Optoelektronik texnologiyaning jadal rivojlanishi bilan yarimo'tkazgichli lazerlar aloqa, tibbiy asbob-uskunalar, lazer diapazoni, sanoatni qayta ishlash va maishiy elektronika kabi sohalarda keng qo'llanilishini topdi. Ushbu texnologiyaning negizida PN ulanishi 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, printsiplari va asosiy funktsiyalari haqida aniq va qisqacha tavsif beradi.
1. PN Junction nima?
PN birikmasi P tipidagi yarimo'tkazgich va N tipidagi yarimo'tkazgich o'rtasida hosil bo'lgan interfeysdir:
P tipidagi yarimo'tkazgichlar bor (B) kabi qabul qiluvchi aralashmalar bilan biriktirilgan bo'lib, teshiklarni ko'pchilik zaryad tashuvchilarga aylantiradi.
N tipidagi yarimo'tkazgichlar fosfor (P) kabi donor aralashmalari bilan qo'shiladi va elektronlarni ko'pchilik tashuvchilarga aylantiradi.
P tipidagi va N tipidagi materiallar kontaktga kiritilganda, N-hududidan elektronlar P-mintaqaga tarqaladi va P-hududidagi teshiklar N-mintaqaga tarqaladi. Ushbu diffuziya elektronlar va teshiklar rekombinatsiya qilinadigan, o'rnatilgan potentsial to'siq sifatida tanilgan ichki elektr maydonini yaratadigan zaryadlangan ionlarni qoldirib, kamayish zonasini yaratadi.
2. Lazerlarda PN birikmasining roli
(1) Tashuvchi inyeksiya
Lazer ishlaganda, PN birikmasi oldinga yo'naltiriladi: P-hududi musbat kuchlanishga, N-hududi esa salbiy kuchlanishga ulanadi. Bu ichki elektr maydonini bekor qiladi, elektronlar va teshiklarni ulanish joyidagi faol hududga kiritish imkonini beradi, bu erda ular qayta birlashishi mumkin.
(2) Yorug'lik emissiyasi: Rag'batlantiruvchi emissiyaning kelib chiqishi
Faol mintaqada AOK qilingan elektronlar va teshiklar fotonlarni qayta birlashtiradi va chiqaradi. Dastlab, bu jarayon o'z-o'zidan emissiya hisoblanadi, lekin foton zichligi oshishi bilan fotonlar elektron teshiklarning keyingi rekombinatsiyasini rag'batlantirishi mumkin, bir xil faza, yo'nalish va energiya bilan qo'shimcha fotonlarni chiqaradi - bu stimulyatsiya qilingan emissiya.
Bu jarayon lazerning asosini tashkil qiladi (Radiatsiyaning stimulyatsiyalangan emissiyasi orqali yorug'likni kuchaytirish).
(3) Daromad va rezonansli bo'shliqlar lazer chiqishini hosil qiladi
Rag'batlantirilgan emissiyani kuchaytirish uchun yarimo'tkazgichli lazerlar PN birikmasining ikkala tomonida rezonansli bo'shliqlarni o'z ichiga oladi. Masalan, chekka chiqaradigan lazerlarda bunga yorug'likni oldinga va orqaga aks ettirish uchun taqsimlangan Bragg reflektorlari (DBR) yoki oyna qoplamalari yordamida erishish mumkin. Ushbu o'rnatish yorug'likning ma'lum to'lqin uzunliklarini kuchaytirishga imkon beradi, natijada yuqori kogerent va yo'naltirilgan lazer chiqishiga olib keladi.
3. PN ulanish tuzilmalari va dizaynni optimallashtirish
Yarimo'tkazgichli lazer turiga qarab, PN tuzilishi o'zgarishi mumkin:
Yagona hetero-birikma (SH):
P-mintaqasi, N-mintaqasi va faol hududi bir xil materialdan qilingan. Rekombinatsiya hududi keng va unchalik samarali emas.
Ikki tomonlama heterounction (DH):
P- va N-mintaqalari o'rtasida torroq tarmoqli faol qatlam joylashgan. Bu ham tashuvchilarni, ham fotonlarni cheklab, samaradorlikni sezilarli darajada oshiradi.
Kvant quduqlari tuzilishi:
Kvant chegaralash effektlarini yaratish, chegara xususiyatlarini va modulyatsiya tezligini yaxshilash uchun ultra yupqa faol qatlamdan foydalanadi.
Ushbu tuzilmalarning barchasi PN ulanish hududida tashuvchini in'ektsiya qilish, rekombinatsiya va yorug'lik emissiyasi samaradorligini oshirish uchun mo'ljallangan.
4. Xulosa
PN birikmasi haqiqatan ham yarimo'tkazgichli lazerning "yuragi" dir. Uning tashuvchilarni oldinga yo'naltirish qobiliyati lazer yaratish uchun asosiy tetikdir. Strukturaviy dizayn va material tanlashdan foton nazoratigacha, butun lazer qurilmasining ishlashi PN birikmasini optimallashtirish atrofida aylanadi.
Optoelektronik texnologiyalar taraqqiyotda davom etar ekan, PN birikmasi fizikasini chuqurroq tushunish nafaqat lazer samaradorligini oshiradi, balki yuqori quvvatli, yuqori tezlikda va arzon yarimo'tkazgichli lazerlarning keyingi avlodini rivojlantirish uchun mustahkam poydevor yaratadi.
Xabar vaqti: 28-may 2025-yil