ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
149
Рис. 9.4. Энергетическая диаграмма лазерного p–n-
перехода в состоянии равновесия (а) и в
рабочем режиме (б)
В полупроводниковых лазерах используют явление
индуцированного излучения, возникающего при
излучательной рекомбинации электронно-дырочных пар.
Наиболее широкое практическое применение получили
инжекционные лазеры на арсениде галлия, в которых
инверсная заселенность достигается инжекцией неосновных
носителей через p–n-переход в вырожденные области
полупроводника. Применяют также ряд твердых растворов,
например, AlGaAs и т.п. На рис. 9.4, а показан равновесный p–n-переход между
двумя вырожденными областями полупроводника. Уровень
Ферми в p-области (
p
µ ) расположен ниже вершины валент-
ной зоны
υ
E , а в n-области (
n
µ ) – выше дна зоны проводимо-
сти
c
E . Такое расположение уровней Ферми свидетельству-
ет о том, что состояния вблизи вершины валентной зоны p-
области с вероятностью, близкой к 1, свободны (заполнены),
а состояния вблизи дна зоны проводимости n-области с той
же степенью вероятности заполнены электронами. Если к та-
кому p–n-переходу приложить прямое смещение V , резко
снижающее потенциальный барьер, то в нем появится об-
ласть
A
c инверсионным заполнением зон: над практически
свободными уровнями валентной зоны располагаются полно-
150
стью заполненные уровни зоны проводимости (рис. 9.4, б). В
этих условиях спонтанно возникшие кванты, вследствие ре-
комбинации электронно-дырочных пар, вызывают стимули-
рованное испускание излучения.
Рис. 9.5. Схема устройства полупроводникового ин-
жекционного лазера на p–n-переходе
Этот принцип и положен в основу работы полупроводни-
ковых лазеров, схема устройства которых показана на рис.
9.5. Кристалл с p–n-переходом имеет форму параллелепипеда
или неправильной пирамиды: две противоположные грани
делают строго параллельными и перпендикулярными плоско-
сти p–n-перехода, они играют роль оптического резонатора,
направляющего стимулированное излучение, возникшее в
плоскости перехода, проходить через него многократно. Две
другие грани могут быть направлены под углом к основанию
и оставляются грубо обработанными, вследствие чего излу-
чение через них проходит минимально. Когерентное излуче-
ние выводят через одну из граней оптического резонатора.
Для возникновения генерации необходимо создание такой
инверсной заселенности зон, при которой усиление света в
активной области перекрывало бы все его потери, связанные
с прохождением через диод и малым отражением его зер-
кальных граней.
