Urganch davlat universiteti fizika-matematika fakulteti fizika kafedrasi

1-rasm. P-n o’tishda hajmiy zaryadlar sohasi
Zaryad tashuvchilar bilan kompensatsiyalanmagan bunday harakatchan bo‘lmagan hajmiy zaryadlar sohasi bevosita n-yarimo‘tkazgichdan p-yarimo‘tkazgichga o‘tish sohasida joylashgan bo‘ladi. Bu sohaning kengligi p- va n- yarimo‘tkazgichlardagi zaryad tashuvchilar konsentratsiyasiga, temperaturasiga, tashqi kuchlanishga va tokning yo‘nalishiga bog‘liq bo‘ladi. Biz endi p-n o‘tishdagi kontakt potensiallar ayirmasi va hajmiy zaryadlar sohasi kengligini hisoblab chiqaylik. Elektronli yarimo‘tkazgichdagi asosiy zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi Fermi energetik sathi bilan quyidagicha bog‘lanishini ko‘rib chiqamiz:
(1.1)
Teshikli yarimo’tkazgichda esa:
(2.1)
Muvozanat vaqtida hosil bo’lgan kontakt potensiallar ayirmasi:
(3.1)

1. 
   va (3.1) dan va ekanligini hisobga olsak:
   

(4.1)
Bundan kontakt potensiallar ayirmasi uchun quyidagi ifodani olamiz:
(5.1)
Bu ifodadan ko‘rinadiki p-n o‘tishdagi kontakt potensiallar ayirmasi elektronli
yarimo‘tkazgich qismidagi va teshikli yarimo‘tkazgich qismidagi asosiy zaryad
tashuvchilarning konsentratsiyasiga bog‘liq bo‘lar ekan.

2-rasm. Muvozanatli assimetrik p-n o’tish
Yarimo’tkazgichli lazerlar xarakteristikasi va parametrlari
Yarimo`tkazgichli lazer, qattiq jismli lazerlarning o`ziga xos turiga kiradi. Bu turdagi lazerlarda invers bandlik hosil qilishini va kogerent nurlanish olishni
energetik sathlar hamda energetik sohalar asosida tushuntirish mumkin. Kvant
fizikasi asoslariga ko`ra, qattiq jism tashkil etgan atomlaridagi elektronlar ulardagi
yadrolar bilan elektr kuchlari orqali bog‘langan bo`lib, bog‘lanish energiyasi diskret
qiymatlarni qabul qiladi. Yadroga eng yaqin turgan elektron eng kichik diskret
energiyaga ega bo`lib, uni eng qiyin energetik sathda joylashgan deb qarash
mumkin. Bu yadrodan uzoqlashgan elektronning energiyasi yadroga eng yaqin
turgan (ya‘ni eng quyi energetik sathda joylashgan) elektronning energiyasidan katta
bo`lib, u biror yuqori energetik sathda joylashgan deb qabul qilish mumkin.
Elektronlar joylashgan sathlar juda ko`p bo`ladi va qattiq jismning sohalar nazariyasiga asosan energetik sathlar to`plami energetik sohalarni tashkil qiladi. Atomdagi har bir elektronning holati to`rrta kvant soni bilan xarakterlanadi.
Bosh kvant soni n (n=1,2,3,4,…)
Azimutal kvant soni l (l=0,1,2,3,4,…)
Magnit kvant soni m (m=-l(-l+1),….0,1,2,….,+l)
Spin kvant soni m (m=1/2, m=-1/2)
Qattiq jism atomning elektron qobig‘dagi elektronlar yadro bilan bog‘liqligi
uchun ularni valent elektronlar deyiladi va ular joylashgan energetik sathlar
to`plamiga o`tkazuvchanlik sohasi deb qaraladi. Valent sohaning eng yuqorisida
joylashgan elektronlarning yadro bilan bog‘lanish energiyasiga teng energetik
oraliqni taqiqlagan soha deb qarash qabul qilingan. Bu soha valent soha bilan
o`tkazuvchanlik sohalari oralig‘ida joylashgan va taqiqlangan sohaning energetik bo`yicha kengligi o`tkazuvchanlik sohasining quyi chegarasi energiyasidan valent sohasining eng yuqori chegarasi energiyasi ayrimasiga teng. Faqat taqiqlangan sohani kengligi dielektriklarnikiga nisbatan kamroq bo`lib, qiymati bir elektron volt atrofida bo`ladi. Yarimo`tkazgichli kristallar asosida tuzilgan qattiq jismli lazerlar yarimo`tkazgichli lazerlar deyiladi. Bu lazerlarda ruhsat etilgan energetik sohalardagi nurlanishli kvant o`tishlardan foydalaniladi. Yarimo`tkazgichli faol muhitda katta optik kuchaytirish ko`rsatkichiga ( ) erishish mumkin. Bu lazerlarda rezonator uzunligi 50 mkm-1mm oralig’ida bo`ladi. Yarimo`tkazgichli lazerlar nihoyatda kichikligi bilan birga inertsizligi ( ), FIK yuqoriligi (30 %), spektral tarkibini sozlab o`zgartirish mumkinligi, faol muhit sifatida ishlatiluvchi moddalar ko`pligi, nurlanish to`lqin uzunligi l=0.3-30 mkm bo`lishi bilan birga boshqa lazerlardan ajralib turadilar. Yarimo`tkazgichli lazerlarda faol zarrachalar erkin elektronlar va kovaklar bo`lib, ular faol muhitda injeksiyalanishi, diffuziyalanishi va dreyflanishi mumkin bo`lgan erkin zaryad tashuvchilar hisoblanadilar. Yarimo`tkazgichli lazerlarda asosiy damlash usuli n-p o`tish yoki geteroo`tish orqali injeksiya bo`lib, elektr energiyasini to`g’ridan-to`g’ri aniq kogerent nurlanish energiyasiga aylantiradi. Bu injeksion lazer deyiladi. Damlashning elektr teshib o`tish usuli (strimer lazer), elektron bilan bombardimon qilish usuli (elektron damlashli YAL), optik damlash usullari mavjud. N.G. Basov va uning xodimlari xavola etilgan optik damlashli yarimo`tkazgichli lazerlar n - p o`tishda GaAs kristallida birinchi marta R. Xoll, M.I. Neyten (AQSH) tomonidan, elektron damlashli yarimo`tkazgichli lazerlar esa Basov va uning xodimlari tomonidan yaratildi. Ideal yarim o`tkazgichda absolyot nol temperaturadan yuqori temperaturada tokni (yoki o`tkazuvchanlikni) hosil bo`lishida o`tkazuvchanlik sohasida elektronlarni hosil bo`lishida issiqlik harakati asosiy rol o`ynaydi yoki musbat absolyut temperaturada sohalar orasida issiqlik muvozanati hosil bo`lishi hisobiga o`tkazuvchanlik sohasida elektronlar hosil bo`ladi. Issiqlik muvozanati holatida bo`lgan yarim o`tkazgichlar lazer uchun yaroqsiz hisoblanadi. Lazerlarda qo’llanilishi uchun yarim o`tkazgichdagi zaryad tashuvchilar nomuvozanat holatida bo`lishi kerak. Yarim o`tkazgichlarni bu holatga har xil yo`llar bilan o`tkazish mumkin. Lazerlarda foydalaniladigan yarim o`tkazgichlarda bu maqsadda ikki xil usuldan foydalaniladi:
1 ) yarim o`tkazgichlar katta chastotadagi tashqi nurlanish bilan yoritiladi (optik uyg’otish usuli) optik damlash yordamida ya’ni quvvatli kogerent yoki nokogerent nurlada yarim o`tkazgichli atomlarni yorug’lik kvantlari bilan;