Optoelektron tehnologiýasynyň çalt ösmegi bilen ýarymgeçiriji lazerler aragatnaşyk, lukmançylyk enjamlary, lazer ölçeýjisi, senagat gaýtadan işlemek we sarp ediji elektronikasy ýaly ugurlarda giňden ulanylyşyny tapdy. Bu tehnologiýanyň esasynda diňe bir ýagtylyk şöhlelendirme çeşmesi hökmünde däl, eýsem enjamyň işiniň esasy hökmünde hem möhüm rol oýnaýan PN birleşmesi ýerleşýär. Bu makala ýarymgeçiriji lazerlerde PN birleşmesiniň gurluşynyň, prinsipleriniň we esasy funksiýalarynyň aýdyň we gysgaça syny berýär.
1. PN çatrygy näme?
PN geçişi P-tipli ýarymgeçiriji bilen N-tipli ýarymgeçirijiniň arasynda emele gelen serhetdir:
P-tipli ýarymgeçiriji bor (B) ýaly akseptor garyndylary bilen lehimlenýär, bu bolsa deşikleri köp zarýad daşaýjylary edýär.
N-tipli ýarymgeçiriji fosfor (P) ýaly donor garyndylary bilen lehimlenýär, bu bolsa elektronlary esasy daşaýjylara öwürýär.
P-tipli we N-tipli materiallar bir-birine goşulanda, N-sebitden elektronlar P-sebitine, P-sebitden deşikler bolsa N-sebitine diffuziýa bolýar. Bu diffuziýa elektronlaryň we deşikleriň gaýtadan birleşýän we içerki elektrik meýdanyny döredýän zarýadly ionlary galdyrýan boşalma sebitini döredýär, bu bolsa içerki potensial päsgelçilik diýlip atlandyrylýar.
2. Lazerlerde PN çatrygynyň roly
(1) Daşaýjy inýeksiýa
Lazer işleýän wagty, PN geçişi öňe tarap gönükdirilendir: P-sebiti oňyn naprýaženiýe, N-sebiti bolsa negatiw naprýaženiýe bilen baglanyşyklydyr. Bu içki elektrik meýdanyny ýok edýär we elektronlaryň we deşikleriň geçişdäki işjeň sebite inýeksiýa edilmegine mümkinçilik berýär, bu ýerde olar gaýtadan birleşmegi mümkin.
(2) Yşyk şöhlelenmesi: Stimullaşdyrylan şöhlelenmeleriň gelip çykyşy
Aktiw sebitde inýeksiýa edilen elektronlar we deşikler rekombinasiýa edýärler we fotonlary goýberýärler. Ilki başda bu proses öz-özünden emissiýa bolýar, ýöne foton dykyzlygy artanda, fotonlar elektron-deşik rekombinasiýasyny has-da höweslendirip, şol bir faza, ugur we energiýa bilen goşmaça fotonlary çykaryp bilýärler - bu höweslendirilen emissiýadyr.
Bu proses lazeriň (şöhlelendirilen şöhlelenme arkaly ýagtylygyň güýçlendirilmegi) esasyny düzýär.
(3) Lazer çykyşynyň güýçlenmegi we rezonans boşluklary
Stimulirlenen şöhlelenme güýçlendirmek üçin, ýarymgeçiriji lazerler PN birikmesiniň iki tarapynda hem rezonans boşluklaryny öz içine alýar. Mysal üçin, gyra şöhlelendirýän lazerlerde muňa Paýlanan Bragg Reflektorlary (DBR) ýa-da aýna örtükleri arkaly ýagtylygy öňe we yza şöhlelendirmek arkaly ýetip bolýar. Bu gurluş ýagtylygyň belli bir tolkun uzynlyklaryny güýçlendirmäge mümkinçilik berýär, netijede ýokary derejede kogerent we ugurly lazer çykyşy emele gelýär.
3. PN çatrygynyň gurluşlary we dizaýn optimizasiýasy
Ýarymgeçiriji lazeriň görnüşine baglylykda, PN gurluşy üýtgeşik bolup biler:
Ýeke Geterogeçiş (ÝG):
P-sebit, N-sebit we işjeň sebit bir materialdan ýasalýar. Rekombinasiýa sebiti giň we has az netijeli.
Goşa Geterogeçiş (DH):
P- we N-sebitleriniň arasynda has dar zolakly işjeň gatlak ýerleşýär. Bu bolsa, hem daşaýjylary, hem-de fotonlary çäklendirýär, netijeligi ep-esli ýokarlandyrýar.
Kwant guýusynyň gurluşy:
Kwantum çäklendirme effektlerini döretmek, bosaga häsiýetlerini we modulýasiýa tizligini gowulandyrmak üçin örän inçe işjeň gatlak ulanýar.
Bu gurluşlaryň hemmesi PN birleşme sebitinde daşaýjy inýeksiýasynyň, rekombinasiýasynyň we ýagtylyk şöhlelendirmesiniň netijeliligini ýokarlandyrmak üçin niýetlenendir.
4. Netije
PN birleşmesi, hakykatdanam, ýarymgeçiriji lazeriň "ýüregidir". Onuň öňe tarap hereketlendirijileri inýeksiýa etmek ukyby lazer öndürmegiň esasy sebäbidir. Gurluşyk dizaýnyndan we material saýlamasyndan başlap, foton dolandyryşyna çenli, tutuş lazer enjamynyň işi PN birleşmesini optimizirlemegiň töwereginde bolýar.
Optoelektron tehnologiýalarynyň ösmegi dowam edýärkä, PN birleşme fizikasyny çuňňur düşünmek diňe bir lazeriň işini ýokarlandyrmak bilen çäklenmän, eýsem ýokary kuwwatly, ýokary tizlikli we arzan ýarymgeçiriji lazerleriň indiki nesliniň işlenip düzülmegi üçin berk esas döredýär.
Ýerleşdirilen wagty: 2025-nji ýylyň 28-nji maýy