अर्धचालक लेजरहरूको मुटु: PN जंक्शन बुझ्दै

अप्टोइलेक्ट्रोनिक प्रविधिको द्रुत विकाससँगै, अर्धचालक लेजरहरूले सञ्चार, चिकित्सा उपकरण, लेजर रेन्जिङ, औद्योगिक प्रशोधन, र उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक्स जस्ता क्षेत्रहरूमा व्यापक अनुप्रयोगहरू फेला पारेका छन्। यस प्रविधिको मूलमा PN जंक्शन रहेको छ, जसले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ - प्रकाश उत्सर्जनको स्रोतको रूपमा मात्र होइन तर उपकरणको सञ्चालनको आधारको रूपमा पनि। यस लेखले अर्धचालक लेजरहरूमा PN जंक्शनको संरचना, सिद्धान्तहरू र प्रमुख कार्यहरूको स्पष्ट र संक्षिप्त सिंहावलोकन प्रदान गर्दछ।

१. PN जंक्शन भनेको के हो?

PN जंक्शन भनेको P-प्रकारको अर्धचालक र N-प्रकारको अर्धचालक बीच बनेको इन्टरफेस हो:

P-प्रकारको अर्धचालक बोरोन (B) जस्ता स्वीकारकर्ता अशुद्धताहरूले भरिएको हुन्छ, जसले गर्दा बहुमत चार्ज वाहकहरूमा प्वालहरू हुन्छन्।

N-प्रकारको अर्धचालकमा फस्फोरस (P) जस्ता दाता अशुद्धताहरू मिसाइएको हुन्छ, जसले गर्दा इलेक्ट्रोनहरू बहुमत वाहक हुन्छन्।

जब P-प्रकार र N-प्रकारका सामग्रीहरू सम्पर्कमा ल्याइन्छ, N-क्षेत्रबाट इलेक्ट्रोनहरू P-क्षेत्रमा फैलिन्छन्, र P-क्षेत्रबाट प्वालहरू N-क्षेत्रमा फैलिन्छन्। यो प्रसारले एक डिप्लेशन क्षेत्र सिर्जना गर्दछ जहाँ इलेक्ट्रोनहरू र प्वालहरू पुन: संयोजन हुन्छन्, चार्ज गरिएका आयनहरूलाई पछाडि छोड्छन् जसले आन्तरिक विद्युत क्षेत्र सिर्जना गर्दछ, जसलाई निर्मित सम्भाव्य अवरोध भनिन्छ।

२. लेजरहरूमा PN जंक्शनको भूमिका

(१) क्यारियर इन्जेक्सन

लेजर सञ्चालन हुँदा, PN जंक्शन अगाडि पक्षपाती हुन्छ: P-क्षेत्र सकारात्मक भोल्टेजमा जोडिएको हुन्छ, र N-क्षेत्र नकारात्मक भोल्टेजमा। यसले आन्तरिक विद्युत क्षेत्रलाई रद्द गर्छ, जसले गर्दा इलेक्ट्रोन र प्वालहरूलाई जंक्शनमा सक्रिय क्षेत्रमा इन्जेक्ट गर्न अनुमति दिन्छ, जहाँ तिनीहरू पुन: संयोजन हुने सम्भावना हुन्छ।

(२) प्रकाश उत्सर्जन: उत्तेजित उत्सर्जनको उत्पत्ति

सक्रिय क्षेत्रमा, इन्जेक्टेड इलेक्ट्रोन र प्वालहरू पुन: संयोजन हुन्छन् र फोटानहरू छोड्छन्। सुरुमा, यो प्रक्रिया स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन हो, तर फोटान घनत्व बढ्दै जाँदा, फोटानहरूले थप इलेक्ट्रोन-प्वाल पुनर्संयोजनलाई उत्तेजित गर्न सक्छन्, उही चरण, दिशा र ऊर्जाका साथ थप फोटानहरू छोड्दै - यो उत्तेजित उत्सर्जन हो।

यो प्रक्रियाले लेजर (विकिरणको उत्तेजित उत्सर्जनद्वारा प्रकाश प्रवर्धन) को जग बसाल्छ।

(३) लेजर आउटपुट बनाउने लाभ र अनुनाद गुहाहरू

उत्तेजित उत्सर्जनलाई बढाउनको लागि, अर्धचालक लेजरहरूले PN जंक्शनको दुबै छेउमा रेजोनन्ट गुहाहरू समावेश गर्दछ। उदाहरणका लागि, किनारा-उत्सर्जक लेजरहरूमा, यो प्रकाशलाई अगाडि र पछाडि प्रतिबिम्बित गर्न वितरित ब्राग रिफ्लेक्टरहरू (DBRs) वा मिरर कोटिंगहरू प्रयोग गरेर प्राप्त गर्न सकिन्छ। यो सेटअपले प्रकाशको विशिष्ट तरंगदैर्ध्यलाई प्रवर्द्धन गर्न अनुमति दिन्छ, अन्ततः अत्यधिक सुसंगत र दिशात्मक लेजर आउटपुटको परिणामस्वरूप।

३. PN जंक्शन संरचना र डिजाइन अनुकूलन

अर्धचालक लेजरको प्रकारमा निर्भर गर्दै, PN संरचना फरक हुन सक्छ:

एकल हेटेरोजंक्शन (SH):
P-क्षेत्र, N-क्षेत्र, र सक्रिय क्षेत्र एउटै सामग्रीबाट बनेका छन्। पुनर्संयोजन क्षेत्र फराकिलो र कम कुशल छ।

दोहोरो हेटेरोजंक्शन (DH):
P- र N-क्षेत्रहरू बीच एउटा साँघुरो ब्यान्डग्याप सक्रिय तह स्यान्डविच गरिएको छ। यसले वाहक र फोटोन दुवैलाई सीमित गर्दछ, जसले गर्दा दक्षतामा उल्लेखनीय सुधार हुन्छ।

क्वान्टम इनार संरचना:
क्वान्टम कन्फाइनमेन्ट प्रभावहरू सिर्जना गर्न, थ्रेसहोल्ड विशेषताहरू र मोड्युलेसन गति सुधार गर्न अल्ट्रा-थिन सक्रिय तह प्रयोग गर्दछ।

यी सबै संरचनाहरू PN जंक्शन क्षेत्रमा वाहक इंजेक्शन, पुनर्संयोजन, र प्रकाश उत्सर्जनको दक्षता बढाउन डिजाइन गरिएको हो।

निष्कर्ष

PN जंक्शन साँच्चै अर्धचालक लेजरको "मुटु" हो। अगाडिको पूर्वाग्रह अन्तर्गत वाहकहरू इन्जेक्ट गर्ने यसको क्षमता लेजर उत्पादनको लागि आधारभूत ट्रिगर हो। संरचनात्मक डिजाइन र सामग्री चयनदेखि फोटोन नियन्त्रणसम्म, सम्पूर्ण लेजर उपकरणको प्रदर्शन PN जंक्शनलाई अनुकूलन गर्ने वरिपरि घुम्छ।

अप्टोइलेक्ट्रोनिक प्रविधिहरू अगाडि बढ्दै जाँदा, PN जंक्शन भौतिकीको गहिरो बुझाइले लेजर कार्यसम्पादनलाई मात्र बढाउँदैन तर उच्च-शक्ति, उच्च-गति, र कम लागतको अर्धचालक लेजरहरूको अर्को पुस्ताको विकासको लागि बलियो जग पनि खडा गर्छ।