מקורות קרינה ולייזרים
DESCRIPTION
מקורות קרינה ולייזרים. 9.1 - יתרונות של דיודות לייזר. 9.2 – חזרה על פיסיקה של מצב מוצק. 9.3 – אלקטרו-לומינסצנסיה. 9.4 - פליטת אור בצמתים. 9.5 - מדוע לא מייצרים לייזרים ולדים מסיליקון ?. 9.6 - חומרים עם מעברים ישירים. 9.7 - לייזר Homo-junction. 9 – לייזרים ו- LED -ים במוליכים למחצה. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Schechner (c)1לייזרים 9 - מוליכים למחצה
מקורות קרינה ולייזרים-ים במוליכים למחצהLED – לייזרים ו-9
- יתרונות של דיודות לייזר9.1 – חזרה על פיסיקה של מצב מוצק9.2 – אלקטרו-לומינסצנסיה 9.3 - פליטת אור בצמתים9.4 - מדוע לא מייצרים לייזרים ולדים מסיליקון ?9.5
- חומרים עם מעברים ישירים9.6-Homo - לייזר 9.7
junction9.8 - LED
- אופן נפחי בלייזר9.9
hetero-junctionלייזר - 9.10
– לייזר בור קוונטי9.11
Schechner (c)2לייזרים 9 - מוליכים למחצה
driver אפשרות לאיפנון ע"י 1.20 GHz
תקשורת לסיב אופטי
זמן ביט
t
Itbit = 1/Bitrate
tbit
0 01
Schechner (c)3לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Bit and Byte
אות ביט32
מילה אותיות10
שורה מילים10
דף שורות40
ספר עמודים500
נניח ש-:
חשב: את מספר הביטים שיש בספר• תוך כמה זמן מועבר הספר בקו תקשורת של•
Gigabit/s 20? סיב אופטי המשדר בקצב של
Schechner (c)4לייזרים 9 - מוליכים למחצה
האלומה מתאימה 2.
לסיבים אופטיים1 – 40 m
Single Mode Fibersa = 2 mclade
Multimode Fibersa = 80 mcore
Schechner (c)5לייזרים 9 - מוליכים למחצה
. רוחב קו צר ביותר3 ~ 1 nm
דיספרסיה כרומטית קטנהמאפשרת
WDM-Wavelength Domain Multiplexing
III1620 - 1530חלון עבירות
ערוצים 40
Schechner (c)6לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Silicaמקדם השבירה כתלות באורך הגל עבור
http://www.fiber-optics.info/articles/dispersion.htmdn/d= (-) Dc
Schechner (c)7לייזרים 9 - מוליכים למחצה
דיספרסיה
In
S 0 L
אורכי הגל הקצרים נעים יותר לאט
Schechner (c)8לייזרים 9 - מוליכים למחצה
I
t
tbit
t + t
I
t + nt
I
ואורכי הל הקצרים נעים יותר לאט.
אורכי הגל הארוכים נעים יותר מהר. הפולס מאבד
את הצורה המלבנית
Schechner (c)9לייזרים 9 - מוליכים למחצה
50 x 10 x 300 m מאפשר הרכבה כרכיב
- ממדים קטנים4
תיפקוד במעגלים של מיקרו-אלקטרוניקה מקובלת
50% - יעילות אורית גבוה6
15 mA @ 2V שאיבה חשמלית בהספק נמוך-5
Schechner (c)10לייזרים 9 - מוליכים למחצה
- ייצור "המוני" בטכנולוגיה 7
של מוליכים למחצה
12 - 0.4 - מגוון אורכי גל 9m
- ניתן להרכבה (מונוליתית) 8 במעגלים של מיקרו-מעבדים
PCB ובלוחות
Schechner (c)11לייזרים 9 - מוליכים למחצה
– חזרה על פיסיקה של מל"מ 9.2
רמת ההולכה
רמת הערכיות
E[eV]
d [nm]
Eg
מבודדים, מוליכים, מוליכים למחצה•מל"מ אינטרינזי •N, זיהומי Pמל"מ אקסטרינזי, זיהומי •צמתים, הפעלה בממתח קידמי והפוך•
Schechner (c)12לייזרים 9 - מוליכים למחצה
– אלקטרו-לומינסצנסיה 9.3
d [nm]
רמת ההולכה
רמת הערכיות
E[eV]
Egh
max
max = hc/Eg
לדים ולייזרים
Schechner (c)13לייזרים 9 - מוליכים למחצה
- פליטת אור בצמתים9.4
p
+ + + + + + + +
Depletion Layer
e- e- e- e- e- e- e-
n
Eg
Valence Band
Conductance BandV
d
צומת
Schechner (c)14לייזרים 9 - מוליכים למחצה
npלזירה בצומת
n p+-
e- e- e- e- e- e- e-
+ + + + + + + + + +
e-
e- h
ממתח קדמי – בזרם גבוהה -היפוף אכלוסיה בצומת
Schechner (c)15לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Light emitting diode
e- e- e- e- e- e- e-
n p
+ + + + + + + +
_ +
+ +
e-
e-
h
+ + +
e- e- e-
h
Schechner (c)16לייזרים 9 - מוליכים למחצה
זרם סף
I[w]
A ,זרם סףIth
קרינה ספונטנית
קרינה מדורבנת
Schechner (c)17לייזרים 9 - מוליכים למחצה
T - תלות ב- זרם סף
I[w]
A
T1
T4
T4>T1
Schechner (c)18לייזרים 9 - מוליכים למחצה
רוחב ספקטרלי
I קרינה ספונטנית
קרינה מדורבנת
0
Schechner (c)19לייזרים 9 - מוליכים למחצה
הולכה
ערכיות
E[eV]
d, nm
- מדוע לא מייצרים לייזרים ולדים מסיליקון ?9.5
Schechner (c)20לייזרים 9 - מוליכים למחצה
ax
ay
a0קבוע הגביש -
az
Schechner (c)21לייזרים 9 - מוליכים למחצה
קבועי גביש של יסודות מקבוצת IV
Element or Compound
TypeNameCrystal
Structure
Lattice Constant at 300 K (Å(
CElementCarbon (Diamond(
Diamond3.56683
SiElementSiliconDiamond5.43095
GeElementGermaniumDiamond5.64613
SnElementGrey TinDiamond6.48920
http://www.semiconfareast.com/lattice_constants.htm
Schechner (c)22לייזרים 9 - מוליכים למחצה
שימור התנע במעברים (אלקרטרו-לומינסנטיים) בין רמות
הנתון p יש תנע vלכל אלקטרון הנע במהירות ע"י:
p = m*v קיים קשר בין התנע של חלקיק de Broileלפי (נניח אלקטרון) ואורך הגל שלו:
p = h/electron
עוד הגדרהpואז, יש ל-p = (h/2)k
נזכור את ההגדרה של "ווקטור הגל" (מתוך פונקצית הגל)k = 2electron
E(x,t) = E0 sin(t – kx + )
Schechner (c)23לייזרים 9 - מוליכים למחצה
דיאגרמת E-k
E[eV
]
Ec
Ev
p = m*vp = h/electron
p = (h/2)k
במקרה הזה המינימה באנרגיה של רמת ההולכה, תואם את המקסימה של רמת הערכיות.
, באותה התנע.kשני הערכים מתקבלים באותו
k V 1/electronp
Schechner (c)24לייזרים 9 - מוליכים למחצה
חוק שימור התנע במעבר k = ke - kh = 0אלקטרו-לומינסנטי
E[eV]
Ec
Ev
k
Siliconב-לא יכול לתקיים החוק.
המעברים לפליטת קרינה נדירים ביותר.
לא ניתן ליצור לייזרים מסיליקון
E(k)בסיליקון
Schechner (c)25לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Si, Ge
GaAs
מל"מ
-+
++
כגלאיכמקור
שימוש
≠1Indirect
1 Direct
p(Ev,max)
p(Ec,min)
Gap
p = )me* vc (before emission = )me* vv(after emission
עבור מקורות קרינה במל"מ (לייזרים ולדים), קיים:
Schechner (c)26לייזרים 9 - מוליכים למחצה
III-Vהקבוצה
תרכובות אלו, בחלקן, יוצרות גבישים שבהן יכול להתקיים חוק שימור התנע במעברים של פליטה.
תרכובות בינריותIn
Ga
Al
III
Ge
Si
C
IV
Sb
As
P
V
Siלא כמזהמים של
- חומרים עם 9.6מעברים ישירים
Schechner (c)27לייזרים 9 - מוליכים למחצה
IIIIIIVVVI
B C
(2,5(N
(3,1(O
(3,5(
Al (1,5(
Si (1,7(
P (2,1(
S (2,4(
Zn (1,7(
Ga (1,8)
Ge (2,0(
As (2,2(
Se
Cd (1,5(
In (1,5(
Sn (1,7(
Sb (1,8(
Te (2,0(
HgTlPb
(1,6(Bi
(1,7(Po
תקשורת אופטית צבע ירוק וכחול
(אלקטרו-נגטיביות)
Schechner (c)28לייזרים 9 - מוליכים למחצה
אורך הגל כתלות בקבוע הגביש
Bandgap wavelenght, max
Bandgap Energy (eV)
LatticeConstant
a0
[Anstrom ]
Indirect
Saleh and Teich p.550
Schechner (c)29לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Bandgap wavelenghtLatticeConstant
a[Anstrom ]
Ǻ = 0.1 nmנמדד ב- aקבוע הגביש -
עבור מל"מ אופטרוניים: 0.54 nm < a < 0.65 nm
קבועי השריג קטנים מאוד ביחס לאורכי הגל האלקטרו-אופטיים
a <
a0 ≈ 6x10-6/6x10-10 = 104אפשרות לגדל מהוד בדיוק רב
Schechner (c)30לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Germanium וה- Siliconה-
Bandgap wavelenght
Bandgap Energy (eV)
LatticeConstant
a[Anstrom ]
Indirect
גלאים שלקרינה אופטרונית
קבועי הגביש של התרכובות הבינריות גדול יותר מזה של הסיליקון
Schechner (c)31לייזרים 9 - מוליכים למחצה
תרכובות בינריות לוזרות
Bandgap wavelenght
Bandgap Energy (eV)
LatticeConstant
a[Anstrom ]
גלאים בלבד
Schechner (c)32לייזרים 9 - מוליכים למחצה
InSbXAS1-x
טרנריותתרכובות לוזרות
Bandgap wavelenght
Bandgap Energy (eV)
LatticeConstant
a[Anstrom ]
GaxAl1-xAs
Schechner (c)33לייזרים 9 - מוליכים למחצה
מל"מ טרנרי במעבר בקווים עם אותו קבוע גביש
(נצילות טובה)GaAs …. AlxGa1-xAs ….. AlAs
quaternaryמל"מ קטרנרי 4אזור המוצל המתוחם על ידי
תרכובות בינריות
(In1-xGax)( As1-yPy)
Schechner (c)34לייזרים 9 - מוליכים למחצה
תרגיל
בעזרת השרטוט תעריך את -AlxGa1 בתרכובת xהערך של
xAsשתפלוט פוטונים בעלי
g = [0.8 mm]
Schechner (c)35לייזרים 9 - מוליכים למחצה
III-Vמזהמים לקבוצה
III V
Al P
Ga As
In Sb
Schechner (c)36לייזרים 9 - מוליכים למחצה
http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/semi_en/kap_5/illustr/i5_1_1.html
Energy Levels of Dopants in III-V Compound Semiconductors
Schechner (c)37לייזרים 9 - מוליכים למחצה
http://www.theledlight.com/color_chart.html
Wavelengt
h(nm)
Color Name
Fwd Voltage(Vf @ 20ma)
Intensity5mm LEDs
LED Dye Material
635High Eff. Red
2.0200mcd @20mA
GaAsP/GaP - Gallium Arsenic Phosphide / Gallium Phosphide
633Super Red
2.23500mcd@20mA
InGaAIP - Indium Gallium Aluminum Phosphide
623Red- Orange
2.24500mcd@20mA
InGaAIP - Indium Gallium Aluminum Phosphide
612Orange2.1160mcd @20mA
GaAsP/GaP - Gallium Arsenic Phosphide / Gallium Phosphide
Schechner (c)38לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Homo-junction - לייזר 9.7
אלקטרודה חיובית1
p GaAs(:Ge)איזור 2
צומת3
אלקטרודה שלילית4
n GaAs(:Te)איזור 5
מישור מחזיר - מהוד6
מישור מחוספס8
אלומת הלייזר7
1
3
+
-
2
6
5
48
7
Schechner (c)39לייזרים 9 - מוליכים למחצה
ממדים+
300 m
-
300 m
300 m
7
3 m
Schechner (c)40לייזרים 9 - מוליכים למחצה
יצירת מהוד בגביש של מל"ם
•Cleavage•Fresnel reflectance
nGaAs = 3.6n2 – n1
n2 + n1
2R =
RGaAs = 0.32
Schechner (c)41לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Optical Cavity
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
-
7
מהוד
L
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Schechner (c)42לייזרים 9 - מוליכים למחצה
LED - 9.8
1
3
+
-
2
5
7
4
p6
אין מהוד
זרמים יותר חלשים
נעזר באופטיקה חיצונית
החזרי פרנל פוגעים בהספק
Schechner (c)43לייזרים 9 - מוליכים למחצה
LED
n = 1.5
LEDה-נמצא
בתוך עדשה פלסטית +
-
p
n
Schechner (c)44לייזרים 9 - מוליכים למחצה
LED
RGaAs, air = 0.32
n2 – n1
n2 + n1
2R =
RGaAs, plastic, air = ?
+
-
n = 1.5
Schechner (c)45לייזרים 9 - מוליכים למחצה
חוק סנל מתווך צפוף לתווך דליל
ni sin i = nt sin t
הקרן העוברת מתרחקת
מהניצב
t
i
ni
nt
ni < nt
דליל
צפוף
– אופן נפחי 9.9 בלייזר
Schechner (c)46לייזרים 9 - מוליכים למחצה
הזווית הקריטית
ni sin i = nt sin t
ni < nt
ni
nt
i
tקיימת זווית פגיעה
שעבורה הקרן ה"עוברת" תהיה מקבילהלמישור הפגיעה
Schechner (c)47לייזרים 9 - מוליכים למחצה
c, הזווית הקריטית
לא מפתחת קרן עוברת. כל cקרן הפוגעת בזווית הקרינה מוחזרת בזווית השווה לזווית הקריטית
ni sin i = nt sin t
ni
nt
ni < nt
c
i = r
שעבורה , i, זווית פגיעה
= 900 t
t
Schechner (c)48לייזרים 9 - מוליכים למחצה
אופן נפחי בלייזרn
d
n pjunction
3.6 0.2 - 1.0 %
פרופיל מקדם השבירה
הקרינה בתוך הצומת נמצאת
ב"תעלה אופטית"
: צריכת זרם גדולה homojunctionהחיסרון של דיודות
Jhomojunction = 400 [A/mm2]
Schechner (c)49לייזרים 9 - מוליכים למחצה
לזירה בצומת homojunction
e- e- e- e- e- e- e-
n p
+ + + + + + + +
_ +
+ +
e-
e-
~~~h~~~~
1-3 m
Schechner (c)50לייזרים 9 - מוליכים למחצה
-heteroלייזר - 9.10junction
+
7
d = 1-3 m
- נפח גדול1
- בריחת 2פוטונים
homojunctionמדוע לייזר צורך הרבה זרם?
שתי סיבות
Schechner (c)51לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Hetero-junctionלייזר +
-
d = 0.2 m
כנגד הנפח גדול :
הקטנת עובי השכבה הפעילה
עדיין קרינה בורחת
הוספת שכבה נוספת
Schechner (c)52לייזרים 9 - מוליכים למחצה
homojunctionלזירה בצומת
e- e- e- e- e- e- e-
n p
+ + + + + + + +
_ +
+ +
e-
e-
h
1-3 m
Schechner (c)53לייזרים 9 - מוליכים למחצה
hetero-junctionלזירה בצומת
0.2 m
e- e- e- e- e- e- e-
N p_ +P
e- e- e- e-
+ + + + +
+ + + +
הוספת שכבה פעילה
Schechner (c)54לייזרים 9 - מוליכים למחצה
אופן נפחי
3.6
n
n p
junction 0.2 - 1.0 %
homojunction
d
בריחת פוטונים: תכנון מקדמי
שבירה של השכבות
n
3.0 N Pp
4.2heterojunctio
n
d
Schechner (c)55לייזרים 9 - מוליכים למחצה
הגדרות -לייזר heterojunction
N p P
D
1 2
3
ConductionBand
Valence Band
n
Schechner (c)56לייזרים 9 - מוליכים למחצה
heterojunctionדרישות מלייזר
Eg2< Eg1, Eg3
שקיפות לאורך גל הלוזר
n2> n1 , n3
1
2
תעלת אור3
Ec1 < Ec2 < Ec3
Ev1 < Ev2 < Ev3
4מדרגת עצירה
Schechner (c)57לייזרים 9 - מוליכים למחצה
דרישות מלייזר heterojunctiond ~ 0.2 mm
Nc,thr קטן תוצאה: צפיפות זרם קטינה
Homojunction
Heterojunction
d[m]
1 - 3
0.2
J[A/mm2]
400
10
Schechner (c)58לייזרים 9 - מוליכים למחצה
דוגמהInGaAsP/InP
Layer 1
InPn =3.5
Layer 2
In1-xGaxAsy-
1Py
Eg2 = 1.1-1.7 eV
Layer 3
InPn =3.5
Schechner (c)59לייזרים 9 - מוליכים למחצה
יצירת בור פוטנציאל
GaAlAs GaAs GaAlAs
10 nm
E
d
Quantum Well Lasers
GaAlAsGaAlAs GaAlAsGaAlAsאלומהקוהרנטית
מכאן
GaAs
מרזר אקסי
ליית ב
ביורי
שיע
Schechner (c)60לייזרים 9 - מוליכים למחצה
GaAlAs GaAs GaAlAs
-e- e- e- eזרמיםElectron current
+ + + + +
Hole current
d
E
Schechner (c)61לייזרים 9 - מוליכים למחצה
אנרגיה של רמה בבור פוטנציאלתלת ממדי
Ee(nx,ny,nz) =h2
8me*+ +
dx2 dy
2 dz2
nx2 ny
2 nz2
האנרגיה של אלקטרונים וחורים נעים בבור פוטנציאל
מקוונטת
Schechner (c)62לייזרים 9 - מוליכים למחצה
אנרגיה של רמה בבור פוטנציאלdx <<< dy , dz
Ee(nx) =
h2
8me*dx
2
nx2
=1
8me*dx
hnx
2
Ee(nx,ny,nz) =h2
8me*+ +
dx2 dy
2 dz2
nx2 ny
2 nz2
Ee(nx,ny,nz) =h2
8me*+ +
dx2 dy
2 dz2
nx2 ny
2 nz2
Schechner (c)63לייזרים 9 - מוליכים למחצה
+ + + + +
E
- +
d
מעבר מאנרגיה רציפה לאנרגיה בקוונטים
e- e- e- e-
המבנה הקוונטי של רמות האנרגיה בבור לא מאפשרים מעבר רציף
Schechner (c)64לייזרים 9 - מוליכים למחצה
dx
E
dx
- +
d
רמות אנרגיה בבור קוונטי
Schechner (c)65לייזרים 9 - מוליכים למחצה
רמות האנרגיה
Ec =h2 nx,e
2
8me*dx2 עבור אלקטרונים
Ev =h2 nx,h
2
8mh*dx2
עבור חורים
Schechner (c)66לייזרים 9 - מוליכים למחצה
חישוב לדוגמה
Ee(nx) =h2
8me* dx2
nx2
me*(GaAs) = 0.068 me nx = 1
dx = 10 nm
me*(GaAs) = 0.068 me = 0.068 x 9.1 x 10-31 =
me*(GaAs) = 0.6188 x 10-31 [Kg]
Schechner (c)67לייזרים 9 - מוליכים למחצה
dx2 = 1 x 10-16
[m2]
me*(GaAs) = 0.6188 x 10-31 [Kg]
h = 6.6 x 10-34 J s h2 = 43.56 x 10-68 J2 s2
Ee(nx)=h2
8me*dx
2
nx2
43.56 x 10-68
8x0.6188 x 10-311 x 10-
16
1=
Ee(nx) = 8.8 x 10-21
J Ee(nx) = 0.055 eV
meVהרמות בבור קוונטי במל"מ נמדד בעשרות
Schechner (c)68לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Ee(nx) =h2
8me*dx
2
nx2 שינוי במספר הקוונטי
Ee(nx=1) = 0.055 eV
Ee(nx) = 0.055 x nx2 eV
nxE ]eV[
10.055 = 0.055
20.055 x 4 = 0.22
30.055 x 9 = 0.495
Schechner (c)69לייזרים 9 - מוליכים למחצה
E1 = 0.055 eV
E2 = 4 E1 = 0.22 eV
E3 = 9 E1 = 0.495
תיאור גרפי
n = 1
n = 2
n = 3
Schechner (c)70לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Eg (GaAs bulk)
Valence Band
Eg
(GaAlAs)
Conductance
Bandnc3
nc2
nc1
nv1
nv2
nv3
2
x
e*e
2
c dn
m8h
E
2
x
h*h
2
V dn
m8h
E
תיאור גרפי כולל
רמות ברמת ההולכה
Schechner (c)71לייזרים 9 - מוליכים למחצה
חוקי המעברבבורות פוטנציאל
n = 0
n ≠ 0n = 1, 2, 3,…
Schechner (c)72לייזרים 9 - מוליכים למחצה
מעבר בין רמות
Conductance
Band nc3
nc2
nc1
Valence Band
nv1
nv2
nv3
n ≠ 0 התוצאה: Egהגדלת
Schechner (c)73לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Conductance
Bandnc3
nc2
nc1
Valence
Band
nv1
nv2
nv3
h
מעבר בין רמות
nc = nv
Schechner (c)74לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Conductance
Bandnc3
nc2
nc1
Valence
Band
nv1
nv2
nv3
h ?
מעבר בין רמות
nc ≠ nv
Schechner (c)75לייזרים 9 - מוליכים למחצה
E = Eg + E(QW)
E (QW) = Ec (ne) + Ev (nh) 2
x
e*e
2
c dn
m8h
E
2
x
h*h
2
V dn
m8h
E
*
h*e
2
x
2
Q m1
m1
dn
8h
E
אנרגית המעבר
E = Eg + Ec (e) + Ev (h)
2
x
h*h
22
x
e*e
2
Q dn
m8h
dn
m8h
E
Schechner (c)76לייזרים 9 - מוליכים למחצה
2
x*h
22
x*e
2
min,Q d1
m8h
d1
m8h
E
אנרגית המעבר מזעריתnc = nv = 1
2
**e
2
2
min,Q
hxm1
m1
d8h
E
dx = 10nmנניח
me* = 0.068 m0
mh* = 0.56 m0
GaAs
Schechner (c)77לייזרים 9 - מוליכים למחצה
EQ = 43.56 x 10-68 10.068
m0
8x10-
16
+1
0.56 m0
EQ = 0.062 eV
E = Eg + EQ = 1.43 + 0.062) = 1.49 eV
בטכניקה של בורות קוונטיים: מסקנות:של מל"ם. Eg ניתן להגדיל את ה-• ליצור לזירה בקווים ספקטרליים•
בניגוד למזהמים המאפשרים מעברים
Eg קטנים מה-
הם פונקציה הפוכה של Egהשיוניים ב- dxריבוע עובי השכבה
*
h*e
2
x
2
Q m1
m1
dn
8h
E
Schechner (c)78לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Multiple Quantum Well
GaAlAsGaAlAs GaAlAsGaAlAs
MQW
- אלומה+קוהרנטית
אלומהקוהרנטית
אלומהקוהרנטית
אלומהקוהרנטית
Schechner (c)79לייזרים 9 - מוליכים למחצה
+-
E
d
Eg(bulk)
E = Eg(bulk) + EQ
MQWפס הערכיות ופס ההולכה
Schechner (c)80לייזרים 9 - מוליכים למחצה
ירידת הזרם במעבר בין בורות
-+
E
d
I0 0.9I0 0.x I0
Schechner (c)81לייזרים 9 - מוליכים למחצה
מספר אורכי גל בגביש אחד
-
E
+
d
קיימת אפשרות לייצירת מספר אורכי גל בגיש אחד
dx1 dx2 dx3dx4
אין בקרה מהוד משותף?
Schechner (c)82לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Separate Confinement Heterostructure SCH
הוספת שכבה מעכבת מעבר של • אלקטרונים
Ec,SCH > Ec,MQW
הוספת שכבה מעכבת בריחה של •פוטונים
nSCH < nMQW
Schechner (c)83לייזרים 9 - מוליכים למחצה
- +
MQW
SCH + MQW
-
MQW
Refractive index walls
+
Schechner (c)84לייזרים 9 - מוליכים למחצה
- +
E
d
MQW- +
E
d
MQW + SCH
Schechner (c)85לייזרים 9 - מוליכים למחצה
MQW + SCH- +
E
d
1 2 3 4
ארבע מל"מים שונים
Schechner (c)86לייזרים 9 - מוליכים למחצה
תרגילצייר את דיאגרמת האנרגיות של לייזר •
MQW סגור ע"י SCH
של כל אזור Eg תן שם וסמן את ה-•
בחר - מתוך נתונים שבידך – חומר •מתאים לכל אזור
Schechner (c)87לייזרים 9 - מוליכים למחצה
מבור קוונטי לחוט קוונטי
- +
קיר הבור -קיר הבור +
חומר לוזרחומר בעל התנגדות גבוהה
Schechner (c)88לייזרים 9 - מוליכים למחצה
- +
כיוון הלזירהכיווני התהודה
- +
Schechner (c)89לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Quantum Dot
כיוון זרם האלקטרונים
איזורפעיל
התנגדות גבוהה
התנגדות גבוהה
התנגדותגבוההושקוף
התנגדותגבוההושקוף
Schechner (c)90לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Luminescence is the word for light emission after some energy was deposited in the materialPhotoluminescence describes light emission stimulated byexposing the material to light - by necessity with a higher energy than the energy of the luminescence light. Photoluminescence is also called fluorescence if the emission happens less than about 1 µs after the excitation, and phosphorescence if it takes long times- up to hours and days - for the emissionCathodoluminescence describes excitation by energy-rich electrons, chemoluminescence provides the necessary energy by chemical reactions. Here we are interested in electroluminescence, in particular in injection luminescence. Injection luminescence occurs if surplus carriers are injected into a semiconductor which then recombine via a radiating channel.
Schechner (c)91לייזרים 9 - מוליכים למחצה
Luminescenceפליטת אור אחר הזרקת אנרגיה לתווך
Photoluminescenceלומינסנציה לאחר הזרקת פוטונים
פוטו-לומינסציה המתרחשת פחות אחרי הזרקת הפוטוניםs 1מ-
Fluorescence
פוטו-לומינסציה המתרחשת זמן ארוך (דקות ואף ימים) אחרי ההזרקה
Phosphorescence
לומינסנציה במל"ם לאחר הזרמת אלקטרונים ברמת ההולכה
Electroluminescence,
Injection Luminescence
Cathodoluminescenceלומינסנציה אחרי הפצצה באלקטרונים
Chemoluminscenceלומינסנציה כתוצאה מתגובה כימית
צורות לומינסנציה