Полупроводниковый оптический квантовый генератор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВДЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 382875 (61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) 3аявлено 19,07,71 (21) 1677436/26»25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано05.01.77.Бюллетень № 1, (45) Дата опубликования описания 27.04.77 (51) М. Кл.

Н 01 S 3/19

Государственный комитет

Совета Министрав СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 621.375.8 (088.8) Ж, И, Алферов, В, М, Андреев, P. Ф, Казаринов, Е. Л. По рной и P. А. Сурис

Ордена Ленина физико- гехнический институт им. А. Ф. Иоффе, (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР

d

Изобретение относится к области квантовой электроники.

Известны полупроводниковые оптические квантовые генераторы (ОКГ), содержащие оптический резонатор и активную область 5 с инверсной населенностью носителей, выполненные, например, на основе структур с р-п-переходом со сплошными омическими контактами к р-п-областям и с оптичес ким. резонатором Фабри-Пер о. 1р

Однако известные псчтупроводниковые OKiT имеют малую мощность генерируемого излучения, большой угол расходимости излучения" эти приборы быстро деградируют. Это обус

Цель изобретения — увеличение мощности, улучшение направленности излучения и g5 осуществление вывода излучения через контактную поверхность.

Бель достигается тем, что в предлагаемом. попупроводниковом ОКГ оптический резонатор выполнен в виде дифракционной решетки на одной из контактных поверхностей, параллельной плоскости электронно-дырочного перехода. Период этой решетки устанавливают равным о .к /Л,— Co8 V о где Л и Л вЂ” длины волн излучения соответственно в вакууме и в материале активной области,(р- угол выхода когерентного излучения, Я -любое целое число в интервале значений

В частном случае, когда период дифракционной решетки равен целому числу длин волн в материале активной области, излуче ние выходит перпендикулярно к плоскости электронно-дырочного перехода..

39287 5

Йифракционная решетка на одной из кон тактных поверхностей может быть выполнена, например, в виде периодически чередующихся полос контактного материала и промежутков, свободных от контактного материала.

На чертеже схематически изображена конструкция предлагаемого ОКГ.

Полупроводниковый ОКГ содержит подложку 1 из арсенида галлия, три слоя 2, 3, 4 твердых растворов в системе арсенид алюминия - арсенид галлия. Ширина запрещенной зоны активного слоя 3 меньше ширины запрещенной зоны пассивных слоев 2 и 4, Подложка 1 и слой 2 структуры имеют15 проводимость п«типа, а слои 3 и 4 — проводимость р-типа.

В предлагаемом ОКГ контакт к слою 4 выполнен не сплошным, а в виде тонких полос,. разделенных промежутками, свободными от контактного материала, т.е. на контактной поверхности создана дифракционная решетка с периодом,, При приложении достаточно большого внешнего электрического поля в прямом направлении ("плюсом" к р-области) в активном слое 3 за счет двусторонней инжекции создается инверсная заселенность носителей тока, которая при наличии оптического резонатора позволяет получить когерентное световое из- 3р лучение. Наличие периодически расположенных контактных полос на поверхности структуры приводит к модуляции волнового сопротивления диэлектрического волновода. Глубина этой модуляции равна отношению квадрата напряжен- з5 ности электрического поля электромагнитной волны на контактной поверхности к его значению в центре волновода. Это отношение экспоненциально убывает с увеличением расстояния /, от активного слоя ОКГ до кон- 4О тактной поверхности.

В таком плоском светопроводе с периодически промодулирова1нным волновым. сопротивлением имеет место утечка распространяющейся вдоль него электромагнитной 45 волны через контактную поверхность. При этом. величина ll Q обратная добротности, Р может быть выражена формулой р2 1 — ехр -, ), (1) (1 î где дЯ вЂ” разница диэлектрических проницаемостей волновода и пассивных областей — расстояние от рп-перехода до дифракционной решетки;

55 - толщина активного слоя.

При оптимально выбранных значениях = "/ = о/ 5, iQ c Q с 104 величина (, должна быть установлена в интервале значений /Я (L <3

Излучение через дифракционную решетку выходит под углами LP которые опреде и р ляются соотношением

3. М

С05 „ о/ (2)

Выбором величины периода дифракционной решетки можно добиться того, чтобы через контактную поверхность полупровод» пикового ОКГ выходили один или несколько лучей под разными углами. В частности, когда отношение периода дифракционной решетки к длине волны в материале волновоо да меньше, чем л,„/р то угол 4) =90, г т.е. излучение выходит в направлении, перпендикулярном к плоскости волновода. В этом. случае волна, распространяющаяся вдоль волновода с периодически изменяющимся волновым сопротивлением, испытывает Брэгговское отражение и дифракционная решетка является планарным оптическим резонатором., который распределен вдоль всей плоскости р-п-перехода и обеспечивает когерентное излучение всей контактной поверхностью. В таком ОКГ отсутствуют ограничения по площади р-п,-перехода, что позволяет существенно увеличить мощность генерируемого излучения, а поскольку вся контактная поверхность является излучаю- р щей, значительно увеличивается апертура и улучшается направленность излучения OKF;

Предлагаемая конструкция открывает перспективы для использования ОКГ в матричнрм исполнении в интегральных схемах, так как создание планарного резонатора исключает необходимость изготовления резонатора типа Фабри-Перо. При этом предлагаемый полупроводниковый ОКГ может быть выполнен как на основе структуры с электронно дырочным переходом, так и на основе струйтуры с инверсной заселенностью носителей тока, полученной любым- способом, например с помощью электронного пучка или оптической накачкой.

Формула изобретения

l. Полупроводниковый оптический кван:товый генератор, содержащий оптический резонатор и активную область с инверсной населенностью носителей тока, выполненный, например, на основе структуры с р-Е-переходом. с омическими контактами к поверхностям., параллельным плоскости р-и-перехода, отличающийся тем, что, с це« лью увеличения получаемой мощности, уменьшения расходимости излучения, на одной из контактных поверхностей нанесена дифрак39287 5

Составитель Т. Никульшина

Редактор И. Орлова Техред О. Луговая Корректор B. Куприянов

Заказ 893/79 Тираж 976 Подписное

ЦНИИПИ Государственного. комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 3/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород ул. Проектная, 4 о ционная решетка с периодом 3 о и расстоянием Ь от р-р-перехода до диф ракционной решетки, установленным в интервале значений Я, /р < L < 53 гдето о о и 1 -длины волн излучения соответственно в вакууме и материале активной области, ф — угол между направлением. когерентного излучения и плоскостью р-и-перехода Н » целое число в интервале значений да, 2. Оптический квантовый генератор по п.1, отличаюшийся тем,что, с целью увеличения плошади излучаемой поверхности и осуществления вывода излучения перпендикулярно к плоскости р -перехода, период дифракционной решетки установлен равным целому числу длин волн излучения в материале активной области.