Optoelektronika texnologiyasining jadal rivojlanishi bilan yarimo'tkazgichli lazerlar aloqa, tibbiy uskunalar, lazer diapazoni, sanoat ishlov berish va maishiy elektronika kabi sohalarda keng qo'llanila boshlandi. Ushbu texnologiyaning markazida PN birikmasi yotadi, u nafaqat yorug'lik chiqarish manbai, balki qurilmaning ishlashining asosi sifatida ham muhim rol o'ynaydi. Ushbu maqola yarimo'tkazgichli lazerlarda PN birikmasining tuzilishi, tamoyillari va asosiy funktsiyalari haqida aniq va ixcham ma'lumot beradi.
1. PN Junction nima?
PN birikmasi P-turdagi yarimo'tkazgich va N-turdagi yarimo'tkazgich o'rtasida hosil bo'lgan interfeysdir:
P-turdagi yarimo'tkazgich bor (B) kabi akseptor aralashmalari bilan qo'shilib, teshiklarni asosiy zaryad tashuvchilarga aylantiradi.
N-turdagi yarimo'tkazgich fosfor (P) kabi donor aralashmalari bilan qo'shilgan bo'lib, elektronlarni asosiy tashuvchilarga aylantiradi.
P-tipli va N-tipli materiallar bir-biriga tegib ketganda, N-mintaqadagi elektronlar P-mintaqasiga, P-mintaqadagi teshiklar esa N-mintaqasiga tarqaladi. Bu diffuziya elektronlar va teshiklar rekombinatsiyalanadigan, zaryadlangan ionlarni qoldiradigan, ichki elektr maydonini yaratadigan, o'rnatilgan potensial to'siq deb nomlanuvchi, kamayib boruvchi mintaqani yaratadi.
2. Lazerlarda PN Junctionning roli
(1) Tashuvchi in'ektsiya
Lazer ishlaganda, PN birikmasi oldinga yo'naltirilgan bo'ladi: P-mintaqasi musbat kuchlanishga, N-mintaqasi esa manfiy kuchlanishga ulangan. Bu ichki elektr maydonini bekor qiladi, bu esa elektronlar va teshiklarning birikmadagi faol mintaqaga kiritilishiga imkon beradi, bu yerda ular rekombinatsiyalanishi mumkin.
(2) Yorug'lik nurlanishi: Stimulyatsiya qilingan nurlanishning kelib chiqishi
Faol mintaqada in'ektsiya qilingan elektronlar va teshiklar rekombinatsiyalanadi va fotonlarni chiqaradi. Dastlab, bu jarayon o'z-o'zidan emissiya bo'ladi, ammo foton zichligi oshgani sayin, fotonlar elektron-teshik rekombinatsiyasini yanada rag'batlantirishi mumkin, bu esa bir xil faza, yo'nalish va energiyaga ega qo'shimcha fotonlarni chiqaradi - bu stimulyatsiya qilingan emissiya.
Bu jarayon lazerning (stimulyatsiya qilingan nurlanish orqali yorug'likni kuchaytirish) asosini tashkil qiladi.
(3) Lazer chiqishi shaklidagi kuchaytirish va rezonansli bo'shliqlar
Rag'batlantirilgan emissiyani kuchaytirish uchun yarimo'tkazgichli lazerlar PN birikmasining ikkala tomonida ham rezonansli bo'shliqlarni o'z ichiga oladi. Masalan, chekka nurlantiruvchi lazerlarda bunga yorug'likni oldinga va orqaga aks ettirish uchun taqsimlangan Bragg reflektorlari (DBR) yoki oyna qoplamalari yordamida erishish mumkin. Ushbu sozlash yorug'likning ma'lum to'lqin uzunliklarini kuchaytirishga imkon beradi, natijada yuqori darajada kogerent va yo'nalishli lazer chiqishi hosil bo'ladi.
3. PN Junction tuzilmalari va dizaynni optimallashtirish
Yarimo'tkazgich lazer turiga qarab, PN tuzilishi farq qilishi mumkin:
Yagona Geterojunktsiya (SH):
P-mintaqa, N-mintaqa va faol mintaqa bir xil materialdan tayyorlangan. Rekombinatsiya mintaqasi kengroq va samarasizroq.
Ikki tomonlama geterojunktsiya (DH):
P- va N-mintaqalari orasida torroq tasma oralig'i faol qatlami joylashgan. Bu ham tashuvchilarni, ham fotonlarni cheklaydi, bu esa samaradorlikni sezilarli darajada oshiradi.
Kvant qudug'ining tuzilishi:
Kvant cheklash effektlarini yaratish, chegaraviy xususiyatlar va modulyatsiya tezligini yaxshilash uchun ultra yupqa faol qatlamdan foydalanadi.
Bu tuzilmalarning barchasi PN birikma mintaqasida tashuvchilarni in'ektsiya qilish, rekombinatsiya qilish va yorug'lik chiqarish samaradorligini oshirish uchun mo'ljallangan.
4. Xulosa
PN birikmasi, haqiqatan ham, yarimo'tkazgichli lazerning "yuragi" dir. Uning tashuvchilarni oldinga siljish ostida kiritish qobiliyati lazer generatsiyasining asosiy tetikleyicisidir. Strukturaviy dizayn va material tanlashdan tortib fotonlarni boshqarishgacha, butun lazer qurilmasining ishlashi PN birikmasini optimallashtirish atrofida aylanadi.
Optoelektron texnologiyalari rivojlanib borishi bilan, PN birikma fizikasini chuqurroq tushunish nafaqat lazer samaradorligini oshiradi, balki keyingi avlod yuqori quvvatli, yuqori tezlikdagi va arzon yarimo'tkazgich lazerlarini ishlab chiqish uchun mustahkam poydevor yaratadi.
Nashr vaqti: 2025-yil 28-may