6.2 Лазеры на гетероструктурах
Особое значение имеют гетероструктурные лазеры, которые не требуют охлаждения и работают при комнатной температуре. Этими проблемами занимался академик Жорес Иванович Алферов, получивший в 2000г. за выдающиеся открытия в области гетероструктур Нобелевскую премию.
Гетеропереходом называется переход, образованный между двумя полупроводниками с различной шириной запрещенной зоны.
Полупроводники должны иметь близкие кристаллические структуры, например переходы, созданные из так называемых «твердых растворов»: AlGaAs-GaAs, InP-GaInAs и т.д.
Этим гетеропереходы отличаются от гомопереходов.
Гомопереход – это переход, созданный на основе одного полупроводника с различной проводимостью (например, контакт кремния с электронной и дырочной проводимостью).
Рассмотрим p-n гетеропереход, у которого ширина запрещенной зоны n-полупроводника больше, чем у p-полупроводника:
n p
WП`
W
П
Ө
W`
WВ`
W
W
В
W> W`
Как видно из энергетической диаграммы такого перехода, высота энергетического барьера для электронов, движущихся из n-области в p-область ( ) гораздо меньше энергетического барьера для дырок, движущихся из p-области в n-область ( ). Поэтому при подаче на такой гетеропереход прямого напряжения будет преобладать инжекция электронов, т.е. получится односторонняя инжекция. Этим гетеропереход принципиально отличается от гомоперехода.
Г етеропереход может быть создан на основе полупроводников одного типа проводимости (p-p+ или n-n+).
p p+
WП`
W`
W
П
Ө
WВ`
W
В
W
W<
W`
Высота энергетического барьера для электронов (ННЗ), переходящих из p в p+-область, будет значительной, т.е. в базе (p+-область) не будут накапливаться ННЗ, следовательно, не требуется время на их рассасывание, а значит, повышается быстродействие.
Использование двойных гетероструктур (ДГС), таких как p-n-n+ или n-p-p+ позволили получить сверхинжекцию и, тем самым, увеличить коэффициент усиления и повысить КПД.