Сотрудники ФТИ им. А.Ф. Иоффе и НИИ «Полюс» имени М. Ф. Стельмаха разработали новый способ повышения эффективности полупроводникового инфракрасного лазера, используя дополнительные энергетические барьеры.
Структура полупроводниковых лазеров объединяет несколько слоев полупроводниковых материалов. Эти слои располагаются таким образом, что при приложении напряжения положительно заряженные дырки и отрицательно заряженные электроны перемещаются в противоположных направлениях. В теории для получения максимальной эффективности лазера все заряженные частицы должны находиться в активной области. На практике часть заряженных частиц вылетает за пределы этой зоны. Это явление называется утечкой носителей заряда.
Чтобы минимизировать этот эффект, ученые добавили в структуру лазера дополнительные энергетические барьерные слои. Электронам и дыркам просто не хватает энергии для перехода через такие барьеры, а следовательно, носители заряда вынуждены оставаться в активной зоне. Экспериментируя с количеством барьеров и их расположением, ученые обнаружили, что энергетические барьеры лучше удерживают электроны, чем дырки. Это позволило увеличить максимальную выходную мощность с 2 до 3 Вт. Исследователи также заметили, что добавление барьерного слоя для дырок практически не влияет на мощность лазера. Полученный результат можно объяснить тем, что дырки обладают меньшей скоростью, чем электроны. Следовательно, дырки практически не выходят за пределы активной зоны и не нуждаются в дополнительных энергетических барьерах.
Обнаружив одну из главных причин снижения оптической мощности полупроводникового лазера, авторы исследовательской работы намереваются в дальнейшем продолжать модифицировать конструкцию лазера, чтобы повысить его эффективность.
Ученые повысили эффективность лазера благодаря введению энергетического барьера
