Ii-bob. Yarimo’tkazgichli injeksion lazerlar, ularning turlari, xususiyatlari

II-BOB. YARIMO’TKAZGICHLI INJEKSION LAZERLAR, ULARNING TURLARI, XUSUSIYATLARI


2.1.Yarimo‘tkаzgichli lаzеrlаr

Yarimo‘tkazgichli lazer, qattiq jismli lazerlarning o‘ziga xos turiga kiradi. Bu turdagi lazeriarda invers bandlik hosil qilishni va kogerent nurlanish olishni energetik sathlar hamda energetik sohalar asosida tushuntirish mumkin. Qattiq jismlarda elektronlar energetik holatlar bo‘ylab taqsimlangan bo‘lib, energetik sohalarni hosil qiladi. Energetik sohalarni bir–biridan ajratgan oraliq masofa mavjud. Elektronlar joylashgan sohalar oralig‘ida energetik sathlar bo'lmaydi. Elektronlarga to‘lgan va energiya taqsimotiga ko‘ra eng yuqoridagi energetik holatlar to‘plamiga valent soha deyiladi. Elektronlar qisman o‘rin olgan yoki butunlay o‘rin olmagan holatlarga o'tkazmchanlik sohasi deyiladi. 2.1–rasmda dielektriklarning, metallarning va yarimo‘tkazgichlarning energetik sohalarini diagrammasi keltirilgan. Valent soha bilan o‘tkazuvchanlik sohasi oralig‘ida taqiqlangan, ruxsat etilmagan soha joylashgan.

2.1–rasm. Dielektrik, уarimo‘tkazgich va metalining energetik sathlari: -Fermi sathi, – valent soha bilan o’tkazuvchanlik sohasi orasidagi energiya.

Ruxsat etilmagan sohaning kengligiga ko‘ra moddalar izolatorlarga, o‘tkazgichlarga va yarimo'tkazgichlarga bo’linadi. Izolatorlarda ruxsat etilmagan soha juda keng bo'ladi. Metallarda valent soha bilan o‘tkazuvchanlik soha bir– biriga o‘tib, qo‘shilib ketgan va qat’iy chegaraga ega emas. Ruxsat etilmagan sohaning o‘rtaslda Fermi sathi joylashgan. Agar ruxsat etilmagan sohaning kengligi kichik bo‘lsa, elektronlar issiqlik harakati tufayli valent sohadan o'tkazuvchanlik sohasiga oshih o‘tishi mumkin. Bu xil moddalar yarimo’tkazgichlardir. Elektronlar valent sohasidan o'tkazuvchanlik sohasiga issiqlik energiyasi tufayli o‘tsa valent sohasida elektron o'rniga kovak hosil bo‘ladi. Kovak ham energetik sathga va zaryadga (ishora jihatdan zaryad musbat) egadir. Elektron qanday xususiyatga ega bo‘lsa, kovak ham o'shanday xususiyatga egadir. Ular bir–biridan faqat ishorasi jihatdan farq qiladi xolos. Agar yarimo'tkazgichlarning tarkibiga metallarni diffuziya yo‘li bilan kiritilsa, u holda legirlangan yarimo'tkazgichlar hosil bo‘ladi. Bu xil yarimo‘tkazgichlarda elektronning va kovaklarning soni o‘zgaradi. Agar yarimo‘tkazgichning tarkibiga besh atomli metall atomlari kiritilsa, masalan, kremniy tarkibiga fosfor kiritilsa, bunday legirlangan yarimo‘tkazgichga –tipli yarimo'tkazgich deb, yarimo‘tkazgich kristali panjarasiga kiritilgan metall atomini esa donor deb ataladi. Agar yarimo'tkazgich tarkibiga diffuziya yo‘li bilan uch valentli indiy kiritilsa, moddada Si kremniyda kovalent bog‘lanishida uchta elektron ishtirok etib, bitta elektronining o‘mi bo‘sh qoladi, o ‘sha bo‘sh qolgan joy kovak va musbat zaryadli bo’ladi. Bunday yarimo‘tkazgichlarga tipli yarimo ‘tkazgichlar deyiladi. Diffuziya yo'li bilan yarimo‘tkazgichning kristall panjarasiga kiritilgan metall atomini akseptor deb ataladi.
Yarimo‘tkazgichli kristallardan tayyorlanadigan diodlar, tranzistorlar xuddi shu usulda yasaladi. Bu jihatdan qaraganda eng oddiy yarimo'tkazgich lazeri p va n tipli yarimo'tkazgichlardan yasalgan dioddir.
Yarimo‘tkazgichli lazerlar uchun p-n o'tish sohasida elektron va kovaklar bir vaqtda ishtirok etishi katta ahamiyatga ega. Bu shart kuchli legirlangan yarimo'tkazgich donor va akseptorni hosil qiladigan elementlarni yarimo‘tkazgichning kristall panjarasiga kiritib konsentratsiyasini bir santimetr kub hajmda 10¹⁷-10¹⁸ ta atomga yetkazishda bajariladi, Kuchli legirlangan yarimo‘tkazgichlarda Fermi sathi o‘tkazuvchanlik zonasining ichida joylashadi. n–tipdagi yarimo‘tkazgichda donor sathi elektronga to'ladi va qisman o'tkazuvchanlik zonasiga ham o‘tadi. p – tipli yarimo‘tazgichda esa akseptor sathi to'lmaydi va tirqish valent zonasida paydo bo'ladi. Fermi sathi esa valent zonasida joylashadi.
Shu ikki xil kuchli legirlangan yarimo‘tkazgichlar tutashtirib qo‘shilsa, energetik sathlar siljiydi va Fermi sathi ikkala tip uchun bir xil qiymatga ega bo‘ladi. 2.2(a)–rasmda kuchli legirlangan p-n tipli yarimo’kazgichning energetik sxemasi keltirilgan. Agar elektr manbaning musbat qutbini p– tipiga va manfiy qutbi n–tipga ulansa, elektronlar musbat elektrodga, kovaklar esa manfiy elektrodga qarab yo‘naladi. Ana shu ikki xil zaryadli zarrachalar ikki tipli yarimo‘tkazgiching qo‘shilgan chegarasida, ya’ni p-n o‘tish chegarasida uchrashadi. Elektronlar kovaklar bilan uchrashib, rekombinatsiyalashadi va kvant nurlanishini hosil qiladi. Kvant nurlanishining energiyasi ga teng. Elektr maydoni ta’sirida energetik sohalarning siljishi kuzatiladi. Mazkur siljish 2.2(b) - rasmda sxematik keltirilgan. Siljish qiymati elektr maydon potensiali bilan bog‘langan:
(1)