Оптоэлектрондук технологиянын тез өнүгүшү менен жарым өткөргүч лазерлер байланыш, медициналык жабдуулар, лазердик диапазон, өнөр жайлык кайра иштетүү жана керектөөчү электроника сыяктуу тармактарда кеңири колдонула баштады. Бул технологиянын өзөгүндө PN түйүнү жатат, ал жарык нурлануу булагы катары гана эмес, ошондой эле түзмөктүн иштешинин негизи катары да маанилүү ролду ойнойт. Бул макалада жарым өткөргүч лазерлердеги PN түйүнүнүн түзүлүшү, принциптери жана негизги функциялары жөнүндө так жана кыскача маалымат берилген.
1. PN түйүнү деген эмне?
PN өткөөлү - бул P-типтеги жарым өткөргүч менен N-типтеги жарым өткөргүчтүн ортосундагы интерфейс:
П-типтеги жарым өткөргүч бор (B) сыяктуу акцептордук кошулмалар менен легирленип, тешиктерди көпчүлүк заряд алып жүрүүчүлөр кылат.
N-типтеги жарым өткөргүч фосфор (P) сыяктуу донордук кошулмалар менен легирленген, бул электрондорду негизги ташуучулар кылат.
P-типтеги жана N-типтеги материалдар байланышка киргенде, N-аймактан электрондор P-аймакка, ал эми P-аймактан тешиктер N-аймакка диффузияланат. Бул диффузия электрондор менен тешиктер кайрадан биригип, заряддуу иондорду калтырып, ички электр талаасын, башкача айтканда, орнотулган потенциалдык тосмо пайда болгон азайуу аймагын түзөт.
2. Лазерлерде PN түйүнүнүн ролу
(1) Алып жүрүүчү инъекция
Лазер иштегенде, PN өткөөлү алдыга ыктайт: P-аймак оң чыңалууга, ал эми N-аймак терс чыңалууга туташтырылган. Бул ички электр талаасын жокко чыгарып, электрондорду жана тешиктерди өткөөлдөгү активдүү аймакка сайып, алардын кайра биригишине мүмкүндүк берет.
(2) Жарык нурлануусу: Стимулданган нурлануунун келип чыгышы
Активдүү аймакта сайылган электрондор жана тешиктер рекомбинацияланып, фотондорду бөлүп чыгарышат. Башында бул процесс өзүнөн-өзү пайда болот, бирок фотондордун тыгыздыгы жогорулаган сайын, фотондор электрон-тешиктер рекомбинациясын андан ары стимулдай алат, ошол эле фаза, багыт жана энергия менен кошумча фотондорду бөлүп чыгарат — бул стимулдаштырылган эмиссия.
Бул процесс лазердин (стимуляцияланган нурлануу аркылуу жарыкты күчөтүү) негизин түзөт.
(3) Лазердик чыгаруунун формасынын күчөтүү жана резонанстык көңдөйлөрү
Стимулданган нурланууну күчөтүү үчүн, жарым өткөргүч лазерлер PN өткөөлүнүн эки тарабында тең резонанстык көңдөйлөрдү камтыйт. Мисалы, четин нурлантуучу лазерлерде муну жарыкты алдыга жана артка чагылтуу үчүн бөлүштүрүлгөн Брэгг рефлекторлорун (DBR) же күзгү каптоолорун колдонуу менен ишке ашырууга болот. Бул орнотуу жарыктын белгилүү бир толкун узундуктарын күчөтүүгө мүмкүндүк берет, бул акырында жогорку когеренттүү жана багыттуу лазердик чыгарууга алып келет.
3. PN түйүнүнүн курулмалары жана долбоорду оптималдаштыруу
Жарым өткөргүч лазердин түрүнө жараша, PN түзүлүшү ар кандай болушу мүмкүн:
Жалгыз гетероөткөрүү (SH):
P-аймак, N-аймак жана активдүү аймак бир эле материалдан жасалган. Рекомбинация аймагы кеңири жана анча натыйжалуу эмес.
Кош гетероөткөрүү (ДГ):
P жана N аймактарынын ортосунда кууш тилкелүү активдүү катмар жайгашкан. Бул алып жүрүүчүлөрдү да, фотондорду да чектеп, натыйжалуулукту бир топ жогорулатат.
Кванттык кудуктун түзүлүшү:
Кванттык чектөө эффекттерин түзүү үчүн өтө жука активдүү катмарды колдонот, босого мүнөздөмөлөрүн жана модуляция ылдамдыгын жакшыртат.
Бул структуралардын баары PN түйүн аймагында ташуучуларды инъекциялоонун, рекомбинациялоонун жана жарык чыгаруунун натыйжалуулугун жогорулатуу үчүн иштелип чыккан.
4. Жыйынтык
PN өткөөлү чындыгында жарым өткөргүч лазердин "жүрөгү". Анын алдыга карай жылышуу астында алып жүрүүчүлөрдү киргизүү жөндөмү лазерди генерациялоонун негизги триггери болуп саналат. Структуралык долбоорлоодон жана материалды тандоодон тартып фотондорду башкарууга чейин, лазердик түзүлүштүн бүтүндөй иштеши PN өткөөлүн оптималдаштырууга байланыштуу.
Оптоэлектрондук технологиялар өнүгүп жаткандыктан, PN түйүн физикасын тереңирээк түшүнүү лазердин иштешин жакшыртып гана тим болбостон, кийинки муундагы жогорку кубаттуулуктагы, жогорку ылдамдыктагы жана арзан жарым өткөргүч лазерлерди иштеп чыгуу үчүн бекем пайдубал түзөт.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 28-майы