Cù u rapidu sviluppu di a tecnulugia optoelettronica, i laser à semiconduttori anu trovu applicazioni diffuse in campi cum'è e cumunicazioni, l'apparecchiature mediche, a misurazione laser, a trasfurmazione industriale è l'elettronica di cunsumu. À u core di sta tecnulugia si trova a giunzione PN, chì ghjoca un rolu vitale, micca solu cum'è fonte di emissione di luce, ma ancu cum'è basa di u funziunamentu di u dispusitivu. Questu articulu furnisce una panoramica chjara è concisa di a struttura, i principii è e funzioni chjave di a giunzione PN in i laser à semiconduttori.
1. Chì ghjè una giunzione PN ?
Una giunzione PN hè l'interfaccia furmata trà un semiconduttore di tipu P è un semiconduttore di tipu N:
U semiconduttore di tipu P hè dopatu cù impurità accettori, cum'è u boru (B), ciò chì face di i buchi i purtatori di carica maioritari.
U semiconduttore di tipu N hè dopatu cù impurità donatrici, cum'è u fosforu (P), ciò chì face di l'elettroni i purtatori maioritari.
Quandu i materiali di tipu P è di tipu N sò messi in cuntattu, l'elettroni di a regione N si diffondenu in a regione P, è i buchi di a regione P si diffondenu in a regione N. Sta diffusione crea una regione di svuotamentu induve l'elettroni è i buchi si ricombinanu, lascendu daretu ioni carichi chì creanu un campu elettricu internu, cunnisciutu cum'è una barriera potenziale integrata.
2. U rolu di a giunzione PN in i laser
(1) Iniezione di vettore
Quandu u laser funziona, a giunzione PN hè polarizzata in avanti: a regione P hè cunnessa à una tensione pusitiva, è a regione N à una tensione negativa. Questu annulla u campu elettricu internu, permettendu à l'elettroni è à i lacune d'esse iniettati in a regione attiva à a giunzione, induve hè prubabile ch'elli si ricombininu.
(2) Emissione di luce: L'origine di l'emissione stimulata
In a regione attiva, l'elettroni è i buchi iniettati si ricombinanu è liberanu fotoni. Inizialmente, stu prucessu hè emissione spontanea, ma à misura chì a densità di fotoni aumenta, i fotoni ponu stimulà un'ulteriore ricombinazione elettrone-bucu, liberendu fotoni supplementari cù a stessa fase, direzzione è energia - questu hè emissione stimulata.
Stu prucessu custituisce a basa di un laser (Amplificazione di Luce per Emissione Stimulata di Radiazione).
(3) Guadagnu è cavità risonanti formanu l'uscita laser
Per amplificà l'emissione stimulata, i laser à semiconduttori includenu cavità risonanti da i dui lati di a giunzione PN. In i laser à emissione di bordi, per esempiu, questu pò esse ottenutu aduprendu Riflettori Bragg Distribuiti (DBR) o rivestimenti a specchio per riflette a luce avanti è indietro. Questa cunfigurazione permette di amplificare lunghezze d'onda specifiche di luce, risultendu infine in una pruduzzione laser altamente coerente è direzionale.
3. Strutture di giunzione PN è ottimizazione di u disignu
Sicondu u tipu di laser à semiconduttore, a struttura PN pò varià:
Eterogiunzione Singola (SH):
A regione P, a regione N è a regione attiva sò fatte di u listessu materiale. A regione di ricombinazione hè larga è menu efficiente.
Doppia Eterogiunzione (DH):
Un stratu attivu di banda proibita più strettu hè inseritu trà e regioni P è N. Questu cunfina sia i purtatori sia i fotoni, migliurendu significativamente l'efficienza.
Struttura di u Pozzu Quanticu:
Utilizza un stratu attivu ultra-sottile per creà effetti di cunfinamentu quanticu, migliurendu e caratteristiche di soglia è a velocità di modulazione.
Queste strutture sò tutte cuncepite per migliurà l'efficienza di l'iniezione di purtatori, a ricombinazione è l'emissione di luce in a regione di giunzione PN.
4. Cunclusione
A giunzione PN hè veramente u "core" di un laser à semiconduttore. A so capacità d'injectà purtatori sottu polarizazione diretta hè u fattore fundamentale per a generazione di laser. Da a cuncepzione strutturale è a selezzione di i materiali à u cuntrollu di i fotoni, e prestazioni di tuttu u dispusitivu laser giranu intornu à l'ottimisazione di a giunzione PN.
Cù l'avanzamentu di e tecnulugie optoelettroniche, una cunniscenza più prufonda di a fisica di e giunzioni PN ùn solu migliora e prestazioni di i laser, ma pone ancu una basa solida per u sviluppu di a prossima generazione di laser à semiconduttori d'alta putenza, d'alta velocità è à bassu costu.
Data di publicazione: 28 di maghju di u 2025