Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...
Топ:
Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж...
Проблема типологии научных революций: Глобальные научные революции и типы научной рациональности...
Интересное:
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны...
Дисциплины:
2017-11-22 | 810 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Основной проблемой создания лазера на полупроводниках, как и любого другого, является получение состояния с инверсией населенностей, обеспечивающей усиление света резонансной частоты перехода. Определим условие достижения инверсной населенности в полупроводнике. Для этого необходимо потребовать, чтобы в нем индуцированное излучение преобладало над поглощением.
Рассмотрим два уровня полупроводника, первый из которых лежит в валентной зоне и имеет энергию , а второй с энергией — в зоне проводимости. Переходы между этими уровнями будут определять поглощение или излучение с квантами энергии .
Среднее число электронов на уровнях 1 и 2 определяется функциями распределения Ферми-Дирака
Количество излучаемых фотонов пропорционально числу электронов на верхнем уровне и числу пустых мест, т. е числу дырок () на нижнем уровне. Количество поглощенных фотонов, наоборот, пропорционально числу электронов на нижнем уровне и числу дырок () на верхнем. Энергия, излучаемая полупроводником за счет индуцированных переходов , пропорциональна произведению , а поглощаемая — величине . Отсюда следует, что индуцированное излучение будет превышать потери, если , т. е. , или с учетом выражения для функции Ферми и имеем
Считая уровни 2 и 1 совпадающими с границами разрешенных зон, условие инверсной населенности в полупроводнике для межзонных переходов запишем в виде , где — ширина запрещенной зоны.
Таким образом, в полупроводнике, в котором создано состояние инверсии населенностей, расстояние между квазиуровнями Ферми для электронов и дырок должно превышать ширину запрещенной зоны. Это означает следующее: хотя бы один из квазиуровней Ферми должен находиться в разрешенной зоне, т. е. должно иметь место состояние вырождения для электронов или для дырок, или одновременно для тех и других.
|
Рис. 1.3 Энергетическая схема полупроводника с
вырождением электронов и дырок
На рис. 1.3 показана энергетическая схема полупроводника, в котором создано вырождение для электронов и для дырок. Заштрихованные области соответствуют плотному заполнению состояний электронами. Свет с частотой, лежащей в пределах от до , при прохождении через такой полупроводник будет усиливаться благодаря индуцированным переходам электронов из зоны проводимости в валентную зону.
Для создания инверсии населенностей в полупроводниках в настоящее время используется несколько способов возбуждения: инжекция носителей тока через электронно-дырочный переход, электронное возбуждение, оптическое возбуждение, ударная ионизация.
Наиболее широкое распространение получил метод инжекции через n — p -переход неравновесных носителей тока. Преимуществом этого метода возбуждения является простота в сочетании с высоким коэффициентом полезного действия, величина которого теоретически может быть близкой к 100 %. Полупроводниковые лазеры, в которых для создания инверсной населенности применяется метод инжекции неосновных носителей через р — n -переход, получили название инжекционных.
Рис. 1.4 Энергетические диаграммы p-n перехода вырожденных полупроводников в отсутствие внешнего напряжения (а) и при его наличии (б)
В инжекционных лазерах используется р — n -переход вырожденных полупроводников. Как показывает энергетическая диаграмма p — n -перехода вырожденных полупроводников в отсутствие внешнего напряжения (рис. 1.4, а), уровни Ферми для р - и n -областей совпадают. При этом, естественно, условие не выполняется и инверсия населенностей отсутствует. Последнее означает, что в любой области полупроводника населенность электронных уровней в зоне проводимости меньше населенности дырок в валентной зоне Возникновению инверсии населенностей препятствует образующийся на границе полупроводников потенциальный барьер, преграждающий перемещение электронов из n -области в зону проводимости p -полупроводника и дырок из p -области в валентную зону n -полупроводника. Для получения состояния с инверсией населенностей к р — n -переходу нужно приложить напряжение . При приложении к p — n -переходу напряжения U в пропускном направлении потенциальный барьер, уменьшается на величину eU и электроны из n -области и дырки из p -области устремляются через переход навстречу друг другу. В р — n -переходе в слое, толщиной порядка диффузионной длины, образуется неравновесная концентрация носителей тока. Квазиуровни Ферми, характеризующие концентрацию электронов и дырок в области перехода, мало чем отличаются от соответствующих уровней Ферми в электронной и дырочной частях. При приложении в прямом направлении напряжения (рис. 1.4, б) в р — n -переходе образуется активная область с инверсией населенностей, содержащая одновременно вырожденные электроны и дырки. Теория показывает, что ширина активной области имеет величину порядка диффузионной длины носителей тока, и составляет несколько микрон.
|
|
|
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!