Yarıiletken lazer, bir yarıiletken kristal temelinde lazerdir.
Yarıiletken lazerlerin çalışması, yarıiletken bir malzemenin
aktif bölgesinde ışık amplifikasyonuna dayanır. Yarıiletken lazerlerin çoğu,
bir yarıiletkenin uygun iki enerji bandı arasında radyasyon kuantum geçişleri
kullanır (bantarası geçişler); kondüksiyon bandı ve valens bandı. Bantarası
geçişlere dayanan lazerlerin aktif bölgesi, taşıyıcıların termodinamik olarak
dengesiz dağılımıyla karakterize edilir; taşıyıcılar, kondüksiyon bandında dejenere
bir n-tip yarıiletkene ve valens bandında bir p-tip yarıiletkene sahiptir. Yük
taşıyıcılarının bu şekilde dağılımına ‘çift-dejenere’denir (Şekil).
Bir yarıiletken aktif ortamın optik kazancı çok yüksek
olabilr (104 cm-1 ‘kadar); bu nedenle, bir yarıiletken
lazerdeki aktif elementin boyutu ve boşluk uzunluğu fevkalade küçüktür (boşluk
uzunluğu ~ 50 um-1 mm, ve dikey boşluklu lazerlerde bir mikronun kesirleri
kadar). Bu özelliklere ek olarak, bir yarıiletken lazer, düşük eylemsizlik (~
10-9 s), yüksek verimlilik (% 50'ye kadar), spektral ayarlama olasılığı
ve geniş bir spektral aralıkta (l = 0,3
mikron ila 30 mikron) üretim için substans seçimiyle karakterize edilir.
Yarı iletken lazerleri pompalamanın en önemli yöntemi,
p-n-kavşakları veya heterobağlantılar yoluyla enjeksiyondur (elektrik
enerjisinin uyumlu radyasyona dönüştürülmesini sağlar). Bu yöntemi kullanarak
pompalanan yarıiletken lazerler "enjeksiyon lazerler" veya
"lazer diyotlar" (LD) olarak adlandırılır.
İnjeksiyon lazerlerde (LD), aktif bölgedeki çift dejenere
hal, birleşme noktasına bitişik tabakadaki fazla taşıyıcıların injeksiyonuyla
indüklenen yarıiletken diyot içinden yüksek bir ileri akım akışı ile yaratılır.
Oda sıcaklığında ılımlı eşik akım yoğunluğu nedeniyle heteroyapılara
(heterolazerler) yapıya dayalı yarıiletken lazerler en çok kullanılanlardır. En
etkin heterolazerlerde iki heterobağlantı (heterojunction) bulunur; elektronları
injekte eden (emitör) bir p-n bağlantı ve aktif tabakadan taşıyıcıların
difüzyon yayılımını sınırlayan bir p-p bağlantı; aktif bölge bunların
aralasındadır.
Şekil: Farklı
yarıiletkenlerde bölge (zone) yapıları; (a) saf yarıiletken, (b) n-tip dejenere
yarıiletken, (c) p-tip dejenere yarıiletken, (d) çift dejenere yarıiletken
