Student: Flavian Zacretchi

Scurt istoric Progres tehnologic Conjunctura si avantaje Constructie Substratul Depunerea straturilor Distributia energiei pe jonctiunea p-n Concluzii Bibliografie

Conceptul de laser bazat pe semiconductori a fost introdus de Basov (1961).

El sugera ca in urma procesului de recombinare a transportatorilor injectati intr-o jonctiune pn ar putea aparea o emisie de radiatie.

Primul laser bazat pe semiconductori a aparut in anul 1962.

Desi tehnologia obtinerii de semiconductori pe baza de silicon era avansata, in constructia acestor laseri era nevoie de alt tip de semiconductori, de aceea evolutia a fost una anevoioasa si lenta in prima faza.

In prima faza, actiunea acestor laseri se rezuma la un puls de durata scurta, obtinut in conditii dificile, fiind necesara o temperatura de lucru foarte scazuta.

Utilizarea heterostructurilor in 1969 au rezolvat aceste probleme, ducand la obtinerea unor performante din ce in ce mai bune.

Utilizarea AlAs si GaAs permite cultivarea heterostructurilor formate din mai multe straturi de diferite compozitii de AlxGa1-xAs, fapt ce a imbunatatit considerabil evolutia acestor laseri.

Proprietatile fizice de apreciat, au facut ca acestia sa fie preferati in multe domenii de utilizare.

Necesitatea utilizarii acestora a implicat evident un proces de dezvoltare avansat, ce s-a bucurat mereu de atentia si resursele necesare.

•Stratul superior – dopat p•Substratul – dopat n•Doparea n,p – este data de impuritatile donoare si acceptoare•Pentru dopare tip n, se utilizeaza de obicei ca donor Se•Pentru dopare tip p, se utilizeaza ca acceptor Zn

Designul de bază a unui laser cu semiconductori constă într-o heterostructura dubla. Aceasta constă din mai multe straturi care au diferite funcţii. Stratul de amplificare, activ,  este amplasat între două straturi placare. Aceste straturi de placare oferă injectarea de electroni în stratul activ. Deoarece stratul activ are un indice de refracţie mai mare decât celelalte  straturilor placare, lumina se limitează în stratul activ.

Performanţa laserului poate fi îmbunătăţită prin schimbarea designului jonctiunii, astfel încât pierderea datorata difractie în cavitatea optică este redusa. Acest lucru este posibil prin modificarea materialului laserului pentru a controla indicele de refracţie al cavităţii şi lăţimea joncţiunii.  Indicele de refracţie al materialuluidepinde de tipul şi cantitatea de impuritate. De exemplu, dacă o parte din galiu din stratul incarcat pozitiv se înlocuieşte cu aluminiu, indicele de refractie este redus şi lumina laserului este mai bine directionata in cavitatea optica.

Substraturile sunt facute utilizand o tehnica de depunere a cristalelor, numita metoda Czochralski, prin care un cristal este crescut dintr-o topitura. Elementele sunt mai intai amestecate, apoi incalzite pentru a forma o solutie. Solutia este apoi racita pentru a solidifica materialul. Un cristal de crestere (seminte de cristal) este atasat in partea de jos, de un brat vertical, astfel incat intra in contact cu suprafata topita. Bratul este ridicat lent, astfel cristalul creste sub interactiunea dintre cristale si topitura. De obicei cristalul este rotit pentru a se evita aparitia de impuritati la nivelul sau. Prin masurarea greutatii acestuia in timpul procesului de depunere, variind viteza de ridicare a bratului cu ajutorul unui calculator, se poate produce diametrul dorit.

Ce mai utilizata metoda de crestere a straturilor pe substrat se numeste "liquid-phase epitaxy" (LPE). Straturile cu acesiasi directie ca si substratul, sau cu directie de crestere fixa, pot fi depuse pe substrat atunci cand acesta vine in contact cu o solutie a compozitiei dorite. Deoarece temperatura este scazuta, semiconductorul compus (ex. GaAs) iese din solutie in forma cristalina si este depus pe substrat.

Laserul cu semiconductori este o alternativa ieftina si fiabila la laserii cu gaz. Marimile reduse, costurile mici de fabricatie si utilizare cat si longevitatea lor confera diodelor atuuri importante in "lupta" cu celelalte dispozitive de emisie laser. Singurele dezavantaje fiind puterile relativ mici si fragilitatea, diodele sunt si vor fi cercetate extensiv pentru a fi imbunatatite. Pentru noi este important sa intelegem cum functioneaza un astfel de dispozitiv, la ce este folosit si incotro se indreapta cercetarile pentru a ne familiariza inca de pe acum cu acest tip de laser pe care il vom intalni din ce in ce mai des in viata noastra de zi cu zi. Este important sa cunoastem pericolele pe care le aduce cu sine o dioda laser precum si factorii care pot perturba buna functionare a acesteia pentru a sti cum sa ne aparam si cum sa o protejam.

Semiconductor-laser fundamentals: physics of the gain materials, autori Weng W. Chow, Stephan W. Koch, editura Springer, 1999

Semiconductor Laser Fundamentals, autori Toshiaki Suhara, editura CRC Press, 2004

J. V. Moloney et al., “Quantum design of semiconductor active materials: laser and amplifier applications”, Laser & Photon. Rev. 1 (1), 24 (2007)