Оптоэлектрондық технологияның қарқынды дамуымен жартылай өткізгіш лазерлер байланыс, медициналық жабдық, лазерлік диапазон, өнеркәсіптік өңдеу және тұрмыстық электроника сияқты салаларда кең таралған қолданбаларды тапты. Бұл технологияның негізінде жарық шығару көзі ретінде ғана емес, сонымен қатар құрылғы жұмысының негізі ретінде де маңызды рөл атқаратын PN торабы жатыр. Бұл мақалада жартылай өткізгіш лазерлердегі PN түйісуінің құрылымы, принциптері және негізгі функциялары туралы нақты және қысқаша шолу берілген.
1. PN Junction дегеніміз не?
PN өткелі - бұл P типті жартылай өткізгіш пен N типті жартылай өткізгіш арасында құрылған интерфейс:
P-типті жартылай өткізгіш бор (B) сияқты акцепторлық қоспалармен легирленіп, саңылауларды негізгі заряд тасымалдаушыларға айналдырады.
N-типті жартылай өткізгіш фосфор (P) сияқты донорлық қоспалармен легирленіп, электрондарды негізгі тасымалдаушыларға айналдырады.
P-типті және N-типті материалдар контактіге түскенде, N-аймағынан электрондар P-аймаққа, ал P-аймақтағы тесіктер N-аймаққа таралады. Бұл диффузия электрондар мен саңылаулар рекомбинацияланатын сарқылу аймағын жасайды, ішкі электр өрісін жасайтын зарядталған иондарды қалдырады, бұл кірістірілген потенциалдық кедергі ретінде белгілі.
2. Лазердегі PN түйісуінің рөлі
(1) Тасымалдаушы инъекция
Лазер жұмыс істегенде, PN өтуі алға қарай ығысады: P аймағы оң кернеуге, ал N аймағы теріс кернеуге қосылады. Бұл ішкі электр өрісін болдырмайды, электрондар мен саңылауларды түйісудегі белсенді аймаққа енгізуге мүмкіндік береді, бұл жерде олардың рекомбинациялануы ықтимал.
(2) Жарық эмиссиясы: ынталандырылған сәуле шығарудың шығу тегі
Белсенді аймақта инъекцияланған электрондар мен саңылаулар фотондарды қайта біріктіреді және босатады. Бастапқыда бұл процесс өздігінен шығарылады, бірақ фотонның тығыздығы артқан сайын фотондар фазасы, бағыты және энергиясы бірдей қосымша фотондарды босатып, электронды-саңылаулардың одан әрі рекомбинациясын ынталандыруы мүмкін - бұл ынталандырылған эмиссия.
Бұл процесс лазердің негізін құрайды (Сәулеленудің ынталандырылған сәулеленуі арқылы жарықты күшейту).
(3) Күшеу және резонанстық қуыстар лазер шығысын құрайды
Қоздырылған сәуле шығаруды күшейту үшін жартылай өткізгіш лазерлер PN түйісуінің екі жағындағы резонанстық қуыстарды қамтиды. Мысалы, жиектерді шығаратын лазерлерде бұған жарықты алға және артқа көрсету үшін бөлінген Брегг рефлекторлары (DBRs) немесе айна жабындары арқылы қол жеткізуге болады. Бұл орнату жарықтың белгілі бір толқын ұзындығын күшейтуге мүмкіндік береді, сайып келгенде, жоғары когерентті және бағытталған лазер шығысына әкеледі.
3. PN қосылыстарының құрылымдары және дизайнды оңтайландыру
Жартылай өткізгіш лазердің түріне байланысты PN құрылымы әртүрлі болуы мүмкін:
Бірыңғай гетерекоммуникация (SH):
P-аймақ, N-аймақ және белсенді аймақ бірдей материалдан жасалған. Рекомбинация аймағы кең және тиімділігі төмен.
Қос гетероқосылу (DH):
P- және N-аймақтар арасында тар жолақ белсенді қабаты сэндвичтелген. Бұл тасымалдаушыларды да, фотондарды да шектеп, тиімділікті айтарлықтай арттырады.
Кванттық ұңғыманың құрылымы:
Шекті сипаттамалар мен модуляция жылдамдығын жақсарта отырып, кванттық шектеу әсерлерін жасау үшін ультра жұқа белсенді қабатты пайдаланады.
Бұл құрылымдардың барлығы PN түйісу аймағында тасымалдаушы инъекциясының, рекомбинацияның және жарық сәулеленуінің тиімділігін арттыруға арналған.
4. Қорытынды
PN түйісуі шын мәнінде жартылай өткізгіш лазердің «жүрегі» болып табылады. Оның тасымалдаушыларды алға бағыттау мүмкіндігі лазер генерациясының негізгі триггері болып табылады. Құрылымдық дизайн мен материалды таңдаудан фотонды басқаруға дейін бүкіл лазерлік құрылғының өнімділігі PN түйісуін оңтайландыруға айналады.
Оптоэлектрондық технологиялар ілгерілеуді жалғастыра отырып, PN түйісу физикасын тереңірек түсіну лазердің өнімділігін арттырып қана қоймайды, сонымен қатар жоғары қуатты, жоғары жылдамдықты және арзан жартылай өткізгіш лазерлердің келесі буынын дамыту үшін берік негіз қалады.
Хабарлама уақыты: 28 мамыр 2025 ж