Оптоэлектроник технологийн хурдацтай хөгжлийн ачаар хагас дамжуулагч лазерууд нь харилцаа холбоо, эмнэлгийн тоног төхөөрөмж, лазерын хүрээ, үйлдвэрлэлийн боловсруулалт, хэрэглээний электроник зэрэг салбарт өргөн хэрэглэгддэг болсон. Энэхүү технологийн гол цөм нь PN уулзвар бөгөөд энэ нь зөвхөн гэрлийн ялгаруулалтын эх үүсвэр төдийгүй төхөөрөмжийн ажиллагааны үндэс суурь болдог чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэхүү нийтлэлд хагас дамжуулагч лазерын PN уулзварын бүтэц, зарчим, гол функцуудын талаар тодорхой бөгөөд товч тоймыг өгсөн болно.
1. PN уулзвар гэж юу вэ?
PN уулзвар нь P төрлийн хагас дамжуулагч ба N төрлийн хагас дамжуулагчийн хооронд үүссэн интерфэйс юм:
P хэлбэрийн хагас дамжуулагчийг бор (B) зэрэг акцептор хольцоор хольж, нүхийг дийлэнх цэнэг зөөгч болгодог.
N хэлбэрийн хагас дамжуулагчийг фосфор (P) зэрэг донор хольцоор хольж, электронуудыг дийлэнх тээвэрлэгч болгодог.
P хэлбэрийн болон N хэлбэрийн материалууд холбогдоход N бүсийн электронууд P бүс рүү, P бүсийн нүхнүүд N бүс рүү тархдаг. Энэхүү тархалт нь электронууд болон нүхнүүд дахин нэгдэж, цэнэгтэй ионуудыг үлдээж, дотоод цахилгаан орон үүсгэдэг бөгөөд үүнийг дотор нь суурилуулсан потенциал саад гэж нэрлэдэг.
2. Лазер дахь PN уулзварын үүрэг
(1) Тээвэрлэгчийн тарилга
Лазер ажиллах үед PN уулзвар урагш чиглэсэн байдаг: P-бүс нь эерэг хүчдэлтэй, N-бүс нь сөрөг хүчдэлтэй холбогдсон байдаг. Энэ нь дотоод цахилгаан оронг цуцалж, электрон болон нүхийг уулзвар дээрх идэвхтэй бүсэд шахаж, тэдгээр нь дахин нэгдэх магадлалтай болгодог.
(2) Гэрлийн ялгарал: Өдөөгдсөн ялгарлын үүсэл
Идэвхтэй бүсэд тарьсан электрон ба нүхнүүд рекомбинаци хийж, фотонуудыг ялгаруулдаг. Эхэндээ энэ процесс нь аяндаа ялгарах боловч фотоны нягтрал нэмэгдэхийн хэрээр фотонууд электрон-нүхний рекомбинацийг цаашид өдөөж, ижил фаз, чиглэл, энергитэй нэмэлт фотонуудыг ялгаруулдаг - энэ нь өдөөгдсөн ялгаруулалт юм.
Энэ процесс нь лазер (цацрагийн өдөөгдсөн ялгаралтаар гэрлийн олшруулалт)-ийн үндэс суурийг бүрдүүлдэг.
(3) Лазер гаралтын хэлбэрийн олшруулалт ба резонансын хөндий
Өдөөгдсөн ялгаралтыг нэмэгдүүлэхийн тулд хагас дамжуулагч лазерууд нь PN уулзварын хоёр талд резонансын хөндийг агуулдаг. Жишээлбэл, ирмэг ялгаруулдаг лазеруудад үүнийг гэрлийг урагш хойш тусгахын тулд тархсан Брэгг тусгал (DBR) эсвэл толин тусгал бүрхүүл ашиглан хийж болно. Энэхүү тохиргоо нь гэрлийн тодорхой долгионы уртыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд эцэст нь өндөр когерент ба чиглэлтэй лазерын гаралтыг бий болгодог.
3. PN уулзварын бүтэц ба дизайны оновчлол
Хагас дамжуулагч лазерын төрлөөс хамааран PN бүтэц нь өөр өөр байж болно.
Дан гетеро уулзвар (SH):
P-бүс, N-бүс болон идэвхтэй бүс нь ижил материалаар хийгдсэн. Рекомбинацийн бүс нь өргөн бөгөөд үр ашиг багатай.
Давхар гетеро уулзвар (DH):
P ба N бүсүүдийн хооронд илүү нарийхан зурвасын завсартай идэвхтэй давхарга байрладаг. Энэ нь тээвэрлэгч болон фотонуудыг хоёуланг нь хязгаарлаж, үр ашгийг мэдэгдэхүйц сайжруулдаг.
Квант худгийн бүтэц:
Квант хязгаарлалтын эффект үүсгэхийн тулд хэт нимгэн идэвхтэй давхаргыг ашигладаг бөгөөд босго шинж чанар болон модуляцийн хурдыг сайжруулдаг.
Эдгээр бүтэц нь бүгд PN уулзварын бүсэд зөөгч тарилга, рекомбинаци болон гэрлийн ялгаруулалтын үр ашгийг нэмэгдүүлэх зорилготой юм.
4. Дүгнэлт
PN уулзвар нь үнэхээр хагас дамжуулагч лазерын "зүрх" юм. Урд талын хазайлтын дор зөөгчийг шахах чадвар нь лазер үүсгэх үндсэн өдөөгч юм. Бүтцийн зураг төсөл, материалын сонголтоос эхлээд фотоны хяналт хүртэл лазер төхөөрөмжийн бүхэл бүтэн гүйцэтгэл нь PN уулзварыг оновчтой болгохтой холбоотой байдаг.
Оптоэлектроник технологиуд хөгжихийн хэрээр PN уулзварын физикийн талаарх гүнзгий ойлголт нь лазерын гүйцэтгэлийг сайжруулаад зогсохгүй дараагийн үеийн өндөр хүчин чадалтай, өндөр хурдтай, хямд өртөгтэй хагас дамжуулагч лазеруудыг хөгжүүлэх бат бөх суурийг тавьж байна.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 5-р сарын 28