Составители:
Рубрика:
Рассмотрим вначале лазер на гомопереходах, т.е. случай, когда ширины
запрещенных зон в контактирующих полупроводниках одинаковы. Для
достижения инверсной заселенности необходимо, чтобы разность
энергиями Ферми была больше энергии кванта генерируемого излучения.
Поэтому в лазере на основе обычного p-n –перехода необходимо
использовать «вырожденный» переход, когда степень легирования р- и n-
частей перехода настолько велика
, что уровень Ферми находится в
разрешенных зонах.
На рисунке 50а представлен р-n –переход между
вырожденными
областями полупроводника в равновесии. Уровень Ферми в р-области (µ )
расположен ниже вершины верхней валентной зоны, а в n-области µ
выше дна зоны проводимости Е
С
. Это означает, что все состояния ниже
уровней Ферми в р- и n- областях заняты электронами, а выше уровня
Ферми – свободны (заполнены дырками).
Если к такому р-n- переходу приложить прямое смещение V, резко
снижающее потенциальный барьер, то в нем появится область А с
инверсным заселением зон: над практически свободными уровнями
валентной зоны будут
находиться полностью заполненные уровни зоны
проводимости (рис.50 б). В этих условиях спонтанно возникшие кванты
вследствие рекомбинации электронно-дырочных пар вызывают
стимулированное излучение. Этот принцип и положен в основу работы
гомопереходных полупроводниковых лазеров, схема устройства которых
показана на рисунке 51. Кристалл с p-n – переходом имеет форму
параллелепипеда или неправильной пирамиды, две противоположные
грани которого
делают строго параллельными друг другу и
перпендикулярными плоскости p-n – перехода. Они выполняют роль
резонатора, через одну из граней которого выводится когерентное
излучение.
Для возникновения генерации необходимо создание такой инверсной
заселенности, при которой усиление света в активной области
перекрывало бы все его потери, связанные с прохождением через диод и
малым отражением от
его зеркальных граней. Ток J
пор
, при котором
выполняется это условие, называется
пороговым. При J < J
пор
лазер
работает как обычный светодиод, испуская спонтанное излучение с
равномерной плотностью во всех направлениях. Значительные
внутренние потери связаны с прохождением света через пассивные
области диода и его поглощением в активной области на свободных
носителях и дефектах. В результате из светодиода выходит только около
2% излучения, возникающего в нем в результате излучательной
рекомбинации.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 82
- 83
- 84
- 85
- 86
- …
- следующая ›
- последняя »
