現(xiàn)以砷化鎵(GaAs)
激光器為例,介紹注入式同質(zhì)結(jié)
激光器的工作
原理。
Yb3mP!3q8Z sUJ%x#u}Fk 1.注入式同質(zhì)結(jié)激光器的振蕩原理
s#~GH6/ *a;@* 由于
半導(dǎo)體材料本身具有特殊
晶體結(jié)構(gòu)和
電子結(jié)構(gòu),故形成激光的機(jī)理有其特殊性。
'rp }G&m H,fZ!8(A_) (1)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體材料多是晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)大量原子規(guī)則而緊密地結(jié)合成晶體時(shí),晶體中那些價(jià)電子都處在晶體能帶上。價(jià)電子所處的能帶稱價(jià)帶(對(duì)應(yīng)較低能量)。與價(jià)帶最近的高能帶稱導(dǎo)帶,能帶之間的空域稱為禁帶。當(dāng)加外電場(chǎng)時(shí),價(jià)帶中電子躍遷到導(dǎo)帶中去,在導(dǎo)帶中可以自由運(yùn)動(dòng)而起導(dǎo)電作用。同時(shí),價(jià)帶中失掉一個(gè)電子,則相當(dāng)于出現(xiàn)一個(gè)帶正電的空穴,這種空穴在外電場(chǎng)的作用下,也能起導(dǎo)電作用。因此,價(jià)帶中空穴和導(dǎo)帶中的電子都有導(dǎo)電作用,統(tǒng)稱為載流子。
EP'h@zdz X|f7K (2)摻雜半導(dǎo)體與p-n結(jié)。沒有雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體,稱為本征半導(dǎo)體。如果在本征半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)原子,則在導(dǎo)帶之下和價(jià)帶之上形成了雜質(zhì)能級(jí),分別稱為施主能級(jí)和受主能級(jí)。
ajR%c2G; !* Ti}oIo& 有施主能級(jí)的半導(dǎo)體稱為n型半導(dǎo)體;有受主能級(jí)的半導(dǎo)體稱這p型半導(dǎo)體。在常溫下,熱能使n型半導(dǎo)體的大部分施主原子被離化,其中電子被激發(fā)到導(dǎo)帶上,成為自由電子。而p型半導(dǎo)體的大部分受主原子則俘獲了價(jià)帶中的電子,在價(jià)帶中形成空穴。因此,n型半導(dǎo)體主要由導(dǎo)帶中的電子導(dǎo)電;p型半導(dǎo)體主要由價(jià)帶中的空穴導(dǎo)電。
`*", < -i0(2*< 半導(dǎo)體激光器中所用半導(dǎo)體材料,摻雜濃度較大,n型雜質(zhì)原子數(shù)一般為(2-5)x1018cm
-1,p型為(1-3)x1019cm
-1。
B~]5$- KqBk~-G 在一塊半導(dǎo)體材料中,從p型區(qū)到n型區(qū)突然變化的區(qū)域稱為p-n結(jié)。其交界面處將形成一空間電荷區(qū)。n型半導(dǎo)體帶中電子要向p區(qū)擴(kuò)散,而p型半導(dǎo)體價(jià)帶中的空穴要向n區(qū)擴(kuò)散。這樣一來(lái),結(jié)構(gòu)附近的n型區(qū)由于是施主而帶正電,結(jié)區(qū)附近的p型區(qū)由于是受主而帶負(fù)電。在交界面處形成一個(gè)由n區(qū)指向p區(qū)的電場(chǎng),稱為自建電場(chǎng)。此電場(chǎng)會(huì)阻止電子和空穴的繼續(xù)擴(kuò)散。
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