เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์คืออะไร?(ตอนที่ Ⅰ)

ตั้งแต่การคิดค้นครั้งแรกเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ในโลกในปี 1962 เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ ส่งเสริมการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอื่น ๆ อย่างมาก และได้รับการยกย่องว่าเป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญของศตวรรษที่ 20 ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา การพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์เป็นไปอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น และกลายเป็นเทคโนโลยีเลเซอร์ที่พัฒนาเร็วที่สุดในโลก การประยุกต์ใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ครอบคลุมสาขาทั้งหมดของออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และได้กลายเป็นเทคโนโลยีหลักของวิทยาศาสตร์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากข้อได้เปรียบของขนาดที่เล็ก โครงสร้างที่เรียบง่าย พลังงานอินพุตต่ำ อายุการใช้งานยาวนาน มอดูเลตได้ง่าย และราคาต่ำ เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในด้านออปโตอิเล็กทรอนิกส์และมีมูลค่าสูงจากประเทศต่างๆ ทั่วโลก

1. เลเซอร์สารกึ่งตัวนำ

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เป็นเลเซอร์ขนาดเล็กชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยจุดเชื่อมต่อ Pn หรือพินของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างแถบตรง สารกึ่งตัวนำที่ทำงานด้วยเลเซอร์มีสารกึ่งตัวนำหลายสิบชนิด ในปัจจุบัน วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่นำมาทำเป็นเลเซอร์ ได้แก่ แกลเลียมอาร์เซไนด์, อินเดียมอาร์เซไนด์, อินเดียมแอนติโมไนด์, แคดเมียมซัลไฟด์, แคดเมียมเทลลูไรด์, ตะกั่วเซเลไนด์, ตะกั่วเทลลูไรด์, อลูมิเนียมแกลเลียมอาร์เซนิก, อินเดียมฟอสฟอรัสอาร์เซนิก เป็นต้น โหมดการกระตุ้นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มีสามประเภท ได้แก่ การฉีดด้วยไฟฟ้า ปั๊มออปติคอล และการกระตุ้นด้วยลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูง โหมดการกระตุ้นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่เป็นการฉีดด้วยไฟฟ้า นั่นคือ แรงดันไปข้างหน้าถูกจ่ายไปที่จุดเชื่อมต่อ Pn เพื่อสร้างการปล่อยที่ถูกกระตุ้นในบริเวณระนาบทางแยก นั่นคือ ไดโอดเป็นแบบเอนไปข้างหน้า ดังนั้นเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์จึงเรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ไดโอด สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากอิเล็กตรอนมีการเปลี่ยนแปลงระหว่างแถบพลังงานมากกว่าระหว่างระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง พลังงานการเปลี่ยนผ่านจึงไม่ใช่ค่าที่แน่นอน ซึ่งทำให้ความยาวคลื่นเอาต์พุตของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์กระจายไปทั่วช่วงกว้าง โดยปล่อยความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.3 ถึง 34μm ช่วงความยาวคลื่นขึ้นอยู่กับช่องว่างแถบของวัสดุที่ใช้ เลเซอร์เฮเทอโรจังก์ชั่นคู่ AlGaAs ทั่วไปมีความยาวคลื่นเอาต์พุต 750 ~ 890 นาโนเมตร

เทคโนโลยีการผลิตเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์มีประสบการณ์ตั้งแต่วิธีการแพร่ไปจนถึงขั้นตอน epitaxy ในเฟสของเหลว (LPE), epitaxy ในเฟสของก๊าซ (VPE), epitaxy ของลำแสงโมเลกุล (MBE), วิธี MOCVD (การสะสมไอโลหะอินทรีย์), epitaxy ลำแสงเคมี (CBE) และประเภทต่างๆ การผสมผสานของกระบวนการต่างๆ ข้อเสียของเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์คือ ประสิทธิภาพของเลเซอร์จะได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ และมุมของลำแสงจะแตกต่างกันมาก (โดยทั่วไปอยู่ระหว่างหลายองศาถึง 20 องศา) ดังนั้นจึงไม่มีทิศทาง คุณสมบัติสีเดียว และการเชื่อมโยงกัน แต่ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การวิจัยเลเซอร์ dpss กำลังก้าวหน้าไปในทิศทางของความลึก และประสิทธิภาพของเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ก็ดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีออปโตอิเล็กทรอนิกส์ของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์เป็นแกนหลักจะสร้างความก้าวหน้ามากขึ้นและมีบทบาทมากขึ้นในสังคมสารสนเทศแห่งศตวรรษที่ 21

2. หลักการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์

เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดรังสีที่เชื่อมโยงกัน ต้องตรงตามเงื่อนไขพื้นฐานสามประการเพื่อสร้างเลเซอร์

①เงื่อนไขการรับ: มีการสร้างการกระจายผกผันของตัวพาประจุในสื่อกระตุ้น (ภูมิภาคที่ใช้งานอยู่) ในเซมิคอนดักเตอร์ พลังงานของอิเล็กตรอนจะแสดงเป็นชุดของระดับพลังงานที่ต่อเนื่องเกือบตลอดเวลา สิ่งนี้ทำได้โดยการใช้อคติไปข้างหน้ากับเนื้อเดียวกันหรือ heterojunction และฉีดตัวพาประจุที่จำเป็นเข้าไปในชั้นแอคทีฟเพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนจากแถบเวเลนซ์ด้านล่างไปยังแถบการนำไฟฟ้าที่สูงขึ้น การปล่อยสารกระตุ้นเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนจำนวนมากในสถานะประชากรอนุภาคกลับด้านรวมตัวกันอีกครั้งโดยมีรู

②เพื่อให้ได้รังสีตื่นเต้นที่สอดคล้องกันจริง ๆ เราต้องทำการแผ่รังสีที่ตื่นเต้นในตัวสะท้อนแสงเพื่อรับข้อเสนอแนะที่หลากหลายและสร้างการสั่นของเลเซอร์ ตัวสะท้อนของเลเซอร์นั้นเกิดจากพื้นผิวที่แตกแยกตามธรรมชาติของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์เหมือนกระจก โดยปกติในตอนท้าย ของการชุบแสงบนฟิล์มไดอิเล็กตริกหลายชั้นผกผันสูง และการชุบผิวเรียบบนฟิล์มลดผกผัน สำหรับเลเซอร์สารกึ่งตัวนำสำหรับช่อง Fp (โพรง Fabry-Perot) ช่อง FP สามารถสร้างได้อย่างสะดวกโดยระนาบการตัดแยกตามธรรมชาติซึ่งตั้งฉากกับระนาบจุดเชื่อมต่อ pn ของคริสตัล

③เพื่อสร้างการสั่นที่เสถียร สื่อเลเซอร์จะต้องสามารถให้อัตราขยายที่เพียงพอเพื่อชดเชยการสูญเสียแสงที่เกิดจากช่องเรโซแนนซ์และเอาต์พุตเลเซอร์จากพื้นผิวของช่อง และเพิ่มสนามแสงในช่องอย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้ต้องการการฉีดกระแสที่แรงพอ นั่นคือ การผกผันของจำนวนอนุภาคที่เพียงพอ ยิ่งระดับการผกผันของจำนวนอนุภาคสูงเท่าใด กำไรก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นั่นคือต้องเป็นไปตามเงื่อนไขเกณฑ์ปัจจุบันที่แน่นอน เมื่อเลเซอร์ถึงเกณฑ์ แสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะสามารถสะท้อนในโพรงและถูกขยาย และในที่สุดก็สร้างเลเซอร์และส่งออกอย่างต่อเนื่อง จะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนขั้วของอิเล็กตรอนและรูเป็นกระบวนการพื้นฐานของการปล่อยแสงและการขยายแสงในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ สำหรับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ใหม่ เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปว่าหลุมควอนตัมเป็นแรงผลักดันพื้นฐานสำหรับการพัฒนาเลเซอร์ คำถามที่ว่าเส้นลวดและจุดควอนตัมสามารถใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์ควอนตัมได้อย่างเต็มที่นั้นขยายไปสู่ศตวรรษนี้หรือไม่ นักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองโครงสร้างการจัดระเบียบตัวเองเพื่อสร้างจุดควอนตัมในวัสดุต่างๆ และจุดควอนตัม GaInN ได้ถูกนำมาใช้ในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์

Transfer to partⅡ เข้าใจประวัติและการใช้งานของมัน

ข้อมูลติดต่อ:

หากคุณมีความคิดใด ๆ โปรดอย่าลังเลที่จะพูดคุยกับเรา ไม่ว่าลูกค้าของเราจะอยู่ที่ไหนและความต้องการของเราคืออะไร เราจะทำตามเป้าหมายของเราเพื่อให้ลูกค้าของเราได้รับสินค้าคุณภาพสูง ราคาต่ำ และบริการที่ดีที่สุด