Optoelektronika texnologiyasının sürətli inkişafı ilə yarımkeçirici lazerlər rabitə, tibbi avadanlıqlar, lazer diapazonu, sənaye emalı və istehlakçı elektronikası kimi sahələrdə geniş tətbiq tapmışdır. Bu texnologiyanın əsasını təkcə işıq emissiyası mənbəyi kimi deyil, həm də cihazın işləməsinin təməli kimi mühüm rol oynayan PN qovşağı təşkil edir. Bu məqalə yarımkeçirici lazerlərdə PN qovşağının quruluşu, prinsipləri və əsas funksiyaları haqqında aydın və qısa məlumat verir.
1. PN qovşağı nədir?
PN qovşağı, P tipli yarımkeçirici ilə N tipli yarımkeçirici arasında əmələ gələn interfeysdir:
P tipli yarımkeçirici bor (B) kimi akseptor çirkləri ilə aşqarlanır və bu da deşikləri əksər yük daşıyıcıları halına gətirir.
N-tipli yarımkeçirici fosfor (P) kimi donor çirkləri ilə aşqarlanır və bu da elektronları əsas daşıyıcı halına gətirir.
P tipli və N tipli materiallar təmasa girdikdə, N bölgəsindən elektronlar P bölgəsinə, P bölgəsindən dəliklər isə N bölgəsinə yayılır. Bu diffuziya, elektronların və dəliklərin yenidən birləşdiyi və daxili potensial maneə kimi tanınan daxili elektrik sahəsi yaradan yüklü ionlar buraxdığı bir tükənmə bölgəsi yaradır.
2. Lazerlərdə PN Qovşağının Rolü
(1) Daşıyıcı Enjeksiyon
Lazer işləyərkən, PN qovşağı irəliyə doğru yönəlir: P bölgəsi müsbət gərginliyə, N bölgəsi isə mənfi gərginliyə qoşulur. Bu, daxili elektrik sahəsini ləğv edir və elektronların və deşiklərin qovşaqdakı aktiv bölgəyə yeridilməsinə imkan verir və burada onların rekombinasiya ehtimalı yüksəkdir.
(2) İşıq Emissiyası: Stimullaşdırılmış Emissiyanın Mənşəyi
Aktiv bölgədə yeridilən elektronlar və dəliklər rekombinasiya edir və fotonları buraxır. Əvvəlcə bu proses spontan emissiyadır, lakin foton sıxlığı artdıqca fotonlar eyni faza, istiqamət və enerjiyə malik əlavə fotonları buraxaraq elektron-dəlik rekombinasiyasını daha da stimullaşdıra bilər - bu, stimullaşdırılmış emissiyadır.
Bu proses lazerin (Stimullaşdırılmış Radiasiya Emissiyası ilə İşığın Gücləndirilməsi) əsasını təşkil edir.
(3) Lazer çıxışı formasında qazanc və rezonans boşluqları
Stimullaşdırılmış emissiyanı gücləndirmək üçün yarımkeçirici lazerlər PN qovşağının hər iki tərəfində rezonans boşluqları ehtiva edir. Məsələn, kənar emissiya lazerlərində buna işığı irəli və geri əks etdirmək üçün Paylanmış Bragg Reflektorları (DBR) və ya güzgü örtükləri istifadə etməklə nail olmaq olar. Bu quraşdırma işığın müəyyən dalğa uzunluqlarının gücləndirilməsinə imkan verir və nəticədə yüksək dərəcədə koherent və istiqamətli lazer çıxışı ilə nəticələnir.
3. PN Qovşağı Strukturları və Dizayn Optimallaşdırması
Yarımkeçirici lazerin növündən asılı olaraq, PN strukturu dəyişə bilər:
Tək Heterokeçid (SH):
P-bölgəsi, N-bölgəsi və aktiv bölgə eyni materialdan hazırlanmışdır. Rekombinasiya bölgəsi genişdir və daha az səmərəlidir.
İkiqat Heterokeçid (DH):
P- və N-bölgələri arasında daha dar bir zolaq boşluğu olan aktiv təbəqə yerləşir. Bu, həm daşıyıcıları, həm də fotonları məhdudlaşdırır və səmərəliliyi əhəmiyyətli dərəcədə artırır.
Kvant Quyusu Quruluşu:
Kvant məhdudlaşdırma effektləri yaratmaq üçün ultra nazik aktiv təbəqədən istifadə edir, eşik xüsusiyyətlərini və modulyasiya sürətini yaxşılaşdırır.
Bu strukturların hamısı PN qovşağı bölgəsində daşıyıcı inyeksiyasının, rekombinasiyanın və işıq emissiyasının səmərəliliyini artırmaq üçün hazırlanmışdır.
4. Nəticə
PN qovşağı, həqiqətən də, yarımkeçirici lazerin "ürəyidir". Onun irəli əyilmə altında daşıyıcıları yeritmək qabiliyyəti lazer generasiyası üçün əsas tetikleyicidir. Struktur dizayndan və material seçimindən foton nəzarətinə qədər bütün lazer cihazının performansı PN qovşağının optimallaşdırılması ətrafında fırlanır.
Optoelektronika texnologiyaları inkişaf etməyə davam etdikcə, PN qovşağı fizikasının daha dərindən başa düşülməsi yalnız lazer performansını artırmaqla yanaşı, həm də yeni nəsil yüksək güclü, yüksək sürətli və ucuz yarımkeçirici lazerlərin inkişafı üçün möhkəm təməl qoyur.
Yayımlanma vaxtı: 28 may 2025