Полупроводниковые лазеры.

Полупроводниковые лазеры. Формально также являются твердотельными, но традиционно выделяются в отдельную группу, поскольку имеют иной механизм накачки (инжекция избыточных носителей заряда через p-n переход или гетеропереход, электрический пробой в сильном поле, бомбардировка быстрыми электронами), а квантовые переходы происходят между разрешёнными энергетическими зонами, а не между дискретными уровнями энергии. Полупроводниковые лазеры – наиболее употребительный в быту вид лазеров. Кроме этого применяются в спектроскопии, в системах накачки других лазеров, а также в медицине (см. фотодинамическая терапия).

В создании полупроводникового (ПП) лазера приоритет принадлежит советским ученым. Еще в 1958 г. Н. Г. Басовым было указано на возможность использования полупроводниковых материалов в качестве активных сред. Тогда же отмечалось, что применение полупроводников даст возможность непосредственно преобразовать энергию электрического тока в энергию когерентного оптического излучения.

В первых типах инжекционных лазеров активной средой являлась пограничная область p-n перехода, изготовленного из полупроводника, обладающего высокой вероятностью излучательной рекомбинации. Инверсная населенность энергетических уровней в этих лазерах достигается путем инжекции носителей заряда через p-n переход. Для излучения, генерируемого прямозонным полупроводником, должно выполняться условие hn@DE₃. Поэтому необходимо, чтобы инжектируемые (возбуждаемые) электроны получали достаточные порции энергии, т.е. чтобы имело место неравенство:

, где U_p-n – прямое напряжение на p-n переходе.

Это условие может быть выполнено только в вырожденных полупроводниках. При этом плотность прямого тока через переход должна быть высокой (10⁵А/см²⁾, что определяет большие прямые токи (единицы–десятки ампер). Это в свою очередь ведет к проблеме отвода тепла. Поэтому первые типы полупроводниковых инжекционных лазеров на GaAs могли работать только в импульсном режиме с очень малой скважностью.

Роль оптического резонатора в инжекционном лазере выполняют грани кристалла с нанесенными серебряными покрытиями, плоскости которых перпендикулярны плоскостям p-n перехода. Причем идеально ровные и одновременно параллельные грани получают путем скола вдоль определенных кристаллографических направлений полупроводника. Боковые грани кристалла скашиваются под некоторым углом, чтобы предотвратить возникновение генерации в этом направлении.