Τι είναι τα λέιζερ ημιαγωγών; (Μέρος Ⅰ)

Από την εφεύρεση του πρώτουΛέιζερ ημιαγωγώνστον κόσμο το 1962, το λέιζερ ημιαγωγών έχει υποστεί μεγάλες αλλαγές, προωθώντας σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη άλλων επιστημών και τεχνολογίας, και θεωρείται ως μια από τις σημαντικές εφευρέσεις του 20ου αιώνα. Τις τελευταίες δεκαετίες, η ανάπτυξη του λέιζερ ημιαγωγών είναι πιο γρήγορη και έχει γίνει η ταχύτερα αναπτυσσόμενη τεχνολογία λέιζερ στον κόσμο. Η εφαρμογή λέιζερ ημιαγωγών καλύπτει όλο το πεδίο της οπτοηλεκτρονικής και έχει γίνει η βασική τεχνολογία της επιστήμης της οπτοηλεκτρονικής. Λόγω των πλεονεκτημάτων του μικρού μεγέθους, της απλής δομής, της χαμηλής ενέργειας εισόδου, της μεγάλης διάρκειας ζωής, της ευκολίας στη διαμόρφωση και της χαμηλής τιμής, το λέιζερ ημιαγωγών έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στον τομέα της οπτοηλεκτρονικής και έχει εκτιμηθεί ιδιαίτερα από χώρες σε όλο τον κόσμο.

1. Λέιζερ ημιαγωγών

Το λέιζερ ημιαγωγών είναι ένα είδος μικροσκοπικού λέιζερ που αποτελείται από μια διασταύρωση Pn ή μια καρφίτσα από υλικό ημιαγωγού απευθείας διάκενου ζώνης. Υπάρχουν δεκάδες είδη ουσιών ημιαγωγών που λειτουργούν με λέιζερ. Επί του παρόντος, τα υλικά ημιαγωγών που έχουν κατασκευαστεί σε λέιζερ είναι το αρσενικό γάλλιο, το αρσενίδιο του ινδίου, το αντιμονίδιο του ινδίου, το θειούχο κάδμιο, το τελλουρίδιο του καδμίου, το σεληνίδιο του μολύβδου, το τελλουρίδιο του μολύβδου, το αρσενικό γαλλίου αργιλίου, το αρσενικό φωσφόρου ινδίου και ούτω καθεξής. Υπάρχουν τρία είδη τρόπων διέγερσης ενός λέιζερ ημιαγωγών, συγκεκριμένα, ηλεκτρική έγχυση, οπτική αντλία και διέγερση δέσμης ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας. Ο τρόπος διέγερσης των περισσότερων λέιζερ ημιαγωγών είναι η ηλεκτρική έγχυση, δηλαδή, εφαρμόζεται προς τα εμπρός τάση στη διασταύρωση Pn για τη δημιουργία διεγερμένης εκπομπής στην περιοχή του επιπέδου διακλάδωσης, δηλαδή, είναι μια δίοδος με πόλωση προς τα εμπρός. Επομένως, το λέιζερ ημιαγωγών ονομάζεται επίσης δίοδος λέιζερ ημιαγωγών. Για τους ημιαγωγούς, δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια μεταβαίνουν μεταξύ ζωνών ενέργειας και όχι μεταξύ διακριτών ενεργειακών επιπέδων, η ενέργεια μετάβασης δεν είναι μια καθορισμένη τιμή, γεγονός που κάνει το μήκος κύματος εξόδου του λέιζερ ημιαγωγών να εξαπλώνεται σε ένα ευρύ φάσμα. Εκπέμπουν μήκη κύματος που κυμαίνονται από 0.3 έως 34μm. Το εύρος μήκους κύματος εξαρτάται από το διάκενο ζώνης του υλικού που χρησιμοποιείται. Το κοινό λέιζερ διπλής ετεροσύνδεσης AlGaAs έχει μήκος κύματος εξόδου 750 ~ 890 nm.

Η τεχνολογία παραγωγής λέιζερ ημιαγωγών έχει βιώσει από τη μέθοδο διάχυσης έως την επιταξία υγρής φάσης (LPE), την επιταξία αέριας φάσης (VPE), την επιταξία μοριακής δέσμης (MBE), τη μέθοδο MOCVD (απόθεση ατμών οργανικού μετάλλου), την επιταξία χημικής δέσμης (CBE) και τα διάφορα τους συνδυασμός ποικίλων διαδικασιών. Το μειονέκτημα του λέιζερ ημιαγωγών είναι ότι η απόδοση του λέιζερ επηρεάζεται από τη θερμοκρασία και η απόκλιση Η γωνία της δέσμης είναι μεγάλη (γενικά μεταξύ πολλών μοιρών και 20 μοιρών), επομένως είναι φτωχή σε κατευθυντικότητα, μονοχρωματική ιδιότητα και συνοχή. Αλλά με την ταχεία ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, η έρευνα των λέιζερ dpss προχωρά προς την κατεύθυνση του βάθους και η απόδοση του λέιζερ ημιαγωγών βελτιώνεται συνεχώς. Η τεχνολογία οπτοηλεκτρονικής ημιαγωγών με πυρήνα το λέιζερ ημιαγωγών θα σημειώσει μεγαλύτερη πρόοδο και θα παίξει μεγαλύτερο ρόλο στην κοινωνία της πληροφορίας του 21ου αιώνα.

2. Αρχή λειτουργίας λέιζερ ημιαγωγών

Το λέιζερ ημιαγωγών είναι μια συνεκτική πηγή ακτινοβολίας. Τρεις βασικές προϋποθέσεις πρέπει να πληρούνται για να δημιουργηθεί ένα λέιζερ.

①Συνθήκη κέρδους: καθιερώνεται η κατανομή αντιστροφής των φορέων φορτίου στο μέσο διέγερσης (ενεργή περιοχή). Στους ημιαγωγούς, η ενέργεια των ηλεκτρονίων αντιπροσωπεύεται από μια σειρά σχεδόν συνεχών ενεργειακών επιπέδων. Αυτό επιτυγχάνεται με την εφαρμογή μιας προς τα εμπρός πόλωση στην ομοιογενή ή ετεροσύνδεση και την έγχυση των απαραίτητων φορέων φορτίου στο ενεργό στρώμα για να διεγείρονται τα ηλεκτρόνια από τη ζώνη κατώτερου σθένους στην υψηλότερη ζώνη αγωγιμότητας. Η διεγερμένη εκπομπή συμβαίνει όταν ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτρονίων στην κατάσταση ανάστροφου πληθυσμού σωματιδίων ανασυνδυάζεται με οπές.

②για να αποκτήσετε πραγματικά συνεκτική διεγερμένη ακτινοβολία, πρέπει να κάνετε τη διεγερμένη ακτινοβολία στον οπτικό συντονιστή για να λάβετε πολλαπλή ανάδραση και να σχηματίσετε ταλάντωση λέιζερ, ο συντονιστής του λέιζερ σχηματίζεται από τη φυσική επιφάνεια διάσπασης του κρυστάλλου ημιαγωγού ως καθρέφτη, συνήθως στο τέλος της ελαφριάς επιμετάλλωσης στο υψηλής αντίστροφης πολυστρωματικής διηλεκτρικής μεμβράνης και της επικάλυψης λείας επιφάνειας στο μειωμένο αντίστροφο φιλμ. Για το λέιζερ ημιαγωγών κοιλότητας Fp (κοιλότητα Fabry-Perot), η κοιλότητα FP μπορεί εύκολα να κατασκευαστεί από το φυσικό επίπεδο διάσπασης κάθετο στο επίπεδο σύνδεσης pn του κρυστάλλου.

③Για να σχηματιστεί σταθερή ταλάντωση, το μέσο λέιζερ πρέπει να μπορεί να παρέχει επαρκή κέρδος για να αντισταθμίσει την οπτική απώλεια που προκαλείται από την κοιλότητα συντονισμού και την έξοδο λέιζερ από την επιφάνεια της κοιλότητας και να αυξάνει συνεχώς το οπτικό πεδίο στην κοιλότητα. Αυτό απαιτεί αρκετά ισχυρή έγχυση ρεύματος, δηλαδή αρκετή αντιστροφή αριθμού σωματιδίων. Όσο υψηλότερος είναι ο βαθμός αντιστροφής του αριθμού σωματιδίων, τόσο μεγαλύτερο είναι το κέρδος, δηλαδή πρέπει να πληρούται μια συγκεκριμένη συνθήκη κατωφλίου ρεύματος. Όταν το λέιζερ φτάσει στο κατώφλι, το φως με ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος μπορεί να αντηχεί στην κοιλότητα και να ενισχυθεί και τελικά να σχηματίσει ένα λέιζερ και να εξέρχεται συνεχώς. Μπορεί να φανεί ότι η διπολική μετάπτωση ηλεκτρονίου και οπής είναι η βασική διαδικασία εκπομπής φωτός και ενίσχυσης φωτός στα λέιζερ ημιαγωγών. Για το νέο λέιζερ ημιαγωγών, είναι γενικά αποδεκτό ότι το κβαντικό φρεάτιο είναι η θεμελιώδης κινητήρια δύναμη για την ανάπτυξη των λέιζερ. Το ερώτημα αν τα κβαντικά καλώδια και οι τελείες μπορούν να εκμεταλλευτούν πλήρως τα κβαντικά εφέ έχει επεκταθεί αρκετά σε αυτόν τον αιώνα. Οι επιστήμονες έχουν πειραματιστεί με αυτοοργανωμένες δομές για να φτιάξουν κβαντικές κουκκίδες σε διάφορα υλικά και οι κβαντικές κουκκίδες GaInN έχουν χρησιμοποιηθεί σε λέιζερ ημιαγωγών.

Το Transfer to partⅡ κατανοεί την ιστορία και την εφαρμογή του

Στοιχεία επικοινωνίας:

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ιδέες, μη διστάσετε να μιλήσετε μαζί μας. Ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται οι πελάτες μας και ποιες είναι οι απαιτήσεις μας, θα ακολουθήσουμε τον στόχο μας να παρέχουμε στους πελάτες μας υψηλή ποιότητα, χαμηλές τιμές και την καλύτερη εξυπηρέτηση.