Dadansoddiad o strwythur ac egwyddor weithredol laserau lled-ddargludyddion.
Defnyddir laser Gallium arsenide (GaAs) fel enghraifft i gyflwyno egwyddor weithredol laser homojunction wedi'i chwistrellu.
1. Egwyddor osciliad laser homojunction wedi'i chwistrellu. Oherwydd bod gan y deunydd lled-ddargludyddion ei hun strwythur grisial arbennig a strwythur electronig, felly mae gan ffurfio mecanwaith laser ei nodweddion arbennig ei hun.
(1) Strwythur band ynni lled-ddargludyddion. Mae deunyddiau lled-ddargludyddion yn strwythurau crisial yn bennaf. Pan fydd nifer fawr o atomau'n rheoli ac wedi'u cyfuno'n dynn yn grisial, mae'r electronau falens yn y grisial yn y band egni grisial. Gelwir y band egni y mae'r electronau falens ynddo yn fand falens (sy'n cyfateb i egni is). Gelwir y band egni uchel agosaf at y band falens yn fand dargludiad, a gelwir y gofod gwag rhwng y bandiau egni yn fand gwaharddedig. Pan ychwanegir maes trydan allanol, mae'r electronau yn y band falens yn neidio i'r band dargludiad, lle gallant symud yn rhydd a dargludo trydan. Ar yr un pryd, mae colli electron yn y band falens yn cyfateb i ymddangosiad twll â gwefr bositif, gall y twll hwn yn rôl y maes trydan allanol hefyd chwarae rhan ddargludol. Felly, mae gan y twll yn y band falens a'r band dargludiad o electronau rôl ddargludol, y cyfeirir atynt ar y cyd fel cludwyr.
(2) lled-ddargludydd doped a chyffordd pn. Lled-ddargludydd pur heb amhureddau, a elwir yn lled-ddargludydd cynhenid. Os yw'r lled-ddargludydd cynhenid dopio ag atomau amhuredd, yn y band dargludiad islaw ac uwch na'r band falens ffurfio lefelau egni amhuredd, yn y drefn honno, a elwir yn lefel egni'r rhoddwr a'r prif lefel egni.
Gelwir lled-ddargludyddion sydd â lefel egni drechaf yn lled-ddargludyddion math n; gelwir lled-ddargludyddion sydd â lefel egni dominyddol yn lled-ddargludyddion math-p. Ar dymheredd ystafell, gall gwres wneud lled-ddargludyddion math n, mae'r rhan fwyaf o'r atomau rhoddwr yn ddatgysylltu, lle mae'r electron yn gyffrous i'r band dargludiad, yn dod yn electronau rhydd. Mae'r rhan fwyaf o atomau lletyol lled-ddargludyddion math-p yn dal electronau yn y band falens ac yn ffurfio tyllau yn y band falens. Felly, mae lled-ddargludyddion math n yn cael eu cynnal yn bennaf gan electronau yn y band dargludiad; mae lled-ddargludyddion math-p yn cael eu cynnal yn bennaf gan dyllau yn y band falens.
Mae gan ddeunyddiau lled-ddargludyddion a ddefnyddir mewn laserau lled-ddargludyddion grynodiad dopio mawr, gyda rhif atom amhuredd math n yn gyffredinol (2-5) × 1018cm-1; y math-p yw (1-3) × 1019cm-1.
Mewn darn o ddeunydd lled-ddargludyddion, gelwir y rhanbarth lle mae newid sydyn o'r rhanbarth math-p i'r rhanbarth math n yn gyffordd pn. Bydd rhanbarth tâl gofod yn cael ei ffurfio yn ei ryngwyneb. rhaid i electronau yn y band lled-ddargludyddion math-n wasgaru i'r rhanbarth-p, tra bod yn rhaid i dyllau yn y band falens lled-ddargludyddion math-p wasgaru i'r rhanbarth n. Yn y modd hwn, mae'r rhanbarth math n ger y strwythur yn cael ei gyhuddo'n bositif oherwydd dyma'r rhoddwr, ac mae'r rhanbarth math-p ger y gyffordd yn cael ei gyhuddo'n negyddol oherwydd dyma'r derbynnydd. Mae maes trydan yn cael ei ffurfio ar y rhyngwyneb pwyntio o'r rhanbarth n i'r rhanbarth p, a elwir yn faes trydan hunan-adeiledig. Mae'r maes trydan hwn yn atal trylediad parhaus electronau a thyllau.
(3) pn cyffordd mecanwaith excitation pigiad trydan. Os yw foltedd bias positif yn cael ei ychwanegu at y deunydd lled-ddargludyddion lle mae cyffordd pn yn cael ei ffurfio, mae'r rhanbarth-p wedi'i gysylltu â'r polyn positif a'r rhanbarth n i'r polyn negyddol. Yn amlwg, mae foltedd positif y maes trydan a chyffordd pn y maes trydan hunan-adeiledig i'r cyfeiriad arall, yn gwanhau'r maes trydan hunan-adeiledig ar y grisial yn y trylediad electronau yn y rhwystr i'r symudiad, fel bod rhanbarth n yr electronau rhydd yn rôl y foltedd positif, ond hefyd llif cyson o drylediad trwy'r gyffordd pn i'r rhanbarth p yn ardal y gyffordd ar yr un pryd mae yna nifer fawr o electronau band dargludiad a band falens Yn yr ardal gyffordd ar yr un pryd mae nifer fawr o electronau yn y band dargludiad a'r twll yn y band falens, byddant yn cael eu chwistrellu i'r rhanbarth i gynhyrchu cyfansawdd, pan fydd yr electronau yn y band dargludiad yn neidio i'r falens. band, yr egni gormodol ar ffurf golau a allyrrir. Dyma fecanwaith goleuedd maes lled-ddargludyddion, gelwir y luminescence cyfansawdd digymell hwn yn ymbelydredd digymell.
Er mwyn gwneud y gyffordd pn i gynhyrchu golau laser, rhaid ei ffurfio o fewn strwythur y cyflwr dosbarthu gwrthdroad gronynnau, mae angen defnyddio deunyddiau lled-ddargludyddion wedi'u dopio'n drwm, mae angen chwistrellu cerrynt cyffordd pn yn ddigon mawr (fel 30,{{3} }A / cm2). Yn y modd hwn, yng nghyffordd pn y rhanbarth lleol, gall ffurfio'r band dargludiad yn yr electron yn fwy na nifer y tyllau yn y band falens y gwrthdroad o ddosbarthiad y wladwriaeth, gan gynhyrchu'r ymbelydredd cyfansawdd cynhyrfus a'r golau laser a gyhoeddwyd. .
2. Strwythur laser lled-ddargludyddion. Mae ei siâp a maint a transistor lled-ddargludyddion pŵer isel bron yr un fath, dim ond yn y gragen yn fwy nag un ffenestr allbwn laser. Wedi'i glampio ag ardal gyffordd yr ardal-p a'r ardal n wedi'i gwneud o haenau, mae ardal y gyffordd yn ddegau o ficromedrau o drwch, mae'r ardal tua llai na 1mm2.
Ceudod resonant optegol laser lled-ddargludyddion yw'r defnydd o awyren cyffordd pn yn berpendicwlar i gyfansoddiad wyneb datrysiad naturiol (110 arwyneb), mae ganddo adlewyrchedd o 35, wedi bod yn ddigon i achosi osgiliad laser. Os oes angen i chi gynyddu'r adlewyrchedd gellir ei blatio ar wyneb grisial haen o silica, ac yna haen o ffilm arian metelaidd, gallwch gael mwy na 95% o'r adlewyrchedd.
Unwaith y bydd y laser lled-ddargludyddion yn cael ei ychwanegu at y foltedd gogwydd ymlaen, bydd nifer y gronynnau yn yr ardal gyffordd yn cael eu gwrthdroi a'u cyfansawdd.
