Kennen Sie sich mit Halbleiterlasern aus? (Teil 2)

Halbleiterlaser Korrelation Teil 2.

Der Laser ist eine der wesentlichen Kernkomponenten moderner Laserbearbeitungssysteme. Mit der Entwicklung der Laserbearbeitungstechnologie entwickelt sich auch der Laser ständig weiter, es gibt viele neue Laser.

Dotierte Halbleiterlaser

Halbleiter werden in der heutigen digitalen Welt häufig verwendet, da sie ihre elektrischen Eigenschaften durch den Einbau von Verunreinigungen in ihre Kristallgitter verändern können, ein Prozess, der als Dotierung bezeichnet wird.

Verunreinigungen in Halbleitern haben einen erheblichen Einfluss auf den spezifischen Widerstand. Wenn einem Halbleiter eine Spurenverunreinigung hinzugefügt wird, wird das periodische Potentialfeld in der Nähe des Verunreinigungsatoms gestört und ein zusätzlicher gebundener Zustand wird gebildet, was zu einem zusätzlichen Verunreinigungsgrad in der Bandlücke führt. Wenn beispielsweise Verunreinigungsatome wie Phosphor, Arsen und Antimon zu einem quaternären Element Germanium oder Siliziumkristall hinzugefügt werden, bilden vier seiner fünf Valenzelektronen als Gittermolekül des Verunreinigungsatoms eine kovalente Bindung mit der Umgebung Germanium- (oder Silizium-)Atom, und ein zusätzliches Elektron ist an das Verunreinigungsatom gebunden, wodurch ein wasserstoffähnliches Energieniveau erzeugt wird. Der Verunreinigungsgrad liegt oberhalb des verbotenen Bandes und nahe der Unterseite des Leitungsbandes. Elektronen auf der Verunreinigungsebene werden leicht als Elektronenträger in das Leitungsband angeregt. Die Verunreinigung, die den Elektronenträger bereitstellt, wird Donor genannt, und das entsprechende Energieniveau wird Donorniveau genannt.

Die Störstellenkonzentration und Polarität intrinsischer Halbleiter haben großen Einfluss auf die Leitungseigenschaften von Halbleitern. Der dotierte Halbleiter wird als extrinsischer Halbleiter bezeichnet.

Dotierter Halbleiter: Der Verunreinigungshalbleiter wird durch den Diffusionsprozess erhalten, indem eine kleine Anzahl geeigneter Verunreinigungselemente in den intrinsischen Halbleiter eingemischt wird.

Halbleiterlaser vom P-Typ: Ein reiner Siliziumkristall entsteht durch Einmischen eines dreiwertigen Elements (z. B. Bor) anstelle der Siliziumatome im Kristallgitter.

Mehrheitsträger: In Halbleitern vom P-Typ ist die Konzentration an Löchern größer als die Konzentration an freien Elektronen, sogenannte Mehrheitsträger, kurz Polyträger.

Minoritätsträger: In Halbleitern vom P-Typ sind freie Elektronen Minoritätsträger, kurz Minoritätsträger.

Akzeptoratom: Eine Lücke in einem Verunreinigungsatom absorbiert Elektronen und wird Akzeptoratom genannt.

Die Leitfähigkeitseigenschaften eines Halbleiters vom P-Typ: Er leitet Elektrizität durch Löcher. Je mehr Verunreinigungen hinzugefügt werden, desto höher ist die Konzentration an Polygonen (Löchern) und desto stärker ist die Leitfähigkeit.

Halbleiterlaser vom N-Typ: Ein reiner Siliziumkristall entsteht durch Einmischen eines fünfwertigen Elements (z. B. Phosphor) anstelle der Siliziumatome im Kristallgitter.

Viele Elektronen: In Halbleitern vom N-Typ sind viele Elektronen freie Elektronen.

Minderheit: In Halbleitern vom N-Typ ist die Minderheit das Loch.

Donoratom: Verunreinigungsatome, die Elektronen beisteuern können, werden Donoratome genannt.

Die Leitfähigkeit von Halbleitern vom N-Typ: Je mehr Verunreinigungen hinzugefügt werden, desto höher ist die Konzentration an Polygonen (freien Elektronen) und desto stärker ist die Leitfähigkeit.

Dotierung von Halbleiterlasern

Je nach positiver oder negativer Ladung des dotierten Materials kann das dotierte Material in Donatoren und Akzeptoren unterteilt werden. Valenzelektronen (Valenzelektronen) aus den Donoratomen sind Valenzelektronen, die an den Atomen des dotierten Materials kovalent und somit gebunden sind. Ein Elektron, das nicht kovalent an ein Atom des dotierten Materials gebunden ist, ist schwach an das Donoratom gebunden, das auch Donorelektron genannt wird.

Im Vergleich zu Valenzelektronen in intrinsischen Halbleitern ist die Energie, die die Donorelektronen für den Übergang in das Leitungsband benötigen, geringer und es ist einfacher, sich im Gitter von Halbleitermaterialien zu bewegen und Strom zu erzeugen. Obwohl das Donorelektron Energie gewinnt und in das Leitungsband springt, hinterlässt es kein elektrisches Loch wie im intrinsischen Halbleiter und das Donoratom wird erst nach Verlust des Elektrons im Kristallgitter des Halbleitermaterials fixiert. Daher wird der Halbleiter, der aufgrund der Dotierung überschüssige Elektronen erhält, um für die Leitung zu sorgen, als Halbleiter vom N-Typ bezeichnet, wobei n für negativ geladene Elektronen steht.

Im Gegensatz zum Donor entsteht beim Eintritt des Akzeptoratoms in das Halbleitergitter eine äquivalente Leerstelle, da die Anzahl der Valenzelektronen geringer ist als die des Halbleiteratoms, und diese zusätzliche Leerstelle kann als elektrisches Loch betrachtet werden. Der dotierte Halbleiter wird als Halbleiter vom P-Typ bezeichnet, wobei p für positiv geladene Löcher steht.

Der Effekt der Dotierung wird anhand eines intrinsischen Halbleiters aus Silizium veranschaulicht. Silizium hat vier Valenzelektronen und zu den üblicherweise in Silizium verwendeten Dotierungsmaterialien gehören dreiwertige und fünfwertige Elemente. Wenn dreiwertige Elemente mit nur drei Valenzelektronen, wie z. B. Bor, in Siliziumhalbleiter dotiert werden, spielt Bor die Rolle des Akzeptors, und mit Bor dotierte Siliziumhalbleiter sind Halbleiter vom P-Typ. Wenn umgekehrt fünfwertige Elemente wie Phosphor (Phosphor) in einen Siliziumhalbleiter dotiert werden, übernimmt Phosphor die Rolle des Donators und der mit Phosphor dotierte Siliziumhalbleiter wird zu einem Halbleiter vom N-Typ.

Ein Halbleitermaterial kann mit einem Donor und einem Akzeptor dotiert sein, und wie man entscheidet, ob der Halbleiter vom N- oder P-Typ ist, hängt vom dotierten Halbleiter ab. Der Akzeptor bringt die höhere Konzentration an Löchern mit sich, oder der Donor bringt die höhere Konzentration an Elektronen mit sich. das heißt, was ist der „Mehrheitsträger“ des Halbleiters? Das Gegenteil des Mehrheitsträgers ist der Minderheitsträger. Für die Analyse des Funktionsprinzips von Halbleiterbauelementen ist das Verhalten einiger Ladungsträger in Halbleitern von großer Bedeutung.

Erfahren Sie mehr darüber in Teil 3

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