| |||||
МЕНЮ
| Лазеры на гетеропереходах полупроводниковые лазерыЛазеры на гетеропереходах полупроводниковые лазеры1. Введение. Полупроводниковые лазеры отличаются от газовых и твердотельных тем, что излучающие переходы происходят в полупроводниковом материале не между дискретными энергетическими состояниями электрона, а между парой широких энергетических зон. Поэтому переход электрона из зоны проводимости в валентную зону с последующей рекомбинацией приводит к излучению, лежащему в относительно широком спектральном интервале и составляющему несколько десятков нанометров, что намного шире полосы излучения газовых или твердотельных лазеров. 2. Создание инверсной населенности в полупроводниках. Рассмотрим собственный полупроводник. В условиях термодинамического
равновесия валентная зона полупроводника полностью заполнена электронами, а
зона проводимости пуста. Предположим, что на полупроводник падает поток
квантов электромагнитного излучения, энергия которых превышает ширину
запрещенной зоны hv>Eg. Падающее излучение поглощается в веществе, так как
образуются электронно-дырочные пары. Одновременно с процессом образования
электронно-дырочных пар протекает процесс их рекомбинации, сопровождающийся
образованием кванта электромагнитного излучения. Согласно правилу Стокса - Предположим, что в результате какого-то внешнего воздействия полупроводник выведен из состояния термодинамического равновесия, причем в нем созданы одновременно высокие концентрации электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Электроны переходят в состояние с некоторой энергией Fn вблизи потолка валентной зоны. Рассматриваемая ситуация иллюстрируется диаграммами, приведенными на рис. 1. Так как все состояния вблизи дна зоны проводимости заполнены электронами, а все состояния с энергиями вблизи потолка валентной зоны заполнены дырками, то переходы с поглощением фотонов, сопровождающиеся увеличением энергии электронов становятся невозможными. Единственно возможными переходами электронов в полупроводнике в рассматриваемых условиях являются переходы зона проводимости - валентная зона, сопровождающиеся рекомбинацией электронно-дырочных пар и испусканием электромагнитного излучения. В полупроводнике создаются условия, при которых происходит усиление электромагнитной волны. Иными словами, коэффициент поглощения получается отрицательным, а рассматриваемая ситуация отвечает состоянию с инверсной плотностью населенности. [pic] Для реализации процесса излучательной рекомбинации необходимо
выполнить два условия. Во-первых, электрон и дырка должны локализоваться в
одной и той же точке координатного пространства. Во-вторых электрон и дырка
должны иметь одинаковые по значению и противоположно направленные скорости. Таким образом для получения излучательной рекомбинации необходим
прямозонный полупроводник, например, GaAs. Вообще, придерживаясь строгой
теории можно доказать, что инверсная населенность возможна лишь при условии |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|