7-ma’ruza gaz lazerlari. Geliy-Neon, korbanat angidrid va azot lazerlari

Yarim o’tkazgichli lazerlar. Arsinidiy-galliy lazeri.
Hozirgacha qarab chiqqan lazerlarda kvant nurlanishi atom yoki molekulalarga tegishli energetik sathlar oralig’ida sodir bo’lgan bo’lsa, yarim o’tkazgich lazerida kvant nurlanishi energetik zonalar oralig’ida o’tish tufayli paydo bo’ladi. Zonalarda energetik sathlar juda zich joylashgan va shu sababli yarim o’tkazgichli aktiv moddalarda kuchayish koeffisiyenti 10⁴sm^–1 gacha qiymatga erishishi mumkin. Kuchayish koeffisiyentining kattaligi tufayli yarim o’tkazgichli aktiv moddalar kichik o’lchamga ega (rezonatorlar uzunligi L=50mkm dan 1 milli-metrgacha) bo’ladi.
Qattiq jismlarda elektronlar energetik holatlar bo’ylab taqsimlangan bo’lib, energetik zonalarni hosil qiladi.Energktik zonalarni bir-biridan ajralgan oraliq masofa mavjud. Elek­tron zonalar oralig’ida joylashadigan energetik sathga ega emas. Elektronlarga to’lgan va ener­giya taqsimotiga ko’ra eng yuqoridagi energetik holatlar to’plamiga valent zona deyiladi. Elektron­lar qisman o’rin olgan yoki butunlay o’rin olmagan holatlarga o’tkazuvchanlik zonasi deyiladi.
63-rasmda dielektriklarning, metallarning va yarim o’tkazgichniig ener­getik zonalarining diagrammasi kelgirilgan.
Valent zona bilan o’tkazuvchanlik zonasi oralig’ida taqiqlangan, ruxsat etilmagan zona joylash­gan. O’sha ruxsat etilmagan zonaning kengligiga ko’ra moddalar izolyatorlarga, o’tkazgichlarga va yarim o’tkazgichlarga bo’linadi. Izolyatorda ruxsat etilmagan zona juda keng bo’ladi. Metallarda valent zona bilan o’tkazuvchanlik zona chegarasi bir-biriga o’tib, qo’shilib ketgan va qat’iy chegaraga ega emas. Yarim o’tkazgichlarda ruxsat etilmagan zonaning kengligi aytarli darajada katta emas. Ruxsat etilmagan zonaning o’rtasida Fermi sathi ε_F joylashgan.
Agar ruxsat etilmagan zonaning kengligi kichik bo’lsa, elektronlar issiklik harakati tufayli valent zonasidan o’t­kazuvchanlik zonasiga (ε_g kT) oshib o’tishi mumkin. Bu xil moddalar yarim o’tkazgichlardir. Elektronlar valent zonasidan o’tkazuvchanlik zonasiga issiqlik energiyasi tufayli o’tsa va­lent zonasida elektron o’rnida teshik hosil bo’ladi. Teshik ham energetik sathga va zaryadga (ishora jihatidan zaryad musbat) egadir. Elektron qanday xususiyatga ega bo’lsa, teshik ham shunday xususiyatga egadir, ular bir-biridan faqat ishorasi jixatdan farq qiladi xolos.
Agar yarim o’tkazgichlarning tarkibiga metallarni diffo`ziya yo’li bilan kiritsak, u holda legirlangan yarim o’tkazgichlar hosil bo’ladi. Bu xil yarim o’tkazgichlarda elektronning va teshiklarning soni o’zgaradi. Agar yarim o’tkazgichning tarkibiga besh valentli metall atomlari kiritilsa masalan, kremniy tarkibiga fosfor kiritilsa, bunday legirlangan yarim o’tkazgichga n-tipli yarim o’tkazgich deb, yarim o’tkazgich kristalli panjarasiga kiritilgan metall atomini esa donor deb ataladi.

63-rasm. Dielektrik, metall va yarim o’tkazgichlarning energetik zonalari: -Fermi sathi, -valent zona bilan o’tkazuvchanlik zonasi orasidagi energiya.
Agar yarim o’tkazgich tarkibiga diffo`ziya yo’li bilan uch valentli metallar kiri­tilsa, moddada masalan Si kremniyda kovalent bog’lanishida uchta elektron ishtirok etib, bitta elektronining o’rni bo’sh qoladi, o’sha bo’sh qolgan joy teshik va musbat zaryadli bo’­ladi. Bunday yarim o’tkazgichlarga r-tipli yarim o’tkazichlar deyiladi. Diffo`ziya yo’li bilan yarim o’tkazgichning kristall panjarasiga kiritilgan metall atomini akseptor deb ataladi.
Yarim o’tkazgichli kristallardan tayyorlanadigan diodlar, tranzistorlar xuddi shu usulda yasaladi. Bu jihatdan qaraganda eng oddiy yarim o’tkazgich lazeri n- va r-tipli yarim o’tkazgichlardan yasalgan dioddir.