Инжекционного лазера в состоянии термодинамического равновесия
Схематическое представление полупроводниковой лазерной структуры и зонная диаграмма p - и n - областей полупроводника изображены на рис 2.
Активной частью лазерной структуры является электронно-дырочный переход. 
Для изготовления инжекционных лазеров используют арсенид галлия GaAs, а так же твёрдые растворы арсенид – фосфид галлия GaAs1-xPx (при х<0.4), арсенид индия InAs и другие полупроводниковые материалы. Наибольшее распространение получили инжекционные лазеры из арсенида галлия. В качестве исходной заготовки для таких лазеров служит монокристалл GaAs, по форме приближающийся к кубу или параллепипеду с ребрами длиной в несколько десятых долей миллиметра.
Материал, из которого приготовлен лазер, является вырожденным полупроводником. В вырожденных полупроводниках p – типа энергетический уровень Ферми находится в валентной зоне ниже уровня 
, а в вырожденных полупроводниках n – типа уровень Ферми находится в зоне проводимости выше уровня 
(см рис 2).
Мы видим, что инжекционный лазер представляет собой полупроводниковый диод с вырожденным p – n – переходом. Отсюда его второе название – лазерный диод.
Если лазер не подключен к источнику внешнего напряжения 
, то через p-n-переход не протекает электрический ток и отсутствует инжекция носителей заряда. Такие состояния характеризуются равновесием носителей заряда, при котором в p- области концентрация электронов проводимости 
значительно меньше концентрации дырок 
и меньше концентрации электронов в валентной зоне. Это состояние называется состоянием с нормальной заселённостью энергетических уровней. Согласно функции распределения Ферми – Дирака при нормальной заселенности уровней имеем неравенство:
, (2)
где 
– концентрация электронов вблизи дна зоны проводимости в p – области;
– концентрация электронов вблизи потолка валентной зоны в p – области.
Рис 2. Схема полупроводниковой лазерной структуры и её зонная диаграмма при отсутствии внешнего напряжения (U=0).
Обозначения на рис 2: 
– толщина p-n- перехода;
– элементарный заряд;
– контактная разность потенциалов;
– энергетический уровень Ферми;
– высота потенциального барьера между p - и n – областями;
– дно зоны проводимости в области p – типа;
– потолок валентной зоны в области p – типа;
– дно зоны проводимости в области n – типа;
– потолок валентной зоны в области n – типа;
– концентрация дырок в p – области;
– концентрация свободных электронов в p – области;
– концентрация свободных электронов в n – области;
– концентрация дырок в n – области.
Дата добавления: 2015-12-16; просмотров: 1450;