Met die vinnige ontwikkeling van opto-elektroniese tegnologie het halfgeleierlasers wydverspreide toepassings gevind in velde soos kommunikasie, mediese toerusting, laserafstandmeting, industriële verwerking en verbruikerselektronika. Die kern van hierdie tegnologie lê die PN-voeg, wat 'n belangrike rol speel - nie net as die bron van liguitstraling nie, maar ook as die fondament van die toestel se werking. Hierdie artikel bied 'n duidelike en bondige oorsig van die struktuur, beginsels en sleutelfunksies van die PN-voeg in halfgeleierlasers.
1. Wat is 'n PN-aansluiting?
'n PN-aansluiting is die koppelvlak wat gevorm word tussen 'n P-tipe halfgeleier en 'n N-tipe halfgeleier:
P-tipe halfgeleier is gedoteer met akseptor-onsuiwerhede, soos boor (B), wat gate die meerderheid ladingsdraers maak.
Die N-tipe halfgeleier is gedoteer met skenker-onsuiwerhede, soos fosfor (P), wat elektrone die meerderheid draers maak.
Wanneer die P-tipe en N-tipe materiale in kontak gebring word, diffundeer elektrone van die N-streek na die P-streek, en gate van die P-streek diffundeer na die N-streek. Hierdie diffusie skep 'n uitputtingsgebied waar elektrone en gate herkombineer, wat gelaaide ione agterlaat wat 'n interne elektriese veld skep, bekend as 'n ingeboude potensiaalversperring.
2. Die rol van die PN-aansluiting in lasers
(1) Draerinspuiting
Wanneer die laser werk, is die PN-voegvlak voorwaarts bevooroordeeld: die P-gebied is gekoppel aan 'n positiewe spanning, en die N-gebied aan 'n negatiewe spanning. Dit kanselleer die interne elektriese veld, wat toelaat dat elektrone en gate in die aktiewe gebied by die voegvlak ingespuit word, waar hulle waarskynlik sal rekombineer.
(2) Liguitstraling: Die oorsprong van gestimuleerde uitstraling
In die aktiewe gebied rekombineer ingespuite elektrone en gate en stel fotone vry. Aanvanklik is hierdie proses spontane emissie, maar soos die fotondigtheid toeneem, kan fotone verdere elektron-gat rekombinasie stimuleer, wat addisionele fotone met dieselfde fase, rigting en energie vrystel – dit word gestimuleerde emissie genoem.
Hierdie proses vorm die grondslag van 'n laser (Ligversterking deur Gestimuleerde Emissie van Straling).
(3) Wins en resonante holtes vorm laseruitset
Om gestimuleerde emissie te versterk, sluit halfgeleierlasers resonante holtes aan beide kante van die PN-voegvlak in. In rand-emitterende lasers kan dit byvoorbeeld bereik word deur verspreide Bragg-reflektors (DBR's) of spieëlbedekkings te gebruik om lig heen en weer te reflekteer. Hierdie opstelling laat toe dat spesifieke golflengtes van lig versterk word, wat uiteindelik lei tot hoogs koherente en gerigte laseruitset.
3. PN-aansluitingstrukture en ontwerpoptimalisering
Afhangende van die tipe halfgeleierlaser, kan die PN-struktuur wissel:
Enkele Heterojunksie (SH):
Die P-streek, N-streek en aktiewe streek is van dieselfde materiaal gemaak. Die rekombinasiestreek is breed en minder doeltreffend.
Dubbele Heterojunksie (DH):
'n Nouer bandgaping-aktiewe laag word tussen die P- en N-streke ingeklem. Dit beperk beide draers en fotone, wat die doeltreffendheid aansienlik verbeter.
Kwantumputstruktuur:
Gebruik 'n ultra-dun aktiewe laag om kwantum-opsluitingseffekte te skep, wat drempelkenmerke en modulasiespoed verbeter.
Hierdie strukture is almal ontwerp om die doeltreffendheid van draerinspuiting, rekombinasie en liguitstraling in die PN-voeggebied te verbeter.
4. Gevolgtrekking
Die PN-voeg is werklik die "hart" van 'n halfgeleierlaser. Die vermoë daarvan om draers onder voorwaartse voorspanning te inspuit, is die fundamentele sneller vir lasergenerering. Van strukturele ontwerp en materiaalkeuse tot fotonbeheer, draai die werkverrigting van die hele lasertoestel om die optimalisering van die PN-voeg.
Namate opto-elektroniese tegnologieë voortgaan om te vorder, verbeter 'n dieper begrip van PN-voegfisika nie net laserprestasie nie, maar lê ook 'n stewige fondament vir die ontwikkeling van die volgende generasie hoëkrag-, hoëspoed- en laekoste-halfgeleierlasers.
Plasingstyd: 28 Mei 2025