Лазеры иа полупроводниках

Материалы для полупроводниковых лазеров. В качестве активных сред полупроводниковых лазеров используются в подавляющем большинстве случаев бинарные полупроводниковые соединения или многокомпонентные твердые растворы на их основе, так как элементарные полупроводники не являются прямозонными. В табл. 34.6 представлены полупроводниковые материалы, используемые в качестве рабочего вещества лазеров, и указан способ накачки. [c.946]

В качестве активных сред в лазерах применяются газы (в атомарном, ионном и молекулярном состояниях), твердые тела, жидкости и полупроводники В соответствии с этим различают газовые, ионные, молекулярные, твердотельные, жидкостные и полупроводниковые лазеры. [c.341]

Вследствие малых размеров резонатора и неоднородности р—/г-перехода угловая расходимость излучения полупроводникового лазера значительно больше, чем твердотельных и газовых лазеров, и достигает в горизонтальной плоскости 1—2°, а в вертикальной еще больше — 5—10°. Коэффициент полезного действия полупроводникового лазера на основе арсенида галлия 1—4%. Длина волны излучения полупроводниковых лазеров меняется в широких пределах в зависимости от состава полупроводника, перекрывая всю видимую часть спектра. Так, лазеры, в которых рабочим телом является сульфид цинка (ZnS), излучают в ультрафиолетовой части спектра (Я, = 0,33 мкм), селенид [ d (S + Se) ] — имеют зеленый цвет излучения X = 0,5-н0,69 мкм), арсенид— фосфид галлия [Qa(As + Р)] — красный (Я. = 0,75-нО,9 мкм) и т. д. [c.62]

Наибольшую эффективность имеют два первых типа накачки, которые и имеют наибольшее распространение. Существующие лазеры на полупроводниках, длины волн генерации и используемые виды возбуждения перечислены в табл. 33.13. [c.755]

Полупроводниковые лазеры занимают особое место в ряду твердотельных или кристаллических лазеров. Применение полупроводников в качестве рабочих материалов для лазеров привлекло к себе внимание в первую очередь возможностью осуществления непосредственного преобразования энергии электрического тока в энергию когерентного излучения. Полупроводники обладают рядом характерных свойств, среди которых от люминесцентных кристаллов их отличает электропроводность, а от газовых систем — весьма широкие линии излучения и возможность создания высокой концентрации активных частиц. Эти свойства полупроводников дают полупроводниковым лазерам ряд особенностей, главной из которых является высокий к. п. д. полупроводникового лазера, который может быть близок к 100%. [c.439]

Мы уже касались финальной, тепловой стадии этой цепочки в 2.6 применительно к металлам и частично полупроводникам. Практически исчерпывающую информацию об этой стадии дают эксперименты с непрерывными лазерами и с лазерами, генерирующими относительно длинные импульсы (в интервале 10" - 10 с). [c.141]

Рис. 1. Полупроводники, используемые в полупроводниковых лазерах, и спектральны диапазоны их излучения.

К третьему типу лазеров, которые разрабатываются и применяются в настоящее время, относится полупроводниковый, или инжекционный, лазер. Он похож на рубиновый и газовый лазеры и отличается от них лишь тем, что в качестве рабочего вещества (вещества, излучающего свет) в них используется крошечный кусочек полупроводника. Полупроводник — это вещество, которое не является ни хорошим проводником, ни хорошим изолятором. Конструктивно полупроводниковый лазер прост, К противоположным поверхностям полупроводника припаиваются два электрода. Когда такой полупроводник подсоединяется к мощному источнику тока, то через полупроводник течет прямой ток. Этот ток возбуждает атомы полупроводника. И когда атомы из возбужденных состояний переходят в основное состояние, то такой переход сопровождается ис- [c.57]

Полупроводниковый лазер генерирует когерентное излучение в результате процессов, происходящих в р-и-переходе на полупроводниковом материале. На рис. 3.8 показана схема полупроводникового лазера на арсениде галлия. Кристалл имеет размеры около 0,5...1,0 мм . Верхняя его часть 2 представляет собой полупроводник р-типа, нижняя / — п-типа, между ними имеется р-п-переход 4 толщиной около 0,1 мкм. [c.123]

В полупроводниковых лазерах наиболее распространенным методом создания инверсной населенности является инжекция неравновесных носителей заряда через р-/г-переход. Электронно-дырочный переход (р-п) — это переходная область, с одной стороны которой полупроводник имеет дырочную (р) проводимость, а с другой — электронную п). Необходимо отметить, что речь идет об одном образце, а не о контакте между двумя образцами р- и rt-типа. [c.317]

В настоящее время существует много различных материалов, которые используются в качестве активных сред в лазерной технике диэлектрические кристаллы, активированные стекла, газы, растворы и пары красителей, полупроводники и др. В зависимости от вида активной среды различают следующие основные типы лазеров твердотельные, газовые, жидкостные и полупроводниковые. Коротко охарактеризуем их. [c.285]

Отличительной чертой всех полупроводниковых лазерных материалов, в том числе и арсенида галлия, является очень высокий по сравнению с другими лазерными материалами (кристаллы, стекла, жидкости, газы) коэффициент усиления электромагнитного излучения. Благодаря этому удается выполнить условие генерации для миниатюрных полупроводниковых образцов. Типичный лазер на арсениде галлия показан на рис. 35.24, а. Для получения генерации две противоположные поверхности полупроводника полируют и делают плоскопараллельными, а две другие оставляют грубо обработанными, чтобы предотвратить генерацию в нежелательных направлениях. Обычно обе отражающие поверхности не имеют отражающих покрытий, так как показатель преломления полупроводника достаточно большой и от полированных торцов отражается примерно 35 % падающего излучения. Активная область представляет собой слой толщиной около 1 мкм, т. е. немного больше запирающего слоя (примерно 0,2 мкм). В свою очередь поперечные размеры лазерного пучка гораздо больше (около 40 мкм) толщины активной области (рис. 35.24, б). Следовательно, лазерный пучок занимает довольно большое пространство в р- и п-областях. Однако поскольку поперечные размеры пучка все же относительно невелики, выходное излучение имеет большую расходимость (несколько градусов). [c.297]

Для понимания процессов, протекающих в полупроводниковых лазерах, необходимо представление о заполнении электронами энергетических состояний. Электроны внутри полупроводника, так же как и внутри металла, подчиняются закону распределения не Максвелла—Больцмана, а Ферми—Дирака. [c.57]

Керамики обладают разнообразными олектронными свойствами и в заиисимости от природы химической связи могут использоваться как диэлектрики, полупроводники, рромагпетики, актив1ше элементы лазеров и мазеров. [c.9]

Одним из важных и перспективных направлений применения методов эллипсометрии является разработка новых технологических процессов в полупроводниковом и оптическом приборостроении. Высокая чувствительность поляризационно-оптических методов, а также возможность проведения измерений в защитных средах делают эллипсометрию совершенным средством исследования кинетики кристаллизации пленок на различных подложках. Особый интерес для технологии полупроводников эллипсометрия представляет в связи с возможностью исследования процесса эпитаксиального выращивания. Методы эллипсометрии позволяют проводить исследования влияния различных факторов (температуры подложки, качества ее механической обработки и химической чистоты и т. д.) на характер роста пленки, а также на ее толщину и значение показателя преломления. В работах [15, 166] приведены результаты измерения толщины эпитаксиальных слоев с помощью эллипсометров на основе СО 2-лазера и лазера на парах воды. При этом погрешность измерения составляла соответственно 0,01 и 0,1 мкм. [c.208]

Серьезными недостатками структуры являются необходимость глубокого охлаждения полупроводника (около 90 К) и связанное с иим вакуумирование, недостаточно высокий оптический контраст, узкий спектральный диапазон чувствительности и трудность подбора рабочей пары — источника излучения и соответствующей линии экситонного поглощения. Заметим, что последний недостаток частично может быть ослаблен при использовании полупроводниковых иижекционных лазеров и близких к ним по составу полупроводниковых пластин, например на основе тройного соединения GaAiAs. Кроме того, некоторые полупроводники, например селенид галлия, имеют интенсивные линии экситонного поглощения при комнатной температуре. [c.205]

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР, лазер и а полупроводниках — оптический квантовый генератор, в котором активным веществом являетел полупроводник. В П. л. электрическая энергия источника питания непосродственно превращается в излучение генератора, без источника оптического накачивания. Это позволяет конструировать компактные лазеры, которые могут работать при довольно низких напряжениях источника питания и при определенных условиях (значительное охлаждопне) имеют к. п. д. около 50%. Наиболее распространенным активным веществом П. л. является арсе-нид галлия. [c.111]

Кроме оборудования для разделения керамики и полупроводников отечественной промьшшенностью вьшускается установка УРСП-1, предназначенная для разделения стеклопрофилита путем скрайбирования. Установка снабжена двумя отпаянными лазерами на СО2 типа АГ-17 мощностью в непрерывном режиме 25 Вт каждый и двумя подвижными фокусирующими системами, перемещающимися в одной плоскости вдоль направления реза. Это позволяет проводить резку по двум противоположным плоскостям профильного стекла в виде прямоугольного короба, швеллера волнистого сечения, а также листового стекла в процессе непрерывного производства. [c.324]

Дисперсия нелинейной восприимчивости становится более резко выраженной, когда одна из частот попадает в область поглощения вещества. Если начинает поглощаться излучение с частотой второй гармоники, то происходит заметное увеличение нелинейной восприимчивости. Такой эффект наблюдали Зорев и Мус [21], которые работали с твердыми растворами ZnS— dS и dS— dSe. Ширина запрещенной зоны Eg в этих кристаллах в зависимости от концентрации систематически изменяется от 1,71 эв в dSe до 2,36 эв в dS и до 3,52 эв в ZnS. Такой диапазон изменения Eg вдвое превышает энергию фотонов, испускаемых лазером на неодимовом стекле. При уменьшении ширины запрещенной зоны с 1,52 (2Йш) до 0,73 (2йш), приводящему к попаданию второй гармоники в область сильного поглощения, нелинейная восприимчивость 2(333 ( 2 u = U + u) увеличивается на порядок. Этот результат согласуется с теоретическим расчетом по формуле (2.48). Резонансный знаменатель этого выражения, зависящий от частоты oi + шг = 2м, показывает, что, после того как 2/гм станет больше Eg, нелинейная восприимчивость должна расти по такому Ж закону, как и комплексная линейная восприимчивость на частоте 2ш. Таким образом, существует во всяком случае качественное согласие между теорией и экспериментом. Заслуживает внимания то, что даже в области прозрачности, где Eg > 2/гм, нелинейность dS много больше, чем KDP. Объяснение, по-видимому, заключается в том, что отклонение от инверсионной симметрии в dS и полупроводниках типа А В гораздо сильнее. Поэтому значительно большая сила осциллятора связывается с волновыми функциями валентных электронов, не обладающими определенной четностью. [c.217]

Долгое время будут актуальны и поиски новых методов накачки. В этом плане следует упомянуть об изучении особенностей оптической накачки полупроводниковых квантовых генераторов и генераторов на углекислом газе. Настойчиво ведется поиск способов электронного возбуждения генерации излучения парами сложных молекул. Разработан фотодиссоциационный лазер успешно применяется лазер, действующий на основе ионизации молекул электронным ударом. В Институте физики твердого тела и полупроводников АН БССР исследуется возможность создания лазера с накачкой синхротронным излучением. Сотрудники этого института и Белорусского государственного университета разрабатывают теорию отражения света от усиливающих сред. Возможно, что на этом пути будут построены генераторы нового типа. [c.125]

В лазерах и СИД используются элементы III и V групп Периодической системы элементов. Эти элементы имеют соответственно три и пять электронов в своих валентных зонах. При комбинации равного количества атомов с тремя и пятью электронами получается структура, близкая к структуре кремния. При этом атомы будут образовывать ковалентную связь, характеризующуюся заполненными валентными оболочками атомов. Никаких свободных носителей заряда присутствовать не будет. Для создания полупроводника п-типа комбинируются вещества V группы в большей пропорции с веществами III rpynnbL В этом случае в структуре появляются свободные носители заряда в виде электронов. Аналогично увеличение пропорции веществ III группы приводит к появлению носителей заряда в виде дьфок. На рис. 8.4 представлены три ситуации на примере арсенида галлия. Атом галлия имеет три валентных электрона атом арсения имеет [c.101]

Образно говоря, наш век — это век бурно развивающихся радиоэлектроники, полупроводниковой и вычислительной техники. Появляются в огромном количестве портативные и миниатюрные радиотехнические устройства. Но как, например, припаять проволоку в несколько раз тоньше человеческого волоса к крохотному радиоэлементу Как сделать механические крепления деталей и узлов из полупроводников, керамики, феррита, кварца, абразива и других материалов Метод вжигания серебра обладает высокой трудоемкостью, и получается недостаточная механическая прочность. Кроме того, расходуется драгоценный металл. Теперь эти онерации выполняет луч лазера и ультразвук. В Советском Союзе и других странах для этой цели созданы ультразвуковые установки с микроманилуляторами и стереомикроскопами. [c.134]

I В начале 60-х годов быстро увеличивался объем исследовании по лазерам, и изучение приборов иа р— д-переходах представляло собой одну из наиболее быстро развивающихся областей электроники. Не удивительно, что эти исследования сосредоточивались иа получении лазерного эффекта посредством иижекции неравновесных электронов через р — -переход. Интересно отметить, что по сообщению Бардина [8] в неопубликованных записках, относящихся к 1953 г., фон Нейман предполагал возможность усиления света путем использования вынужденного излучения в полупроводнике с накачкой, осуществляемой инжекиией через р — и-нерехощ [c.12]

Поразительные возможности современной полупроводниковой электроники и особенно микроэлектроники реализуются только по мере разработки и освоения выпуска полупроводниковых материалов с разнообразными физическими свойствами. Эти материалы позволили создать на их основе миниатюрные усилители и генераторы электрических сигналов, работающие в широком диапазоне частот интегральные микросхемы для современных компьютеров преобразователи одного вида энергии в другой полупроводниковые светодиоды, лазеры и фотоприемники, работающие в ИК- и видимом диапазонах (полупроводниковые лазеры и фотоприемники — составляющие элементной базы волоконно-оптических линий связи) детекторы излучений и частиц магнитные, пьезо-, сегне-тоэлектрические и многие другие устройства. В то же время открытие новых явлений и потребность создания более совершенных приборов для научных исследований стимулируют поиск, разработку и освоение производства новых материалов с требуемыми свойствами. Между физикой и технологией полупроводников существует тесная взаимосвязь, и часто оказывается, что получение новых физических результатов становится невозможным без постоянного прогресса в технологии. [c.3]

Многофотонное поглощение было теоретически предсказано М. Гепперт-Майер в 1931 г., но экспериментально было обнаружено лишь в 1962 г. (Кайзер и Гаррет) при облучении кристалла СаГо, активированного европием, светом рубинового лазера. В последующих исследованиях многофотонное поглощение подробно изучалось в парах металлов, растворах органических красителей, полупроводниках, органических и неорганических кристаллах и в газах. [c.571]

В полупроводниковых лазерах, в отличие от лазеров на примесных кристаллах, активным веществом служит сама кристаллическая матрица полупроводника, а примеси лишь служат источником носителей заряда электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. При создании с помощью накачки избыточного (по сравнению с равновесным) числа электронов и дырок позможно возвращение к состоянию равновесия посредством оптического межзонного перехода — фоторекомбинации. Вероятность фоторекомбинации велика лишь для прямозонных полупроводников, таких, у которых максимум энергии.в валентной зоне и минимум энергии в зоне проводимости соответствуют одному и тому же значению квазиимпульса. По этой причине все полупроводники, на которых получена генерация, являются прямозонными. Перечислим важнейшие свойства полупроводниковых лазеров [c.946]

Поскольку показатель преломления узкозопного полупроводника с ДГС больше, чем показатель преломления широкозонных слоев, возникает волновод, локализующий генерируемое излучение вблизи активной области. Выходная плотность мощности полупроводникового лазера ограничена лучевой прочностью кристалла, поэтому для повышения выходной мощности гетеролазера используют раздельное ограничение носителей и излучения в пятислойных структурах, например [c.947]

Физика элементарных частиц занимает особое место не только в ядерной физике и даже не только в физике вообще, но и в науке в целом. Эта выделенность состоит в том, что в других областях физики, таких как физика плазмы, физика твердого тела, ядерная спектроскопия и т. д., основные фундаментальные законы уже установлены. Это не значит, конечно, что развитие этих наук приблизилось к завершению. Напротив, в этих областях открывается большое количество новых и интересных явлений, находяш,их важные технические приложения полупроводники, лазеры, эффект Мёссбауэра и др. В физике элементарных частиц изучаются явления, фундаментальные законы которых не установлены. [c.273]

Арсенид галлия среди соединений А " В занимает особое положение. Большая ширина запрещенной зоны (1,4 эВ), высокая подвижность электронов [0,85 м /(В-с)] позволяют создавать на его основе приборы, работающие при высоких температурах и высоких частотах. Первым полупроводником являлся GaAs, на котором в 1962 г. был создан инжекционный лазер. Он используется для изготовления светодиодов, туннельных диодов, диодов Ганна, транзисторов, солнечных батарей и других приборов. Для изготовления детекторов в инфракрасной области спектра, датчиков Холла, термоэлектрических генераторов, тензометров применяется анти-монид индия, имеющий очень малую ширину запрещенной зоны [c.291]

Из табл. 8.4 видно, что эти соединения являются узкозонными полупроводниками. Халькогениды свинца используют для изготовления фоторезисторов в инфракрасной технике, инфракрасных лазеров, тензометров и термогенераторов, работающих в интервале температур от комнатной до 600 С. [c.293]

Описаны природа и закономерности образования дефектов в эпитаксиальных слоях полупроводников. Обобщены и проанализированы данные о влиянии структурных несовершенств (различие периодов решетки, наличие градиента состава и наследование дефектов из подложки и др.) на морфологические особенности композиций на основе многокомпонентных твердых растворов соединений Рассмотрены. основные механизмы и источники образования дислокаций при эпитаксии. Впервые рассмотрены вопросы стехиометрии при жидко- и газофазной эпитаксии. Особое внимание уделено влиянию электрически активных дефектов на характеристики ин-жекционных лазеров, светодиодов и других полупроводниковых приборов. [c.54]

Настоящая книга написана в полном соответствии с программой курса, утвержденной Минвузом СССР 05.09.74 г., и представляет собой краткое введение в теорию широкого круга явлений, с которыми приходится непосредственно иметь дело конструктору и технологу радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры. Цель книги — помочь читателю понять физическую природу механических, тепловых, магнитных и электрических свойств твердых тел, контактных и - поверхностных явлений в полупроводниках, наиболее широко используемых в современной радиоэлектронике. В книге освещены также термоэлектрические, гальваномагнитные, оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках и механизмы переноса зарядов в тонких пленках. На этих явлениях основана работа широкого класса электронных приборов датчиков температуры, индукции магнитного поля, фотоэлектрических приборов, лазеров, тонкопленочных элементов и т. п. [c.3]

Физики не обманули их ожиданий, и широкое финансирование работ физиков-теоретиков, физнков-экс-периментаторов, физиков-конструкторов специальных приборов привело к новым открытиям, не менее фундаментальным, чем открытие деления атомных ядер. Появились на свет лазеры. Благодаря деятельности физиков возникла промышленность полупроводников. Пришла революция в технику связи. Оказалась возможной конструкция электронно-вычислительных машин такой степени сложности и с такими небывалыми возможностями, что стало очевидно — разговор об искусственном мозге и о роботах, способных заменить человека при исполнении очень многих функций, не является лишь болтовней писателей-фантастов. Признание лидерства физики в стане науки не вызывало ни у кого сомнения, и, желая противопоставить людей эмоциональных рационалистам, стали говорить о физиках и лириках . [c.7]

Полупроводниковые лазеры, в которых возбуждение осуш,е-ствляется при инжекции носителей через р—я-переход, получили название инжекционных ПКГ. Типичным представителем этой группы полупроводниковых квантовых генераторов является лазер на р— -переходе в арсениде галлия. Акцепторными примесями в кристалле арсенида галлия являются цинк, кадмий и др., донорными примесями — теллур, селен и др. Схема такого лазера приведена на рис. 42. Кристалл имеет размеры 0,5—1 мм . Верхняя его часть представляет собой полупроводник р-типа, нижняя — м-типа, между ними имеется р—п-переход. Толш,ина р—п-перехода 0,1 мкм, излучающий слой имеет несколько большую величину, 1—2 мкм, вследствие проникновения электронов и дырок через р— -переход в глубь кристалла. [c.61]

Управляя мощностью и энергией лазерного излучения, следует регулировать их по возможности плавно в пределах интервалов, необходимых для решения задачи. Для этого прежде всего может быть использована модуляция интенсивности по накачке в газовых лазерах — за счет изменения тока разряда, в инжек-ционных полупроводниках — за счет изменения тока накачки, в твердотельных — за счет изменения тока разряда в лампах. Таким образом, мощность и энергия излучения могут регулироваться в широких пределах, начиная от порога генерации до максимального значения. Однако при изменении интенсивности накачки одновременно с изменением мощности луча изменяются и другие его параметры — модовый состав излучения и распределение интенсивности по поперечному сечению луча. В твердотельных лазерах при изменении энергии накачки сильно изменяется временная структура. [c.70]

Наиболее перспективны для резки полупроводников ИАГ-лазеры, обладающие большой мощностью излучения и малой длительностью импульса и позволяющие осуществлять прецизионную сквозную резку кремниевых пластин толщиной 0,25 мкм [76]. Так, ИАГ-лазеры положены в основу созданных в США (фирма Квантроникс ) и СССР установок для разделения кремния [76, 178]. [c.172]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...