Semiconductor Lasers များ၏နှလုံးသား- PN လမ်းဆုံကိုနားလည်ခြင်း။

optoelectronic နည်းပညာ အရှိန်အဟုန်ဖြင့် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာသည်နှင့်အမျှ၊ semiconductor လေဆာများသည် ဆက်သွယ်ရေး၊ ဆေးဘက်ဆိုင်ရာပစ္စည်းများ၊ လေဆာအဆင့်၊ စက်မှုလုပ်ငန်းလုပ်ဆောင်ခြင်းနှင့် လူသုံးအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများကဲ့သို့သော နယ်ပယ်များတွင် ကျယ်ပြန့်သောအသုံးချမှုများကို တွေ့ရှိလာကြသည်။ ဤနည်းပညာ၏ အဓိကအချက်မှာ အလင်းထုတ်လွှတ်မှုအရင်းအမြစ်အဖြစ်သာမက စက်၏လည်ပတ်မှု၏အခြေခံအုတ်မြစ်လည်းဖြစ်သည့် PN လမ်းဆုံသည် အရေးကြီးသောအခန်းကဏ္ဍမှပါဝင်ပါသည်။ ဤဆောင်းပါးသည် ဆီမီးကွန်ဒတ်တာလေဆာများတွင် PN လမ်းဆုံ၏ဖွဲ့စည်းပုံ၊ အခြေခံမူများနှင့် အဓိကလုပ်ဆောင်မှုများ၏ ရှင်းလင်းပြတ်သားသော ခြုံငုံသုံးသပ်ချက်ကို ပေးပါသည်။

1. PN Junction ဆိုတာဘာလဲ။

PN လမ်းဆုံဆိုသည်မှာ P-type semiconductor နှင့် N-type semiconductor တို့ကြားတွင် ဖွဲ့စည်းထားသော ကြားခံဖြစ်သည်။

P-type semiconductor သည် ဘိုရွန် (B) ကဲ့သို့သော လက်ခံနိုင်သော အညစ်အကြေးများနှင့် ရောနှောကာ အပေါက်များကို အများစုအား သယ်ဆောင်ပေးသည်။

N-type semiconductor သည် phosphorus (P) ကဲ့သို့သော အလှူရှင်များ၏ အညစ်အကြေးများနှင့် ရောထားသော အီလက်ထရွန်များကို သယ်ဆောင်သူအများစုဖြစ်လာစေသည်။

P-type နှင့် N-type ပစ္စည်းများ ထိတွေ့မိသောအခါ N-region မှ အီလက်ထရွန်များသည် P-region သို့ ပျံ့နှံ့သွားပြီး P-region မှ hole များသည် N-region သို့ ပျံ့နှံ့သွားပါသည်။ ဤပျံ့နှံ့မှုသည် အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်များ ပြန်လည်ပေါင်းစည်းသည့် လျော့နည်းသွားသည့် ဧရိယာကို ဖန်တီးပေးပြီး အတွင်းပိုင်းလျှပ်စစ်စက်ကွင်းကို ဖန်တီးပေးသည့် အားသွင်းထားသော အိုင်းယွန်းများနောက်တွင် ပါ၀င်နိုင်သည့် အလားအလာရှိသော အတားအဆီးတစ်ခုအဖြစ် လူသိများသည်။

2. Lasers များတွင် PN Junction ၏ အခန်းကဏ္ဍ

(၁) Carrier Injection ၊

လေဆာလည်ပတ်သောအခါ၊ PN လမ်းဆုံသည် ရှေ့ဘက်ဘက်လိုက်သည်- P-region ကို အပြုသဘောဗို့အားတစ်ခုနှင့် ချိတ်ဆက်ထားပြီး N-region ကို အနုတ်ဗို့အားတစ်ခုအဖြစ် ချိတ်ဆက်ထားသည်။ ၎င်းသည် အတွင်းပိုင်းလျှပ်စစ်စက်ကွင်းကို ဖျက်သိမ်းလိုက်ပြီး ၎င်းတို့ကို ပြန်လည်ပေါင်းစပ်နိုင်ဖွယ်ရှိသည့် လမ်းဆုံရှိ တက်ကြွသောနေရာသို့ အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်များကို ထိုးသွင်းနိုင်စေပါသည်။

(၂) အလင်းထုတ်လွှတ်မှု- လှုံ့ဆော်ထုတ်လွှတ်မှု၏ မူလအစ

တက်ကြွသောဒေသတွင် ထိုးသွင်းထားသော အီလက်ထရွန်များနှင့် အပေါက်များသည် ပြန်လည်ပေါင်းစပ်ပြီး ဖိုတွန်များကို ထုတ်လွှတ်သည်။ အစပိုင်းတွင်၊ ဤဖြစ်စဉ်သည် သူ့အလိုလို ထုတ်လွှတ်ခြင်းဖြစ်သော်လည်း ဖိုတွန်သိပ်သည်းဆ တိုးလာသည်နှင့်အမျှ၊ ဖိုတွန်များသည် နောက်ထပ် အီလက်ထရွန်အပေါက် ပြန်လည်ပေါင်းစပ်ခြင်းကို လှုံ့ဆော်နိုင်ပြီး တူညီသောအဆင့်၊ ဦးတည်ချက်နှင့် စွမ်းအင်ဖြင့် ထပ်လောင်း ဖိုတွန်များကို ထုတ်လွှတ်နိုင်သည်—၎င်းသည် လှုံ့ဆော်မှုထုတ်လွှတ်မှုဖြစ်သည်။

ဤလုပ်ငန်းစဉ်သည် လေဆာရောင်ခြည်၏အခြေခံအုတ်မြစ် (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)။

(၃) Gain and Resonant Cavities Form Laser Output

နှိုးဆွထုတ်လွှတ်မှုကို ချဲ့ထွင်ရန်၊ ဆီမီးကွန်ဒတ်တာ လေဆာများသည် PN လမ်းဆုံ၏ နှစ်ဖက်စလုံးတွင် ပဲ့တင်ထပ်နေသော အပေါက်များ ပါဝင်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ edge-emitting lasers တွင်၊ Distributed Bragg Reflectors (DBRs) သို့မဟုတ် အလင်းအနောက်ကို အပြန်ပြန်အလှန်လှန်ထင်ဟပ်ရန် မှန်ကိုသုံး၍ ၎င်းကို အောင်မြင်နိုင်သည်။ ဤစနစ်ထည့်သွင်းမှုသည် သီးခြားအလင်း၏လှိုင်းအလျားကို ချဲ့ထွင်နိုင်စေပြီး နောက်ဆုံးတွင် အလွန်ညီညွတ်ပြီး ဦးတည်ချက်ရှိသော လေဆာအထွက်ကို ရရှိစေသည်။

3. PN Junction Structures နှင့် Design Optimization

ဆီမီးကွန်ဒတ်တာလေဆာအမျိုးအစားပေါ်မူတည်၍ PN ဖွဲ့စည်းပုံ ကွဲပြားနိုင်သည်-

တစ်ခုတည်းသော Heterojunction (SH):
P-region၊ N-region နှင့် active region ကို တူညီသောပစ္စည်းဖြင့် ပြုလုပ်ထားသည်။ ပြန်လည်ပေါင်းစည်းထားသော ဒေသသည် ကျယ်ပြန့်ပြီး ထိရောက်မှုနည်းသည်။

Double Heterojunction (DH)-
ပိုကျဉ်းသော bandgap တက်ကြွသောအလွှာသည် P- နှင့် N-regions ကြားတွင် ညှပ်ထားသည်။ ၎င်းသည် သယ်ဆောင်သူနှင့် ဖိုတွန် နှစ်မျိုးလုံးကို ကန့်သတ်ထားပြီး ထိရောက်မှုကို သိသိသာသာ မြှင့်တင်ပေးသည်။

Quantum ရေတွင်းဖွဲ့စည်းပုံ-
ကွမ်တမ် ကန့်သတ်မှုဆိုင်ရာ အကျိုးဆက်များကို ဖန်တီးရန်၊ တံခါးပေါက်လက္ခဏာများနှင့် မော်ဂျူလာအမြန်နှုန်းကို ပိုမိုကောင်းမွန်အောင် ပြုလုပ်ရန် အလွန်ပါးလွှာသော တက်ကြွသော အလွှာကို အသုံးပြုသည်။

ဤဖွဲ့စည်းပုံများအားလုံးသည် PN လမ်းဆုံဒေသရှိ သယ်ဆောင်ဆေးထိုးခြင်း၊ ပြန်လည်ပေါင်းစပ်ခြင်းနှင့် အလင်းထုတ်လွှတ်ခြင်း၏ ထိရောက်မှုကို မြှင့်တင်ရန် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသည်။

4. နိဂုံး

PN လမ်းဆုံသည် အမှန်တကယ်ပင် ဆီမီးကွန်ဒတ်တာလေဆာ၏ "နှလုံးသား" ဖြစ်သည်။ ၎င်း၏ ရှေ့သို့ ဘက်လိုက်မှုအောက်တွင် သယ်ဆောင်သူများကို ထိုးသွင်းနိုင်မှုသည် လေဆာထုတ်လုပ်ခြင်းအတွက် အခြေခံအစပျိုးဖြစ်သည်။ တည်ဆောက်ပုံဒီဇိုင်းနှင့် ပစ္စည်းရွေးချယ်မှုမှ ဖိုတွန်ထိန်းချုပ်မှုအထိ၊ လေဆာကိရိယာတစ်ခုလုံး၏ စွမ်းဆောင်ရည်သည် PN လမ်းဆုံကို ပိုကောင်းအောင်ပြုလုပ်ခြင်းတွင် လှည့်ပတ်နေသည်။

optoelectronic နည်းပညာများ ဆက်လက်တိုးတက်နေသဖြင့် PN လမ်းဆုံရူပဗေဒကို ပိုမိုနက်ရှိုင်းစွာနားလည်ခြင်းသည် လေဆာစွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပေးရုံသာမက စွမ်းအားမြင့်၊ မြန်နှုန်းမြင့်၊ နှင့် စျေးနည်းသော semiconductor လေဆာများ၏ မျိုးဆက်သစ်များ၏ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုအတွက် ခိုင်မာသောအခြေခံအုတ်မြစ်ချပေးပါသည်။