4. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtestfizikai alapjai szükségesek megértésükhöz

Az elektromos vezetés elmélete 1. Sávelmélet 2. Fermi-Dirac eloszlás 3. Vezetéselmélet

Sávelmélet

Fermi-Dirac eloszlás Az elektronok eloszlását írja le a megengedett sávokban. Az  nergiájú szint betöltöttsége:  F az ún. Fermi-szint

1. Ha T  0, f(  ha  F és f(  ha  F 2. Ha T>0, f(  F ) = 1/2, azaz  F jellemzi, hogy meddig van betöltve a sáv A Fermi-szint jelentései

Vezetéselmélet - A szilárd testekben elektronok vezetnek, amelyek az elektromos tér hatására felgyorsulnak. - A gyorsulás során energiájuk nő. - Az elektromos vezetés feltétele, hogy az elektronok energiájukat kissé növelve megengedett sávban maradjanak.

Szigetelők, vezetők, félvezetők

A tiltott sáv szélessége gyémánt 5,2 eV -> szigetelő germánium 0,6 eV -> saját vezetésű félvezető

Vezetés fémekben A felgyorsuló elektronok növelhetik az energiájukat, mivel vannak betöltetlen szintek közvetlenül a betöltöttek felett. A vezetés 0 K-en is lehetséges.

Donor-szennyezett félvezető A donor elektronjainak energiája közel esik a vezető sáv aljához. Termikus gerjesztés hatására is úgy gyorsulhat, mivel van üres energiaszint (elektronvezetés).

Akceptor félvezető Az akceptor betöltetlen szintje közel esik a vegyértéksáv tetejéhez. Termikusan felkerülhetnek elektronok az akceptor szintre. A vegyértéksávban megüresedett szintek teszik lehetővé az elektronok gyorsulását (lyukvezetés).

Dióda sávszerkezete I.

Dióda sávszerkezete II.

Dióda sávszerkezete III.

Sugárzásos rekombináció

GaAs diódalézer

Gyakorlatban használt félvezetőlézerek p-Ga x Al 1-x As p-GaAs n- Ga x Al 1-x As n-GaAs Nem diódák, hanem több rétegű félvezető rendszerek. Például: aktív réteg

A félvezető-lézerek hullámhossza - Elsődlegesen az anyagtól függ. - Többségük az infravörös tartományban működik. Példák GaAs 900 nm GaxIn 1-x PyAs 1-y nm nm - Hangolás csak szűk tartományon belül durván hőmérsékletváltoztatással (hűteni kell) finomabban áramerősséggel

Félvezető-lézerek jellegzetességei - Kis méret - kis teljesítmény - Jó hatásfok - Széttartó sugár (lencserendszerrel javítják) - Olcsó - Üzemeltetése olcsó (kis elektromos teljesítményt vesz fel, léghűtés elég, nem kell hűtővíz)

Félvezető-lézerek jellegzetességei - Kis méret - kis teljesítmény - Jó hatásfok - Széttartó sugár (lencserendszerrel javítják) - Olcsó - Üzemeltetése olcsó (kis elektromos teljesítményt vesz fel, léghűtés elég, nem kell hűtővíz)