Лазеры на двойных гетероструктурах

GaAs – узкозонный полупроводник, AlGaAs – широкозонный. При прямом смещении в активный слой (GaAs) инжектируются электроны из n -AlGaAs и дырки из p -AlGaAs (двойная инжекция). Электроны и дырки не могут покинуть активный слой, так как он ограничен потенциальными барьерами, и все процессы рекомбинации идут в активном слое. Штриховкой показаны энергетические области, занятые инжектированными зарядами. При рекомбинации испускается квант э/м волны h ν = D E_g.

Показатель преломления у GaAs больше, чем у AlGaAs. Поэтому свет идет по активному слою как по волноводу, за счет эффекта полного внутреннего отражения значительной части индуцированных фотонов. Волноводный эффект обеспечивает направленность лазерного луча.

Если активный слой является квантовой ямой, то инжектированные электроны и дырки располагаются на размерных энергетических уровнях. Рекомбинационные переходы дают излучение

h ν = D E_g +D E_C1 +D E_V1.

Преимущества лазеров на квантовых ямах:

• возможность перестройки частоты излучения изменением толщины активного слоя d (с уменьшением d увеличиваются расстояния от краев зон до первых размерных уровней, увеличивается и частота излучения);
• снижение порогового тока (тока, при котором начинается лазерная генерация);
• более слабая температурная зависимость порогового тока;
• большее дифференциальное усиление.

В лазерах на квантовых точках пороговый ток уменьшается еще значительнее и становится температурно независимым.

Кристаллическая решетка натрия является кубической с параметром a ≈ 0.43 нм. r – межатомное расстояние. При r=a состояния 3s и 3p расщепляются и образуют энергетические зоны. Электрон может иметь энергии, соответствующие этим зонам. Такие зоны называются разрешенными. Разрешенная зона, в которой находятся валентные электроны, называется валентной. Следующая, более высоко расположенная по шкале энергий, разрешенная зона обычно называется зоной проводимости. Выше зоны проводимости располагаются остальные разрешенные зоны.

Основные электрические и оптические свойства кристаллов определяются особенностями валентной зоны и зоны проводимости, а также энергетическим промежутком D E_g между этими зонами – запрещенной зоной. Если запрещенная зона отсутствует (D E_g = 0), то вещество относится к металлам (проводникам). К металлам относятся и такие вещества, для которых D E_g > 0, но не все квантовые состояния валентной зоны заняты электронами. У непроводников (диэлектриков и полупроводников) D E_g > 0, квантовые состояния валентной зоны при Т = 0 полностью заняты электронами, а зона проводимости их не содержит.

Если 0 < D E_g < 3 эВ, то вещество относится к полупроводникам. Для диэлектриков D E_g > 3 эВ. Это условное разделение.

Валентная зона для кристалла натрия не полностью занята электронами. Самый верхний энергетический уровень (E_F), который в металлах (при Т = 0) занят электроном, называется уровнем Ферми. Если привести в соприкосновение два кристалла с различными уровнями Ферми, то электроны будут «перетекать» из одного кристалла в другой до тех пор, пока не выровняются уровни Ферми.

Новые аллотропные модификации углерода: