā sprieguma lomā, bet arī vienmērīga difūzijas plūsma caur pn savienojumu uz p apgabalu savienojuma zonā, tajā pašā laikā ir liels vadītspējas joslas elektronu skaits un valences josla Savienojuma zonā vienlaikus ir liels skaits elektronu vadītspējas joslā un caurumā valences joslā, tie tiks ievadīti reģionā, lai izveidotu kompozītmateriālu, kad vadītspējas joslā esošie elektroni pāriet uz valenci. joslā, liekā enerģija izstarotās gaismas veidā. Tas ir pusvadītāju lauka luminiscences mehānisms, šo spontāno savienojumu luminiscenci sauc par spontānu starojumu.
Lai pn pāreja radītu lāzera gaismu, ir jāveido daļiņu inversijas sadalījuma stāvokļa struktūrā, jāizmanto stipri leģēti pusvadītāju materiāli, nepieciešama pn savienojuma strāvas ievadīšana ir pietiekami liela (piemēram, 30, {{3} }A/cm2). Tādā veidā lokālā reģiona pn krustojumā var veidot vadītspējas joslu elektronā vairāk nekā stāvokļa sadalījuma inversijas valences joslā esošo caurumu skaitu, tādējādi ģenerējot ierosināto salikto starojumu un izstaroto lāzera gaismu. .
2. Pusvadītāju lāzera struktūra. Tā forma un izmērs un mazjaudas pusvadītāju tranzistors ir gandrīz vienāds, tikai apvalkā ir vairāk nekā viens lāzera izvades logs. Apstiprināts ar p-laukuma un n-laukuma savienojuma laukumu no slāņiem, savienojuma laukums ir desmitiem mikrometru biezs, laukums ir aptuveni mazāks par 1 mm2.
Pusvadītāju lāzera optiskās rezonanses dobums ir pn savienojuma plaknes izmantošana, kas ir perpendikulāra dabiskā šķīduma virsmas (110 virsmas) sastāvam, tā atstarošanas spēja ir 35, ir bijusi pietiekama, lai izraisītu lāzera svārstības. Ja jums ir nepieciešams palielināt atstarošanas spējas var pārklāt uz kristāla virsmas slāņa silīcija dioksīda, un pēc tam slāni metāla sudraba plēvi, jūs varat iegūt vairāk nekā 95% no atstarošanas.
Kad pusvadītāju lāzers tiek pievienots tiešā nobīdes spriegumam, daļiņu skaits savienojuma zonā tiks mainīts un salikts.
