RU11400U1 - INJECTION SOURCE OF OPTICAL RADIATION - Google Patents
INJECTION SOURCE OF OPTICAL RADIATION Download PDFInfo
- Publication number
- RU11400U1 RU11400U1 RU99106911/20U RU99106911U RU11400U1 RU 11400 U1 RU11400 U1 RU 11400U1 RU 99106911/20 U RU99106911/20 U RU 99106911/20U RU 99106911 U RU99106911 U RU 99106911U RU 11400 U1 RU11400 U1 RU 11400U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- edge
- well
- energy
- barrier layer
- conduction band
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 76
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 239000003362 semiconductor superlattice Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 43
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 19
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 10
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 14
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 7
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 4
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 101150054854 POU1F1 gene Proteins 0.000 description 1
- 241000282898 Sus scrofa Species 0.000 description 1
- 241000364021 Tulsa Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
1. Инжекционный источник оптического излучения на основе гетероструктуры II типа полупроводниковых соединений и/или их твердых растворов, образующей активную область, содержащую по меньшей мере один набор из разделенных барьерным слоем двух основных слоев, один из которых образует квантовую яму, находящуюся в зоне проводимости, а другой основной слой образует квантовую яму в валентной зоне, при этом каждая из упомянутых ям имеет по меньшей мере одно разрешенное энергетическое состояние, отличающийся тем, что в отсутствии внешнего электрического поля разрешенное энергетическое состояние в яме, находящейся в зоне проводимости, лежит по энергии ниже разрешенного энергетического состояния в яме, находящейся в валентной зоне, а барьерный слой является туннельно непрозрачным для носителей заряда, барьерный слой выполнен из полупроводниковой сверхрешетки или из варизонного полупроводникового твердого раствора, край запрещенной зоны у которых на одной из гетерограниц совпадает с краем запрещенной зоны примыкающего к этой границе основного слоя активной области, при этом край зоны проводимости барьерного слоя монотонно возрастает по энергии по направлению ко второй гетерогранице со слоем, содержащим яму в валентной зоне, и на самой гетерогранице превышает по энергии уровень разрешенного состояния в этой яме, или край валентной зоны барьерного слоя монотонно уменьшается по энергии ко второй гетерогранице со слоем, содержащим яму в зоне проводимости, и на самой границе расположен ниже по энергии уровня разрешенного состояния в этой яме, или из двух сверхрешеток, или двух варизонных полупроводниковых тверды1. An injection source of optical radiation based on a type II heterostructure of semiconductor compounds and / or their solid solutions forming an active region containing at least one set of two main layers separated by a barrier layer, one of which forms a quantum well located in the conduction band, and the other main layer forms a quantum well in the valence band, while each of these wells has at least one allowed energy state, characterized in that in the absence of an external electron of the field, the allowed energy state in the well located in the conduction band lies in energy lower than the allowed energy state in the well located in the valence band, and the barrier layer is tunnel opaque to charge carriers, the barrier layer is made of a semiconductor superlattice or from a graded-gap semiconductor solid solution , the edge of the forbidden zone for which at one of the heterointerfaces coincides with the edge of the forbidden zone of the main layer of the active region adjacent to this boundary, while the conduction band of the barrier layer monotonically increases in energy towards the second heterointerface with the layer containing the well in the valence band, and at the heterointerface itself exceeds the energy level of the allowed state in this well, or the edge of the valence band of the barrier layer monotonously decreases in energy to the second heterointerface with a layer containing a well in the conduction band and at the very boundary located below the energy level of the allowed state in this well, or of two superlattices, or two graded-gap semiconductor solid
Description
ИНЖЕКЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯINJECTION SOURCE OF OPTICAL RADIATION
Заявляемая группа полезпых моделей относится к полупроводниковым излучающим приборам, таким как светодиоды и лазеры, и предназначена для получения спонтанного или стимулированного излучения в средней и дальней инфракрасных областях электромагнитного спектра. Такие полупроводннковые приборы могут быть использованы для мониторинга окружающей феды, бесконтактного контроля химического состава различных веществ, а также в системах связи, в медицине и в других областях.The claimed group of useful models relates to semiconductor emitting devices, such as LEDs and lasers, and is intended to produce spontaneous or stimulated radiation in the middle and far infrared regions of the electromagnetic spectrum. Such semiconductor devices can be used to monitor the environment, contactless control of the chemical composition of various substances, as well as in communication systems, in medicine and in other fields.
Известно несколько типов полупроводниковых источников оптического излучения, в частиости полупроводниковых оптических квантовых генераторов, длина волны излучения которых находится в средней и дальней инфракрасных областях спектра.Several types of semiconductor optical radiation sources are known, in particular, semiconductor optical quantum generators, the radiation wavelength of which is in the middle and far infrared regions of the spectrum.
Наибольщее распространение получили инжекционные полупроводниковые лазеры (см.Физический энциклопедический словарь.- М.: изд-во Советская энциклопедия.- 1984, с.570-571). Для получения излучения в инфракрасной области спектра активную область такого инжекционного лазера выполняют из слоев полупроводникового материала с узкой запрещенной зоной, главным образом, из различных солей свиица, что позволяет генерировать кванты света с энергией, близкой к щирине запрещенной зоны. Генерация в такой лазере возникает за счет инжекции неравновесных носителей заряда через р-п переход или гетеропереход и их последующей рекомбинации через запрещенную зону. Набор длин волн, генерируемых известным лазером, ограничен существующими материальными системами, из которых изготавливают активную область, и не превышает 30 мкм. В то же время низкая выходная мощность излучения ограничивает область его применения.Injection semiconductor lasers are most widely used (see the Physical Encyclopedic Dictionary, Moscow: Publishing House Soviet Encyclopedia, 1984, p. 570-571). To obtain radiation in the infrared region of the spectrum, the active region of such an injection laser is made of layers of a semiconductor material with a narrow forbidden zone, mainly from various salts of swine, which makes it possible to generate light quanta with an energy close to the width of the forbidden zone. Lasing in such a laser arises due to the injection of nonequilibrium charge carriers through the pn junction or heterojunction and their subsequent recombination through the band gap. The set of wavelengths generated by the known laser is limited by the existing material systems from which the active region is made, and does not exceed 30 microns. At the same time, the low output power of the radiation limits its scope.
Известен униполярный квантовый каскадный лазер, состоящий из многопериодной полупроводниковой структуры, каждый период которой coдq)жит активиую область, размещенную между эмиттером и коллектором. Активная область представляет собой набор специально сконструированных квантовых ям, разделенных туннельно прозрачными барьерами, в которых, в зависимости от конструктивных особенностей, возможны оптические переходы либо между энергетичеMKH6:H01S03/19 HOI L33/00A unipolar quantum cascade laser is known, consisting of a multi-period semiconductor structure, each period of which q) lives an active region located between the emitter and the collector. The active region is a set of specially designed quantum wells separated by tunnel-transparent barriers in which, depending on the design features, optical transitions are possible either between energetic MKH6: H01S03 / 19 HOI L33 / 00
(варианты)(options)
скими состояниями в соседних ямах (так называемые диагональные переходы), либо внутри одной ямы (так называемые вертикальные переходы), либо Moigoiy минизонами, если слои активной области образуют сверхрешетку. Эмиттер и коллектор предназначены для обеспечения инжекции электронов в активную область и, как правило, выполняются в виде сверхрешеток с переменным шагом. Для обеспечения режима генерации все наборы структуры размещают между снабженными контактами специальными слоями, образующими оптический волновод, (см. F. Capasso et. al. - Infrared (4-11 In) Quantum Cascade Lasers. -Solid State Communication.1997, vol. 102, pp231-236). Использование в известном лазере оптических переходов между уровнями размерного квантования в квантовых ямах и сверхрешетках позволило избавиться от зависимости длины волны генерации от ширины запрещенной зоны материала активной области. Создание структур с периодически повторяющимися слоями активной области позволяет повысить квантовый выход за счет увеличения числа повторяющихся слоев активной области. Известный униполярный каскадный лазер позволяет получать стимулированное излучение в диапазоне от 4 мкм до 13 мкм.states in neighboring wells (the so-called diagonal transitions), either inside one well (the so-called vertical transitions), or Moigoiy by minibands, if the layers of the active region form a superlattice. The emitter and collector are designed to provide injection of electrons into the active region and, as a rule, are performed in the form of superlattices with variable pitch. To ensure the generation regime, all sets of the structure are placed between the special layers provided with the contacts forming the optical waveguide (see F. Capasso et. Al. - Infrared (4-11 In) Quantum Cascade Lasers.-Solid State Communication. 1997, vol. 102 , pp231-236). The use of optical transitions between the levels of dimensional quantization in quantum wells and superlattices in a well-known laser made it possible to eliminate the dependence of the generation wavelength on the band gap of the active region material. Creating structures with periodically repeating layers of the active region can increase the quantum yield by increasing the number of repeating layers of the active region. Known unipolar cascade laser allows you to receive stimulated radiation in the range from 4 microns to 13 microns.
Однако для изготовления такого известного источника излучения необходимо использовать высокотехнологическое оборудование для создания прецизионных эпитаксиальных слоев. Кроме того, известный источник излучения имеет высокий пороговый ток из-за больших потерь на безызлучательных переходах.However, for the manufacture of such a known radiation source, it is necessary to use high-tech equipment to create precision epitaxial layers. In addition, the known radiation source has a high threshold current due to large losses at non-radiative transitions.
Известен источник оптического излучения на основе полупроводниковых гетероструктур II типа (см. патент США №5 588 015 по кл. Н 01 S 03/19, опубликован 24.12.1996). Известный источник содержит активную область, состоящую из двух слоев, образующих квантовые ямы, в которых возможны диагональные излучательные переходы между энергетическими состояниями в соседних ямах, находящихся зоне проводимости и в валентной зоне. Это позволяет избавиться от потерь на безызлучательных переходах, связанных с испусканием оптических фононов, и уменьшить пороговый ток.A known source of optical radiation based on semiconductor heterostructures of type II (see US patent No. 5 588 015 according to class N 01 S 03/19, published 24.12.1996). The known source contains an active region consisting of two layers that form quantum wells, in which diagonal radiative transitions between energy states in neighboring wells, located in the conduction band and in the valence band, are possible. This allows one to get rid of losses at nonradiative transitions associated with the emission of optical phonons and to reduce the threshold current.
Конструкция известного источника оптического излучения, с одной стороны, не позволяет подстраивать длину волны генерируемого излучеиия электрическим полем, а, с другой стороны, ограничивает возможное число периодов слоев активной области, так как значительное увеличение числа периодов приводит к рассогласованию по энергии уровней активной области, находящихся далеко другThe design of the known optical radiation source, on the one hand, does not allow you to adjust the wavelength of the generated radiation by an electric field, and, on the other hand, limits the possible number of periods of active region layers, since a significant increase in the number of periods leads to an energy mismatch between the levels of the active region far friend
от друга. В результате ограничены возможности увеличения квантового выхода и мощности излучения известного источника.from friend. As a result, the possibilities of increasing the quantum yield and radiation power of a known source are limited.
Известен инжекционный источник оптического излучения, совпадающий с заявляемыми полезными моделями по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип ( см. патент О11А№ 5 799 026 по кл. Н 01 S 03/19, опубликован 25.08.1998). Известный источник-прототип создан на основе гетероструктуры II типа полупроводниковых соединений и/или их твердых растворов, содержащей по меньщей мере один набор из эмиттера, коллектора и расположенной между ними а стивной области, а также содержащей на противоположных сторонах структуры два слоя с пониженным показателем преломления, образующими световод, и нанесенными на них омическими контактами, обеспечивающими протекание тока через структуру. Активная область, в которой носители излучают фотоны, содержит три основных слоя с квантовыми ямами, разделенных барьерными слоями, туннельно прозрачными для носителей заряда в отсутствии внешнего электрического напряжения. Две соседние ямы имеют по меньшей мере по одному разрешенному энергетическому уровню в валентной зоне, а третья яма, примыкающая к эмиттеру, имеет по меньшей мере один разрешенный энергетический уровень в зоне проводимости.A known injection source of optical radiation, which coincides with the claimed utility models for the largest number of essential features and adopted as a prototype (see patent O11A No. 5 799 026 according to class N 01 S 03/19, published on 08.25.1998). The well-known prototype source is based on a type II heterostructure of semiconductor compounds and / or their solid solutions, containing at least one set of emitter, collector and active region located between them, and also containing two layers with a low refractive index on opposite sides of the structure forming a fiber, and ohmic contacts applied to them, providing current flow through the structure. The active region in which carriers emit photons contains three main layers with quantum wells separated by barrier layers that are tunnel transparent for charge carriers in the absence of external electrical voltage. Two adjacent wells have at least one allowed energy level in the valence band, and a third well adjacent to the emitter has at least one allowed energy level in the conduction band.
При приложении к структуре внешнего электрического напряжения происходит инжекция электронов из эмиттера в яму одного основного слоя и их последующая рекомбинация с дырками, располагающимися в яме соседиего основного слоя, что приводит к испусканию фотонов, то есть происходит излучательная электронно-дырочная рекомбинация между соседними ямами. Третья квантовая яма с разрешенным энергетическим уровнем, находящимся в валентной зоне, с одной стороны, препятствует уходу носителей за счет туннелирования из активной зоны в коллектор, а, с другой стороны, обеспечивает резонансное туннелирование носителей с уровня в валентной зоне соседней квантовой ямы в коллектор, что создает условия для быстрого опустошения уровня, на который переходят носители в процессе испускания света. Наличие третьей ямы позволяет уменьшить толщину второй ямы, находящейся в валентной зоне, что приводит к более сильному проникновению волновой функции дырок за пределы ямы и, в конечном итоге, к более сильному перекрытию волновых функций электронов и дырок, участвующих в излучательной рекомбинации. Такое конструктивное рещение увеличивает эффективность излучатепьных процессов и уменьшает токи утечки.When external electric voltage is applied to the structure, electrons are injected from the emitter into the well of one main layer and then recombined with holes located in the well of the neighboring main layer, which leads to the emission of photons, that is, radiative electron-hole recombination between neighboring wells. The third quantum well with an allowed energy level located in the valence band, on the one hand, prevents carriers from escaping by tunneling from the core to the collector, and, on the other hand, provides resonant tunneling of carriers from the level in the valence band of the neighboring quantum well to the collector, which creates conditions for the rapid emptying of the level to which the carriers move in the process of emitting light. The presence of a third well makes it possible to reduce the thickness of the second well located in the valence band, which leads to a stronger penetration of the wave function of holes outside the well and, ultimately, to a stronger overlap of the wave functions of electrons and holes involved in radiative recombination. Such a structural solution increases the efficiency of radiative processes and reduces leakage currents.
в известном инжекционнон источнике оптического излучения приложение внешнего напряжения не приводит к смещению энергетических уровней активной области относительно друг друга. Для создания инверсной заселенности носителей используют инжекцию электронов из эмиттера в нелбгированную яму основного слоя через прямоугольный барьер. При этом электрическое напряжение падает главным образом не на барьере, а на нелбгированной квантовой яме. В результате в известном источнике-прототипе отсутствует возможность подстройки длины волны излучения электрическим полем. Конструкция известного источника также накладывает ограничение на максимальное количество наборов ( то есть периодов) основных слоев активной области, так как их значительное увеличение приводит к рассогласованию по энергии уровней активной области, находящихся далеко друг от друга. В условиях массового промышленного производства реализация высокоточных технологий затруднительна. Известный источник работает при одновременном выполнении условий резонансного туннелирования Нд всех барьерах. Распределение заряда, флуктуации падения напряжения приводят к уменьшению тока, протекающего через структуру и, соответственно, к ухудшению эффективности работы источника. Очевидно, что при увеличении количества наборов слоев (периодов) активной области, соединенных последовательно, величина максимального тока будет определяться наиболее слабым звеном, то есть тем, в котором условие резонансного туннелирования выполняется хуже. При большом числе наборов слоев (периодов) активной области этих слабых звеньев будет больше, а условия резонансного туннелирх)вания всех хуже, что неизбежно приведет к ограничению максимального числа наборов слоев (периодов) активной области и, соответственно, к ограничению максимальной эффективности источника излучения.in a known injection source of optical radiation, the application of an external voltage does not lead to a shift in the energy levels of the active region relative to each other. To create an inverse population of carriers, we use the injection of electrons from the emitter into the undoped well of the main layer through a rectangular barrier. In this case, the electric voltage drops mainly not on the barrier, but on an unlabeled quantum well. As a result, in the known source of the prototype there is no possibility of adjusting the wavelength of the radiation by the electric field. The design of the known source also imposes a limitation on the maximum number of sets (i.e. periods) of the main layers of the active region, since their significant increase leads to an energy mismatch between the levels of the active region, which are far from each other. In the context of mass industrial production, the implementation of high-precision technologies is difficult. A well-known source operates while simultaneously fulfilling the conditions for resonant tunneling of Nd to all barriers. Charge distribution, fluctuations in voltage drop lead to a decrease in the current flowing through the structure and, accordingly, to a deterioration in the efficiency of the source. Obviously, with an increase in the number of sets of layers (periods) of the active region connected in series, the maximum current value will be determined by the weakest link, that is, the one in which the resonance tunneling condition is worse. With a large number of sets of layers (periods) of the active region, these weak links will be larger, and the conditions of resonant tunneling will be worse, which will inevitably limit the maximum number of sets of layers (periods) of the active region and, accordingly, limit the maximum efficiency of the radiation source.
Задачей, решаемой заявляемой группой полезных моделей, объединенных единым изобретательским замыслом, являлось создание такого инжекционного источника оптического излучения, который бы, при сохранении достоинств источника-прототипа, позволял генерировать излучение, лежащее в средней и дальней инфракрасной областях спектра, обеспечивал возможность подстройки длины волны генерации с помощью внешнего электрического поля и позволял повысить квантовый выход и мощность генерируемого излучения за счет возможности значительного увеличения числа наборов основных слоев активной области.The problem solved by the claimed group of utility models, united by a single inventive concept, was the creation of such an injection source of optical radiation, which, while maintaining the advantages of the prototype source, would allow the generation of radiation lying in the middle and far infrared regions of the spectrum, providing the possibility of adjusting the generation wavelength using an external electric field and allowed to increase the quantum yield and power of the generated radiation due to the possibility of a significant increase Ia number of sets of the main layers of the active region.
Поставленная задача решается тем, что в инжекционном источнике оптического излучения на основе гетероструктуры II типа полупроводниковых соединений и/или их твердых растворов, образующей активную область, содержащую по меньшей мере один набор из разделенных барьерным слоем двух основных слоев, один из которых образует квантовую яму, находящуюся в зоне проводимости, а другой основной слой образует квантовую яму в валентной зоне, при этом каждая из упомянутых ям имеет по меньшей мере одно разрешенное энергетическое состояние, в отсутствии внешнего электрического поля разрешенное энергетическое состояние в яме, находящейся в зоне проводимости, лежит по энергии ниже разрешенного энергетического состояния в яме, находящейся в валентной зоне, а барьерный слой является туннельно непрозрачным для носителей заряда; барьерный слой выполнен из полупроводниковой сверхрешетки или из варизонного полупроводникового твердого раствора, край запрещенной зоны у которых на одной из гетерограниц совпадает с краем запрещенной зоны примыкающего к этой границе основного слоя активной области, при этом край зоны проводимости барьерного слоя монотонно возрастает по энергии по направлению ко второй гетерогранице со споем, содержащим яму в валентной зоне, и на самой гетерогранице превышает по энергии уровень разрешенного состояния в яме, или край валентной зоны барьерного слоя монотонно уменьшается по энергии по направлению ко второй гетерогранице со слоем, содержащим яму в зоне проводимости, и на самой границе расположен ниже по энергии уровня разрешенного состояния в яме, либо барьерный слой состоит из двух сверхрешеток или двух варизонных полупроводниковых твердых растворов, у одной из упомянутых сверхрешеток или у одного из упомянутых твердых растворов край зоны проводимости совпадает с краем зоны проводимости основного слоя на их границе, а у второй из упомянутых сверхрешеток или у второго из упомянутых растворов край валентной зоны совпадает с краем валентной зоны основного слоя на их границе, при этом у первой из упомянутых сверхрешеток или у первого из упомянутых растворов край зоны проводимости монотонно возрастает по энергии по направлению к основному слою, содержащему яму в валентной зоне, а у второй из упомянутых сверхрешеток или у второго из упомянутых растворов край валентной зоны монотонно уменьшается по энергии по направлению к основному слою, содержащему яму в зоне проводимости и на общей границе упомянутых сверхрешеток или растворов край зоны проводимости первой сверхрешетки или первого раствора лежит по энергии выше края валентной зоны второй сверхрешетки или второго раствора. В этом варианте выполнения источника он представляет собой светодиод. Поставленная задача решается также тем, что в инжекционном источнике оптического излучения на основе гетероструктуры II типа полупроводниковых соединений и/или их твердых растворов, образующей активную область с плоскопараллельными боковыми гранями, содержащую по меньшей мере один набор из разделенных барьерным слоем двух основных слоев, один из которых образует квантовую яму, находящуюся в зоне проводимости, а другой основной слой образует квантовую яму в валентной зоне, при этом каждая из упомянутых ям имеет по меньшей мере одно разрешенное энергетическое состояние, в отсутствии внешнего электрического поля разрешенное энергетическое состояние в яме, находящейся в зоне проводимости, лежит по энергии ниже разрешенного энергетического состояния в яме, находящейся в валентной зоне, а барьерный слой является туннельно непрозрачным для носителей заряда; барьерный слой выполнен из полупроводниковой сверхрешетки или из варизонного полупроводникового твердого раствора, край запрещенной зоны у которых на одной из гетерограниц совпадает с краем запрещениой зоны примыкающего к этой границе основиого слоя активиой области, при этом край зоны проводимости барьерного слоя монотонно возрастает по энергии по направлению ко второй гетерогранице со слоем, содержащим яму в валентной зоне, и на самой гетерогранице превышает по энергии уровень разрешенного состояния в этой яме, или край валентной зоны барьерного слоя монотонно уменьшается по энергии ко второй гетерогранице со слоем, содержащим яму в зоне проводимости, и на самой границе расположен ниже по энергии уровня разрешенного состояния в этой яме, или из двух сверхрешеток или двух варизонных полупроводниковых твердых растворов, у одной из упомянутых сверхрешеток или у одного из упомянутых растворов край зоны проводимости совпадает с краем зоны проводимости основиого слоя на их границе, а у второй из упомянутых сверхрешеток или у второго из упомянутых растворов край валентной зоны совпадает с краем валентной зоны основного слоя на их границе ,при этом у первой из упомянутых сверхрешеток или у первого из упомянутых растворов край зоны проводимости монотонно возрастает по энергии по направлению к основному слою, содержащему яму в валентной зоне, а у второй из упомянутых сверхрешеток или у второго из упомянутых растворов край валентной зоны монотонно уменьшается по энергии по направлению к основному слою, содержащему яму в зоне проводимости, и на общей границе упомянутых сверхрешеток или растворов край зоны проводимости первой сверхрешетки или первого раствора лежит по энергии выше края валентной зоны второй сверхрешетки или второго раствора. Гетероструктура также содержит снабженные омическими контактами внешние слои из полупроводникового материала с показателем преломления, меньшим показателя преломления слоев активной области. В этом варианте выполнения источника он представляет собой инжекционный лазер (при числе наборов основных слоев больше одного - каскадный), излучение из которого выходит через боковые грани гетеррструктуры.The problem is solved in that in an injection source of optical radiation based on a type II heterostructure of semiconductor compounds and / or their solid solutions, which forms an active region containing at least one set of two main layers separated by a barrier layer, one of which forms a quantum well, located in the conduction band, and the other main layer forms a quantum well in the valence band, while each of these wells has at least one allowed energy state, in the absence of an external electric field energy state allowed in a hole located in the conduction band energy lies below the allowed energy state in a hole located in the valence band, and the tunnel barrier layer is opaque to the carrier; the barrier layer is made of a semiconductor superlattice or of a graded-gap semiconductor solid solution, the edge of the forbidden zone at which at one of the heterointerfaces coincides with the edge of the forbidden zone of the active region adjacent to this boundary, while the edge of the conduction band of the barrier layer monotonically increases in energy toward the second heterointerface with a sink containing a well in the valence band, and at the heterointerface itself exceeds the energy level of the allowed state in the well, or the edge of the valence band b the barrier layer monotonically decreases in energy toward the second heterointerface with the layer containing the well in the conduction band, and at the very boundary is located lower in energy than the level of the allowed state in the well, or the barrier layer consists of two superlattices or two graded-gap semiconductor solid solutions, one of the mentioned superlattices or one of the mentioned solid solutions, the edge of the conduction band coincides with the edge of the conduction band of the main layer at their boundary, and the second of the mentioned superlattices or the second o of the mentioned solutions, the edge of the valence band coincides with the edge of the valence band of the base layer at their boundary, while the edge of the conduction band of the first of these superlattices or of the first of these solutions monotonically increases in direction to the main layer containing the well in the valence band, and in the second of the mentioned superlattices or in the second of the mentioned solutions, the edge of the valence band decreases monotonically in energy towards the main layer containing the well in the conduction band and at the common boundary of the mentioned verhreshetok or solutions of the first superlattice of the conduction band edge or a first solution lies above the valence band edge of the second superlattice or second solution. In this embodiment, the source is an LED. The problem is also solved by the fact that in an injection source of optical radiation based on a type II heterostructure of semiconductor compounds and / or their solid solutions, which forms an active region with plane-parallel side faces, containing at least one set of two main layers separated by a barrier layer, one of which forms a quantum well located in the conduction band, and the other main layer forms a quantum well in the valence band, each of these wells has at least one Energy-progress state in the absence of an external electric field energy state allowed in a hole located in the conduction band energy lies below the allowed energy state in a hole located in the valence band, and the tunnel barrier layer is opaque to the carrier; the barrier layer is made of a semiconductor superlattice or of a graded-gap semiconductor solid solution, the edge of the forbidden zone at which at one of the heterointerfaces coincides with the edge of the forbidden zone of the active region adjacent to this boundary of the active layer, while the edge of the conduction band of the barrier layer monotonically increases in energy towards the second heterointerface with a layer containing a well in the valence band, and at the heterointerface itself exceeds the energy level of the allowed state in this well, or the edge of the valence band The barrier layer monotonically decreases in energy to the second heterointerface with the layer containing the well in the conduction band, and at the very boundary is located lower in energy than the level of the allowed state in this well, or from two superlattices or two graded-gap semiconductor solid solutions, in one of the mentioned superlattices or in one of the aforementioned solutions, the edge of the conduction band coincides with the edge of the conduction band of the base layer at their boundary, and in the second of these superlattices or in the second of the mentioned solutions, the valence edge of the second zone coincides with the edge of the valence band of the base layer at their boundary, while the edge of the conduction band in the first of these superlattices or in the first of these solutions monotonically increases toward the main layer containing the well in the valence band, and in the second of the aforementioned of the superlattices or in the second of the mentioned solutions, the edge of the valence band decreases monotonically in energy towards the main layer containing the well in the conduction band, and at the common boundary of the mentioned superlattices or solutions the edge of the zone rovodimosti first superlattice or first solution lies above the valence band edge of the second superlattice or second solution. The heterostructure also contains external layers of semiconductor material equipped with ohmic contacts with a refractive index lower than the refractive index of the layers of the active region. In this embodiment, the source is an injection laser (with the number of sets of main layers more than one - cascade), the radiation from which leaves through the side faces of the heterostructure.
Поставленная задача решается также тем, что в инжекционном источнике оптического излучения на основе гетероструктуры II типа полупроводниковых соединений и/или их твердых растворов, снабженной на внешних слоях омическими контактами и образующей активную область, содержащую по меньшей мере один набор из разделенных слоем двух основных слоев, один из которых образует квантовую яму, находящуюся в зоне проводимости, а другой основной слой образует квантовую яму в валентной зоне, при этом каждая из упомянутых ям имеет по меньшей мере одно разрешенное энергетическое состояние, в отсутствии внешнего электрического поля разрешенное энергетическое состояние в яме, находящейся в зоне проводимости, лежит по энергии ниже разрешенного энергетического состояния в яме, находящейся в валентной зоне, а барьерный слой является туннельно непрозрачным для носителей заряда; барьерный сяой выполнен из полупроводниковой сверхрешетки или из варизонного полупроводникового твердого раствора, край запрещенный зоны у которых на одной из гетерограниц совпадает с краем запрещенной зоны примыкающего к этой границе основного слоя активной области, при этом край зоны проводимости барьерного слоя монотонно возрастает по энергии по направлению ко второй гетерогранице со слоем, содержащим яму в валентной зоне, и на самой гетерогранице превышает по энергии уровень разрешенного состояния в этой яме, или край валентной зоны барьерного слоя монотонно уменьшается по энергии ко второй гетерогранице со слоем, содержащим яму в зоне проводимости, и на самой границе расположен ниже по энергии уровня разрешенного состояния в этой яме, или из двух сверхрешеток или двух варизонных полупроводниковых твердых растворов, у одной из упомянутых сверхрешеток или у одного из упомянутых растворов край зоны проводимости совпадает с краем зоны проводимости основного слоя на их границе, а у второй изThe problem is also solved by the fact that in an injection source of optical radiation based on a type II heterostructure of semiconductor compounds and / or their solid solutions, provided with ohmic contacts on the outer layers and forming an active region containing at least one set of two main layers separated by a layer, one of which forms a quantum well located in the conduction band, and the other main layer forms a quantum well in the valence band, with each of these wells having at least one the allowed energy state, in the absence of an external electric field, the allowed energy state in the well located in the conduction band lies in energy lower than the allowed energy state in the well located in the valence band, and the barrier layer is tunnel opaque to charge carriers; The barrier sya is made of a semiconductor superlattice or of a graded-gap semiconductor solid solution, the edge of the forbidden zone at which at one of the heterointerfaces coincides with the edge of the forbidden zone of the active layer adjacent to this boundary, while the edge of the conduction band of the barrier layer monotonically increases in energy toward the second heterointerface with a layer containing a well in the valence band, and at the heterointerface itself exceeds the energy level of the allowed state in this well, or the edge of the valence band The barrier layer monotonically decreases in energy to the second heterointerface with the layer containing the well in the conduction band, and at the very boundary is located lower in energy than the level of the allowed state in this well, or from two superlattices or two graded-gap semiconductor solid solutions, in one of the mentioned superlattices or in one of the mentioned solutions, the edge of the conduction band coincides with the edge of the conduction band of the main layer at their boundary, and in the second of
упомянутых сверхрешеток или у второго из упомянутых растворов кран валентной зоны совпадает с краем валентной зоны основного слоя на их границе ,при этом у первое из упомянутых сверхрешеток или у первого из упомянутых растворов край зоны проводимости монотонно возрастает по энергии по направлению к основному слою, содержащему яму в валентной зоне, а у второй из упомянутых сверхрешеток или у второго из упомянутых растворов край валентной зоны монотонно уменьшается по энергии по направлению к основному слою, содержащему яму в зоне проводимости, и иа общей границе упомянутых сверхрешеток или растворов край зоны проводимости первой сверхрешетки или первого раствора лежит по энергии выше края валентной зоны второй сверхрешетки или второго раствора. В источнике один из омических контактов выполнен полупрозрачным, а другой омический контакт выполнен зеркально отражающим. В этом варианте выполнения источник представляет собой вертикальный инжекционный лазер, из1 чение из которого выходит в направлении перпендикулярном плоскости слоев источника.of said superlattices or in the second of the mentioned solutions, the valence band crane coincides with the edge of the valence band of the main layer at their boundary, while in the first of these superlattices or in the first of the mentioned solutions, the edge of the conduction band increases monotonically in energy towards the main layer containing the well in the valence band, and in the second of the mentioned superlattices or in the second of the mentioned solutions, the edge of the valence band decreases monotonically in energy towards the main layer containing the well in the wire zone bridge and ua common boundary of said superlattice or superlattices solutions first conduction band edge or a first solution lies above the valence band edge of the second superlattice or second solution. At the source, one of the ohmic contacts is made translucent, and the other ohmic contact is made mirror-like. In this embodiment, the source is a vertical injection laser, the radiation from which leaves in the direction perpendicular to the plane of the source layers.
В инжекциониом источнике барьерный слой может быть выполнен толщиной не менее 2 нм, в этом случае он является туннельно непрозрачным для носителей заряда в отсутствии внешнего электрического поля. По меньшей мере один основной слой активной области может быть выполнен в виде сверхрешетки, которая представляет из себя набор слоев полупроводникового материала, разделенных барьерными слоями, туннельно прозрачными для носителей заряда.In the injection source, the barrier layer can be made not less than 2 nm thick, in which case it is tunnel opaque to charge carriers in the absence of an external electric field. At least one main layer of the active region can be made in the form of a superlattice, which is a set of layers of semiconductor material separated by barrier layers that are tunnel transparent for charge carriers.
Основные слои активной области могут быть выполнены из InAs и GaSb или их твердых растворов, разделенных барьерным слоем из Са Im.z As.The main layers of the active region can be made of InAs and GaSb or their solid solutions separated by a barrier layer of Ca Im.z As.
Основные слои могут быть также выполнены из IiiAs и GaSb или их твердых растворов, разделенных барьерным слоем из А1х Gai-x Sb. Слои из InAs или его твердого раствора выполняют толщииой не менее 10 нм, а слои из GaSb или его твердого раствора выполняют толщиной не менее 3 нм.The main layers can also be made of IiiAs and GaSb or their solid solutions, separated by a barrier layer of A1x Gai-x Sb. Layers of InAs or its solid solution are not less than 10 nm thick, and layers of GaSb or its solid solution are not less than 3 nm thick.
В зависимости от толщины и состава твердого раствора барьерного слоя и прилегающих к нему основных слоев активной области заявляемый источник может иметь любую требуемую длину волны генерации в диапазоне, по меньшей мере, от 4 мкм до 100 мкм и дополнительно позволяет осуществлять подстройку длины волны генерации с помощью варьирования приложенного к источнику электрического напряжения. Кроме того, заявляемая конструкция источника позволяет значительно увеличивать число наборов (периодов) активной области, поскольку подстройка уровней активной областей, находящихся далеко друг от друга происходит автоматичесзки. В известной конструкции биполярного каскадного лазера активная область и эмиттер разделены прямоугольным барьером. Инжекция носителей в активную область достигается при приложении электрического напряжения к структуре. Это напряжение падает на барьере, расположенном между эмиттером и активной областью. Величина напряжения, соответствующего режиму геиерации, имеет строго определенное значение, соответствуюпдее наиболее эффективному туннелированию носителей из эмиттера на уровень размерного квантования носителей в яме InAs. В многонериодных структурах из-за неизбежных неоднородностей, таких как неточности размеров слоев, локальное искажение напряжения в слоях, флуктуации плотности тока и т.п. появляются дополнительные потери из-за того, что режимы функционирования отдельных слоев не совпадают. С увеличением числа периодов эти потери возрастают. Например, из-за разницы в толщинах барьеров на разных барьерах будет разное напряжение и, соответственно, не будут выполняться условия для туннелирования носителей в активную область. Это увеличивает потери и приводит к невозможности функционирования структуры при больщом числе наборов слоев (периодов) активной области. Заявляемая конструкция позволяет функционировать источнику источнику оптического излучения с большим числом наборов слоев (периодов) активной области, что достигается использованием специальных варизонных барьеров между основными слоями активной области, которые автоматически обеспечивают условия генерации за счет изменения коэффициента прозрачности и уменьшения электрического сопротивления барьерного слоя под действием электрического поля. В заявляемом источнике оптического излучения при достижении порогового напряжения, приводящего к туннелированню носителей между слоями в одном из наборов, дальнейшее увеличение напряжения в нем не происходит, в то время как в других наборах активной зоны напряжение увеличивается до тех пор пока не будет достигнут режим туннелирония. Этот механизм действует и внутри барьерного слоя, в том числе, когда он составной. Это позволяет очеиь сильно увеличивать число периодов структуры и пропорционально повышать квантовый выход и мощность излучения.Depending on the thickness and composition of the solid solution of the barrier layer and adjacent main layers of the active region, the inventive source can have any desired generation wavelength in the range of at least 4 μm to 100 μm and additionally allows you to adjust the generation wavelength using varying the voltage applied to the source. In addition, the claimed source design allows you to significantly increase the number of sets (periods) of the active region, since the adjustment of the levels of the active regions located far from each other occurs automatically. In the known construction of a bipolar cascade laser, the active region and the emitter are separated by a rectangular barrier. Injection of carriers into the active region is achieved by applying an electrical voltage to the structure. This voltage drops at the barrier located between the emitter and the active region. The voltage value corresponding to the geoeration mode has a strictly defined value corresponding to the most efficient tunneling of carriers from the emitter to the level of dimensional quantization of carriers in the InAs well. In multi-period structures due to inevitable inhomogeneities, such as inaccuracies in the size of layers, local distortion of the voltage in the layers, fluctuations in current density, etc. additional losses appear due to the fact that the modes of functioning of individual layers do not coincide. With an increase in the number of periods, these losses increase. For example, due to the difference in the thicknesses of the barriers, different barriers will have different voltages and, accordingly, the conditions for tunneling carriers into the active region will not be satisfied. This increases the loss and leads to the impossibility of the functioning of the structure with a large number of sets of layers (periods) of the active region. The inventive design allows the optical source to function with a large number of sets of layers (periods) of the active region, which is achieved using special graded-gap barriers between the main layers of the active region, which automatically provide the generation conditions by changing the transparency coefficient and reducing the electrical resistance of the barrier layer under the action of the electric fields. In the claimed optical radiation source, when the threshold voltage is reached, which leads to tunneling of the carriers between the layers in one of the sets, a further increase in voltage does not occur in it, while in other sets of the active zone the voltage increases until the tunneling mode is reached. This mechanism also acts inside the barrier layer, including when it is composite. This allows one to greatly increase the number of periods of the structure and proportionally increase the quantum yield and radiation power.
Заявляемый источник оптического излучения иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 приведена зонная диаграмма двух наборов слоев (периодов) активной области заявляемого источника оптического излучения в отсутствии внешнего электрического напряжения в случае, когда край зоны проводимости барьерногоThe inventive optical radiation source is illustrated by drawings, where: in FIG. 1 is a zone diagram of two sets of layers (periods) of the active region of the inventive optical radiation source in the absence of external electrical voltage in the case where the edge of the conduction band of the barrier
слоя совпадает с краем зоны проводимости одного из осиовных сяоев (Л Е - высюта барьера, образованного варизонным твердым раствором, эВ; Е - край зоны проводимости, эВ; Ev-край валентной зоны, эВ; EF-уровень Ферми, эВ, который должен располагаться между разрешенными состояниями смежных ям), на фиг. 2 приведена та же зонная диаграмма, что и на 4№Г.1, но в условиях, когда к каждому из наборов слоев (периодов) активной области приложено напряжение U Д Е/е в прямом направлении (е - заряд электрона).of the layer coincides with the edge of the conduction band of one of the axial syaoys (Л Е is the height of the barrier formed by the graded-gap solid solution, eV; Е is the edge of the conduction band, eV; Ev is the edge of the valence band, eV; the Fermi EF level, eV, which should be located between the allowed states of adjacent wells), in FIG. Figure 2 shows the same band diagram as in 4 # D.1, but under conditions when voltage U D E / e is applied to each of the sets of layers (periods) of the active region in the forward direction (e is the electron charge).
на фиг. 3 показана зонная диаграмма двух наборов слоев (периодов) активной области заявляемого источника оптичесясого излучения в отсутствии внешнего электрического напряжения в случае, когда край валентной зоны барьерного слоя совпадает с краем валентной зоны одного из основных слоев.in FIG. 3 shows a zone diagram of two sets of layers (periods) of the active region of the inventive source of optical radiation in the absence of external voltage when the edge of the valence band of the barrier layer coincides with the edge of the valence band of one of the main layers.
на фиг. 4 приведена та же зонная диаграмма, что и на фиг. 3, но в условиях, когда к каждому из наборов слоев (периодов) активной области приложено напряжение U А Е/е в прямом направлении.in FIG. 4 shows the same zone diagram as in FIG. 3, but under conditions when a voltage U A E / e is applied to each of the sets of layers (periods) of the active region in the forward direction.
на фиг. 5 показана зонная диаграмма двух наборов слоев (периодов) активной области заявляемого источиика оптического излучеиия в отсутствии внешнего электрического напряжения в случае, когда барьерный слой состоит из двух сверхрешеток или из двух варизоиных твердых растворов.in FIG. 5 shows a zone diagram of two sets of layers (periods) of the active region of the inventive source of optical radiation in the absence of external electrical voltage in the case when the barrier layer consists of two superlattices or of two varizoyn solid solutions.
на №1г, б приведена та же зонная диаграмма, что и на фиг. 5, но в условиях, когда к каждому из наборов слоев (периодов) активной области приложено напряжение U Л Е/е в прямом направлении.No. 1g, b shows the same zone diagram as in FIG. 5, but under conditions when a voltage U Л Е / е in the forward direction is applied to each of the sets of layers (periods) of the active region.
на фиг. 7 приведена схематическая конструкция заявляемого источника излучения в качестве светодиода.in FIG. 7 shows a schematic design of the inventive radiation source as an LED.
на фиг. S показана схематическая конструкция дополнительных слоев с оптическим покрытием для обеспечения режима лазерной генерации с выводом излучения в направлении, параллельном плоскости слоев структуры. на фиг. 9 приведена зонная диаграмма одного периода устройства-прототипа. На фигурах приведеиы следующие обозиачения:in FIG. S shows a schematic construction of additional layers with an optical coating to provide a laser generation mode with radiation output in a direction parallel to the plane of the structure layers. in FIG. 9 is a zone diagram of one period of the prototype device. The following figures are given in the figures:
1- основной слой активной области, имеющий яму в зоне проводимости;1 - the main layer of the active region having a well in the conduction band;
2- основной слой активной области, имеющий яму в валентной зоне;2 - the main layer of the active region having a hole in the valence band;
3- барьерный слой;3- barrier layer;
6- излучаемый квант света;6 - emitted quantum of light;
7- омический контакт;7 ohmic contact;
8-слой, с показателем преломления, меньшим показателей преломления основных слоев 1,2 структуры.8-layer, with a refractive index lower than the refractive indices of the main layers of the 1.2 structure.
Дополнительные обозначения, приведенные на фиг.9:Additional designations shown in Fig.9:
9- эмиттер;9- emitter;
10- коллектор;10-collector;
11-дополнительный слой;11 additional layer;
12, 13, 14, 15 - туннельно прозрачные барьеры;12, 13, 14, 15 - tunnel transparent barriers;
16,17- уровни размерного квантования соответственно в слоях 1,2;16.17 - levels of dimensional quantization, respectively, in layers 1.2;
18 - запрещенная зона, препятствующая туннелированию носителей из ямы 1 в18 - a forbidden zone that prevents tunneling of carriers from the pit 1 in
коллектор 10.collector 10.
Заявляемый источник оптического излучения работает следующим образом. Прикладываемое к контактам 7 источника в прямом направлении напряжение падает на барьерных слоях 3, выполаживая их наклон и смещая по энергии друг относительно друга уровни активной области в основных слоях 1 и 2. При этом электроны в основном слое 1 и дырки в основном слое 2 приближаются друг к другу в координатном пространстве, что приводит к увеличению перекрытия волновых функций электронов и дырок. При достижении критического напряжения в одном из наборов слоев 1,2, 3 (периодов) активной области, соответствующего сильиому перекрытию волновых функций электронов и дырок, расположенных в соседних слоях 1,2, барьерный слой 3 между ними становится туннельно прозрачным и его сопротивление падает. Тем самым дальнейшего увеличения падения напряжения на этом барьерном слое 3 не происходит, а дальнейщий рост напряжения на источнике приводит к увеличению напряжения на остальных барьерных слоях 3. Когда все барьерные слои 3 становятся туннельно прозрачными, сопротивление источника уменьшается и происходит резкий рост тока через источник за счет диагонального туннелирования 5, которое сопровождается спонтанным оптическим излучением 6 (в этом случае заявляемый источник работает в режиме светодиода). При дальнейшем увеличении тока и достижении инверсной заселенности носителей возиикает обратная связь и генерация света (в этом случае заявляемый источник работает в режиме лазера). Увеличение мощности источника и его квантового выхода достигается увеличением числа наборов слоев 1,2,3 (периодов) активной области источника. Выполнение одного контакта 7 оптически полупрозрачным, аThe inventive source of optical radiation operates as follows. The voltage applied to the contacts 7 of the source in the forward direction decreases on the barrier layers 3, smoothing their slope and shifting the active region levels in the main layers 1 and 2 in energy. In this case, the electrons in the main layer 1 and the holes in the main layer 2 approach each other to a friend in the coordinate space, which leads to an increase in the overlap of the wave functions of electrons and holes. When a critical voltage is reached in one of the sets of layers 1,2, 3 (periods) of the active region, which corresponds to a strong overlap of the wave functions of electrons and holes located in neighboring layers 1,2, the barrier layer 3 between them becomes tunnel-transparent and its resistance decreases. Thus, there is no further increase in voltage drop at this barrier layer 3, and a further increase in voltage at the source leads to an increase in voltage at the remaining barrier layers 3. When all barrier layers 3 become tunnel transparent, the source resistance decreases and a sharp increase in current through the source occurs account of diagonal tunneling 5, which is accompanied by spontaneous optical radiation 6 (in this case, the inventive source operates in LED mode). With a further increase in current and reaching an inverse population of carriers, feedback and light generation occur (in this case, the claimed source operates in the laser mode). An increase in the source power and its quantum yield is achieved by increasing the number of sets of layers 1,2,3 (periods) of the active region of the source. The execution of one contact 7 is optically translucent, and
другого контакта 7 - зеркально отражающим, позволяет выводить генерируемое источником изз ченне в направлении перпендикулярном плоскости слоев источника. Дополнение структуры источника слоями 8 обеспечивает вывод генерируемого излучения в направлении параллельном плоскости слоев источника. Пример. Был изготовлен каскадный инжекционный СВбТОДИОД p-GaSb/GaSb/{InAs/Alv«,o,3-o,i Оа,,7 o.9Sb/Alo,i Gao.9 8Ь}50периодов/Сга8Ь/р-Оа8Ь. Каскадный инжекционный лазер выполнен в виде многослойной гетероструктуры, изготовленной методом молекулярно-лучевой эпитаксии и состоит из подложки рGraSb, активной области, выполненной в виде 50 (наборов) периодов трехслойной системы InAs/Al er o,3 0,1 .7 o,Sb/Alo,i Gao,9 Sb, слои которой имели толщину 12 нм, 10 нм и 5 нм соответственно, и омических контактов, нанесенных на противоположные плоскости структуры. Барьерные слои, разделяющие основные слои активной области, были изготовлены из варизонного твердого раствора ,3,i Ga)ru-o,7o,9Sb, в котором процентное содержание алюминия плавно уменьщается от 30 до 10 на толщине 10 нм от слоя InAs до слоя Alo.i Gao. Sb. Такой состав обеспечивает необходимую форму барьера между основными слоями активной области. При приложении к источнику напряжения в прямом направлении через него протекает ток, который сопровождается излучательной рекомбинацией носителей в активной области.of the other contact 7, which is specularly reflective, allows one to derive the source generated from above in the direction perpendicular to the plane of the source layers. Supplementing the source structure with layers 8 provides the output of the generated radiation in the direction parallel to the plane of the source layers. Example. A cascade injection p-GaSb / GaSb / {InAs / Alv, o, 3-o, i Oa, 7 o.9Sb / Alo, i Gao.9 8b} 50 periods / CrA8b / p-Oa8b was fabricated. The cascade injection laser is made in the form of a multilayer heterostructure made by molecular beam epitaxy and consists of a pGraSb substrate, an active region made in the form of 50 (sets) of periods of the three-layer system InAs / Al er o, 3 0.1 .7 o, Sb / Alo, i Gao, 9 Sb, the layers of which had a thickness of 12 nm, 10 nm and 5 nm, respectively, and ohmic contacts deposited on opposite planes of the structure. The barrier layers separating the main layers of the active region were made of a graded-gap solid solution, 3, i Ga) ru-o, 7o, 9Sb, in which the percentage of aluminum gradually decreases from 30 to 10 at a thickness of 10 nm from the InAs layer to the Alo layer .i gao. Sb. This composition provides the necessary form of the barrier between the main layers of the active region. When a voltage is applied to the source in the forward direction, a current flows through it, which is accompanied by radiative recombination of carriers in the active region.
Пример 2 . Был изготовлен каскадный инжекционный С 6ТОДИОд: n.-InAs/InAs/{ Gao.i 1ио.9 As /Gaw« o,i-o.s Inirer o,9-o.sAs/ GaSb }50nepHoflOB/IiiAs/n-InAs. Каскадный инжекционный лазер выполнен в виде многослойной гетероструктуры, изготовленной методом молехулярно-лучевой эпитаксии и состоит из подложки пInAs, активной области, выполненной в виде 50 (наборов) периодов трехслойной системы Gao.i Iiio.s As ,i o.s .9-o,sAs/ GaSb, слои которой имели толщину 12 нм, 10 нм и 5 нм соответственно, и омических контактов, нанесенных на противоположные плоскости структуры. Барьерные слои, разделяющие основные слои активной области, были изготовлены из варизоиного твердого раствора ,1 o.s .9 o.sAs, в котором процентное содержание индия плавно уменьщается от 90 до 50 на толщине 10 нм от слоя Gao.i 1по.9 As до слоя Ga Sb. Талсой состав обеспечивает необходимую форму барьера между основными слоями активной области. При приложении к источнику напряжения в прямом направлении через него протекает ток, который сопровождается излучательной рекомбинацией носителей в активной области.Example 2 A cascade injection C 6TODIOD was made: n.-InAs / InAs / {Gao.i 1io.9 As / Gaw o o, i-o.s Inirer o, 9-o.sAs / GaSb} 50nepHoflOB / IiiAs / n-InAs. The cascade injection laser is made in the form of a multilayer heterostructure made by molecular beam epitaxy and consists of an InAs substrate, an active region made up of 50 (sets) of periods of the three-layer system Gao.i Iiio.s As, i os .9-o, sAs / GaSb, the layers of which had a thickness of 12 nm, 10 nm and 5 nm, respectively, and ohmic contacts deposited on opposite planes of the structure. The barrier layers separating the main layers of the active region were made of a varizoin solid solution, 1 os .9 o.sAs, in which the percentage of indium gradually decreases from 90 to 50 at a thickness of 10 nm from the Gao.i 1po.9 As layer to the layer Ga Sb. Tulsa composition provides the necessary form of a barrier between the main layers of the active region. When a voltage is applied to the source in the forward direction, a current flows through it, which is accompanied by radiative recombination of carriers in the active region.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99106911/20U RU11400U1 (en) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | INJECTION SOURCE OF OPTICAL RADIATION |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99106911/20U RU11400U1 (en) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | INJECTION SOURCE OF OPTICAL RADIATION |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU11400U1 true RU11400U1 (en) | 1999-09-16 |
Family
ID=48272895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99106911/20U RU11400U1 (en) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | INJECTION SOURCE OF OPTICAL RADIATION |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU11400U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2344528C1 (en) * | 2007-04-16 | 2009-01-20 | Институт Радиотехники И Электроники Российской Академии Наук (Ирэ Ран) | Solid electromagnetic radiation source |
| RU2370857C1 (en) * | 2008-06-05 | 2009-10-20 | Закрытое акционерное общество "ЭПИ-ЦЕНТР" | Semiconductor light-emitting heterostructure |
| RU2381596C1 (en) * | 2008-07-15 | 2010-02-10 | Закрытое акционерное общество "ЭПИ-ЦЕНТР" | Light-emitting diode heterostructure |
| RU2407109C1 (en) * | 2009-10-05 | 2010-12-20 | Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур РАН | Semiconductor light-emitting device |
-
1999
- 1999-03-24 RU RU99106911/20U patent/RU11400U1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2344528C1 (en) * | 2007-04-16 | 2009-01-20 | Институт Радиотехники И Электроники Российской Академии Наук (Ирэ Ран) | Solid electromagnetic radiation source |
| RU2370857C1 (en) * | 2008-06-05 | 2009-10-20 | Закрытое акционерное общество "ЭПИ-ЦЕНТР" | Semiconductor light-emitting heterostructure |
| RU2381596C1 (en) * | 2008-07-15 | 2010-02-10 | Закрытое акционерное общество "ЭПИ-ЦЕНТР" | Light-emitting diode heterostructure |
| RU2407109C1 (en) * | 2009-10-05 | 2010-12-20 | Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур РАН | Semiconductor light-emitting device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0433542B1 (en) | Optoelectronic devices | |
| US5068867A (en) | Coupled quantum well strained superlattice structure and optically bistable semiconductor laser incorporating the same | |
| US5212706A (en) | Laser diode assembly with tunnel junctions and providing multiple beams | |
| WO2001026192A1 (en) | Parallel cascade quantum well light emitting device | |
| WO2000058999A9 (en) | Semiconductor structures having a strain compensated layer and method of fabrication | |
| CN1259237A (en) | Optoelectronic semiconductor component | |
| CN115036789B (en) | GaAs-based high-speed vertical cavity surface emitting laser based on type-II tunnel junction | |
| JPH0418476B2 (en) | ||
| JP2018004867A (en) | Optical switch | |
| WO2011055119A2 (en) | Tuneable quantum light source | |
| US4602370A (en) | Large optical cavity laser having a plurality of active layers | |
| RU11400U1 (en) | INJECTION SOURCE OF OPTICAL RADIATION | |
| JP6926542B2 (en) | Semiconductor laser | |
| US5057881A (en) | Light emitting compositional semiconductor device | |
| CN113851563B (en) | Thin film type semiconductor chip structure and photoelectric device using same | |
| WO2003077380A2 (en) | A laser diode with a low absorption diode junction | |
| WO1999039405A2 (en) | Semiconductor laser chip | |
| KR100842288B1 (en) | Interband Tunneling Subband Transition Semiconductor Laser | |
| Yang et al. | Recent progress in interband cascade lasers with hybrid cladding layers covering a wide range of emission wavelengths | |
| CN114336270B (en) | Silicon-based semiconductor laser and manufacturing method thereof | |
| US20240413260A1 (en) | Optoelectronic device | |
| DE2263828C3 (en) | Laser diode | |
| CN120855080A (en) | A vertical cavity surface emitting laser and its preparation method and optical device | |
| US20210313774A1 (en) | Quantum cascade laser element | |
| JP6834626B2 (en) | Light emitting diode |