Двойная гетероструктура

Длина волны его излучения (i = 0,85 мкм) попадает в диапазон, в котором мы имеем минимум потерь в оптическом волокне из плавленого кварца (первое окно пропускания). В настоящее время усиленно разрабатываются лазеры с двойной гетероструктурой, работающие на длине волны либо X [c.413]

Лазер с двойной гетероструктурой [c.7]

Оптимизация параметров источников излучения обусловила ведущее место излучателям с двойной гетероструктурой (ДГ). В ДГ активная область сверху и снизу заключена между слоями полупроводника с меньшей шириной запрещенной зоны. Такое изменение ширины запрещенной зоны на границах активной области приводит к образованию потенциальных барьеров, которые удерживают инжектируемые носители в активном слое. [c.109]

Рис. 9.8. Схематическое изображение двойной гетероструктуры

Рис. 9.9. Электронные уровни в сечении N-n-P "двойной гетероструктуры

Рис. 9.12. Электронные уровни в сечении двойной гетероструктуры N-p-P а — в равновесии б — прн положительном смещении

Если (е з — бд1) превышает 10 кТ, то рекомбинационный ток превышает ток утечки благодаря экспоненциальному члену, независимо от значений других параметров. В этом случае большая часть тока через двойную гетероструктуру затрачивается на рекомбинационные процессы в активном слое. [c.252]

Второй гетеропереход J2 играет существенную роль для генерации оптической мощности, которая обычно излучается по глубине в одну или две диффузионных длины. Теперь излучение идет из тонкого слоя области 1, толщина которого может быть много меньше диффузионной длины. При этом лучше локализуется источник излучения и, кроме того, значительно увеличивается мощность, генерируемая единицей объема. Это легко доказать, сравнивая концентрацию носителей п, в двойной гетероструктуре с концентрацией п, которая получается, когда переход J2 отсутствует и область 1 имеет протяженность в несколько диффузионных длин. В двойной гетероструктуре [c.252]

Если рассуждать аналогично 8.7, но применительно к диодам на двойной гетероструктуре, то придем к тому, что эффективность модуляции такого источника света будет падать на частотах выше /м = = (l/2im), где [c.253]

Большое достоинство двойной гетероструктуры в поддержании высокой эффективности инжекции даже при очень высоких у ровнях легирования. Проблема заключается в том, что оба безызлучательных члена в (9.2.6) зависят от степени легирования. При выше 10 м дефекты решетки вызывают быстрое падение Tg, а в любом случае снижение общего времени жизни уменьшает Lpj и поэтому приводит к меньшей толщине активного слоя d. [c.253]

Другой способ расширения ширины полосы модуляции - - установление условий высокой инжекции . Как мы видели в разделе 8.4, когда концентрация инжектированных электронов становится выше концентрации равновесных дырок в активном слое /7-типа, т определяется выражением (8.4.14). Для N-p-P двойной гетероструктуры [c.253]

Рнс. 9.15. Схематическое изображение светодиода иа основе двойной гетероструктуры с самоустанавливающейся сферической линзой [c.257]

Рис. 9.17. Вариант светодиода иа основе двойной гетероструктуры для длинноволнового диапазона

Двойная гетероструктура ограничивает в пределах активного слоя неосновные носители и оптическое излучение. [c.264]

Рассмотрим работу полупроводникового лазера применительно к положительно смещенной N-p-P двойной гетероструктуре, представленной на рис. 9.12. Для того чтобы смоделировать поведение такой структуры при положительном смещении, допустим, что свободные электроны в активном слое р-области находятся в тепловом равновесии со свободными электронами в iV-области. Это предполагает, что процессы столкновения и рекомбинации, которые поддерживают распределение по уровням, идут настолько интенсивно, что ни высокая плотность тока, ни оптическое излучение не вносят заметных искажений. Тогда вероятность того, что в активной области зона проводимости будет заселена, определяется разницей энергии рассматриваемого состояния Ва и уровня Ферми в iV-области е/ л - Вероятность определяется функцией Ферми (см. (7.2.3)) [c.270]

Рис. 10.4. Структура энергетических зон N-p-P двойной гетероструктуры при сильном легировании р-области

В 9.2.1 показано, что в двойной гетероструктуре почти весь ток через диод определяется рекомбинацией в активной области. Излучательная рекомбинация, обусловленная спонтанным излучением на всех частотах, [c.276]

Этот результат, в принципе, можно применить и к полупроводниковому лазеру, подставив вместо Однако следует более тщательно рассмотреть (Армирование лазерного резонатора в полупроводниковом лазере на двойной гетероструктуре. В силу высокого значения коэффициента усиления резонатор может быть сделан очень коротким по сравнению с лазерами других типов — порядка 0,2. .. 1,0 мм. Кроме того, коэффициент отражения зеркал не критичен и обычно оказывается достаточным френелевское отражение на границе раздела по- [c.281]

Рис. I. Зонные диаграммы полупроводниковой структуры (i), концентрация эпоктронов п и дырок р ), амплитуда светового поля и коаф. усиления g (3) а — в ла.зере с р — п-перехо-дом б — в гстеролазере с 1 гетеропереходом (с односторонним ограничением) в — в гетеролазере с двойной гетероструктурой (С двусторонним ограничением). а

Наилучшими параметрами обладает Г. па основе трёхслойной (двойной) гетероструктуры (ДГС) с активным слоем из узкозонного полупроводника, заключённым между 2 широкозонными (ДГС-лазеры, рис. 1, в). Двустороннее оптическое и электронное ограничение приводит к совпадению области инверсной населённости и светового поля, что позволяет получить генерацию при малом токе накачки. Использование для инжек-ции носителей гетероперехода позволяет осуществить сверхинжекцию для достижения достаточно большой инверсии населённости в активном слое. [c.445]

В ДГ, содержащей активную узкозонную область, заключённую между двумя широкозонными эмиттерами, прозрачными для генерируемого излучения, и не содержащей поглощающий свет подложки (т, н, многопроходные двойные гетероструктуры, МД Г), фотоны, отразившиеся от поверхности внутрь кристалла, могут после многократных отражений внести вклад в выходящее излучение. При этом потерь фотонов на поглощение в активной области Оа 9 А1 5А8 не наблюдается в связи с тем, что поглощение происходит с пере-язлучением, квантовый выход к-рого близок к 1. Мно-гопроходность приводит к резкому возрастанию Двн-Так, в С, на основе МДГ Са1,, А1 кАз (рис. 3) достигнут т ен = 21% в красной области спектра и 38% в ИК-днапазове. [c.467]

В 1970 г. (год разработки первых ВС со светоослаблением менее 20 дБ/км) академик Ж. И. Алферов с сотрудниками впервые реализовали полупроводниковый лазер на основе двойной гетероструктуры А1А8 — ОаАз с непрерывной генерацией при комнатной температуре. Под руководством академика Ж. И. Алферова созданы для ВОЛС также быстродействующие и малошумящие фотоприемники ближней ПК области спектра (ил.2,3). [c.6]

Б. Ограничение неосновных носителей в двойной гетероструктуре. Ниже будет рассматриваться структура, которая играет значительную роль при разработке оптических источников. Два гетероперехода используются в ней для создания двух слоев узкозонного материала, раС1Юложенных между слоями широкозонного полупроводника. Схематично такая структура представлена на рис. 9.8. Она и называется двойной гетероструктурой. На рис. 9.9 1юказана соответствующая схема энергетических уровней. В области 1 устанавливается более высокая и однородная концентрация неосновных носителей и более высокая скорость рекомбинации. Это схематически иллюстрируется рис. 9.10. [c.244]

Д. Волноводный э( ект. Поскольку показатели преломления материалов, образующих гетеропереход, различны, лучи внутри перехода могут испытывать полное внутреннее отражение. В двойной гетероструктуре (рис. 9.8), если показатель преломления материала 1 выше, чем материалов 2 и 3, рекомбинационное излучение, рожденное в материале 1, может распространяться вдоль слоя испытывая многократные отражения, как в диэлектрическом волноводе. Этот эффект, иллю- [c.245]

Рис. 9.10. Схематическое изображение оптического н токового ограничения в двойной гетероструктуре (электроны дырки О и.злучательная рекомбинация ч1 и

Показанная на рис. 9.8 двойная гетероструктура широко применяется в источниках света для систем связи. Указанный материал может быть легирован как до п-, так и до /j-состояния. На рис. 9.9 показаны энергетические уровни N-n-P двойной гетероструктуры в равиовесни и при положительном смещении. На рис. 9.12 представлена аналогичная энергетическая диаграмма для N-p-P структуры. На диаграммах выделены три характерные области — 1, 2 и 3. [c.249]

Характеристики двойной гетероструктуры зависят от точности совпадения границ двух гетеропереходов, и поэтому для получения хороших приборов требуется точное согласование параметров кристаллических решеток в области перехода. Как показывают измерения, для GaAs/ GaAIAs может быть получено значение s порядка 10 м/с [c.251]

В 8.4 было предположено, что в GaAs /7-типа при концентрации акцепторов 10 можно ожидать величины Тр около 50 не. Тогда при комнатной температуре Lp составит 20 мкм. Если центральный слой двойной гетероструктуры сделан не более 1 мкм, можно считать, что d <С Lp. Отметим, что при s == 10 м/с величина (d/2s) также составляет 50 НС. Таким образом, наличие гетероструктуры имеет значительное влияние на внутреннюю квантовую эффективность. [c.253]

Один из недостатков двойной гетероструктуры обусловлен низкой теплопроводностью слоя GaAIAs, составляющей примерно третью часть теплопроводности GaAs. В результате пропорционально возрастает температура перехода при той же самой плотности тока. Отметим, что активный слой может быть изготовлен из GaAIAs с меньшим содержанием AI, чем в ограничивающем слое. При этом появляется возможность частотной перестройки и снижения плотности дислокаций в активном слое. [c.255]

Рис. 9 14. Светодиод Барраса на основе двойной гетероструктуры. Показано эггоксидное согласующее соединение с волокном.

Обнаружено, что использование волокна со сферическим концом, полученным в результате контролируемого оплавления, увеличивает коэффициент связи в 4 раза. Например, светодиод с диаметром излучающей области 35 мкм был соединен с волокном диаметром 85 мкм, имеющим числовую апертуру 0,14 и радиус закругления конца 75 мкм. Этот метод, однако, чувствителен к точности выравнивания (юстировки) светодиода и волокна. Для примера на рис. 9.15 показано применение самоюстирующейся сферической линзы и GaA As/GaAs светодиода на основе двойной гетероструктуры, имеющего диаметр активной площади 35 мкм. С помощью сферической линзы диаметром 100 мкм и показателем преломления 2,0 могло быть передано около 100 мкВт в волокно с диаметром сердцевины 80 мкм и числовой апертурой 0,14 при [c.257]

Светодиод с торцевым излучением на основе двойной гетероструктуры, показанный на рис. 9.18, дает увеличение излучения с очень малой излучающей поверхности. Он имеет целый ряд интересных особенностей. Благодаря полному внутреннему отражению оптическое излучение распространяется вдоль перехода. Активная область ограничивается полосковым контактом и щелью на задней части активного слоя. Это позволяет сделать активную область достаточно короткой, чтобы не возникали лазерные колебания (см. 10.3). Световое излучение может самопоглощаться в активном слое, но он сделан очень тонким, в результате чего большая часть оптической мощности распространяется в слое, который ее не поглощает, так как имеет более широкую запрещенную зону. Поглощение оказывается максимальным для коротковолнового излучения, о существенно сужает спектральную ширину линии — от 35 до 25 нм на длине волны 0,9 мкм и от 100 до 70 нм на 1,3 мкм. Действие оптического волновода приводит к сужению диаграммы направленности излучения до 30°. о, а также малая площадь излучателя, делает светодиод с краевым излучением хорошо приспособленным для работы с линзовым согласующим устройством. Хоро- [c.260]

Ток, инжектируемый в N-p-P двойную гетероструктуру, модулируется сигналом с частотой ш, т. е. плотность тока У — Уо -f ехр / се/. Предполагается а) ток утечки и дырочный ток пренебрежимо малы б) постоянные времени излучательной и безызлучательной реко.чбинации в активном р-слое есть-т и Тб соответственно в) скорость рекомбинации в каждом гетеропереходе s г) толщина активного слоя d. Показать, что модулированная оптическая мощность [c.263]

В диоде на основе двойной гетероструктуры времена излучательной н безызлучательной рекомбинации в активном слое, имеющем толщину 0,5 мкм, составляют 10 и 30 нм соотвестственно, а скорость рекомбинации одинакова для обоих гетеропереходов и равна 10 м/с. Считая, что коэффициент рекомбинации для материала активного слоя г= 2x10-1 м /с, рассчитать а) концентрацию легирующей примеси в активном слое б) внутреннюю квантовую эффективность в) предельную частоту модуляции г) плотность тока, соответствующую выполнению условия сильной ннжекции. [c.264]

Используемые в оптических линиях связи полупроводниковые лазеры на основе двойной гетероструктуры по устройству подобны светодиодам с торцевым излучением, описанным в 9.3. Как и в других лазерах, генерация излучения в них почти полностью обусловлена индуцированными переходами. Характерные особенности лазерного излучения по сравнению с излучением светодиодов узкополосность, направленность, возможность модуляции в широкой полосе частот. [c.265]

Для примера проведем расчет параметров излучения GaAs двойной гетероструктуры с активной областью р-типа шириной 0,5 мкм. Примем концентрацию акцепторов равной 10 м и внутреннюю квантовую эффективность равной 0,8. Оценим величину коэффициента усиления при плотности тока через переход 10 А/м = 10 А/мм. Чтобы упростить расчет, будем считать температуру достаточно низкой, так что функция Ферми может быть принята равной единице для всех энергий ниже чр и равной нулю для всех энергий выше е/ . [c.276]

Как было отмечено в 9. 1.2, двойная гетероструктура локализует оптическое излучение в пределах активного слоя, что связано с различием коэффициентов преломления в нем и окружающих слоях. Ситуация аналогична той, что наблюдается в диэлектрическом волокне. Из предыдущего параграфа ясно, что для снижения плотности тока,. необходимой для создания инверсии населенностей, толщина активного слоя должна быть сделана по возможности малой. Действительно, в численных примерах использовались величины, сравнимые с соответствующими значениями для оптических волокон. Аналогичная ситуация складывается при рассмотрении оптического волокна с сердцевиной малого диаметра, которое пригодно для передачи только низкомодового излучения. Позже вернемся к рассмотрению некоторых свойств таких типов колебаний, а здесь отметим, что часть электромагнитной мощности распространяется снаружи активного слоя. Таким образом, только доля Г, которая остается в пределах активного слоя, может принимать участие в процессах индуцированного излучения и тем самым вносить вклад в оптическое усиление. Параметр Г называется коэффициентом оптического ограничения. Учет этого фактора приводит к необходимости преобразовать условие работы лазера [c.282]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...