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

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

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

3 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 GaAs, AlGaAs, InGaAs.

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

5 Elementos básicos de la teoría de semiconductores

6 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.

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

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

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

10 Electrones mayoritariosElectrones minoritarios Huecos minoritariosHuecos mayoritarios Energía del electrón Distancia a través del cristal qV 0 Diagrama de la estructura del nivel de energía de la unión compuesta PN

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

12 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 W G es la energía de la banda prohibida

13 Diferentes uniones de materiales semiconductores

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

15 La cavidad 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

16 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.

17 Láseres de emisión horizontal

18 Láseres de emisión vertical

19 Ejemplos

20 Aplicaciones  Comunicaciones (fibra óptica)  Equipo electrónico (reproductores de CD)  Espectroscopia  Medicina  Informática (DVD)

21 Bibliografía 1) J. Watson, Optoelectrónica, Ed. Limusa, 1993. 2) http://vcs.abdn.ac.uk/ENGINEERING/lasers/semi.html http://vcs.abdn.ac.uk/ENGINEERING/lasers/semi.html 3) http://www.powertechnology.com/TECHLIB/BEAMCHAR/BEAMCHAR.HTM http://www.powertechnology.com/TECHLIB/BEAMCHAR/BEAMCHAR.HTM 4) http://www.columbia.edu/cu/mechanical/mrl/ntm/level2/ch02/html/l2c02s12.html http://www.columbia.edu/cu/mechanical/mrl/ntm/level2/ch02/html/l2c02s12.html 5) http://www.sandia.gov/1100/X1118VECSEL.htm http://www.sandia.gov/1100/X1118VECSEL.htm 6) http://jupiter.phys.ttu.edu/corner/1998/feb98.pdf http://jupiter.phys.ttu.edu/corner/1998/feb98.pdf 7) http://www.laserphysics.kth.se/optronic/Semiconductor_lasers.pdf http://www.laserphysics.kth.se/optronic/Semiconductor_lasers.pdf 8) http://www-opto.e-technik.uni-ulm.de/forschung/jahresbericht/1998/ar98gj.pdf http://www-opto.e-technik.uni-ulm.de/forschung/jahresbericht/1998/ar98gj.pdf 9) http://www.mtmi.vu.lt/pfk/funkc_dariniai/diod/led_laser.htm http://www.mtmi.vu.lt/pfk/funkc_dariniai/diod/led_laser.htm 10) http://engphys.mcmaster.ca/undergraduate/outlines/PDFs/Lecture%2034%20%20Sources %20Part%20II.pdf http://engphys.mcmaster.ca/undergraduate/outlines/PDFs/Lecture%2034%20%20Sources %20Part%20II.pdf