တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေဆာများ၏ အဓိကအချက်- PN Junction ကို နားလည်ခြင်း

optoelectronic နည်းပညာ အလျင်အမြန် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာမှုနှင့်အတူ semiconductor laser များသည် ဆက်သွယ်ရေး၊ ဆေးဘက်ဆိုင်ရာ ပစ္စည်းကိရိယာများ၊ laser rangeing၊ စက်မှုလုပ်ငန်းသုံး processing နှင့် စားသုံးသူ အီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများကဲ့သို့သော နယ်ပယ်များတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အသုံးချမှုများကို တွေ့ရှိခဲ့သည်။ ဤနည်းပညာ၏ အဓိကအချက်မှာ အလင်းထုတ်လွှတ်မှု၏ အရင်းအမြစ်အဖြစ်သာမက စက်ပစ္စည်း၏ လည်ပတ်မှု၏ အခြေခံအဖြစ်ပါ အရေးကြီးသော အခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်သည့် PN junction ဖြစ်သည်။ ဤဆောင်းပါးသည် semiconductor laser များတွင် PN junction ၏ ဖွဲ့စည်းပုံ၊ မူများနှင့် အဓိကလုပ်ဆောင်ချက်များ၏ ရှင်းလင်းပြတ်သားသော ခြုံငုံသုံးသပ်ချက်ကို ပေးပါသည်။

၁။ PN Junction ဆိုတာ ဘာလဲ။

PN junction ဆိုသည်မှာ P-type semiconductor နှင့် N-type semiconductor အကြားတွင် ဖွဲ့စည်းထားသော interface ဖြစ်သည်-

P-type semiconductor တွင် boron (B) ကဲ့သို့သော acceptor မသန့်စင်မှုများဖြင့် ရောစပ်ထားပြီး၊ holes များသည် အားသွင်းသယ်ဆောင်သူအများစုဖြစ်စေသည်။

N-type semiconductor တွင် ဖော့စဖရပ်စ် (P) ကဲ့သို့သော donor impurities များဖြင့် ရောစပ်ထားပြီး အီလက်ထရွန်များကို majority carriers ဖြစ်စေသည်။

P-type နှင့် N-type ပစ္စည်းများကို ထိတွေ့သောအခါ၊ N-ဒေသမှ အီလက်ထရွန်များသည် P-ဒေသထဲသို့ ပျံ့နှံ့သွားပြီး P-ဒေသမှ အပေါက်များသည် N-ဒေသထဲသို့ ပျံ့နှံ့သွားသည်။ ဤပျံ့နှံ့မှုသည် အီလက်ထရွန်များနှင့် အပေါက်များ ပြန်လည်ပေါင်းစပ်သွားသည့် depletion ဒေသကို ဖန်တီးပေးပြီး အားသွင်းထားသော အိုင်းယွန်းများကို ချန်ထားခဲ့ပြီး built-in potential barrier အဖြစ် လူသိများသော အတွင်းပိုင်း လျှပ်စစ်စက်ကွင်းကို ဖန်တီးပေးသည်။

၂။ လေဆာများတွင် PN Junction ၏ အခန်းကဏ္ဍ

(၁) သယ်ဆောင်သူထိုးဆေး

လေဆာလည်ပတ်သောအခါ PN junction သည် forward biased ဖြစ်သည်- P-region ကို positive voltage နှင့်ချိတ်ဆက်ထားပြီး N-region ကို negative voltage နှင့်ချိတ်ဆက်ထားသည်။ ၎င်းသည် internal electric field ကို ပယ်ဖျက်ပြီး electron များနှင့် holes များကို junction ရှိ active region ထဲသို့ ထိုးသွင်းနိုင်စေပြီး ၎င်းတို့ ပြန်လည်ပေါင်းစပ်နိုင်ခြေရှိသည်။

(၂) အလင်းထုတ်လွှတ်မှု- လှုံ့ဆော်ထားသော ထုတ်လွှတ်မှု၏ မူလအစ

တက်ကြွသောဧရိယာတွင် ထိုးသွင်းထားသော အီလက်ထရွန်များနှင့် အပေါက်များသည် ပြန်လည်ပေါင်းစပ်ပြီး ဖိုတွန်များကို ထုတ်လွှတ်သည်။ အစပိုင်းတွင် ဤလုပ်ငန်းစဉ်သည် အလိုအလျောက်ထုတ်လွှတ်မှုဖြစ်သော်လည်း ဖိုတွန်သိပ်သည်းဆတိုးလာသည်နှင့်အမျှ ဖိုတွန်များသည် နောက်ထပ် အီလက်ထရွန်-အပေါက် ပြန်လည်ပေါင်းစပ်မှုကို လှုံ့ဆော်နိုင်ပြီး တူညီသောအဆင့်၊ ဦးတည်ချက်နှင့် စွမ်းအင်ရှိသော နောက်ထပ်ဖိုတွန်များကို ထုတ်လွှတ်နိုင်သည် - ၎င်းကို လှုံ့ဆော်ပေးသော ထုတ်လွှတ်မှုဖြစ်သည်။

ဤလုပ်ငန်းစဉ်သည် လေဆာ (ရောင်ခြည်လှုံ့ဆော်မှုဖြင့် အလင်းချဲ့ခြင်း) ၏ အခြေခံအုတ်မြစ်ကို ဖွဲ့စည်းပေးသည်။

(၃) လေဆာအထွက်မှ Gain နှင့် Resonant Cavities များ

လှုံ့ဆော်ထားသောထုတ်လွှတ်မှုကို ချဲ့ထွင်ရန်အတွက်၊ semiconductor laser များတွင် PN junction ၏ နှစ်ဖက်စလုံးတွင် resonant cavities များ ပါဝင်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ edge-emitting laser များတွင်၊ ၎င်းကို Distributed Bragg Reflectors (DBRs) သို့မဟုတ် mirror coatings များကို အသုံးပြု၍ အလင်းကို ရှေ့နောက်ပြန်ရောင်ပြန်ဟပ်စေနိုင်သည်။ ဤ setup သည် အလင်း၏ သတ်မှတ်ထားသော wavelengths များကို ချဲ့ထွင်နိုင်စေပြီး၊ နောက်ဆုံးတွင် အလွန်ညီညွတ်ပြီး ဦးတည်ချက်ရှိသော laser output ကို ရရှိစေပါသည်။

၃။ PN Junction ဖွဲ့စည်းပုံများနှင့် ဒီဇိုင်း အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်း

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေဆာအမျိုးအစားပေါ် မူတည်၍ PN ဖွဲ့စည်းပုံသည် ကွဲပြားနိုင်သည်-

တစ်ခုတည်းသော Heterojunction (SH):
P-ဒေသ၊ N-ဒေသ နှင့် တက်ကြွသောဒေသ တို့ကို တူညီသောပစ္စည်းဖြင့် ပြုလုပ်ထားသည်။ ပေါင်းစပ်ဒေသသည် ကျယ်ပြန့်ပြီး ထိရောက်မှု နည်းပါးသည်။

နှစ်ထပ် Heterojunction (DH):
P- နှင့် N- ဒေသများကြားတွင် ကျဉ်းမြောင်းသော bandgap active layer တစ်ခု ညှပ်ထားသည်။ ၎င်းသည် carrier နှင့် photons နှစ်မျိုးလုံးကို ကန့်သတ်ထားပြီး efficiency ကို သိသိသာသာ တိုးတက်စေသည်။

ကွမ်တမ်တွင်းဖွဲ့စည်းပုံ-
အလွန်ပါးလွှာသော တက်ကြွသောအလွှာကို အသုံးပြု၍ ကွမ်တမ်ချုပ်နှောင်မှုအကျိုးသက်ရောက်မှုများကို ဖန်တီးပေးပြီး၊ threshold ဝိသေသလက္ခဏာများနှင့် modulation speed ကို တိုးတက်ကောင်းမွန်စေသည်။

ဤဖွဲ့စည်းပုံများအားလုံးကို PN junction ဒေသတွင် carrier injection၊ recombination နှင့် light emission တို့၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ရန် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသည်။

၄။ နိဂုံးချုပ်

PN junction သည် အမှန်တကယ်ပင် semiconductor laser ၏ “နှလုံးသား” ဖြစ်သည်။ forward bias အောက်တွင် carriers များကို ထိုးသွင်းနိုင်စွမ်းသည် laser ထုတ်လုပ်မှုအတွက် အခြေခံအချက်ဖြစ်သည်။ ဖွဲ့စည်းပုံဒီဇိုင်းနှင့် ပစ္စည်းရွေးချယ်မှုမှသည် photon control အထိ၊ laser device တစ်ခုလုံး၏ စွမ်းဆောင်ရည်သည် PN junction ကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် လုပ်ဆောင်ခြင်းအပေါ် အခြေခံသည်။

optoelectronic နည်းပညာများ ဆက်လက်တိုးတက်နေသည်နှင့်အမျှ PN junction ရူပဗေဒကို နက်ရှိုင်းစွာ နားလည်ခြင်းသည် လေဆာစွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပေးရုံသာမက မြင့်မားသောပါဝါ၊ မြန်နှုန်းမြင့်နှင့် ကုန်ကျစရိတ်နည်းသော semiconductor laser များ၏ နောက်မျိုးဆက် ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုအတွက် ခိုင်မာသောအုတ်မြစ်ချပေးပါသည်။