Резонатор
• Для предотвращения попадания излучения в квазинейтральные области активная область лазера, в которой происходит вынужденная излучательная рекомбинация, имеет более высокий показатель преломления, чтобы излучение за счет полного внутреннего отражения не выходило за пределы активной области, а вызывало бы вновь вынужденное излучение, то есть вынужденное
сверхсвечение
•Таким образом, полупроводниковые лазеры испускают вынужденное излучение, когерентное в пространстве и во времени, совпадающее с вызвавшими его фотонами. Излучение лазера высокомонохроматично (имеет узкую полосу спектра) и создает строго направленный луч света. Особенностями полупроводникового лазера по сравнению с другими квантовыми генераторами
(газовыми и твердотельными) являются малая длина резонатора и малый объем активной области
•Инжекционные лазеры на основе гомогенных pn-переходов имеют высокое значение плотности порогового тока jt, сильно зависящую от температуры. Это связано с тем, что для достижения инверсной населенности полупроводник необходимо легировать до вырождения.
Однако в результате сильного легирования в материале появляется большое количество дефектов, которые служат центрами безизлучательной рекомбинации
•Для компенсации потерь излучения необходимо увеличивать уровень инжекции и прямой ток. Это в свою очередь приводит к выделению в полупроводнике большого количества тепла, поэтому такие приборы работают преимущественно в импульсном режиме при низкой температуре
Гетероструктуры
•Успехи в технике эпитаксиального наращивания пленок полупроводников позволили изготовить гетероструктуры, в которых недостатки гомопереходов были в значительной степени устранены. Впервые лазеры на основе таких структур были изготовлены сотрудниками ФТИ АН им. А. Ф. Иоффе под руководством Ж. И. Алферова
Схема гетероперехода р-GaAs- Ga1-хAlхAs
Суперинжекция
•Инжекция ведется в средний слой, там же происходит рекомбинация. Инверсная населенность образуется за счет двойной инжекции: слева инжектируются электроны, справа – дырки, при этом может наблюдаться явление суперинжекции, когда носителей в средней области (базе) становится много больше, чем в эмиттерах
•В гетеропереходах области инверсной населенности и рекомбинации практически совпадают. Можно снизить уровень легирования базы, что уменьшает количество дефектов, а, следовательно, и количество центров безизлучательной рекомбинации.
Ватт-амперная характеристика лазерного диода на двойной гетероструктуре
Оптическое ограничение
•Если подобрать полупроводники таким образом, чтобы базовый слой имел коэффициент преломления больше, чем у левого и правого слоя, излучение в нем будет распространяться как в волноводе за счет внутреннего отражения от эмиттерных областей. Такое явление называется оптическим ограничением