Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
лее короткой длине волны, чем длина возбуждаемого лазера. Возбуждение
InAs-лазера с помощью GaAs-лазера проводилось также в работе |Л. 45].
Одной из проблем, связанных с оптическим возбуждением, является то, что
возбуждающее излучение поглощается очень близко к поверхности
полупроводника, если длина волны этого излучения близка или короче длины
волны, соответствующей ширине запрещенной зоны полупроводника. Вследствие
этого на работу лазера в сильной степени влияет состояние поверхности. В
работе
/7
Рис. 27. Возбуждение электронным пучком.
в- схема возбуждения электронным пучком [Л. 46]; б - многоэлементное
устройство, состоящее нз полупроводниковых лазеров, которые возбуждаются
пучком электронов [Л. 48]; / - пучок электронов; 2 - когерентное
излучение; 3-отражающие поверхности; 4 - отражающие поверхности; 5 -
полупроводниковый образец; 6 - полупроводниковый лазер; 7 - пучок
электронов; 8 - генерируемое излучение; 9 - зеркала.
[Л. 42] возбуждался GaAs с помощью импульсов рубинового лазера (излучение
которого близко по длине волны к ширине запрещенной зоны GaAs) и была
получена выходная мощность в импульсе, равная 3-104 вт, что является
самым высоким значением, полученным до настоящего времени для
полупроводниковых лазеров. Преимуществом оптического возбуждения (и, как
будет показано ниже, возбуждения с помощью электронного пучка) является
то, что в этих случаях возбуждается большой объем материала. Это особенно
важно для материалов, ;в которых трудно получить р-п переход.
2. Возбуждение с помощью пучка электронов. Другим методом для
получения инверсной населенности в полупроводниках является бомбардировка
кристалла полупроводника пучком электронов высокой энергии. Как
указывалось выше, в этом случае исключается необходимость изготовления р-
п перехода, которое для многих материалов представляет большие трудности.
Впервые результаты по возбуждению электронным пучком были опубликованы в
работе {Л. 46], где использовались электроны с энергией около 50 кэв.
Типичная схема эксперимента представлена на рис. 27,а. Электроны
валентной зоны побуждаются в зону проводимости электронами пучка. На
каждый возбужденный таким образом электрон приходится одна дырка, так что
даже в собственном полупроводнике это приводит к вырожденной электронно-
дырочной населенности. Это .условие иллюстрируется рис. 2, но при
возбуждении электронным пучком число .электронов-должно быть равно числу
дырок. Как и
в случае оптического возбуждения или возбуждения электрическим током,
материал должен представлять собой резонатор Фабри - Перо, в котором
отражающие поверхности должны быть либо сколотыми, либо отполированными
параллельными плоскостями. При проникновении пучка электронов в материал
(на глубину 5 или 10 мкм), как и в случае инжекционного диода, пары
электрон-дырка создают вырожденную населенность Таким образом, возникает
спонтанное излучение до тех пор, пока не достигаются пороговые условия
генерации. Используя возбуждение импульсами электронов кристаллов ZnS,
автор [Л. 47] получил ультрафиолетовое лазерное излучение при
температурах жидкого гелия и жидкого азота. В спектральном
интервале от 3 245 до 3 300 А были получены пиковые мощности до 1,7 вт.
Такая длина волны является наиболее короткой для всех
полученных до настоящего времени полупроводниковых лазеров. Эффективность
лазеров при возбуждении пучком электронов ниже эффективности лазеров с
р-п переходом. Это
связано с неизбежными поте-
рями энергии горячими электронами и дырками, созданными электронным
пучком.
Было высказано предположение, что можно создать многоэлементное
устройство из полупроводникового лазерного материала, которое будет
возбуждаться с помощью пучка электронов {JI. 48, 49]. Такая
система может иметь вид, представленный на рис. 27,6. При
облучении элементов в определенной заданной последовательности может быть
получено изображение. С другой стороны, при одновременном облучении
электронным пучком всех элементов может быть получен лазерный луч очень
высокой энергии. Первая схема облучения может быть применена в
телевидении, вторая - в радиолокации.
3. Лавинный пробой. Если электроны (или дырки) в полупроводниковом
материале ускоряются до достаточно высоких энергий электрическим полем,
происходит ударная ионизация, при которой образуются пары электрон -
дырка. Это явление, вызванное лавинным пробоем, использовалось в работе
,[Л. 50] как средство возбуждения в структуре р-п р, представленной на
рис. 28. Лавинный пробой возникал сначала за счет дырок в области
сильного электрического поля у границ р-п. Когда электрическое поле
достаточно велико для создания вырожденного распределения и усиление
превышает потери в резонаторе, в направлении, перпендикулярном
направлению поля, возникает лазерное излучение.
4 Материалы для лазеров. Список полупроводниковых материалов, на которых
был осуществлен лазерный режим работы, продолжает расти. В табл. 13-1
