13. Напівпровідниковий лазер на гомопереході.

В лазерах на гомопереході накачування здійснюється в p-n переході, у якому як р- область, так і n- область виконані з того самого напівпровідникового матеріалу, найчастіше це GaAs. Основна структура лазерних діодів на p-n переході показана на малюнку

Рис. 6. Конструкция полупроводникового лазера

Звичайно p-n перехід формується епітаксійним нарощуванням.

Якщо до контактів прикладена напруга U, два рівні стають розділеними проміжком E=e, таким чином, при зсуві в прямому напрямку зонна структура прийме вид показаний на малюнку 3б. При зсуві в прямому напрямку відбувається інжекція в активний шар електронів з активної зони провідності матеріалу n-типу й дірок з валентної зони матеріалу p-типу.

Товщина активної області d приблизно дорівнює середній відстані, прохідному електроном до рекомбінації з діркою. Відповідно до теорії дифузії товщина , де D – коефіцієнт дифузії, -середній час життя неонового носія до рекомбінації. В арсеніді гелію (GaAs) коефіцієнт дифузії D =10см²/з, а  1 нс, отже, d=1мкм.

Коли на лазерний діод подається прямий зсув і починає протікати струм, пристрій не відразу працює в лазерному режимі. При малому струмі випускається світло, що, виникає головним чином за рахунок спонтанної емісії й має спектральну характеристику шириною порядку сотень- ангстрем - некогерентне світло. У міру наростання струму накачування в області переходу створюється висока інверсна населеність і випромінюється більше фотонів. Перехід від спонтанної емісії до лазерного випромінювання відбувається різко, після того як струм перевищить граничне значення. При цьому спостерігаються різкий злам на кривої залежності потужності оптичного випромінювання від типу накачування, що є результатом різкого збільшення квантового виходу в лазерному процесі.

Щільність граничного струму для більшості гомолазеров порядків 10⁵А/см². Тому що площа діода становить близько 10^-3 см², максимальний струм звичайно досягає 10 А. Проходження через p-n перехід струмів такої щільності приводить до сильного розігріву, а це, у свою чергу, зменшує ефективність випромінювання. Тому гомолазери працюють при кімнатній температурі лише в імпульсному режимі, пікова вихідна потужність становить 10 Вт. Безперервний режим роботи може бути реалізований тільки при охолодженні.

Гомолазеры мають невисокі эксплутационные параметри - великий граничний струм, малий термін служби, низький КПД. Це пояснюється більшою ймовірністю безвипромінювальних видів рекомбінації у вырожденных напівпровідниках, поглинанням генерируемого в активній області випромінювання в прилягаючих “пасивних” областях. Структура лазера сприяє виникненню поглинання. Як відзначалося вище, товщина активної області в перпендикулярному до p-n переходу напрямку становить близько 1 мкм. Однак внаслідок дифракції поперечний розмір лазерного пучка в цьому напрямку значно більше товщини активної області (~ 5 мкм). Отже, лазерний пучок досить глибоко проникає в р- і n- області, де випробовує сильне поглинання значною кількістю инжектируемых носіїв, які, маючи більшу довжину вільного пробігу, “проскакують” активну область, не беруть участь у процесі генерації лазерного випромінювання й рекомбинируют у пасивних областях, що не володіють підсилювальними властивостями.