Analiza strukture i principa rada poluvodičkih lasera.
Galijev arsenid (GaAs) laser korišten je kao primjer za uvođenje principa rada ubrizganog homospojnog lasera.
1. Princip osciliranja injektiranog homospojnog lasera. Budući da poluvodički materijal sam po sebi ima posebnu kristalnu strukturu i elektroničku strukturu, tako nastanak laserskog mehanizma ima svoju posebnost.
(1) Struktura energetskog pojasa poluvodiča. Poluvodički materijali uglavnom su kristalne strukture. Kada veliki broj atoma vlada i čvrsto je spojen u kristal, valentni elektroni u kristalu nalaze se u energetskom pojasu kristala. Energetski pojas u kojem se nalaze valentni elektroni naziva se valentni pojas (koji odgovara nižoj energiji). Najbliži visokoenergetski pojas valentnom pojasu naziva se vodljivi pojas, a prazan prostor između energetskih pojasa naziva se zabranjeni pojas. Kada se doda vanjsko električno polje, elektroni u valentnom pojasu skaču u vodljivi pojas, gdje se mogu slobodno kretati i provoditi elektricitet. U isto vrijeme, gubitak elektrona u valentnom pojasu je ekvivalentan nastanku pozitivno nabijene rupe, ova rupa u ulozi vanjskog električnog polja, također može igrati vodljivu ulogu. Stoga šupljina u valentnom pojasu i vodljivom pojasu elektrona imaju vodljivu ulogu, zajedno se nazivaju prijenosnici.
(2) dopirani poluvodič i pn spoj. Čisti poluvodič bez nečistoća, poznat kao intrinzični poluvodič. Ako je intrinzični poluvodič dopiran s atomima nečistoća, u vodljivom pojasu ispod i iznad valentnog pojasa formiraju se razine energije nečistoća, poznate kao razina energije donatora i glavna razina energije.
Poluvodiči s dominantnom energetskom razinom nazivaju se poluvodiči n-tipa; poluvodiči s dominantnom energetskom razinom nazivaju se poluvodiči p-tipa. Na sobnoj temperaturi, toplina može napraviti n-tip poluvodiča, većina donorskih atoma je disocirana, u kojoj je elektron pobuđen na vodljivi pojas, postaju slobodni elektroni. Većina atoma domaćina p-tipa poluvodiča hvata elektrone u valentnom pojasu i formira rupe u valentnom pojasu. Dakle, poluvodiče n-tipa uglavnom provode elektroni u vodljivom pojasu; poluvodiče p-tipa uglavnom provode rupe u valentnom pojasu.
Poluvodički materijali koji se koriste u poluvodičkim laserima imaju veliku koncentraciju dopinga, s brojem atoma nečistoće tipa n općenito (2-5) × 1018cm-1; p-tip je (1-3) × 1019cm-1.
U komadu poluvodičkog materijala, područje u kojem dolazi do nagle promjene iz područja p-tipa u područje n-tipa naziva se pn spoj. Područje prostornog naboja formirat će se na njegovom sučelju. elektroni u poluvodičkom pojasu n-tipa moraju difundirati u p-područje, dok šupljine u valentnom pojasu poluvodiča p-tipa moraju difundirati u n-područje. Na taj je način područje n-tipa u blizini strukture pozitivno nabijeno jer je donor, a područje p-tipa u blizini spoja je negativno nabijeno jer je primatelj. Električno polje se formira na sučelju koje pokazuje iz n-područja u p-područje, koje se naziva samoizgrađeno električno polje. Ovo električno polje sprječava nastavak difuzije elektrona i šupljina.
(3) mehanizam pobude električnog ubrizgavanja pn spoja. Ako se poluvodičkom materijalu gdje se formira pn spoj doda pozitivni prednapon, p-područje je povezano s pozitivnim polom, a n-područje s negativnim polom. Očito, pozitivni napon električnog polja i pn spoj samoizgrađenog električnog polja u suprotnom smjeru, oslabio je samoizgrađeno električno polje na kristalu u difuziji elektrona u smetnji gibanju, tako da n područje slobodnih elektrona u ulozi pozitivnog napona, ali i stalan tok difuzije kroz pn spoj do p područja u području spoja u isto vrijeme postoji veliki broj elektrona vodljivog pojasa i valentnog pojasa U području spoja u isto vrijeme postoji veliki broj elektrona u vodljivom pojasu i rupa u valentnom pojasu, oni će biti ubrizgani u regiju da proizvedu kompozit, kada elektroni u vodljivom pojasu skoče na valentni pojas, višak energije u obliku emitirane svjetlosti. Ovo je mehanizam luminiscencije polja poluvodiča, ova spontana složena luminiscencija naziva se spontano zračenje.
Da bi pn spoj proizveo lasersko svjetlo, mora biti formiran unutar strukture stanja distribucije inverzije čestica, potrebno je koristiti jako dopirane poluvodičke materijale, potrebno je ubrizgavanje struje pn spoja dovoljno velike (kao što je 30,{{3} }A / cm2). Na taj način, u pn spoju lokalnog područja, može se formirati vodljivi pojas u elektronu veći od broja rupa u valentnom pojasu inverzije distribucije stanja, stvarajući tako pobuđeno kompozitno zračenje i emitirano lasersko svjetlo .
2. Struktura poluvodičkog lasera. Njegov oblik i veličina poluvodičkog tranzistora niske snage gotovo su isti, samo u ljusci više od jednog laserskog izlaznog prozora. Priklješten s područjem spoja p-područja i n-područja napravljenim od slojeva, područje spoja je debljine desetaka mikrometara, područje je otprilike manje od 1 mm2.
Poluvodička laserska optička rezonantna šupljina je korištenje pn spojne ravnine okomite na prirodnu površinu otopine (110 površina) sastava, ima reflektivnost od 35, što je dovoljno da izazove lasersko osciliranje. Ako trebate povećati refleksiju, na kristalnu površinu možete nanijeti sloj silicijevog dioksida, a zatim sloj metalnog srebrnog filma, tako da možete dobiti više od 95% refleksije.
Nakon što se poluvodički laser doda prednaponu prednapona, broj čestica u području spoja bit će obrnut i kompozitan.
