Analyse af strukturen og arbejdsprincippet for halvlederlasere.
Galliumarsenid (GaAs) laser bruges som et eksempel til at introducere arbejdsprincippet for injiceret homojunction laser.
1. Oscillationsprincippet for injiceret homojunction laser. På grund af selve halvledermaterialet har en speciel krystalstruktur og elektronisk struktur, så dannelsen af lasermekanisme har sin egen særegenhed.
(1) Energibåndstruktur af halvleder. Halvledermaterialer er for det meste krystalstrukturer. Når et stort antal atomer hersker og er tæt kombineret til en krystal, er valenselektronerne i krystallen i krystalenergibåndet. Energibåndet, hvori valenselektronerne er placeret, kaldes valensbåndet (som svarer til lavere energi). Det nærmeste højenergibånd til valensbåndet kaldes ledningsbåndet, og det tomme rum mellem energibåndene kaldes det forbudte bånd. Når et eksternt elektrisk felt tilføjes, springer elektronerne i valensbåndet til ledningsbåndet, hvor de kan bevæge sig frit og lede elektricitet. Samtidig er tabet af en elektron i valensbåndet ækvivalent med fremkomsten af et positivt ladet hul, dette hul i rollen som det eksterne elektriske felt kan også spille en ledende rolle. Derfor har hullet i valensbåndet og ledningsbåndet af elektroner en ledende rolle, som samlet betegnes som bærere.
(2) doteret halvleder og pn-forbindelse. Ren halvleder uden urenheder, kendt som den iboende halvleder. Hvis den iboende halvleder doteret med urenhedsatomer, i ledningsbåndet under og over valensbåndet dannede henholdsvis urenhedsenerginiveauer kendt som donorenerginiveauet og hovedenerginiveauet.
Halvledere med et dominerende energiniveau kaldes n-type halvledere; halvledere med et dominerende energiniveau kaldes p-type halvledere. Ved stuetemperatur kan varme få n-type halvledere, de fleste af donoratomerne er dissocierede, hvor elektronen exciteres til ledningsbåndet, bliver til frie elektroner. De fleste af værtsatomerne i p-type halvledere fanger elektroner i valensbåndet og danner huller i valensbåndet. Halvledere af n-type ledes således hovedsageligt af elektroner i ledningsbåndet; p-type halvledere ledes hovedsageligt af huller i valensbåndet.
Halvledermaterialer, der anvendes i halvlederlasere, har en høj dopingkoncentration, hvor n-typens urenhedsatomnummer generelt er (2-5) × 1018cm-1; p-typen er (1-3) × 1019 cm-1.
I et stykke halvledermateriale kaldes det område, hvor der er en brat ændring fra p-type-regionen til n-type-regionen, en pn-junction. Et rumladningsområde vil blive dannet ved dets grænseflade. elektroner i n-type-halvlederbåndet skal diffundere ind i p-området, mens huller i p-type-halvledervalensbåndet skal diffundere ind i n-området. På denne måde er n-typeområdet nær strukturen positivt ladet, fordi det er donoren, og p-typeområdet nær krydset er negativt ladet, fordi det er modtageren. Et elektrisk felt dannes ved grænsefladen, der peger fra n-området til p-området, kaldet det selvbyggede elektriske felt. Dette elektriske felt forhindrer den fortsatte diffusion af elektroner og huller.
(3) pn junction elektrisk injektion excitation mekanisme. Hvis der tilføjes en positiv forspænding til halvledermaterialet, hvor der dannes en pn-forbindelse, forbindes p-området til den positive pol og n-området til den negative pol. Det er klart, at den positive spænding af det elektriske felt og pn-forbindelsen af det selvbyggede elektriske felt i den modsatte retning svækkede det selvbyggede elektriske felt på krystallen i diffusionen af elektroner i hindringen for bevægelsen, således at n-området af de frie elektroner i rollen som den positive spænding, men også en jævn diffusionsstrøm gennem pn-forbindelsen til p-regionen i forbindelsesområdet, samtidig med at der er et stort antal ledningsbåndelektroner og valensbånd I forbindelsesområdet er der samtidig et stort antal elektroner i ledningsbåndet og hullet i valensbåndet, de vil blive sprøjtet ind i området for at producere en komposit, når elektronerne i ledningsbåndet hopper til valensen bånd, den overskydende energi i form af udsendt lys. Dette er mekanismen for halvlederfeltluminescens, denne spontane sammensatte luminescens kaldes spontan stråling.
For at få pn-forbindelsen til at producere laserlys, skal den dannes inden for strukturen af partikelinversionsfordelingstilstanden, skal du bruge stærkt dopede halvledermaterialer, kræver, at injektionen af pn-forbindelsesstrømmen er stor nok (såsom 30,{{3} }A / cm2). På denne måde kan i pn-krydset i den lokale region danne ledningsbåndet i elektronen mere end antallet af huller i valensbåndet for inversionen af tilstandsfordelingen, og dermed generere den exciterede sammensatte stråling og udsendte laserlys .
2. Halvlederlaserstruktur. Dens form og størrelse og laveffekt halvledertransistor er næsten den samme, kun i skallen mere end et laserudgangsvindue. Fastspændt med forbindelsesområdet for p-området og n-området lavet af lag, er krydsningsområdet titusvis af mikrometer tykt, området er omkring mindre end 1 mm2.
Halvleder laser optisk resonanshulrum er brugen af pn junction plan vinkelret på den naturlige opløsning overflade (110 overflade) sammensætning, den har en reflektivitet på 35, har været tilstrækkelig til at forårsage laser oscillation. Hvis du har brug for at øge reflektionsevnen kan belægges på krystaloverfladen af et lag af silica, og derefter et lag af metallisk sølvfilm, kan du få mere end 95% af reflektiviteten.
Når først halvlederlaseren er tilføjet til den fremadrettede biasspænding, vil antallet af partikler i forbindelsesområdet være omvendt og sammensat.
