6.3. Лазеры на квантовых ямах

Наиболее успешно квантовые структуры используются для создания лазеров [10]. Уже сегодня эффективные лазерные устройства на квантовых ямах применяются в волоконно-оптических линиях связи. Посмотрим, как устроены и работают эти приборы. Во-первых, напомним, что для работы любого лазера необходимо создать инверсную населенность энергетических уровней. Другими словами, на более высоком уровне должно находиться больше электронов, чем на низком, в то время как в состоянии теплового равновесия ситуация обратная. Во-вторых, каждому лазеру необходим оптический резонатор или система зеркал, которая запирает электромагнитное излучение в рабочем объеме.

Для того чтобы квантовую яму превратить в лазер, нужно ее подсоединить к двум контактам, через которые электроны могут непрерывно поступать в рабочую область. Пусть через один контакт электроны поступают в зону проводимости. Далее, совершая скачки из зоны проводимости в валентную зону, они будут излучать кванты, т. е. порции электромагнитного излучения (рис. 6.5). Затем через валентную зону носители тока переходят на другой контакт.

Рис. 6.5. Принципиальная схема лазера на

квантовых ямах на основе GaAs

Прошло около 30 лет с тех пор как началось изучение квантовых эффектов в полупроводниковых структурах. В настоящее время в физических лабораториях всего мира активно продолжаются работы по созданию новых квантовых структур и приборов, способных с высокой скоростью обрабатывать и хранить огромные объемы информации. Возможно, уже скоро наступит эра квантовой полупроводниковой электроники.

 

Контрольные вопросы

 

1.Какие структуры называются квантовыми ямами?

2.Методы получения квантовых точек.

3.Применение структур на квантовых ямах.

 

Рекомендуемый библиографический список: [10]

 

Заключение

В настоящее время интенсивно развиваются инновационные технологии, среди которых нанотехнологии занимает особое место.

Разработанные в последние годы наноэлектронные элементы по своей миниатюрности, быстродействию и экономии энергии в миллионы раз превзошли традиционные полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы на их основе. В настоящее время техника вплотную приблизилась к теоретической возможности запоминать и передавать 1 бит информации (0 и 1) с помощью одного электрона, локализация которого в пространстве может быть задана одним атомом. Ожидает практического разрешения и идея аналогичных однофотонных элементов. Широкое применение одноэлектронных и однофотонных элементов для создания информационных систем пока сдерживается недостаточной их изученностью, а главное, необходимостью обладать технологией – нанотехнологией, позволяющей конструировать требуемые структуры из отдельных атомов. Такие возможности существуют в настоящее время в научно-исследовательских центрах, наукоградах. Современные темпы развития электроники позволяют уверенно прогнозировать промышленное освоение нанотехнологии, а вместе с нейи наноэлектроники уже в ближайшие годы.

 

Библиографический список

1.   Уэрт, Ч. Физика твердого тела / Ч. Уэрт, Томсон Р. – М. : Мир, 1969. – 408 с.

2.   Likharev, K.K. Single Electronics K.K. Likharev, T. Claeson // Sci. Amer. –1992. №6. – P. 50–55.

3.   Thornton, T.J. Mesoscopic Devices T.J. Thornton // Rept. Progr. Phys. 1994. –Vol. 57. –P. 311–364.

4.   Бонч-Бруевич, В.Л. Физика полупроводников / В.Л. Бонч-Бруевич. С.Г. Калашников. – М. : Наука, 1977. – 672 с.

5.   Ландау, Л.Д. Квантовая механика / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М. : Физматгиз, 1963. – 556 с.

6.   Шалимова, К.В. Физика полупроводников / К.В. Шалимова. – М. : Энергия, 1971. – 325 с.

7.   Delerue, C. Optical band gap in Si nanoclusters / C. Delerue, G. Allan, M. Lannoo // J. Lum. 1999. – V.80. –P. 65–71.

8.   Милнс, А. Гетеропереходы и переходы металл-полупроводник // А. Милнс, Д. Фойхт. – М.: Мир, 1975. – 246 с.

9.   Смит, Р. Полупроводники / Р. Смит. – М.: Мир,1982. –- 558 с.

10.    Canham, L.T. Visible photoluminescence in porous Si / L.T. Canham // Appl. Phys. Lett. –1990.– V.57.–P.1046–1049.