Kanthi perkembangan teknologi optoelektronik kanthi cepet, laser semikonduktor nemokake aplikasi sing nyebar ing bidang kayata komunikasi, peralatan medis, kisaran laser, pangolahan industri, lan elektronik konsumen. Inti teknologi iki dumunung ing persimpangan PN, sing nduweni peran penting-ora mung minangka sumber emisi cahya nanging uga minangka dhasar operasi piranti kasebut. Artikel iki nyedhiyakake ringkesan sing jelas lan ringkes babagan struktur, prinsip, lan fungsi utama persimpangan PN ing laser semikonduktor.
1. Apa iku PN Junction?
Persimpangan PN yaiku antarmuka sing dibentuk antarane semikonduktor tipe-P lan semikonduktor tipe-N:
Semikonduktor P-jinis wis doped karo impurities akseptor, kayata boron (B), nggawe bolongan operator muatan mayoritas.
Semikonduktor tipe-N didoping karo impurities donor, kayata fosfor (P), nggawe elektron dadi operator mayoritas.
Nalika bahan P-jinis lan N-jinis digawa menyang kontak, elektron saka N-wilayah kasebar menyang P-wilayah, lan bolongan saka P-wilayah kasebar menyang N-wilayah. Difusi iki nggawe wilayah penipisan ing ngendi elektron lan bolongan gabung maneh, ninggalake ion sing diisi daya sing nggawe medan listrik internal, sing dikenal minangka penghalang potensial sing dibangun.
2. Peran saka PN Junction ing Laser
(1) Injeksi Carrier
Nalika laser makaryakke, prapatan PN maju prasongko: P-wilayah disambungake menyang voltase positif, lan N-wilayah kanggo voltase negatif. Iki mbatalake medan listrik internal, ngidini elektron lan bolongan disuntikake menyang wilayah aktif ing persimpangan, ing ngendi padha bisa gabung maneh.
(2) Emisi Cahya: Asal-usul Emisi sing Dirangsang
Ing wilayah aktif, elektron lan bolongan sing disuntikake gabung maneh lan ngeculake foton. Kaping pisanan, proses iki minangka emisi spontan, nanging nalika kapadhetan foton mundhak, foton bisa ngrangsang rekombinasi lubang elektron luwih lanjut, ngeculake foton tambahan kanthi fase, arah, lan energi sing padha - iki minangka emisi sing dirangsang.
Proses iki mbentuk pondasi laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
(3) Gain lan Resonant Cavities Formulir Laser Output
Kanggo nggedhekake emisi sing dirangsang, laser semikonduktor kalebu rongga resonansi ing loro-lorone persimpangan PN. Ing laser pinggiran-emitting, contone, iki bisa ngrambah nggunakake Distributed Bragg Reflectors (DBRs) utawa lapisan pangilon kanggo nggambarake cahya bali lan kasebut. Persiyapan iki ngidini dawa gelombang cahya tartamtu digedhekake, pungkasane ngasilake output laser sing koheren lan arah.
3. Struktur PN Junction lan Optimization Desain
Gumantung ing jinis laser semikonduktor, struktur PN bisa beda-beda:
Heterojunction Tunggal (SH):
Wilayah P, wilayah N, lan wilayah aktif digawe saka bahan sing padha. Wilayah rekombinasi jembar lan kurang efisien.
Double Heterojunction (DH):
Lapisan aktif bandgap sing luwih sempit diapit ing antarane wilayah P lan N. Iki mbatesi operator lan foton, kanthi nyata ningkatake efisiensi.
Struktur Sumur Kuantum:
Nggunakake lapisan aktif ultra-tipis kanggo nggawe efek kurungan kuantum, nambah karakteristik ambang lan kacepetan modulasi.
Struktur kasebut kabeh dirancang kanggo ningkatake efisiensi injeksi operator, rekombinasi, lan emisi cahya ing wilayah persimpangan PN.
4. Kesimpulan
Persimpangan PN saestu minangka "jantung" saka laser semikonduktor. Kemampuan kanggo nyuntikake operator ing bias maju minangka pemicu dhasar kanggo generasi laser. Saka desain struktural lan pilihan materi kanggo kontrol foton, kinerja kabeh piranti laser revolves watara optimalisasi PN prapatan.
Nalika teknologi optoelektronik terus maju, pangerten sing luwih jero babagan fisika persimpangan PN ora mung nambah kinerja laser, nanging uga nggawe dhasar sing kuat kanggo pangembangan laser semikonduktor berdaya tinggi, kacepetan dhuwur, lan murah.
Wektu kirim: Mei-28-2025