оефективних СІД видимого діапазону спектра дозволяють сподіватися на успішне впровадження таких приладів у освітлювальну техніку [84].
5.3 Інжекційні напівпровідникові лазери
Напівпровідниковий інжекційний лазер являє собою двухелек-тродний прилад з/5-л-переходом, випромінювання якого характеризується високим ступенем просторової і тимчасової когерентності. Просторова когерентність - це узгодженість між фазами коливань у різних точках простору в один і той же момент часу, а тимчасова-узгодженість між фазами коливань в одній точці простору в різні моменти часу [55].
За своєю конструкції напівпровідникові лазери в чому подібні светодиодам, і в основу їх принципу дії також покладено явище інжекційній люмінесценції. Однак лазерне випромінювання відрізняється від світлодіодного монохроматичністю, спрямованістю, можливістю модуляції в широкій смузі частот. Крім того, його висока когерентність дає можливість більш повно використовувати інформаційну пропускну здатність оптичних каналів, застосовуючи амплитудную, частотну, фазову та інші модуляції оптичного випромінювання.
5.3.1 Умови виникнення лазерної генерації
Розглядаючи в розд. 3.2 інжекційну люмінесценцію, ми вважали, що процес випромінювальної рекомбінації обумовлений спонтанними електронними переходами зона-зона. Однак за деяких умов в напівпровідниках можуть спостерігатися індуковані переходи, при яких виникають індуковані кванти світла, що мають однакові частоту і фазу з індукують. Розглянемо докладніше умови виникнення індукованого або лазерного випромінювання. Відразу обмовимося, що дані уеловія будуть справедливі для лазерів будь-якого типу: напівпровідникових, газових, твердотілих, на барвниках і т.д.
Перше - необхідність активного середовища, здатної забезпечити генерацію вимушеного, індукованого випромінювання.
Друге - наявність механізму збудження активного середовища, або накачування, що створює інверсну населеність енергетичних рівнів. Для напівпровідникових лазерів таким механізмом є інжекція носіїв заряду через р-п-перехід, причому поблизу /?-П-переходу концентрація електронів на більш високих рівнях вище, ніж на низьких.
Третє - наявність позитивного зворотного зв'язку, для чого частина сигналу повертається назад в кристал для додаткового посилення. Методи реалізації позитивного зворотного зв'язку можуть бути найрізноманітнішими. Одним з найбільш поширених є використання резонатора Фабрі-Перо, складається з двох плоскопаралельних дзеркал, і забезпечує багаторазове проходження оптичного випромінювання через активну речовину, розташоване між цими дзеркалами. Для виведення випромінювання одне з дзеркал роблять напівпрозорим. У напівпровідниковому лазері резонатором служать паралельні грані самого кристала, створювані шляхом відколу.
Четверте - забезпечення умов обмеження (електричного, електронного і оптичного). Електричне обмеження полягає в необхідності забезпечити протікання максимальної частки електричного струму, що проходить через кристал, безпосередньо через активну область. Електронне обмеження вимагає запобігти "розтікання" збуджених електронів з активної середовища в пасивні області кристала. Вимоги електричного та електронного обмеження є специфічними, характерними тільки для напівпровідникових лазерів. І, нарешті, оптичне обмеження полягає в необхідності утримання світлового променя в активному середовищі при багаторазових проходах через кристал. У інжекційних лазерах це вимога забезпечується за рахунок того, що активна область має дещо більший показник заломлення через різницю в характері і ступеня легування областей кристала, при цьому виникає ефект самофокусировки променя. Необхідно відзначити, що для напівпровідникового лазера кордону оптичного каналу не обов'язково повинні збігатися з областю електронного обмеження.
П'яте - наявність порогу збудження, який виникає за рахунок різного роду втрат: поглинання частини випромінювання, розігріву кристала, неідеальності дзеркал резонатора, спонтанного випромінювання крайових дефектів і т.д.
Необхідність заповнити енергію, що витрачається на ці втрати, і пояснює наявність порогу лазерної генерації. Розглянемо умови виникнення лазерної генерації докладніше.
5.3.2 Напівпровідниковий лазер на подвійній гетероструктурі
Розглянуті вище умови лазерної генерації випромінювання можуть бути реалізовано при протіканні струму через напівпровідник. Причому з моменту створення першого лазера і по Нині структура напівпровідникових лазерів зазнала значних зміни. Так, наприклад, перші напівпровідникові лазери були виконані на гомогенному напівпровіднику з простейшімпереходом. Основним недоліком подібних структур є недосконалість обмежувальних властивостей простогоперехода. Крім того, межі, визначають "електронну" і "оптичну" товщини активної області, не визначені чітко і змінюються в залежності від стр...
