DE1236099B - Frequenzmodulation optischer Sender - Google Patents

Frequenzmodulation optischer Sender

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DE1236099B DE1964B0078998 DEB0078998A DE1236099B DE 1236099 B DE1236099 B DE 1236099B DE 1964B0078998 DE1964B0078998 DE 1964B0078998 DE B0078998 A DEB0078998 A DE B0078998A DE 1236099 B DE1236099 B DE 1236099B
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DE1964B0078998
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Dr Helmut Rabenhorst
Dr Helmar Krupp
Dr Eckhard Gerlach
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Battelle Development Corp
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Battelle Development Corp
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Description

DEUTSCHES '/MWWt PATENTAMT
Deutsche Kl.: 21 g - 53/00
AUSLEGESCHRIFT ~-
Aktenzeichen: B 78998 VIII c/21 j
^ 236 099 Anmeldetag: 21.Oktober 1964
Auslegetag: 9. März 1967
Die Erfindung bezieht sich auf einen frequenzmodulierbaren optischen Sender mit einem Halbleitereinkristall als stimulierbares Medium.
Bei optischen Sendern mit p-n-Ubergang wird die Rekombinationsstrahlung in der Übergangszone einer Halbleiter-p-n-Diode erzeugt. Die Diode wird, dazu in Durchlaßrichtung betrieben, so daß die aus den p- und η-Bereichen in die Übergangszone geschwemmten Elektronen und Löcher unter Aussendung von Licht rekombinieren können.
Nun können die für die Rekombinationsstrahlung notwendigen Elektronen und Löcher auch durch Beschießen von Halbleitern mit Elektronen erzeugt werden. Der Bereich, in dem die Rekombination der erzeugten Elektronen und Löcher erfolgt, ist durch die Eindringtiefe des Elektronenstrahls in den Halbleiter gegeben. Ein p-n-Übergang im Halbleiter ist dafür nicht erforderlich. Allerdings muß der für den Betrieb des optischen Senders benötigte Resonator geschaffen werden. Dies geschieht genau wie bei den ao p-n-Dioden durch Polieren der planparallelen Oberflächen. Die Frequenz des ausgesandten Lichtes ist durch die Breite der Energiebandlücke bestimmt. So ist es aus Applied Physics Letters, Bd. 5,1964, S. 139, bekannt, Halbleitereinkristalle mittels Elektronen-Strahlanregung zur Aussendung stimulierter Strahlung einer festen Frequenz anzuregen. In den Proceedings of the IEEE, Bd. 51, 1963, S. 1782 und 1783, ist erläutert, den heterogenen p-n-Übergang in einer Halbleiterdiode aus z. B. Germanium- und Galliumarsenid dazu heranzuziehen, um mit dem normalerweise nicht stimulierbaren Germanium doch eine Resonanzauslösung überbesetzt angeregter Tenne, und zwar mit fester Frequenz, zu erzeugen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen optischen Sender mit modulierbarer Frequenz zu schaffen. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die für die Frequenz einer kohärenten Strahlung maßgebende Energiebandlücke des Halbleitereinkristalls sich längs seiner Kanten ändert und daß der Halbleitereinkristall zu seiner Stimulierung mit einem vergleichsweise eng gebündelten Elektronenstrahl entlang der Kante abtastbar ist.
Durch die ortsveränderliche Abtastung mit dem Elektronenstrahl wird außer einer Umkehrung der Besetzungsverteilung der Elektronen im Halbleitereinkristall zugleich die erwünschte Frequenzmodulation der kohärenten Strahlung bewirkt. Als stimulierbares Medium können sowohl einheitlich p- oder η-dotierte als auch p-n-dotierte Halbleitereinkristalle verwendet werden.
Da die Frequenz der kohärenten Strahlung von der Frequenzmodulation optischer Sender
ίο Anmelder:
The Batteile Development Corporation,
Colombus, Ohio (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. R. Rupprecht, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Am Römerhof 35
Als Erfinder benannt:
Dr. Helmut Rabenhorst, Frankfurt/M.-Niederrad; Dr. Helmar Krupp, Frankfurt/M.;
Dr. Eckhard Gerlach, Kelkheim
Auftreffstelle des Elektronenstrahles auf dem Halbleitereinkristall abhängig ist, wird sie entsprechend der Auftreffstelle des Elektronenstrahles auf dem Halbleitereinkristall geändert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie an Hand der schematischen Zeichnung.
In F i g. 1 ist über einem im Querschnitt dargestellten Halbleitereinkristall die Größe der Energiebandlücke aufgetragen. Mit b ist die Eindringtiefe eines Elektronenstrahles d bezeichnet, dessen Bahn mittels eines Kondensators I abgelenkt wird. Die Resonatorspiegel liegen parallel zur Zeichenebene.
Es ist bekannt, daß für einzelne Halbleiterlegierungen die Energiebandlücke nahezu von dem Mischungsverhältnis abhängig ist. So haben bei folgenden Halbleitern mit festem Mischungsverhältnis die Energiebandlücken und die zugehörigen Wellenlängen der Rekombinationsstrahlung folgende Werte:
709 518/403

Claims (12)

Energiebandlücke Δ E und Wellenlänge λ der Rekombinationsstrahlung für einige Halbleiterlegierungen bei Zimmertemperatur HalbleiterlegierungenJE[eV]λ [A]GaAs 1,359150Ga(As0j5P0i5) 1,806 850InSb 0,1868 500InAs 0,3337 400InP 1,259 900InAs 0,3337 400GaSb 0,6818 100InSb 0,1868 500GaAs 1,359150InAs 0,3337 400GaAs 1,359 150GaSb 0,6818 100 20 Daraus ist ersichtlich, daß sich z. B. mit drei Kristallen folgender Legierungen Ga(AswPx) (0,5>*>0) In(AswSbx)Jl >x>0) In(AswPx) (1 >*>0) der Wellenlängenbereich zwischen 6850 und 68 500 A überstreichen läßt. Um nun Halbleiterkristalle der oben beschriebenen Grundstruktur mit einer kontinuierlichen Änderung der Energiebandlücke über die Kristallbreite zu erhalten, sind folgende Verfahren anwendbar:
1. Mit Hilfe einer Transportreaktion werden auf einem Galliumarsenideinkristall Gallium, Arsen und Phosphor aufgebracht. Dabei wird die Menge an Phosphor gegenüber der an Arsen kontinuierlich vergrößert (epitaktisches Aufwachsen).
2. Ein Galliumarsenid und ein Galliumphosphidkristall werden so aufeinander aufgesetzt, daß bei Erwärmung des gesamten Systems Arsenatome in den Galliumphosphidkristall und Phosphoratome in den Galliumarsenidkristall diffundieren.
3. Ein Galliumarsenidkristall wird in einer Phosphoratmosphäre erwärmt, wobei Phosphoratome in den Galliumarsenidkristall diffundieren.
4. Ein Galliumphosphidkristall wird in einer Arsen- go atmosphäre erwärmt, wobei Arsenatome in den GalliumphosphidkristaIl diffundieren.
5. In den Kristall werden nacheinander verschiedene Dotierungsmaterialien eindiffundiert und einlegiert. Es ergeben sich dann, wie aus F i g. 2 ersichtlich, ein Leitungsband und ein Valenzband mit unterschiedlicher Breite, die eine Energiebandlücke der gewünschten Form einschließen.
60
Wenn bei den genannten Verfahren der sich einstellende Gradient der Energiebandlücke nicht kontinuierlich verläuft, so kann dieses durch den Kurvenverlauf der Modulationsspannung ausgeglichen werden.
Patentansprüche:
1. Frequenzmodulierbarer optischer Sender mit einem Halbleitereinkristall als stimulierbares Medium, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Frequenz einer kohärenten Strahlung maßgebende Energiebandlücke des Halbleitereinkristalls sich längs einer seiner Kanten ändert und daß der Halbleitereinkristall zu seiner Stimulierung mit einem vergleichsweise eng gebündelten Elektronenstrahl entlang dieser Kante abtastbar ist.
2. Optischer Sender nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich die Energiebandlücke über eine der Kanten des Kristalls linear ändert.
3. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinkristallen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Transportreaktion auf einem Galliumarsenideinkristall Gallium, Arsen und Phosphor aufgebracht werden, wobei die Phosphormenge gegenüber der Arsenmenge kontinuierlich vergrößert wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinkristallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Galliumarsenidkristall auf ein Galliumphosphidkristall aufgesetzt wird und dieses System erwärmt wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinkristallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Galliumarsenidkristall in einer Phosphoratmosphäre erwärmt wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinkristallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Galliumphosphidkristall in einer Arsenatmosphäre erwärmt wird.
7. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinkristallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander verschiedene Dotierungsmaterialien eindiffundiert oder einlegiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Legierung Ga(AswPx) die Legierung IniAs1 _XPX) verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Legierung Ga(AswPx) die Legierung In(ASj_xSbx) verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Legierung Ga(As1^Px) die Legierung IniAs1 _xSbx) verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Legierung Ga(As1_xPx) die Legierung (GawInx)As verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Legierung Ga(AsiwPx) die Legierung (Ga1^Inx)Sb verwendet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Applied Physics Letters, Bd. 5, 1964, S. 139;
Proceedings of the IEEE, Bd. 51, Nr. 12, Dezember 1963, S. 1782 und 1783; Bd. 52, Nr. 3, März 1964, S. 329.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 518/403 2.67 © Bundesdruckerei Berlin
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