Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
1) компактность, обусловленная большим коэффициентом усиления (IO4 см-1);
2) большой КПД (до 40%);
3) широкий диапазон длин волн генерации (0,3— 30 мкм) и возможность плавной перестройки длины волны генерации, обусловленная зависимостью ширины запрещенной зоны полупроводника от температуры, давления, магнитного поля и т. п.;
4) малая инерционность, позволяющая модулировать излучение изменением накачки с частотой до 10 ГГц.
Инверсия иаселенностей для перехода с энергией tioj возникает при условии AF=Fc—Fv> йю > E1,, где Fc и Fv — квазиуровни Ферми для электронов и дырок соответственно; Eg — ширина запрещенной зоны На практике часто энергия фотона меньше номинального значения ширины запрещенной зоны, что связано с появлением при сильном легировании примесных зон на краю запрещенной зоны.
Для создания инверсии в полупроводниках используют четыре типа возбуждения: инжекцию носителей заряда, электронную накачку, ударную ионизацию (лавинный пробой) и оптическую накачку. Наибольшую эффективность имеют два первых типа накачки, которые и получили самое широкое распространение.
В качестве резонаторов полупроводниковых лазеров обычно используют плоские резонаторы, образуемые параллельными гранями кристалла. Для получения более эффективной спектральной селекции применяются внешние резонаторы с соответствующими селектирующими элементами, а также резонаторы с распределенной обратной связью (РОС). В РОС-лазерах периодические возмущения, определяющие спектральную селекцию, вносятся по всей длине активной среды. Коэффициент отражения, обеспечиваемый периодической структурой, оказывается достаточным для возникновения генерации без дополнительных зеркал. Периодическое возмущение, внесенное лишь на конце активного слоя, воспроизводит эффект зеркала и носит название распределенного брэг-говского рефлектора.
Литература обзорного характера и монографии, включающие описание свойств полупроводниковых ла зеров, указаны в [54—59]
Материалы для полупроводниковых лазеров. В качестве активных сред полупроводниковых лазеров используются в подавляющем большинстве случаев бинарные полупроводниковые соединения или многокомпонентные твердые растворы на их основе, так как элементарные полупроводники не являются прямозониыми. В табл. 34.6 представлены полупроводниковые материалы, используемые в качестве рабочего вещества лазеров, и указан способ накачки.
Твердыми растворами называют вещества, имеющие одинаковый тип кристаллической решетки и способные
Таблица 34.6. Материалы полупроводниковых лазеров [54]
Тип соединения Рабочее вешество Длина волны, MKM Вид накачки*»
A8B* GaN 0,36 О
GaAs 0,83-0,92 ИОЭП
InP 0,89—0,91 ИОП
GaSb 1,5—1,6 иоэ
InAs 3,0—3,2 иоэ
InSb 4,8—5,3 иоэ
(Ga, In) P*1 0,56— ио
0,9 [56]
(Al, Ga) As*i 0,63— иэ
0,9 [56]
Ga (As, P)*1 0,63— иэ
0,9 [56]
(Al, Ga) (PAs) 0,63— иэ
0,9 [56]
(In, Ga) As*1 0,9— ио
3,4 [56]
In (P,As) 0,9—3,2 и
Ga (As, Sb) 0,95—1,6 и
In (As, Sb) 1,0—5,3 и
(Al, Ga) Sb 1,2— э
1,8 [56]
(In, Ga) (Р, As) 0,62—3,2 и
(Al, Ga) (As, Sb) 0,62—1,6 и
A2B6 ZnO 0,37 оэ
Zn 0,33 оэ
ZnSe 0,46 э
ZnTe 0,53 э
CdS 0.49 ИЭП
CdSe 0,69 иэ
CdFe 0,79 э
(Zn, Cd)S 0,33-0,49 и
C(S, Se) 0,59—0,69 иэ
(Cd, Hg) Те 3,8—4,1 и
A4B6 PbS 4,3 иэ
PbSe 8,5 иэ
iPbTe 6,5 иэ
P(S, Se) 4,7—5,5 иоэ
(Pb, Sn) Se 8,5—32 иэ
(Pb, Sn) Те 6,5—32 иэ
(Pb. Ge) Те 4,4—6,5 и
(A41A2)B6 (Pb, Cd) S 3,5 и
A6 Те 3,7 э
A8B6 GaSe 0,59—0,60 оэ
InSe 0,97 э
Aj B0 In2Se 1,6 э
4 bI C3P2 2,1 о
A2B4 С| CdSnP2 1,1 э
CdSiAs2 0,77 э
" Лазеры производятся промышленностью. »»2 Здесь И — инжекцня, Э — электронный пучок. О —оптическая накачка, П — пробой.
946 Рис. 34.12. Зависимость ширины запрещенной зоны от периода решетки в полупроводниковых соединениях типа A3B5 и твердых растворах на их основе [60]
образовывать непрерывный ряд растворов с переменной концентрацией компонентов, что позволяет изменять ширину запрещенной зоны полупроводника (рис. 34.12)
В гетеролазерах требуется, чтобы контактирующие материалы обладали одинаковым типом и периодом решетки. Единственным тройным твердым раствором, в котором изменение ширины запрещенной зоны практически не сопровождается изменением периода решетки, является AlxGai-JtAs (рис. 34.12), что и обусловило широкое применение этого соединения в гетеропереходах AlxGai-*-GaAs. Для четверных соединений можно добиться совпадения периода решетки с периодом бинарного соединения с помощью изопериодическо-го замещения двух атомов. Так, в четверном растворе Gajthii-xPi-jjAsj, можно подобрать хну так, чтобы влияние Ga и As на период взаимно компенсировалось и период решетки совпадал с периодом бинарного соединения InP. Смешение в твердом растворе соединений, обладающих зонами разных типов, позволяет производить переход от прямозонного проводника к непря-мозонному изменением концентрации компонентов. Примером таких соединений служат GaPtAsi-*; Irii-JtGaiP; AUGai-JtAs. В твердом растворе Pbi-JfSnjtSe при х=0,15 (Г= 12 К) ширина запрещенной зоны проходит через нуль, что позволяет создать длинноволновые лазеры (длина волны генерации Х=32 мкм).
