Теория полупроводникового лазера

Принцип действия полупроводникового лазера можно рассмотреть с помощью рис.6,37, на котором показаны валентная зона полупроводника V зона проводимости С и ширина запрещенной зоны Eg . Если предположить для простоты, что полупроводник Находится при температуре T=0 К, то валентная зона будет полностью заполнена электронами, в то время как зона проводимости будет пуста (см. рис. 1, а, где заштрихованная область является областью заполненных состояний). Предположим теперь, что электроны каким-либо образом переведены из валентной зоны в зону проводимости. Внутри этой зоны электроны за очень короткое время ~ 10^-13 с) перейдут на ее самый нижний уровень, а все электроны вблизи максимума валентной зоны также перейдут на самые нижние из незанятых уровней, так что верхушка валентной зоны будет заполнена «дырками». Отсюда следует, что между валентной зоной и зоной проводимости возникает инверсия населенностей (рис. 6,37,б). Электроны из зоны проводимости сваливаются назад в валентную зону (т. е. они рекомбинируют с дырками), испуская при этом фотон (рекомбинационное излучение). Если между зоной проводимости и валентной зоной существует инверсия населенностей, как показано на рис. 1, б, то процесс вынужденного

рекомбинационного излучения приведет к генерации при наличии подходящего резонатора и выполнении соответствующих пороговых условий.

Лазерную генерацию на основе вынужденного рекомбинационного излучения в полупроводниковых p-n-переходах наблюдали почти одновременно четыре группы исследователей в 1962 г., причем три из них использовали GaAs.