Активный элемент полупроводникового квантового генератора

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОВРЕТЕ Н ИЯ

Союз Советскнк

Соцналнстнческих

Реснублнк

< >673103

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.09.7 6(21) 24067 63/18-25 с присоединением заявки ЭЙ (51)М. Кл.

Н 01 S 3/18

Веуаарвтнвнньй кемнтвт

СССР не денем нэвбрвтвннй н еткрытнй (23) Прморитет -—

Опубликовано 25.02.80- Бюллетень J% 7 (53) УДК 621.375..8 (088.8) Дата опубликования описания 28.02.80.

В. Ф. Баранов, И. Г. Гончаров, К. Б. Де енко и В;.-3 Плетнев „

Московский ордена Трудового Красного Знаме йт--ищкауе и :. физический институт (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54} АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

КВАНТОВОГО ГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при конструировании и изготовлении полупроводниковых лазеров с накачкой электронным пучком.

Известное:, устройство активного

5 элемента с накачкой пучком быстрых электронов представляет собой однородный полупроводниковый кристалл. При накачке активного элемента пучок электро1О нов, попадаюший по нармали к поверхности возбуждаемого кристалла, создает внутри него неравновесные носители (электроны и дырки) на расстоянии, определяемом длиной пробега быстрых электроном в данном кристалле 1) .

Недостатком известного активного элемента является то, что при накачке: электронным пучком большая часть быстрых электронов идет на разогрев кристалла, что ухудшает излучательные характеристики.

Наиболее близким техническим решением является активный элемент, в кото2 ром увеличение эффективности накачки достигается благодаря использованию гетеропереходов. Данное устройство описано в работе 121.

Активный элемент в данном случае содержит подложку с нанесенными на нее рабочим слоем, выполненным в виде многослойной структуры, состояшей по крайней мере из двух полупроводниковых слоев, активного и пассивного, причем ширина запрешенной зоны активного слоя по крайней мере на кТ меньше ширины запрещенной зоны пассивного слоя и подложки, толшина пассивного слоя не превышает длину диффузии неравновестных носителей заряда в слое, сумммарная толшина не превышает глубину проникновения электронов в полупроводниковый матери an.

Недостатком такого активного элемента является то, что часть энергии быстрых электронов теряется в подложке;.вызывая разогрев кристалла и ухудшение его излучательных xарактеристик.

3 673

Цель изобретения — повышение числа носителей, образующихся при накачке пучком электронов в волноводе активного элемента полупроводникового квантового генератора, что увеличивает эффективность использования электройом накачки и ве-. дет к возрастанию коэффициента полезно-, го действия квантового генератора.

Цель достигается тем, что в активном элементе полупроводникового лазера, со-,10 держащем подложку и нанесенный на нее рабочий слой, выполненный в виде многослойной структуры, включающий активный и пассивный слои, пассивный слой имеет толщину 0,001-0,1 от длины пробега электронов в веществе пассивного слоя с атомным номером,,большим атомного номера материала активного слоя.

Активный элемент полупроводникового ..квантового генератора представлен на 2О фиг. 1. Он состоит из подложки 1, вопно вода активного элемента 2 и слоя вещества покрьгтия 3 с атомным номером большим, чем атомный номер материала волновода.

Сечение упругого рассеяния элементов на атомах пропорционально атомному номеру в квадрате, в сечение неупру. гого рассеяния — первой степени, поэто му в нанесенном слое упругое рассеяние преобладает над неупругим, вследствие чего энергия электронного пучка, проходящего нанесенный слой и попвдвюшего в активный элемент, меняется мало, а угловое распределение уширяется значительно. Это ведет к увеличению доли энергии, поглощенной в волноводе активного элемента. К тому же выход электронов из волновода в обратном. направлении при нанесении покрытия уменьшается, теперь уже за счет отражения от нанесенной пленки, твк квк обратное рассея-ние от той же пленки дпя электронов с меньшей энергией больше, а электроны, выходящие из слоя волновода, имеют энергию меньше, чем первичные падающие.

Распределение поглощенной энергии по глубине волноводв при облучении его ну ком электронов с энергией 60 кэВ, приведено на фиг. 2 в относительных единицах. Кривая 4 — без покрьггия, кривая 5 — при нанесении золотого покрытия толщиной 0,07 мкм. Для вопново. да толщиной 2,5 мкм покрытие обеспе55

103 4

I чивает перераспределение поглощенной энергии и выигрыш в эффективности на

14% по сравнению. с таким же кристаллом без покрытия. Нв фиг. 2 разница поглощенной энергии в волноводе при нанесении нв него покрытия и без покры,тия соответствует заштрихованной облас ти. Эффективная толщина покрытия в

0,07 мкм равна 0,14 мгсм и сравнима с эффективной толщиной волновода из врсенида галлия в 2 5 мкм равной

-2 е

1,5 мгсм . При,этом энергия, поглощенная в слое золота, составляет 1,5% от поглощенной в вопноводе.

Конкретным примером выполнения активного элемента может служить кристалл арсенида галлия (Z =31) со структурой волновода толщиной 2,5, мкм, на которой нанесен спой золота (Z =79) толщиной 0,07 мкм. В этом случае при облучении его пучком электронов- с энергией 60 кэВ увеличивается часть энергии, выделенная в волноводном слое, нв

14%, что соответствует увеличению на такую же величину коэффициента полезного действия полупроводникового квантового генератора.

Формула изобретения

Активный элемент полупроводникового квантового генератора, содержащий подложку и нанесенный на нее рабочий спой, выполненный в виде многослойной структуры, включающей активный и пассивный слой, отличаю шийс ятем, что, с целью повышения числа носителей, создаваемых в активном слое, пассивный слой выполнен толщиной 0,001-0,1 от длины пробега электронов в веществе пассивного слоя с атомным номером, большим атомного номера материала активного слоя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Басов Н. Г., Богдвнневич О. В., Лаврушин Б. Н. Оптический квантовый генератор на арсениле галлия с возбуждением быстрыми электронами, Ф.Т.Т., т. 8, % 1, 1966, с. 21-23.

2. Заявка hb 2115942, кл. Н 01 5 3/18, 1975, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

673103 д д . 1 Z

Ми 2

Составитель С. Мулин

Редактор - Я. Зеленпова Техред М, Кепемеш Корректор М. немчик:

Заказ 9890/72 Тираж 844 Подписное .

ЦЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

:Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4