Félvezető lézerek és működési elvük

A félvezető-lézerek a manapság használt lézerek talán legfontosabb képviselői, nem csupán mert rengeteg különböző alkalmazásban vannak jelen, hanem azért is, mert széles körben használják őket szilárdtest-lézerek pumpálására. A félvezető-lézerek többségének aktív közegét a periódusos rendszer harmadik csoportjába (mint pl. Al, Ga, In) és az ötödik csoportba (mint N, P, As, Sb) tartozó elemek kombinációi alkotják. Jó példa erre a GaAs, AlGaAs, InGaAs, ill. InGaAsP kombinációk. Az ilyen és hasonló keverékek CW emissziós hullámhossza  630nm és 1600nm között van. InGaN félvezető-lézerek szobahőmérsékleten kéken (kb. 410nm) sugároznak.

Az ábrán V-vel jelöltük a valenciasávot (valence band), C-vel pedig a vezetési sávot (conduction band), melyeket E_g szélességű tiltott sáv választ el. Az egyszerűség kedvéért tegyük fel először, hogy a félvezető hőmérséklete T=0 K. A vezetési és valenciasávok kvázi-Fermi-energiái E’_Fc és E’_Fv. T=0 K hőmérsékletnél ezek mutatják meg, a megfelelő sávoknál, azt az energiát, mely alatt az elentronállapotok teljesen be vannak töltve, a fölöttük levő állapotok viszont üresek. N a vezetési sávba emelt elektronszám-sűrűség. A sűrűséget, melyre az (1) feltétel teljesül, átlátszósági elektronsűrűségnek (N_tr) nevezzük. Ha a félvezetőbe injektált töltéshordozók sűrűsége nagyobb, mint N_tr, a félvezető képes lesz erősíteni: megfelelő rezonátorba illesztve lézeraktivitás jöhet létre, ha az erősítés nagyobb, mint a rezonátorveszteségek. A pumpálás legelőnyösebb módja, ha a félvezető-lézert diódaként használjuk, ahol az aktív anyag gerjesztését a dióda megengedett irányába folyó elektromos áram végzi.