Принцип действия

На этом явлении можно построить прибор, который будет работать как лазер. Принцип действия такого прибора основан на трех оптических процессах в полупроводниках: спонтанном поглощении, спонтанном излучении и вынужденном излучении. В спонтанных процессах носитель заряда (электрон или дырка)

при переходе из одной энергетической зоны в другую поглотает или испускает фотон. Энергия этого фотона равна ширине запрешенной зоны. Длина волны фотона определяется его энергией; следовательно, длина волны поглощенного или излученного полупроводником света задается выбором конкретного полупроводникового материала. Предположим, что электрон в валентной зоне поглощает фотон, энергия которого больше, чем ширина запрещенной зоны. Электрон перейдет в зону проводимости, образовав дырку в валентной зоне. Теперь предположим, что электрон находится в зоне проводимости; это возбужденное состояние — оно нестабильно. Через короткое время без каких-либо внешних воздействий электрон может перейти в валентную зону, при этом дырка исчезнет и излучится фотон, энергия которого точно равна ширине запрещенной зоны.

Третий основной процесс — вынужденное излучение, которое существенно для работы лазера. Оно происходит, когда фотон с энергией, равной ширине запрещенной зоны, «сталкивается» с электроном, находящимся в зоне проводимости. В этой ситуации электрон из зоны проводимости вынужден совершить переход в валентную зону и излучить фотон. Примечательно, что падающий фотон и фотон, излучаемый электроном, имеют не только одинаковую частоту, но и фазу, т.е. гребни и впадины их волн будут совпадать. Следует сказать, что переходы между энергетической зоной и уровнем энергии, занятым примесным атомом, и даже между двумя примесными уровнями сопровождаются испусканием фотона. Кроме того, энергия носителей зарядов в зоне проводимости и валентной зоне подчиняется статистическому распределению. Далее энергетические уровни примесных атомов образуют узкие полосы. По этим причинам электромагнитное излучение полупроводника происходит в узком диапазоне длин волн, а не на одной длине волны, определяемой шириной запрещенной зоны.

ЕСЛИ р — л-переход подключить к источнику электрического тока, то эта область в полупроводнике может стать превосходным излучателем света. При этом переход окажется под напряжением, которое отчасти будет компенсировать собственное (контактное) электрическое поле перехода.