35.16. Полупроводниковый лазер

Инжекционныйполупроводниковый лазер представляет собой полупроводниковый кристалл размером около 1 мм, в котором сформирован переход (см. рис. 35.37). Две перпендикулярные к плоскостиперехода плоско-параллельные грани кристалла отполированы и служат в качестве полупрозрачных зеркал с коэффициентом отражения около 30%. Наиболее широко используется инжекционный лазер на арсениде галлия. Областьтипа получают внесением в арсенид галлия примеси теллура в концентрации, областьтипа – внесением примеси цинка в концентрации. Это очень большая концентрация примесей. В обычных диодах она намного меньше (около).

Ток, проходящий через переход, вбрасывает в областьперехода большое количество электронов и дырок. Само название инжекционного лазера происходит от слова “инжекция” (“инъекция”) – вбрасывание. При рекомбинации пар электрон-дырка испускаются фотоны с энергией, равной ширине запрещенной зоны . Рассмотрим судьбу фотона, движущегося вдольперехода перпендикулярно к зеркальным граням. Прежде чем выйти наружу через одно из полупрозрачных зеркал, он может несколько раз отразиться от зеркал, снова и снова проходя через областьперехода. Когда такой фотон встречает на своем пути пару электрон-дырка, он вызывает их рекомбинацию, причем фотон, испускаемый при рекомбинации, имеет такую же частоту, такую же фазу и такое же направление, как и вызвавший рекомбинацию. Таким образом, луч, направленный вдольперехода переходу перпендикулярно к зеркалам, многократно усиливается. Часть этого луча выходит наружу через полупрозрачные зеркала. Те же первоначальные фотоны, которые пошли в сторону от оси зеркал, теряются без последствий.

Инфракрасный лазерный луч с длиной волны 0,89 мкм и с угловым расхождением около 1°, имеет мощность в непрерывном режиме около 0,2 Вт. Первые полупроводниковые лазеры приходилось охлаждать жидким азотом до температуры 77 К. Теперь наиболее распространенными являются лазеры на гетероструктурах, т. е. такие, в которых область иобласть представлены разнородными полупроводниками, например,область – арсенидом галлия, аобласть –. Последний кристалл представляет собой тот же арсенид галлия, в котором доляатомов галлия заменена атомами алюминия. В зависимости от долиатомов алюминия изменяются свойстваперехода. Лазеры на гетероструктурах уже не требуют охлаждения, в зависимости от структуры могут испускать свет с длиной волны от 0,32 мкм (ультрафиолет) до 32 мкм (инфракрасные лучи), имеют КПД. Исследования гетероструктур Жоресом Алферовым отмечены Нобелевской премией.

Изменяя ток инжекции, можно управлять излучением полупроводниковых лазеров. Благодаря этому они находят применение в световолоконных линиях связи, в лазерных принтерах компьютеров, в устройствах записи информации на компакт-диски и считывания информации с этих дисков и т. д.

35.17. Тензорезистивный эффект

Тензорезистивный эффект состоит в изменении электропроводности кристалла в результате его деформации. Деформация растяжения приводит к увеличению межатомного расстояния, деформация сжатия – к его уменьшению. В металлах увеличение межатомного расстояния приводит к увеличению длины свободного пробега электронов проводимости, а следовательно, к возрастанию электропроводности. В полупроводниках, как это видно из рис. 34.6, увеличение межатомного расстояния приводит к увеличению ширины запрещенной зоны . Согласно формуле (34.8), электропроводность при этом уменьшается.

Тензорезистор конструктивно представляет собой либо решётку, изготовленную из проволоки или фольги (из константана, нихрома, различных сплавов на основе ,,), либо пластинку из полупроводника, например. Тензорезистор механически жёстко соединяют (например, приклеивают, приваривают) с упругой диэлектрической подкладкой либо крепят непосредственно на исследуемой детали. Упругий элемент воспринимает изменения исследуемого параметра (давления, деформации узла машины, ускорения и т. п.) и преобразует их в деформацию решётки (пластинки), что приводит к изменению сопротивления терморезистора.