ما هو ليزر أشباه الموصلات؟ الجزء Ⅰ）

منذ اختراع أولليزر أشباه الموصلاتفي العالم في عام 1962 ، خضع ليزر أشباه الموصلات لتغييرات كبيرة ، مما عزز بشكل كبير تطور العلوم والتكنولوجيا الأخرى ، ويعتبر أحد الاختراعات المهمة في القرن العشرين. في العقود الأخيرة ، أصبح تطوير ليزر أشباه الموصلات أسرع وأصبح تقنية الليزر الأسرع تطورًا في العالم. يغطي تطبيق ليزر أشباه الموصلات المجال الكامل للإلكترونيات الضوئية وأصبح التكنولوجيا الأساسية لعلوم الإلكترونيات الضوئية. نظرًا لمزايا الحجم الصغير والهيكل البسيط والطاقة المنخفضة المدخلات والعمر الطويل وسهولة التعديل والسعر المنخفض ، فقد تم استخدام ليزر أشباه الموصلات على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات الضوئية وحظي بتقدير كبير من قبل البلدان في جميع أنحاء العالم.

1. ليزر أشباه الموصلات

ليزر أشباه الموصلات هو نوع من الليزر المصغر يتكون من تقاطع Pn أو دبوس من مادة أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق المباشر. هناك العشرات من أنواع المواد التي تعمل بالليزر أشباه الموصلات. في الوقت الحاضر ، مواد أشباه الموصلات التي تم تصنيعها في الليزر هي زرنيخيد الغاليوم ، زرنيخيد الإنديوم ، أنتيمونيد الإنديوم ، كبريتيد الكادميوم ، تيلوريد الكادميوم ، سيلينيد الرصاص ، تيلورايد الرصاص ، زرنيخ الألومنيوم الغاليوم ، زرنيخ الإنديوم والفوسفور وما إلى ذلك. هناك ثلاثة أنواع من أنماط الإثارة لليزر أشباه الموصلات ، وهي الحقن الكهربائي ، والمضخة الضوئية ، وإثارة شعاع الإلكترون عالي الطاقة. إن وضع الإثارة لمعظم أنواع الليزر شبه الموصلة هو الحقن الكهربائي ، أي يتم تطبيق الجهد الأمامي على تقاطع Pn لتوليد انبعاث محفز في منطقة مستوى الوصلة ، أي أنه صمام ثنائي متحيز للأمام. لذلك ، يسمى ليزر أشباه الموصلات أيضًا بصمام ليزر أشباه الموصلات. بالنسبة لأشباه الموصلات ، نظرًا لأن الإلكترونات تنتقل بين نطاقات الطاقة بدلاً من مستويات الطاقة المنفصلة ، فإن طاقة الانتقال ليست قيمة محددة ، مما يجعل الطول الموجي الناتج من ليزر أشباه الموصلات ينتشر على نطاق واسع. تصدر أطوال موجات تتراوح من 0. 3 إلى 34 ميكرومتر. يعتمد نطاق الطول الموجي على فجوة النطاق للمادة المستخدمة. ليزر AlGaAs المزدوج غير المتجانس له طول موجي ناتج من 750 ~ 890 نانومتر.

لقد شهدت تقنية إنتاج ليزر أشباه الموصلات من طريقة الانتشار إلى epitaxy المرحلة السائلة (LPE) ، و epitaxy الطور الغازي (VPE) ، و epitaxy الشعاع الجزيئي (MBE) ، وطريقة MOCVD (ترسيب البخار المعدني العضوي) ، وتضخم الحزمة الكيميائية (CBE) ومختلفها مزيج من مجموعة متنوعة من العمليات. عيب ليزر أشباه الموصلات هو أن أداء الليزر يتأثر بدرجة الحرارة ، وزاوية تباعد الحزمة كبيرة (بشكل عام بين عدة درجات و 20 درجة) ، لذلك فهي ضعيفة في الاتجاهية ، وخاصية أحادية اللون ، وتماسك. ولكن مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا ، يتقدم البحث عن ليزر dpss في اتجاه العمق ، ويتحسن أداء ليزر أشباه الموصلات باستمرار. ستحقق تكنولوجيا الإلكترونيات الضوئية لأشباه الموصلات باستخدام ليزر أشباه الموصلات باعتباره النواة تقدمًا أكبر وتلعب دورًا أكبر في مجتمع المعلومات في القرن الحادي والعشرين.

2. مبدأ عمل ليزر أشباه الموصلات

ليزر أشباه الموصلات هو مصدر إشعاع متماسك. يجب استيفاء ثلاثة شروط أساسية لتوليد الليزر.

شرط الكسب: تم ​​إنشاء التوزيع العكسي لحاملات الشحن في وسط الإثارة (المنطقة النشطة). في أشباه الموصلات ، يتم تمثيل طاقة الإلكترونات من خلال سلسلة من مستويات الطاقة شبه المستمرة. يتم تحقيق ذلك من خلال تطبيق تحيز أمامي على المتجانسة أو غير المتجانسة وحقن حاملات الشحنة اللازمة في الطبقة النشطة لإثارة الإلكترونات من نطاق التكافؤ السفلي إلى نطاق التوصيل الأعلى. يحدث الانبعاث المستحث عندما يتحد عدد كبير من الإلكترونات في حالة تجمع الجسيمات المعكوسة مع الثقوب.

② للحصول فعليًا على إشعاع متحمس متماسك ، يجب على المرء أن يصنع الإشعاع المثير في الرنان البصري للحصول على ردود فعل متعددة وتشكيل تذبذب الليزر ، ويتشكل مرنان الليزر بواسطة سطح الانقسام الطبيعي لبلورة أشباه الموصلات كمرآة ، عادة في النهاية من تصفيح الضوء على فيلم عازل متعدد الطبقات عكسي عالي ، وطلاء السطح الأملس على الفيلم العكسي المنخفض. بالنسبة إلى ليزر أشباه الموصلات ذو تجويف Fp (تجويف Fabry-Perot) ، يمكن إنشاء تجويف FP بشكل ملائم بواسطة مستوى الانقسام الطبيعي المتعامد مع مستوى تقاطع pn للبلورة.

③ من أجل تكوين تذبذب مستقر ، يجب أن يكون وسط الليزر قادرًا على توفير ربح كافٍ لتعويض الفقد البصري الناجم عن تجويف الرنين وخرج الليزر من سطح التجويف ، وزيادة المجال البصري باستمرار في التجويف. هذا يتطلب حقن تيار قوي بما فيه الكفاية ، أي انعكاس عدد الجسيمات الكافي. كلما زادت درجة انعكاس رقم الجسيمات ، زاد الكسب ، أي أنه يجب استيفاء شرط معين للعتبة الحالية. عندما يصل الليزر إلى العتبة ، يمكن للضوء ذي الطول الموجي المحدد أن يتردد صدى في التجويف ويتم تضخيمه ، وفي النهاية يشكل ليزرًا ويخرج بشكل مستمر. يمكن ملاحظة أن الانتقال ثنائي القطب للإلكترون والثقب هو العملية الأساسية لانبعاث الضوء وتضخيم الضوء في ليزر أشباه الموصلات. بالنسبة لليزر أشباه الموصلات الجديد ، من المقبول عمومًا أن البئر الكمي هو القوة الدافعة الأساسية لتطوير الليزر. امتد السؤال الإلكتروني حول ما إذا كانت الأسلاك والنقاط الكمومية يمكن أن تستفيد استفادة كاملة من التأثيرات الكمومية بشكل جيد في هذا القرن. جرب العلماء هياكل ذاتية التنظيم لإنشاء نقاط كمومية في مواد مختلفة ، واستخدمت النقاط الكمومية GaInN في ليزر أشباه الموصلات.

يتفهم النقل إلى الجزء تاريخه وتطبيقه

معلومات الاتصال:

إذا كانت لديك أية أفكار ، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا ومتطلباتنا ، سوف نتبع هدفنا لتزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.