Инжекционны лазеры

Роль оптического резонатора в инжекционных лазерах играют зеркальные сколы граней кристалла, перпендикулярных плоскостях р-п перехода. При протекании через р-п переход достаточно большого прямого тока возникает когерентное излучение.

Рис. 5.30. Инжекционный полупроводниковый лазер

Первые инжекционные лазеры были созданы на арсениде галлия. Типичный лазер на GaAs изготавливается в форме прямоугольного параллелепипеда с длинами сторон от долей миллиметра до одного миллиметра (рис. 5.30). В конструкции такого лазера имеются: 1 — полированные торцевые поверхности; 2 — р -область; 3 — п -область; 4 — электрические проводники; 5 — молибденовая пластина, покрытая слоем золота; 6 — область р-п перехода (заштрихована). Две боковые грани (торцы) служат зеркалами оптического резонатора лазера. Показатель преломления GaAs достаточно велик, и от полированных торцов, не имеющих дополнительного покрытия, отражается примерно 35% падающего излучения. Две другие торцевые грани, перпендикулярные плоскости р-п перехода, немного скошены. Это сделано для того, чтобы между этими гранями генерация излучения не возникала.

При низких температурах инжекционные лазеры на GaAs могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режиме, а при комнатной температуре — только в импульсном режиме. Процесс возникновения генерации в лазере зависит от плотности тока инжекции J. При подаче на р-п переход прямого напряжения с ростом J возрастает разность между электронным и дырочным квазиуровнями Ферми . Образующиеся при рекомбинации носителей фотоны имеют различную энергию и произвольное направление распространения. Среди фотонов есть и такие, которые распространяются в плоскости р-п перехода. Сталкиваясь с возбужденными электронами и отражаясь от зеркал резонатора, они вызывают вынужденное излучение (см. рис. 5.28). Количество таких фотонов увеличивается с ростом прямого напряжения и соответственно плотности тока через р-п переход. Когда J достигает некоторой пороговой плотности тока J_пор, выполняется условие инверсии населенностей. В результате количественные изменения процесса — роста вынужден­ного излучения — переходят в новое качество — режим ге­нерации излучения. При этом происходит резкое сужение спектральной характеристики излучения (рис. 5.31) и улучшается диаграмма направленности излучения (рис. 5.32). Излучение становится когерентным. В инжекционных лазерах J_пор = 10³..10⁴ А/см² (при Т=300 К).