Полупроводниковый лазер с квантово-размерным эффектом

 

Использование: приборы квантовой электроники, в качестве источника когерентного излучения. Сущность изобретения: на широкозонные полупроводниковые слои ри п-типа нанесены слои из материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью (ВТСП), причем ширина запрещенных зон материалов слоев активной области не превышает удвоенного значения ширины сверхпроводнико вой энергетической щели в материалах слоев с ВТСП при температуре Т То, где Т - температура широкозонных, полупроводниковых слоев, То - критическая температура ВТСП слоев лазера. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (я)5 Н 01 S 3/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4927080/25 (22) 11.04.91 (46) 30.03.93. Бюл. И 12 (76) А.Д.Чесноков и В.Д.Чеснокова (56) Яманиши Масамиси и др, Квантово-механический размерный эффект модуляции источника света — новый полупроводниковый лазер на эффекте поля или светоизлучающее устройство. — Квантовая радиотехника, 1984, N-. 5. с. 16-21.

Авторское свидетельство СССР

N. 1435119, кл. Н 01 S 3/18, 1988. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР С

КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫМ ЭФФЕКТОМ

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к инжекционным лазерам с квантово-размерным эффектом модуляции генерируемого излучения, Цель изобретения — расширение диапазона перестройки спектра излучения.

На фиг,1 изображена схема полупроводникового лазера с квантово-размерным эффектом; на фиг,2 и 3 — энергетическая диаграмма активной области полупроводникового лазера при температуре 77 К и 0 К.

Полупроводниковый лазер с квантоворазмерным эффектом включает активную область 1, изолирующие слои 2 и 3, управляющие электроды 4 и 5, широкозонные слои р-.и и-типа 6 и 7, слои с высокотемпературной сверхпроводимостью (ВТСП) 8 и 9, устройство управления температурой 10, устройство управления магнитным полем

12, устройство управления током 13, устройство управлением давлением 14.

„„ Д2„„1800434 А3 (57) Использование: приборы квантовой электроники. в качестве источника когерентного излучения. Сущность изобретения: на широкозонные полупроводниковые слои ри и-типа нанесены слои из материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью (ВТСП), причем ширина запрещенных зон материалов слоев активной области не превышает удвоенного значения ширины сверхпроводниковой энергетической щели в материалах слоев с ВТСП при температуре

Т < To, где Т вЂ” температура широкозонных полупроводниковых слоев, To — критическая. температура ВТСП слоев лазера. 3 ил.

Активная область 1 полупроводникового лазера выполнена по крайней мере из одного слоя, толщина которого обеспечивает реализацию квантово-размерного эффекта для неосновных носителей инжектируемых в активную область 1.

Спектр излучения полупроводникового лазера с квантово-размерными слоями зависит от формы потенциальной ямы для неосновных носителей, формируемой слоями активной области 1, широкозонными полупроводниковыми слоями р- и и-типа 6 и 7, слоями из высокотемпературных сверхпроводников 8 и 9. Излучение лазера формируется при переходе между разрешенными дискретными энергетическими уровнями (как и в прототипе) в упомянутой яме, и 1 mn = Em — En Материалы слоя (или слоев) активной области подобраны так, что их за-, прещенные зоны не превосходят (меньше) удвоенного значения ширины сверхпроводТ806434

3 4 никовой энергетической щелй (2 Ь) матери- осуществлять бесконтактное управление алов высокотемпературной сверхпроводи- фототоком (hv > 2 Л(Т)), режимом генерации мости слоев 8 и 9 (Ед1 < 2 Л). излучения, переключать режимы работы лаКванты света h vniп ) 2Ь, приходящие. зера от спектра излучения при наличии пеотустройства управления излучением 11 на 5 рестройки щели (h,=Ü (Т, Н, Р, t, v)) ВТСП

ВТСП слои 8 и 9 разрушают. куперовские слоев к спектру излучения без перестройки пары и создают фотоквазичастицы в сверх- щели. проводниковых слоях 8 и 9, что приводит к, Аналогично бесконтактное переключевозйикновению туннельного квазичастич- ние можно осуществлять включая дополниного фототока в активную область 1 лазера. "0 тельно к 11 и устройство управления

Управление величиной эйергетической ще- внешним магнитным полем 12, изменяюли (2 Ь) может производиться внешними. щемширинусверхпроводниковойэнергетимагнитным полем, давлением, током,.тем- ческой щели, форму потенциальной ямы. пературой и другйми способами, Вклад в дискретный энергетический рабочий фототок из слоя ВТСП 8 (фиг.2) дают только "5 спектр. спектр излучения лазера, переклюфотоквазичаСтицы с положительным заря- чение от режима при котором ВТСП слои дом, проходящие через валентную зону . обеспечиваютфототок(при Ьт>26(Н))до слоя.р-типа в активную область 1, а вклад в - режйма, при котором фототокэ нет (Н > Hp). фототок из слоя ВТСП 9 дают только фото-, Аналогично.бесконтэктное переключение квазичастицы с отрицательным зарядом, 20 можно осуществлять включая дополнительпроходящие через зону"проводиМости слоя но к устройствам 10; 11, 12 и устройство . п-типаваКтиануюобласть:,где ийройсхадит. . управления током i, В ВТСП слоях 13, При рекомбйнация, формируется излучение ла- . протекании така I через проводник ширина зера. Устройство управления температурой: щели изменяется (h v > 2 Л(1)), а следователь10 обеспечивает перестройку формы ямы,: 25 но"меняется форма ямы, дискретный энерформируемой активной областью; ВТСП:: гетичесКий спектр; спектр излучения „ слоями, обеспечивает перестройку рабоче- лазера; переключается режим работы лазего дискретного энергетического" спектра, спектра излучения, расширение диапазона: спектра излучения, Аналогичные функции перестройки спектра излучения; бесконтак- 30 вйполняет и устройство управления давлетноеуправление волноводнымисвойствами . " нием 14 (h па> 2.h;(P)), Тонкув настройку активной Области (см. фиг.:2 и 3); УСтройство, спектра йзлучейия мбжно производить"так управленИя излучением; 11-:обеспечивает:- . же, как и в йрототипе — путем подачи напряботы лазера от описанного .выше, т.е. при.,35: .В качестве Материалов для слоев С вы воздействии квантов(И > 2@на ВТСП слои; сокогемпературнбй сверхпроводимостью 8

8и9крежимуработылазерапо -Квантовая: ..и 9 могут быть выбраны, .например, радиотехника, N 5, C. 16-21, когда кванты:.":.. GiPbSrCaCuQ(Òp= .110 К) или HiCaCrÑèÎtTp= излучения на слои 8 и 9 от источника 11 не: = 100 К). а в качестве материалов для слоев : подаются и фототок фотоКвазйчастиц в ак-. 40 актийнОй области могут быть выбраны твертивнУю область 1 лаэеРа отсУтствУет, что . дые РаатвоРы СиСтемы РЬхSn -хТе, обеспечивает свою фбЬму потенциальйой при с-обл:Ю де нии условйя, что их ямы, свой частотный диапазон, свойчаcTo- EpPbsnTa < 2ЬвтСп, 3. го условие реализуется, ты излучения. Кроме того, из фиг.2 и 3 видно, . например, в интервале температур 0 < Т < Tp, что при изменении температурй от 0 до То. б если в активной области слой 1 выполнен из форма потенциальной ямы изменяется., т,к. РЬз,з55по,6 Те или из Pip,42Sïp,5àÒå и др. Для происходит не только- изменение шириньг — указанных материалов. ВТСП слоев 8 и 9 запрещенной зоны в материалах активной с Тр =100 К пригодны в качестве материаобласти 1 с изменением температуры,:но и .. лов слоев активной области твердые раствоизменение ширины сверхпроводнйковых..50 ры с х в йнтервале: 0,33 х 0,42. энергетических щелей ВТСП слоев 8 и 9 Предлагаемый лазер можно использо(материалы ВТСП слоев 8 и 9 могут быть вать в квантовой электронике. метрологии, . одинаковыми и разными ho своим критиче- информационной, вычислительной технике ским: То, Hp, 1о, щр, Рр и др.). Таким образом, и др; областях народного хозяйства. изменяя температуру активной области и

ВТСП слоев с помощью10 при включении Формула изобретения

11 можно в широком диапазоне перестраи- Полупроводниковый лазер с квантововать спектр излучения, волноводные свой- размерным эффектом, включающий активсхва активной области 1 лазера, ную область, управляющие электроды, 5 . 1806434 6 отделенные от активной области изолирую- . ширина запрещенных зон материала слоя щими слоями, широкозонные полупровод- активной области не превышает удвоенного никовые слои р- и п-типа, прилегающие к- значения ширины сверхпроводниковой торцамактивнойобластиустройства управ- энергетической щели материалов слоев с ления температурой; магнитным полем, то- 5 высокотемпературной сверхпроводимоком и излучением; отличающийся тем, стью при температуре Т Тр, где To — критичто, с целью расширения диапазона пере- . ческая температура материалов слоев с стройки спектра излучения, на широкозон- " высокотемпературной сверхпроводимо:ные полупроводниковые слои р- и и-типа стью, Т вЂ” температура широкозонных полунанесены слои из материалов е, высокотем- 10 проводниковых слоев. пературной. сверхпроводимостью, причем