101 вопрос о нанотехнологиях. Нагорнов Ю.С. - 72 стр.

UptoLike

Составители:

Рубрика:

увеличение количества лазерных полупроводников, перекрывающих широкий

спектральный диапазон от ультрафиолетового до инфракрасного.

Современный уровень развития нанотехнологий позволяет контролировать рост

слоев толщиной всего в один атом, т.е. менее 1 нм. Переход к подобным

гетероструктурам позволил снизить плотность тока диодных лазеров примерно в 10

-10

раз. Другой важнейший показатель качества полупроводникового лазера это ресурс его

работы. В первых непрерывных лазерах ресурс был всего несколько секунд, в

современных лазерах – до миллионов часов.

Работа полупроводникового лазера на основе гетероструктур происходит следующим

образом. Пропускается ток через p-n переход в прямом направлении. Возникает два

конкурирующих процесса. С одной стороны при попадании электрона и дырки в p-n

гетеропереход излучается квант света. С другой стороны часть невозбужденных

электронов поглощает кванты света, тем самым, уменьшая интенсивность и мощность

излучения. При увеличении тока процесс излучения преобладает над процессом

поглощения. В результате возникает состояние инверсной населенности. Инверсная

заселенность – состояние, при котором больше половины носителей заряда – электронов

находится в возбужденном состоянии. При этом на пути фотонов чаще встречаются

возбужденные электроны, чем невозбужденные, поэтому индуцированное излучение

фотонов происходит чаще, чем их поглощение. Экспериментально явление усиления

света при его прохождении через среду с инверсной населенностью уровней было

открыто в 1951 г. российскими физиками Валентином Александровичем Фабрикантом,

Михаилом Максимовичем Вудынским, Фаиной Алексеевной Бутаевой.

Использование лазеров на гетероструктурах также позволило уменьшить пороговый

ток – минимальный ток, при котором лазер способен когерентно излучать. Впервые

уменьшение порогового тока и размеров активной области за счет использования

гетеропереходов было достигнуто Ж.И. Алферовым. Примером гетеролазера может

служить лазер, показанный на рис. 57. Как видно из рисунка, в такой структуре

избыточные носители сосредоточены внутри активной области (квантовой ямы InGaAs),

ограниченной с обеих сторон потенциальными барьерами (GaAs), что исключает их

распространение в прилегающие области.

Рис. 57. Структура эпитаксиальных слоев инжекционного лазера.