2. Félvezetőlézerek Lézerközeg: p-szennyezett és n-szennyezett félvezető anyag közötti határréteg Az elektromos vezetés szilárdtest-fizikai 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. Ezek az elektronok termikus gerjesztés hatására a vezető sávba juthatnak, ahol gyorsulhatnak, 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
Spontán emisszió: LED (Light Emitting Diode) Stimulált emisszió: lézerdióda
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 Ga x In 1-x P y As 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)
Félvezetőlézerek alkalmazásai Lézeres mutatópálca Lézernyomtató Vonalkód-leolvasó Optikai távközlés – száloptikával CD lejátszó, DVD technika (infravörös, vörös) HD-DVD (kék, lila) Ionkristály lézerek pumpálása Spektroszkópia: infravörös gázanalízis
A kék félvezetőlézer és LED
Kék félvezetőlézer használata optikai tárolásban
Mit tett egy középvállalkozás a kutatásban?