Оптоэлектрондук технологиянын тез өнүгүшү менен жарым өткөргүч лазерлер байланыш, медициналык жабдуулар, лазердик диапазон, өнөр жайлык кайра иштетүү жана керектөөчү электроника сыяктуу тармактарда кеңири таралган колдонмолорду тапты. Бул технологиянын өзөгүндө PN түйүнү жатат, ал жарык чыгаруунун булагы катары гана эмес, аппараттын иштешинин негизи катары да маанилүү роль ойнойт. Бул макалада жарым өткөргүч лазерлердеги PN түйүнүнүн түзүлүшү, принциптери жана негизги функциялары жөнүндө так жана кыска баяндама берилген.
1. PN Junction деген эмне?
PN түйүнү - бул P-типтүү жарым өткөргүч менен N-типтүү жарым өткөргүчтүн ортосунда түзүлгөн интерфейс:
P тибиндеги жарым өткөргүч акцептордук аралашмалар менен кошулган, мисалы, бор (B), тешиктерди көпчүлүк зарядды алып жүрүүчү кылып түзөт.
N тибиндеги жарым өткөргүч фосфор (P) сыяктуу донордук аралашмалар менен кошулуп, электрондорду көпчүлүк алып жүрүүчүгө айландырат.
Р тибиндеги жана N тибиндеги материалдар контактта болгондо, N аймагынан электрондор Р аймагына, ал эми P аймагынан тешиктер N аймакка диффузияланат. Бул диффузия электрондор менен тешиктер кайра биригип, заряддалган иондорду артка калтырып, ички электр талаасын пайда кылган, орнотулган потенциалдык тосмо катары белгилүү болгон түгөнүү аймагын түзөт.
2. Лазердеги PN түйүнүнүн ролу
(1) Carrier Injection
Лазер иштегенде, PN түйүнү алдыга ыктайт: P-регион оң чыңалууга, ал эми N-аймак терс чыңалууга туташат. Бул ички электр талаасын жокко чыгарат, электрондор менен тешиктердин кошулган жериндеги активдүү аймакка куюлууга мүмкүндүк берет, ал жерде алар рекомбинацияланышы ыктымал.
(2) Жарык эмиссиясы: стимулданган эмиссиянын келип чыгышы
Активдүү аймакта инъекцияланган электрондор жана тешиктер рекомбинацияланып, фотондорду чыгарышат. Башында бул процесс өзүнөн-өзү эмиссия болуп саналат, бирок фотондун тыгыздыгы жогорулаган сайын, фотондор электрондук тешиктердин рекомбинациясын андан ары стимулдай алат, ошол эле фаза, багыт жана энергия менен кошумча фотондорду бөлүп чыгарат — бул стимулданган эмиссия.
Бул процесс лазердин пайдубалын түзөт (Нурлануунун стимулданган эмиссиясы аркылуу жарыкты күчөтүү).
(3) Gain жана Resonant Cavities Лазердик чыгарууну түзөт
Жарым өткөргүч лазерлер стимулданган эмиссияны күчөтүү үчүн PN түйүнүнүн эки тарабында резонанстык көңдөйлөрдү камтыйт. Мисалы, жээк чыгарган лазерлерде бул жарыкты алдыга жана артка чагылдыруу үчүн Distributed Bragg Reflectors (DBRs) же күзгү каптоолорду колдонуу менен жетишүүгө болот. Бул орнотуу жарыктын белгилүү бир толкун узундуктарын күчөтүүгө мүмкүндүк берет, акырында абдан когеренттүү жана багыттуу лазердин чыгышына алып келет.
3. PN Junction структуралары жана дизайн оптималдаштыруу
Жарым өткөргүч лазердин түрүнө жараша PN түзүлүшү ар кандай болушу мүмкүн:
Жалгыз гетероокшуу (SH):
P-аймак, N-аймак жана активдүү аймак бир эле материалдан жасалган. Рекомбинация аймагы кенен жана азыраак эффективдүү.
Кош гетероолуу (DH):
P- жана N-аймактарынын ортосунда тар тилкелүү активдүү катмар жайгашкан. Бул алып жүрүүчүлөрдү да, фотондорду да чектеп, натыйжалуулукту кыйла жакшыртат.
Кванттык скважинанын структурасы:
Чектик мүнөздөмөлөрдү жана модуляция ылдамдыгын жакшыртып, кванттык чектөө эффекттерин түзүү үчүн ультра жука активдүү катмарды колдонот.
Бул түзүмдөрдүн бардыгы PN түйүнүнүн аймагында ташуучу инъекциянын, рекомбинациянын жана жарык чыгаруунун натыйжалуулугун жогорулатуу үчүн иштелип чыккан.
4. Корутунду
PN түйүнү чындап эле жарым өткөргүч лазердин "жүрөгү" болуп саналат. Анын ташыгычтарды алдыга жылдыруу жөндөмдүүлүгү лазердин генерациясынын негизги триггери болуп саналат. Структуралык дизайндан жана материалды тандоодон фотондук башкарууга чейин, бүт лазердик аппараттын иштеши PN түйүнүн оптималдаштыруунун тегерегинде болот.
Оптоэлектрондук технологиялар өнүккөн сайын, PN түйүнүнүн физикасын тереңирээк түшүнүү лазердин натыйжалуулугун гана жогорулатпастан, ошондой эле жогорку кубаттуулуктагы, жогорку ылдамдыктагы жана арзан баадагы жарым өткөргүч лазерлердин кийинки муунун өнүктүрүү үчүн бекем негиз түзөт.
Посттун убактысы: 28-май-2025