Instituto Nacional de Astrofísica Óptica y Electrónica

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 dela 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. Energía del electrón 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.

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

9. 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 Unión PN

10. Energía del electrón Electrones minoritarios Electrones mayoritarios Distancia a través del cristal qV0 Huecos mayoritarios Huecos minoritarios Diagrama de la estructura del nivel de energía de la unión compuesta PN

11. Energía del electrón Electrones minoritarios Electrones mayoritarios Distancia a través del cristal qV0 Huecos mayoritarios Huecos minoritarios Luminiscencia en inyección. Ahora consideraremos lo que sucede cuando una corriente es inyectada a través del diodo.

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 WG 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 ØComunicaciones (fibra óptica) ØEquipo electrónico (reproductores de CD) ØEspectroscopia ØMedicina ØInformática (DVD)

21. 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/BEAMCHAR.HTM 4)http://www.columbia.edu/cu/mechanical/mrl/ntm/level2/ch02/html/l2c02s12.html 5)http://www.sandia.gov/1100/X1118VECSEL.htm 6)http://jupiter.phys.ttu.edu/corner/1998/feb98.pdf 7)http://www.laserphysics.kth.se/optronic/Semiconductor_lasers.pdf 8)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 10)http://engphys.mcmaster.ca/undergraduate/outlines/PDFs/Lecture%2034%20%20Sources%20Part%20II.pdf