Полупроводниковый лазер

СООЗ СОПГ ГСКИ СОЦ 1 ИЛИС 1 И 1 Г С РЕСГ 1 УБ/1 ИК 1 О 111 5 Н 01 3 3/ ОСУДЛРСТВ 1:Н 1 ый К10 ИЭОБРГТЕНИЛМ И1 РИ ГКНТ СССР ИТГТКРЫТИЯМ ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТСН СВИДЕТЕЛ ЬС К АВТОРСКОМУ(56) Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при конструировании полупроводниковых лазеров свысоким КПД из раэлич 1 ых полупроводниИзобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при конструировании полупрооодникооых лазероо с высоким КПД из различных полупроводниковых материалов.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 ток полупроводникового лазе- нного типа заключаегся в том, ет быть осуществлен только в ом числе полупрооодникооыхкоторые поддаются легироваипов, что позволяет изготовить р-п-переход.н также полупроводниковый лаонным возбуждением, конструкенный в виде электронно-лучевой ном-мишенью иэ выбранного пока, В таком лазере инверсия Недоста ра инжекцио что он мож огра ниченн материалов,нию обоих т гомогенный Иэвесте эер с электр тивно оыполн трубки с экра лупроводни г .гковых материалов, Целью изобретения является повышение КПД лазера, Благодаря выбору величины межэлектродного промежутка и использооанию 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 100; по сравнению с КПД в 30;, характерным для лазера с элек 1 ронной накачкой. (Ео - оирина запрещенной зоны полупроводника, е - заряд электрона). 1 ил,населенностеи в полупроводнике создается при воздействии на него потока электронов высокой энергии (20 200 кэв). Такие электроны проникают вглубь полупрооодника на 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 полупроводниках, о 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 300) КПД, что связано с тем, что электронно-дырочные пары могут быть образованы лишь первичными электронами с энсргием большей, чем 3 Е 1 (Е - ширина запрещенной эоны полупроводника), а рекомби 1 ируют между собойтолько электроны с знергиейт вблизи дна зоны проводимости и дырки облиэи потолка оалсцтцой эоны. Гоэтому не глецес двух третей зцсргиц исходтого электронного пучка тратитсл ца разогрев кристалла.Целью изобретение является повышение КГ 1 Д лазера,Это достигастся тем, что о предложенном двухзлектродном лазере с находящимися о вакуумной полости сильноточным катодом и анодом иэ вырожденного полупроводника р-типа уттеньшают расстояние между электродами, снижают таким образом напряжение, необходимое для создания в лазере тока, превышающего порог генерации, до величины, меньшей 3 Етт/е (с - заряд электрона). При таком напряжении электроны нс получа от энергии, достаточной для ионизации полупроводника с образованием вторичных электроцоо и дырок, и непосредственно инжсктируются о зону проводимости полупроводника р-типа и, цакоплиоаясь вблизи дна зоны проводимости, совместно с дырками полупроводника р-типа образуют активную область полупроводникового лазера. Благодаря сттижеттию напряжения ниже 3 Етт/е уменьшэтотся тепловые потери и возрастает УПД лазера. При этом напряжение между катодом и анодом це прсвыцтаст 3 Ец/е о том случае, если межзлектродное расстояние д выбирают из следующего соотношеният/ , 6 ЧГ "Я(1),пте 2где гп и е - лтэсса и заряд электрона, ) -плотность тока, протекающего через лазер,необходимого для генерации излучения.Формула (1) получается из хорошо иэвестногО закона, соязыоающего плотность тока,протекающего через диод с напряжением 0цэ его электродах На чертеже схематически изображен полупроводниковый лазер,Полупроводттикооый лазер содержит сильноточцый катод 1, отделенный изоляционной прокладкой 2 от анода, состоящего из металлической подложки Э, цэ которую цэнсссцо полупроводниковое покрытие, состоящее, в частном случае. из трех слоев, причем эктивттый слой 4 полупроводника р-типэ размещен между двумя слоями 5 полупроводников с большей, чем у полупроводника среднего слоя, шириной102025 запрещенной зоны. Катод и эцод сноб.ксны токоподводами б и охлаждаются тсттлотосителсм, протекающим по трубам системы 7 охлаждения. Полупроводниковые слои, торцы которых отполированы, вместе с зеркально отражающим покрытием О образуют резонатор лазера. Прозрачное окно 9 служит дпя оыоода излучения из устройства.Герметизирующая обмазка 10 обеспечиоает сохранение вакуума о межэлектродном зазоре 11,Конкретно полупроводникооый лазер изготалоивают следующим образом,При изготовлении анода. представляющего собой металлическую подложку 3, покрытую тонким слоем 4 полупроводника, металлическую подложку полируют по 14классу, после чего наносят тонкий( 1 мкм) слой полупроводника, при этом обеспечивают отклонение поверхности анода от идеальной плоскости не преоышающес 0,1-0,2мкм, Торцы анода полируют и на оди из них .наносят зеркальное покрытие 8. Аналогичная технология используется дпя обеспечения такой жс геометрии поверхности холодного катода с отрицательным электродным средством, который обеспечиваетплотность тока до 100 А/см . На перифериикатода 1 наносят кол ьцсоую иэоляциогптую30 прокладку 2 толщиной 1 мкм, после чегоэлектроды помещают в вакуумную камеру,обезгаживают, прИжимают друг к другу игерметизируют с помощью обмазки 10, 8лазере с мсжзлектродзным зазором 2 мкм35 обеспечивается ток 10 А/см при напряжении всего 5 Б, При такой плотности тока итолщине активного слоя попупроводника 1мкм в актионом слое создается плотностьнакачки 10 ватт/см, что достаточно дляв40 генерации излучения.При выборе межэлектродного промежутка ца оснооагтии нераоецстоа (1) необходимый для генерации лазерного излученияток протекает при напряжении между злек 45 тродами, не прсвыша ощем 3 Ео/е, благодаря чему о предлагаемом лазере возрастаетКПД по сравнсттию с лазером с электроннойнакачкой,Формула изобретения50 Полупроводниковый лазер, содержащийвэкуумирооанцую камеру и расположенные вней катод и анод о виде плоскопэраллельнойполупрооодникооой пластины с нансссцтщмина се торцы, перпеттдикулярные плоскости55 пластины, зеркальными отражающими покрытиями, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения КПД, в кэчестг с материалапластины оыбрэц оырождснный полупроводник р-типа, а величина зазора О между катодом и анодом оыбрацэ иэ соотношения1 Я 36997 где пз и е - масса и заряд электрона, Ев - ширина запрещенной эоны материала полупроводниковой пластины, 1 - плостность тока, протекающего через лазер.5 необходимого для генерации лазерного излучения. З 6 Е/; 7; ба е 1 Заказ 2826 ТиражВНИИПИосударственного комитета по изобрете . 113035, Москва, Ж, Раушская араб., 4/5 Подписное ям и открытиям при ГКНТ С а,10 енно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул оиз Составитель А.Грачевактор А.Зробок Техред М,Моргентал Корректор М.Максимиши