Laser Bán Dẫn Phun Dòng Tải Điện Qua Lớp Tiếp Xúc p-n

Laser Bán Dẫn Phun Dòng Tải Điện Qua Lớp Tiếp Xúc p n Laser Bán Dẫn Phun Dòng Tải Điện Qua Lớp Tiếp Xúc p n TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG Nội Dung 1) Giới thiệu 2) Nguyên lý h[.]

Laser Bán Dẫn Phun Dòng Tải Điện Qua Lớp Tiếp Xúc p-n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

Nội Dung

1) Giới thiệu

2) Nguyên lý hoạt động của laser bán dẫn loại

phun dòng tải điện qua lớp chuyển tiếp p-n 3) Độ đơn sắc

4) Hệ số khuếch đại

5) Độ định hướng

6) Đặc tính và nhược điểm của Laser bán dẫn

loại phun dòng tải điện qua lớp tiếp xúc p-n

Medical Diode Laser

Laser trên lớp tiếp xúc p-n

Giới thiệu

• Năm 1962 một nhóm nhà vật lý Liên xô do Basov N.G và Mỹ

do Hall lãnh đạo đã chế tạo thành công chiếc Laser bán dẫn đầu tiên trên thế giới Ðó là chiếc Laser bán dẫn từ GaAs

• Laser bán dẫn đầu tiên được chế tạo vào năm 1962 , dựa trên nguyên tắc phun dòng tải điện qua lớp tiếp xúp p-n ở trạng thái suy biến ( pha tạp mạnh)

• GaAs là tinh thể màu xám , dòn , nóng chảy với nhiệt độ 1510

K , chiết suất bằng 3.6 và có xác xuất tái hợp bức xạ rất lớn

• Phương pháp chế tạo lớp tiếp xúc p-n trong GaAs thường thì dùng GaAs loại n tức pha tạp chất donor là hợp kim như Te, Se ở nồng độ 1024 /m3 rồi cho tạp chất acceptor như Zn,

Cd khuếch tán vào để nhận một lớp mỏng bề mặt có tạp chất acceptor đến 1023 /m3

• Nguyên Lý Hoạt Động Của Laser Bán Dẫn loại phun dòng tải điện qua lớp p-n

Nguyên Lý Hoạt Động Của Laser Bán Dẫn loại

phun dòng tải điện qua lớp p-n

Nguyên Lý Hoạt Động Của Laser Bán Dẫn loại

phun dòng tải điện qua lớp p-n

Eg/h < f < (EFc – EFv)/h

Độ Đơn Sắc

Mỗi loại Laser phun có dòng điện ngưỡng riêng của nó Khi dòng nhỏ hơn dòng điện ngưỡng thì phổ bức xạ càng rộng Khi dòng lớn hơn dòng điện ngưỡng, cường độ bức xạ tăng đột biến, đồng thời vạch phổ thu hẹp lại

Dòng Ngưỡng

Gn : hệ số mất mát

Gn trong GaAs cỡ 2.10 3 /m

Chuyển tiếp dị thể

Thông qua giam hãm bức xạ và hạt tải , làm tăng công suất ánh sáng lối ra

và giảm đáng kể dòng điện qua thiết bị

Dòng điện ngưỡng cần thiết giảm khoảng 100 lần

Chuyển tiếp dị thể

là một giao diện giữa 2 bán dẫn tinh thể đơn chất

có năng lượng vùng cấm khác nhau ghép lại

Cấu trúc hình sọc

Nhằm tạo ra sự hãm quang học trong mặt phẳng nằm ngang

Dải sọc được tao ra bằng cách tạo ra những miển điện trở cao ở cả 2 bên nhờ các kỹ thuật như là bắn phá proton hoặc tạo ra lớp cách điện oxit

Laser giếng lượng tử

Chuyển động của hạt tải điện vuông góc với lớp hoạt chất trong thiết bị này được thu hẹp dẫn đến sự lượng tử hóa động năng thành các mức năng lượng rời rạc đối với các hạt tải chuyển động theo hướng này Hiệu ứng này tương tự bài toán cơ học lượng tử về giếng thế một chiểu đã biết và do đó những thiết bị này được gọi là laser giếng lượng tử Lớp hoạt chất kích thước nm

Laser đa giếng lượng tử MQW

Các lớp phân cách các miền hoạt chất được gọi là các lớp hàng rào

Dòng ngưỡng thấp hơn , độ rộng vạch hẹp hơn , tốc độ điều biến cao hơn , lệch tần thấp hơn , ít phụ

thuộc nhiệt độ hơn

Laser giếng lượng tử dựa trên Gallium Nitride 390nm đến 450nm Vùng hoạt chất phát laser bao gồm nhiều giếng lượng tử Đó là tập hợp một loạt các giếng lượng tử độ dày 3-4nm với cách hàng rào GaN đi kèm

Hệ số khuếch Đại

• Hệ số khuếch đại của Laser bán dẫn rất lớn , đặc biệt ở nhiệt độ thấp

• Lớn hơn Laser rắn và khí đến hàng nghìn lần

• Dễ dàng thỏa mãn điều kiện phát ngay cả

những mẫu bán dẫn rất bé

• Hệ số khuếch đại giảm khi nhiệt độ tăng

Độ Định Hướng

Sơ đồ định hướng của bức xạ laser phun dòng qua lớp tiếp xúc p-n

Tính chất định hướng của chùm laser chủ yếu do nhiễu xạ

Những tính chất đặt biệt của Laser bán dẫn p-n

loại phun

- Là loại Laser có kích thước nhỏ nhất trong các loại Laser, chiều dài của nó từ 0,2 - 0,5 mm, chiều ngang 0,1 - 0,2 mm, cao 0,1 - 0,2 mm Hai gương của hệ cộng hưởng chính là hai bề mặt tinh thể bán dẫn có độ phản xạ 30%

- Là loại Laser duy nhất có thể làm việc ở cả hai chế độ xung

và liên tục nên có ý nghĩa rất lớn trong thực tế

- Hệ số hữu ích của Laser loại này rất cao, theo lý thuyết có thể đạt đến 100%, trên thực tế 50-70%

Những tính chất đặt biệt của Laser bán dẫn p-n

loại phun

- Là loại Laser duy nhất có thể thay đổi công suất phát ra liên tục từ giá trị nhỏ nhất đến giá trị cực đại mà nó có thể đạt được

- Là loại Laser có thể tiến hành điều biến trong điều biến đa tần số

- Là loại Laser rất dễ dàng nối với sợi quang học và các

mạch điện tử

- Có giá thành thấp nhất trong các loại Laser.

Nhược điểm

- Tính kết hợp của chùm Laser yếu so với Laser rắn và Laser khí Chùm tia có độ mở tương đối rộng (30 0 – 40 0 ).

- Ðộ đơn sắc không cao như Laser rắn và khí.

The End