Kanthi perkembangan teknologi optoelektronik sing cepet, laser semikonduktor wis nemokake aplikasi sing wiyar ing bidang-bidang kayata komunikasi, peralatan medis, laser ranging, pangolahan industri, lan elektronik konsumen. Ing inti teknologi iki ana sambungan PN, sing nduweni peran penting—ora mung minangka sumber emisi cahya nanging uga minangka pondasi operasi piranti kasebut. Artikel iki nyedhiyakake ringkesan sing jelas lan ringkes babagan struktur, prinsip, lan fungsi utama sambungan PN ing laser semikonduktor.
1. Apa sing diarani PN Junction?
Sambungan PN yaiku antarmuka sing dibentuk antarane semikonduktor tipe-P lan semikonduktor tipe-N:
Semikonduktor tipe-P didoping karo pengotor akseptor, kayata boron (B), ndadekake bolongan minangka pembawa muatan mayoritas.
Semikonduktor tipe-N didoping karo pengotor donor, kayata fosfor (P), ndadekake elektron minangka pembawa mayoritas.
Nalika bahan tipe-P lan tipe-N digabung, elektron saka wilayah-N nyebar menyang wilayah-P, lan bolongan saka wilayah-P nyebar menyang wilayah-N. Difusi iki nggawe wilayah penipisan ing ngendi elektron lan bolongan gabung maneh, ninggalake ion sing diisi sing nggawe medan listrik internal, sing dikenal minangka alangan potensial bawaan.
2. Perané PN Junction ing Laser
(1) Injeksi Pembawa
Nalika laser beroperasi, sambungan PN bias maju: wilayah P disambungake menyang voltase positif, lan wilayah N menyang voltase negatif. Iki mbatalake medan listrik internal, saengga elektron lan bolongan bisa diinjeksi menyang wilayah aktif ing sambungan, ing ngendi kemungkinan bakal gabung maneh.
(2) Emisi Cahya: Asal-usul Emisi Terstimulasi
Ing wilayah aktif, elektron lan bolongan sing diinjeksi gabung maneh lan ngeculake foton. Kaping pisanan, proses iki minangka emisi spontan, nanging nalika kapadhetan foton mundhak, foton bisa ngrangsang rekombinasi elektron-lubang luwih lanjut, ngeculake foton tambahan kanthi fase, arah, lan energi sing padha—iki diarani emisi sing distimulasi.
Proses iki mbentuk pondasi laser (Amplifikasi Cahya kanthi Emisi Radiasi sing Distimulasi).
(3) Output Laser kanggo Gain lan Resonansi Rongga
Kanggo nggedhekake emisi sing dirangsang, laser semikonduktor kalebu rongga resonansi ing loro-lorone sambungan PN. Ing laser pemancar pinggiran, contone, iki bisa ditindakake nggunakake Distributed Bragg Reflectors (DBR) utawa lapisan pangilon kanggo mantulkan cahya bolak-balik. Setelan iki ngidini dawa gelombang cahya tartamtu dikuatake, sing pungkasane ngasilake output laser sing koheren lan arah banget.
3. Struktur lan Optimasi Desain PN Junction
Gumantung saka 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 amba lan kurang efisien.
Heterojunction Ganda (DH):
Lapisan aktif celah pita sing luwih sempit diapit ing antarane wilayah P lan N. Iki mbatesi operator lan foton, sing ningkatake efisiensi kanthi signifikan.
Struktur Sumur Kuantum:
Nggunakake lapisan aktif ultra-tipis kanggo nggawe efek kurungan kuantum, ningkatake karakteristik ambang batas lan kecepatan modulasi.
Struktur iki kabeh dirancang kanggo ningkatake efisiensi injeksi pembawa, rekombinasi, lan emisi cahya ing wilayah PN junction.
4. Dudutan
Sambungan PN pancen minangka "jantung" laser semikonduktor. Kemampuane kanggo nyuntikake pembawa ing bias maju minangka pemicu dhasar kanggo generasi laser. Saka desain struktural lan pemilihan bahan nganti kontrol foton, kinerja kabeh piranti laser muter ing babagan optimalisasi sambungan PN.
Nalika teknologi optoelektronik terus maju, pangerten sing luwih jero babagan fisika PN junction ora mung nambah kinerja laser nanging uga nyawisake pondasi sing kuwat kanggo pangembangan generasi sabanjure laser semikonduktor daya dhuwur, kecepatan dhuwur, lan biaya murah.
Wektu kiriman: 28 Mei 2025