Optoelektron texnologiyasının sürətli inkişafı ilə yarımkeçirici lazerlər rabitə, tibbi avadanlıq, lazer diapazonu, sənaye emalı və məişət elektronikası kimi sahələrdə geniş tətbiq tapdı. Bu texnologiyanın əsasında PN qovşağı yerləşir və bu, təkcə işıq emissiyasının mənbəyi kimi deyil, həm də cihazın işinin təməli kimi mühüm rol oynayır. Bu məqalə yarımkeçirici lazerlərdə PN qovşağının strukturu, prinsipləri və əsas funksiyaları haqqında aydın və qısa icmalı təqdim edir.
1. PN qovşağı nədir?
PN qovşağı P tipli yarımkeçirici ilə N tipli yarımkeçirici arasında yaranan interfeysdir:
P tipli yarımkeçiricilər bor (B) kimi qəbuledici çirklərlə aşqarlanır və delikləri əksər yük daşıyıcılarına çevirir.
N-tipli yarımkeçiricilər, fosfor (P) kimi donor çirkləri ilə qatqılanır və elektronları əksər daşıyıcılara çevirir.
P tipli və N tipli materiallar təmasda olduqda, N bölgəsindən elektronlar P bölgəsinə, P bölgəsindən dəliklər N bölgəsinə yayılır. Bu diffuziya elektronların və dəliklərin yenidən birləşdiyi bir tükənmə bölgəsi yaradır və daxili potensial maneə kimi tanınan daxili elektrik sahəsi yaradan yüklü ionları geridə qoyur.
2. Lazerlərdə PN qovşağının rolu
(1) Daşıyıcı inyeksiya
Lazer işləyərkən PN qovşağı irəli əyilir: P bölgəsi müsbət gərginliyə, N bölgəsi isə mənfi gərginliyə bağlıdır. Bu, daxili elektrik sahəsini ləğv edərək, elektronların və dəliklərin yenidən birləşmə ehtimalı olan qovşaqdakı aktiv bölgəyə yeridilməsinə imkan verir.
(2) İşıq Emissiyası: Stimullaşdırılmış Emissiyanın Mənşəyi
Aktiv bölgədə enjekte edilmiş elektronlar və dəliklər yenidən birləşir və fotonları buraxır. Başlanğıcda bu proses kortəbii emissiyadır, lakin foton sıxlığı artdıqca fotonlar elektron dəliklərin sonrakı rekombinasiyasını stimullaşdıra, eyni faza, istiqamət və enerji ilə əlavə fotonları buraxa bilər - bu, stimullaşdırılmış emissiyadır.
Bu proses lazerin əsasını təşkil edir (Stimulated Emissiya ilə İşıq Gücləndirilməsi).
(3) Qazanc və Rezonans Boşluqları Lazer Çıxışını təşkil edir
Stimullaşdırılmış emissiyanı gücləndirmək üçün yarımkeçirici lazerlərə PN qovşağının hər iki tərəfində rezonans boşluqları daxildir. Məsələn, kənar emissiya lazerlərində bu, paylanmış Bragg Reflektorları (DBR) və ya işığı irəli və geri əks etdirmək üçün güzgü örtüklərindən istifadə etməklə əldə edilə bilər. Bu quraşdırma işığın xüsusi dalğa uzunluqlarını gücləndirməyə imkan verir, nəticədə yüksək ardıcıl və istiqamətli lazer çıxışı ilə nəticələnir.
3. PN qovşağının strukturları və dizaynın optimallaşdırılması
Yarımkeçirici lazerin növündən asılı olaraq, PN strukturu dəyişə bilər:
Tək Heteroqovuşma (SH):
P bölgəsi, N bölgəsi və aktiv bölgə eyni materialdan hazırlanır. Rekombinasiya bölgəsi geniş və daha az səmərəlidir.
İkiqat heteroqovuşma (DH):
P- və N-bölgələri arasında daha dar bir bant aralığı aktiv təbəqəsi sıxılmışdır. Bu, həm daşıyıcıları, həm də fotonları məhdudlaşdırır, səmərəliliyi əhəmiyyətli dərəcədə artırır.
Kvant quyusunun strukturu:
Kvant məhdudlaşdırma effektləri yaratmaq, həddi xüsusiyyətlərini və modulyasiya sürətini yaxşılaşdırmaq üçün ultra nazik aktiv təbəqədən istifadə edir.
Bu strukturların hamısı PN qovşağı bölgəsində daşıyıcı inyeksiya, rekombinasiya və işıq emissiyasının səmərəliliyini artırmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.
4. Nəticə
PN qovşağı həqiqətən yarımkeçirici lazerin “ürəyi”dir. İrəli meyl altında daşıyıcıları yeritmək qabiliyyəti lazer istehsalı üçün əsas tetikleyicidir. Struktur dizayn və material seçimindən tutmuş foton nəzarətinə qədər bütün lazer cihazının performansı PN qovşağının optimallaşdırılması ətrafında fırlanır.
Optoelektron texnologiyaları irəliləməyə davam etdikcə, PN qovşağı fizikasının daha dərindən başa düşülməsi təkcə lazerin işini yaxşılaşdırmır, həm də yüksək güclü, yüksək sürətli və aşağı qiymətli yarımkeçirici lazerlərin növbəti nəslinin inkişafı üçün möhkəm zəmin yaradır.
Göndərmə vaxtı: 28 may 2025-ci il