Полупроводниковый лазер

Полупроводниковый лазер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Г:0(ОЗ СO(l(ТСКИХ

СО((ИЛЛИС!И (ГСКИХ (EC(1YBflMK (5() Н 01 S 3/18 (ОСУДЛРСТВ(«Л-(ЫЙ КОМИТГТ

ПО ИЭОБРГТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ((РИ ГКНТ СССР

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г (46) 23.07,92.Бюл. N 27 (21) 472 6327/25 (22) 27.07,89 (72) P.ß.Êó÷åðoo и М.Ф.Малхозоо (53) 621.375.8 (088.8) (56) Носов (О,Р. Оптоэлектроника, — M.: Радио и связь, 1989, с. 128.

Носов IO,Ð. Оптоэлектроника. — М,; Радио и связь, 1989, с. 153. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР (56) Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при конструировании полупроводниковых лазеров с высоким КПД из различных полупроводниИзобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при конструировании полупроводниковых лазеров с высоким КПД из различных полупрооодниKODbtX MQTePWBlIOB.

Известен полупроводниковый лазер инжекционного типа, представляющий собой доухэлектродный прибор с р-п-переходом, в котором генерация когерентного излучения связана с инжекцией носителей заряда при протекании прямого тока через р-и-переход

Недостаток полупроводникового лазера инжекционного типа заключаегся в том, что он может быть осуществлен только в ограниченном числе полупроводниковых материалов, которые поддаются легированию обоих типов, что позволяет изготовить гомоген ный р-п-переход.

Известен также полупроводниковый лазер с электронным возбуждением, конструктивно выполненный в виде электронно-лучеоой трубки с экраном-мишенью иэ выбранного полупровод>(ика, В таком лазере инверсия

„., SU ÄÄ 1686997 А1 ковых материалов, Целью изобретения является повышение КПД лазера. Благодаря выбору величины межэлектродного промежутка и использованию в качестве анода вырожденного полупроводника р — типа, в полупроводнике обеспечивается генерация при величине напряжения 0 между электродами меньшей 3 Ец/1, в результате чего КПД лазера может возрасти до 1007 по сравнению с КПД в 30;(,, характерным для лазера с элек1ронной накачкой. (Ео — ширина запрещенной зоны полупроводника, e — заряд электрона). 1 ил, населенностей в полупроводнике создается при воздействии на него потока электронов высокой энергии (20... 200 кэв). Такие электроны проникают вглубь полупроводника на 2 десятки микрометров, ионизируя на своем пути атомы кристаллической решетки и образул электронно-дырочные пары, рекомбинация которых обеспечивает работу лазера.

Лазерная генерация о таком приборе возможна практически на любых прямоэонных С полупроводниках, в том числе и на таких, о © которых не удается изготовить р-п-переход.

Недостатком известного лазера с электронной накачкой является высокая энергия первичных электронов, для ускорения которых необходима оысоковольтная аппаратура. Другим недостатком лазера с электронной накачкой является низкий (принципиально не выше 30 Q КПД, что связано с тем, что электронно-дырочные пары могут быть образованы лишь первичными электронами с энсргием большей, «ем 3 Е,( (Eg — ширина запрещенной эоны полупроводника), а рекомби((ируют между собой

1бВК97 только электроны с энергией вблизи дна эоны проводимости и дырки вблизи потолка валонтной эоны. Г!оэтому не оленев двух третей энергии исходного электронного пучка тратитсл на разогрел кристалла.

Целью изобретение является повышеII»e КГ1Д лазера.

Это достигается тем, что II предложенном двухзлектродном лазере с находящимися в вакуумной полости сильноточным катодом и анодом иэ вырожденного полупроводника р-типа уменьшают расстояние между электродами, снижают таким образом напряжение, необходимое для создания в лазере IQKB, превышающего порог генерации, до величины, меньшей 3 1:-g/е (е — заряд электрона). При таком напряжении электроны но получа от энергии, достаточной для ионизации полупроводника с образованием вторичных электронов и дырок, и непосредственно инжектируются в зону проводимости полупроводника р-типа и, накапливаясь вблизи дна зоны проводимости, совместно с дырками полупроводника р-типа образуют активную область полупроводникового лазера. Благодаря снижению напряжения ниже 3 Ев/е уменьшаются тепловые потери и возрастает КПД лазера. При этом напряжение между катодом и анодом не превышает 3 Eg/е в том случае, если межзлектродное расстояние d выбирают из следующего соотношения

Д

136 е, (1), m е j где ITI и е — масса и заряд электрона, )— плотность тока, протекающего через лазер, необходимого для генерации излучения.

Формула (1} получается из хорошо известного закона, связывающего плотность тока, протекающего через диод с напряжением 0 на его электродах

Нэ чертеже схематически изображен полупроводниковый лазер, Полупроводниковый лазер содержит сильноточный катод 1, отделенный изоляционной прокладкой 2 от анода, состоящего из металлической подложки Э, на которую нанесено полупроводниковое покрытие, состоящее, в частном случае. из трех слоев, причем, активный слой 4 полупроводника р-типа размещен между двумя слоями 5 полупроводников с большей, чем у полупроводника среднего слоя, шириной

25 запрещенной зоны. Катод и анод снаб vены токоподводами б и охлаждаются геплоносителем, протекающим по трубам системы 7 охлаждения. Полупроводниковые слои, торцы которых отполированы, вместе с зеркально отражающим покрытием 0 образуют резонатор лазера. Прозрачное окно 9 служит для вывода излучения из устройства.

Герметизирующая обмазка 10 обеспечивает сохранение вакуума в межэлектродном зазоре 11.

Конкретно полупроводниковый лазер изготалвивают следующим образом, При изготовлении анода. представляющего собой металлическую подложку 3. покрытую тонким слоем 4 полупроводника, металлическую подложку полируют по 14 классу, после чего наносят тонкий (l MKM) слоИ полупроводника, при этом обеспечивают отклонение поверхности анода от идеальной плоскости не превышающее 0,1-0,2 мкм, Торцы анода полируют и на оди из нихнаносят зеркальное покрытие O. Аналогичная технология используется для обеспечения такой же геометрии поверхности холодного катода с отрицательным электродным средством, который обеспечивает плотность тока до 100 А/см . На периферии катода 1 наносят кольцевую изоляционную

30 прокладку 2 толщиной 1 мкм, после чего электроды помещают в вакуумную камеру, обезгаживают, прижимают друг к другу и герметизируют с помощью обмазки 10, 8 лазере с мсжэлектродным зазором 2 мкм

35 обеспечивается ток 10 Аlсм при апряжении всего 5 Б. При такой плотности тока и толщине активного слоя полупроводника 1

viKh в активном слое создается плотность накачки 10 ватт/см, что достаточно для

40 генерации излучения.

При выборе межэлектродного промежутка на основании неравенства (1) необходимый для генерации лазерного излучения ток протекает при напряжении между злек45 тродами, не превыша ощем 3 Ев/е, благодаря чему в предлагаемом лазере возрастает

КПД по сравнению с лазером с электронной накачкой, Формула изобретения

50 Полупроводниковый лазер, содержащий вакуумированную камеру и расположенные в ней катод и анод в виде плоскопараллельной полупроводниковой пл;1стины с нанесенны ли на ее торцы, перпендикулярные плоскости

55 пластины, зеркальными отражающими покрытиями, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в кэчестг е материала пластины выбран вырожденный полупроводник р-типа, а величина зазора 0 между катодом и анодом выбрана иэ соотношения

1 Я36997 где m и е — масса и заряд электрона, Ев— ширина запрещенной эоны материала полупроводниковой пластины, J — плостность тока, протекающего через лазер.

5 необходимого для генерации лазерного излучения. 3О Е / . 7,:ИГ

m e J

Составитель А.Грачев

Техред M.Ìoðråíòàë Корректор М.Максимишинец

Редактор .А.3 робок

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2826 Тираж Подписное

ВНИИПИ i осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5