Instituto Nacional de Astrofísica Óptica y Electrónica Física

Instituto Nacional de Astrofísica Óptica y Electrónica Física de Láseres Semiconductores Por: Israel E. Lazo Martínez Abril 2004

Contenido n n n n Introducción. Teoría de semiconductores. Bandas de energía. Uniones PN. Luminiscencia. Tipos de cavidad. Aplicaciones. Referencias

Introducción Hoy en día los láseres semiconductores se encuentran en casi todas partes, ya que resultan ser muy versátiles y muy fáciles de implementar; los podemos encontrar en aplicaciones de fibra óptica, reproductores de CD, reproducción de películas en formato DVD etc. La mayoría de los materiales semiconductores están basados en una combinación de elementos del grupo tres y del grupo cinco de la tabla periódica. Entre los materiales más comunes se encuentra el Ga. As, Al. Ga. As, In. Ga. As.

Espectro de emisión La emisión láser en onda continua se encuentra normalmente entre los 630 y 1600 nm, pero recientemente el láser semiconductor In. Ga. N genera una onda continua a los 410 nm a temperatura ambiente.

Elementos básicos de la teoría de semiconductores

Bandas de energía y emisión de luz Las propiedades ópticas y eléctricas de los semiconductores se describen mejor en términos de los diagramas de niveles de energía.

Energía del electrón Banda de conducción WG WG Banda de valencia Fig. 1. Diagramas de las bandas de energía para los semiconductores tipo n y p.

Materiales tipo P y tipo N Impurezas de los iones negativos. Huecos Tipo P Impurezas de los iones positivos. Electrones Tipo N

Unión PN Los electrones mayoritarios y los huecos cruzan la unión por difusión, a donde pueden recombinarse P N Región de agotamiento libre de portadores de carga

Diagrama de la estructura del nivel de energía de la unión compuesta PN Energía del electrón Electrones minoritarios Electrones mayoritarios q. V 0 Distancia a través del cristal Huecos mayoritarios Huecos minoritarios

Luminiscencia en inyección. Ahora consideraremos lo que sucede cuando una corriente es inyectada a través del diodo. Energía del electrón Electrones minoritarios Electrones mayoritarios q. V 0 Distancia a través del cristal Huecos mayoritarios Huecos minoritarios

Emisión de la radiación La longitud de onda mas larga que es posible emitir, correspondiente a un electrón que se desplaza de la parte inferior de la banda de conducción hasta la parte superior de la banda de valencia, esta dada por: Donde WG es la energía de la banda prohibida

Diferentes uniones de materiales semiconductores

Transiciones radiativas Hay tres transiciones radiativas que son importantes en un láser semiconductor.

La cavidad está formada por dos espejos paralelos, de modo que la luz generada dentro dela cavidad sea parcialmente reflejada dentro del cristal. Es común en este tipo de láseres tener como espejos a las mismas obleas semiconductoras

Tipos de emisión debidos a la cavidad En los láseres semiconductores, existen dos formas de emisión debido a la cavidad, por lo mismo estos se clasifican en: Láseres de emisión horizontal. Láseres de emisión vertical.

Láseres de emisión horizontal

Láseres de emisión vertical

Ejemplos

Aplicaciones ØComunicaciones (fibra óptica) Ø Equipo electrónico (reproductores de CD) Ø Espectroscopia Ø Medicina Ø Informática (DVD)

Bibliografía 1) J. Watson, Optoelectrónica, Ed. Limusa, 1993. 2) http: //vcs. abdn. ac. uk/ENGINEERING/lasers/semi. html 3) http: //www. powertechnology. com/TECHLIB/BEAMCHAR. HTM 4) http: //www. columbia. edu/cu/mechanical/mrl/ntm/level 2/ch 02/html/l 2 c 02 s 12. html 5) http: //www. sandia. gov/1100/X 1118 VECSEL. htm 6) http: //jupiter. phys. ttu. edu/corner/1998/feb 98. pdf 7) http: //www. laserphysics. kth. se/optronic/Semiconductor_lasers. pdf 8) http: //www-opto. e-technik. uni-ulm. de/forschung/jahresbericht/1998/ar 98 gj. pdf 9) http: //www. mtmi. vu. lt/pfk/funkc_dariniai/diod/led_laser. htm 10) http: //engphys. mcmaster. ca/undergraduate/outlines/PDFs/Lecture%2034%20%20 Sources %20 Part%20 II. pdf