8.Инжекция и экстракция неосновных нз.

Неравновесное состояние п/п возникает при каком-либо внешнем энергетическом воздействии, в рез-те кот конц-ции подвижн НЗ становяться отличными от равновесных. Таким воздействием может быть облучение п/п светом, в рез-те чего появляются допе (избыточные) НЗ. В п/п приборах неравновесное состояние п/п возникает обычно при введении в него (или выведении из него) неосновных НЗ из внешней эл цепи через электронно-дырочный переход.Процесс введения неосновных НЗ наз-ся инжекцией,а выведения - экстракцией. 

Hа рис. 1.8,а представлен дырочный п/п, в кот ч/з сечение x_p инжектируются эл-ны. Пpи этом в п/п-ке одновpеменно происходят 2 очень важных процесса:1) конц-ции эл-нов на поверхности п/па неизбежно ведет к возникновению их диффузии в глубинные области;диффундируя они встречаются с дырками и pекомбиниpуют. 2) введение избыточных эл-нов нарушает электpонейтpальность обл-ти, примыкающей к пов-сти п/п, что ведет к образованию внутр эл поля, смещающего дырки из глубинных областей к пов-ти п/п, в pез-те чего происходит частичная компенсация инжектированного ‘-‘ заpяда. Вpемя, в течение кот происходит этот процесс, называется временем диэлектрической релаксации. Оно сост около 10^-12с. Полной компенсации инжектированного заpяда произойти не может, так как в этом случае исчезнет внутреннее поле.

Т о в рез-те инжекции конц-ция как неосновных, так и основных НЗ.На рис.1.8,б показано распределение концентрации электронов и дырок:n(x) = n_p+  n(x); (1.17)

p(x) = p_p+  p(x). (1.18) Поскольку конц-ции n_p и p_p отличаются на несколько порядков, то для совмещения графиков n(x) и p(x) средняя часть вертикальной оси удалена. При этом выполняется условие)  n(x)   p(x)..

В случае экстракции эл-нов из дырочного п/п (рис. 1.9,а) происходит конц-ции эл-нов в приповерхностной обл и возникает диффузия эл-нов в направлении справа налево. При этом также возникает внутреннее эл поле, сдвигающее дырки вглубь п/п. Распределение конц-ции эл-нов и дырок:

n(x) = n_p -  n(x); (1.19) p(x) = p_p -  p(x) . (1.20)

принимает вид, показанный на рис. 1.9,б.

45.Полупроводниковые лазеры.

Яв-ся твердотельными.В этих ла­зерах когерентное излучение получ-тся вследствие перехода эл-нов с нижнего края ЗП на верх­ний край валентной зоны. Сущ-т 2 типа п/п лазеров.Первый имеет пластину беспримесного п/п,в кот накачка про­изв-ся пучком быстрых эл-нов с энергией 50-100кэВ. В качестве п/п-ков исп-ся GaAs, CdS или CdSe. Накачка электрон­ным пучком вызывает сильный нагрев п/п,отчего лазерное излу­чение ухудшается. Поэтому такие лазе­ры нуждаются в хорошем охлаждении.Накачка электронным пучком может быть поперечной (рис. 12.4)

или продольной (рис. 12.5).

При поперечной накачке 2 противополож грани п/п кристалла отполированы и играют роль зеркал оптич-го резонатора.

В сл продольной накач­ки примен-ся внешние зеркала. При продольн накачке знач-но улуч­шается охлаждение п/п. Второй тип п/п ла­зера — так наз-мый инжекционный лазер.

В нем имеется п-р- переход (рис. 12.6), образованный двумя вырож­денными примесными п/п-ми, у кот конц-ция и донорных, и акцепторных примесей сост-т 10¹⁸ -10¹⁹см^-3. Грани, перпенди­кулярные плоскости п-р-перехода, отполированы и служат в кач-ве зеркал оптического резонатора. На такой лазер подается прямое U, под дей­ствием кот потенц барьер в п — р-переходе и про­исходит инжекция эл-нов и дырок. В области перехода начинается интенсивная рекомбинация НЗ, при кот эле-ны переходят из ЗП в ВЗ и воз­никает лазерное излучение. Для инжекционных лазеров применяют главным образом арсенид галлия. КПД довольно высок от 50 до 60%. Мини­атюрные инжекционные лазеры с линей­ными размерами п/п-в око­ло 1 мм дают мощность излучения в непрер режиме до 10 мВт, а в импульсном режмогут иметь мощ­ность до 100 Вт. Получение больших мощностей требует сильного охлажде­ния.Отметим,что в устройстве лазеров имеется много различных осо­бенностей. Оптический резонатор лишь в простейшем случае составлен из 2-х плоскопараллельных зеркал.В состав многих лазеров входят до­п устр-ва для управле­ния излучением,расположенные либо внутри резонатора,либо вне его.С по­мо этих устройств отклоняется и фокусируется лазерный луч, изменяются различные параметры излучения. Длина волны у разных лазеров может состав­лять 0,1 — 100 мкм.