DE1489942B1 - Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation eines optischen Senders (Laser) mit einer Halbleiterdiode als stimulierbarem Medium - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- daß der Sendeabschnitt der unterteilten Zone und anordnung zur Frequenzmodulation eines optischen die ungeteilte Zone an je einem Pol einer Gleich-Senders mit einer Halbleiterdiode als stimulierbarem Spannungsquelle liegen, durch die der zwischen ihnen Medium, die aus einem monokristallinen Halbleiter- liegende, die durch mindestens eine spiegelnde Stirnkörper mit zwei parallelen spiegelnden Stirnflächen, 5 fläche austretende kohärente Strahlung erzeugende, zwischen denen beim Betrieb eine stehende elektro- wirksame Teil des PN-Übergangs in Durchlaßrichmagnetische Welle ausgebildet ist, und mit zwei ent- tung vorgespannt ist, während der Modulatorartet dotierten Zonen von entgegengesetztem Lei- abschnitt der unterteilten Zone und die ungeteilte tungstyp besteht, zwischen denen der PN-Übergang Zone an den beiden Polen einer weiteren, variablen senkrecht zu den spiegelnden Stirnflächen angeordnet io Gleichspannungsquelle liegen, durch die der zwischen ist und von denen die eine in zwei Abschnitte geteilt ihnen liegende Teil des Übergangs derart in Rückist, welche nur durch einen dünnen, an den Über- wärtsrichtung vorgespannt ist, daß der Rückwärtsgang grenzenden Steg miteinander verbunden sind. strom die in diesem Teil von der anderen Gleich-

Ein optischer Sender der oben beschriebenen Art Spannungsquelle bewirkte Vorspannung in Vorwärtswurde bereits als Baustein zur Darstellung logischer 15 richtung nahezu aufhebt.

Verknüpfungen in Rechenanlagen vorgeschlagen. Auf diese Weise wird eine frequenzmodulierbare

Dabei ist jeweils eine Kontaktelektrode auf die Ab- Anordnung geschaffen, bei der keine Streuerscheinun-

schnitte der unterteilten Zone aufgesetzt. Die Kon- gen auftreten, wie es bei einem diskontinuierlichen

taktelektroden können unabhängig voneinander ge- Übergangsbereich der Halbleiterdiode der Fall ist,

schaltet werden, und ihr Strom löst eine starke Licht- 20 und bei der es auch keine Einstellungs- und An-

ausstrahlung aus, wenn er den Schwellenwert über- passungsschwierigkeiten gibt, die beim Gebrauch von

steigt. zwei getrennten Kristallen auftreten.

Optische Sender in Form von Halbleiterdioden Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an

zur Erzeugung von stimulierter kohärenter Strahlung Hand von Figuren beschrieben,

sind bekannt und in dem Aufsatz »Coherent Light 25 F i g. 1 zeigt perspektivisch eine Halbleiterdiode

Emission From PN-Junctions« in Solid State Elec- mit einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung;

ironies, Bd. 6, S. 405 bis 416 (1963), beschrieben. F i g. 2 zeigt das Ersatzschaltbild der in F i g. 1

Die stimulierte kohärente Lichtstrahlung von Halb- dargestellten Halbleiterdiode mit der Modulationsleiterdioden muß nicht unbedingt im sichtbaren Be- Spannungsquelle;

reich liegen, sondern kann sich auch bis in das infra- 30 F i g. 3 ist ein Diagramm, in dem die Frequenzrote oder Mikrowellengebiet erstrecken. In vielen änderung in Abhängigkeit vom Modulationsstrom Fällen ist es beim Gebrauch von Halbleiterdioden aufgetragen ist.

erwünscht, eine Einrichtung zur Veränderung der Bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel

Frequenz oder des Frequenzspektrums der kohären- weist die als stimulierbares Medium dienende HaIb-

ten Strahlung vorzusehen, beispielsweise wenn zur 35 leiterdiode einen Übergangsbereich zwischen zwei

Übertragung von Nachrichten eine Frequenzmodula- parallelen spiegelnden Stirnflächen auf, die einen

tion durchgeführt werden soll oder wenn die Aus- optischen Resonator begrenzen. Die gezeigte Diode

gangsfrequenz der Halbleiterdiode eng an eine Fre- enthält einen monokristallinen Halbleiterkörper 1

quenz eines anderen, bereits bestehenden Systems _mjt einer entarteten P-leitenden Zone 2 und einer

angepaßt werden soll. 40 entarteten N-leitenden Zone 3. Die Zonen 2 und 3

Die Frequenz einer Halbleiterdiode kann durch grenzen an einen durchgehenden PN-Übergang 4 mechanische Beanspruchung des Halbleiterkristalls innerhalb des Halbleiterkörpers 1 an. Eine der beigesteuert werden. Während diese Art der Frequenz- den entarteten Zonen, im gezeigten Beispiel die P-leisteuerung beim Gebrauch der bekannten optischen tende Zone 2, ist in zwei Abschnitte 5 und 6 geteilt, Sender geeignet ist und in den meisten Fällen mit 45 die durch einen relativ schmalen Steg 7 verbunden Vorteil verwendet wird, gibt es auch Anwendungs- sind, der ebenfalls zu der P-leitenden Zone 2 gehört möglichkeiten, bei denen die mit einer mechanischen und an den PN-Übergang angrenzt.
Frequenzsteuerung verbundenen Nachteile vermieden Die Abschnitte 5 und 6 sind mittels neutraler oder und dafür eine Frequenzsteuerung auf Grund elektri- akzeptorartiger Lötmittelschichten 8 und 9, die mit scher oder elektronischer Signale durchgeführt wer- 50 Elektroden 10 und 11 verbunden sind, mit nichtden soll. Beispielsweise kann es von Bedeutung sein, gleichrichtenden ohmschen Kontakten versehen. Die die Größe und das Gewicht der kohärenten Strah- Elektroden 10 und 11 sind ihrerseits mit Zuleitungen lungsquelle zu verkleinern oder schnellere Frequenz- 12 und 13 verlötet oder verschweißt. Die N-leitende änderungen zu erzielen, als es auf mechanischem Zone 3 ist mittels einer neutralen oder donatorarti-Wege normalerweise möglich ist. Außerdem ist es 55 _gen Lötmittelschicht 15 mit einer Elektrode 14 verfast immer anzustreben, daß die Frequenzsteuerung bunden, die ihrerseits mit einer Zuleitung 26 verlötet die Amplitude oder die Intensität der Strahlung so oder verschweißt ist. Die Zuleitung 26 ist vorzugswenig wie möglich beeinflußt. weise groß und dient zugleich als Basisplatte oder

Es ist bereits ein optischer Sender mit einer Halb- mechanische Stütze für den gesamten Aufbau,

leiterdiode bekannt, dessen Frequenz über die ein- 60 Der Halbleiterkörper 1 ist derart geschnitten, daß

zelnen Anschlüsse an der aufgegliederten P-Zone die Vorderfläche 16 und die Rückfläche 17 exakt

seiner Halbleiterdiode steuerbar ist. planparallel gemacht werden können, wobei die

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, parallelen Flächen senkrecht zum Übergang 4 vereine Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation laufen. Die Planparallelität ist notwendig, damit zueines optischen Senders der eingangs erwähnten Art 65 mindest durch eine der Flächen 16 und 17 — hier ist mit einer Halbleiterdiode zu schaffen, die eine stimu- es die Vorderfläche 16 — mit Hilfe einer stehenden lierte kohärente Strahlung aussendet. Welle innerhalb des Halbleiterkörpers mit hohem

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, Wirkungsgrad eine kohärente Strahlung emittiert

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werden kann. Im allgemeinen haben Abweichungen Klemme 42 verbunden, die der Zuleitung 13 in der von einer genauen Parallelität eine entsprechende Ab- F i g. 1 entspricht. Der Emitter 43 des Transistors 40 nähme des Wirkungsgrades zur Folge. ist mit dem negativen Pol der Spannungsquelle 39 Nach der F i g. 1 wird die Diode dadurch zur verbunden, deren positiver Pol an der Eingangs-Emission einer stimulierten kohärenten Strahlung an- 5 klemme 31 liegt. Zur Steuerung des Modulationsgeregt, daß eine Spannung einer leistungsfähigen Stroms ist ein variabler Widerstand 44 vorgesehen, Gleichspannungsquelle in Vorwärtsrichtung angelegt der auf der einen Seite über ein in Serie mit ihm ist. Eine solche gepulste Spannungsquelle 19 ist über liegendes Kopplungsglied 45, das z. B. die Sekundäreinen strombegrenzenden Serienwiderstand 20 an die wicklung eines Transformators sein kann, zur Basis Diode 1 angeschlossen. Die Spannungsquelle 19 ist io 46 des Transistors führt, während er auf der anderen mit den elektrischen Zuleitungen 26 und 12 verbun- Seite mit dem Kollektor 41 des Transistors 40 verden, so daß die erstere bezüglich der letzteren negativ bunden ist. Die Primärwicklung des Transformators vorgespannt ist. Auf diese Art bildet der zwischen 45 ist mit einer Spannungsquelle 47 der erwünschten dem Abschnitt 5 und der Zone 3 liegende Abschnitt elektrischen Modulationsenergie versehen. Während des Übergangs 4 das wirksame Gebiet des optischen 15 des Betriebs wird der variable Widerstand 44 dazu Senders, das stark in Vorwärtsrichtung vorgespannt verwendet, einen Arbeitspunkt (oder ein Gleichstromist. Da jedoch der Ubergangsbereich 4 zusammen- niveau durch die Diode 33) festzulegen, um den der hängend ist, ist auch der zwischen dem Abschnitt 6 Strom je nach der von der Spannungsquelle 47 zu- und der Zone 3 liegende Teil des Übergangs 4 weniger geführten Energie schwankt.

stark in Abhängigkeit der Dicke des Steges 7 in Vor- 20 Nach der Erfindung wird die Größe des in Rückwärtsrichtung vorgespannt. wärtsrichtung vorspannenden Stroms derart ein-Nach der Erfindung wird durch das unterhalb des gestellt, daß er die Vorwärtsspannung in der Diode Abschnitts 6 liegende Teil des Übergangs 4 ein Strom 33 nahezu aufhebt oder auslöscht, die vom Vorwärtsin Rückwärtsrichtung geschickt, was z. B. mittels strom in der Diode 32 erzeugt wird, wenn diese zur einer Spannungsquelle 21 erzielt werden kann, die 25 Erzeugung einer kohärenten Strahlung mit Energie eine Induktanz 22, einen zweckmäßigerweise ver- versorgt wird. Das macht einen Betrieb des Modulaänderbaren Widerstand 23 und eine hier als Batterie tors in der Nähe des Punktes 50 der Kennlinie 51 in 24 dargestellte Spannungsquelle enthält. Die Zu- der F i g. 3 erforderlich, wenn eine annähernd lineare leitung 13 ist mit dem negativen Pol und die Zulei- Frequenzmodulation mit einem Wechselstrom ertung 26 ist mit dem positiven Pol der Spannungs- 30 wünscht ist. Es hat sich gezeigt, daß die Kennlinie 51 quelle 21 verbunden. Auf diese Weise wird eine zu- vom Nullpunkt an sehr steil ansteigt und nicht etwa fällige Vorspannung in Vorwärtsrichtung an dem allmählich, wie es nach der gestrichelten Kurve 52 zwischen dem Abschnitt 6 und der Zone 3 liegenden zu erwarten war. Daher verursachen geringe Ände-Teil des Übergangs 4 wahlweise durch Einstellung des rungen des Modulationsstroms große Frequenz-Widerstandes 23 verkleinert. Durch geeignetes Ver- 35 verschiebungen im Ausgangsspektrum der emittierten kleinern des Widerstandes kann der Strom in Rück- Strahlung der Diode nach der Fig. 1. Es können wärtsrichtung so weit vergrößert werden, daß der Empfindlichkeiten in der Größenordnung von 1 GHz Übergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird. pro 10 mA erhalten werden.

Die F i g. 2 zeigt das Ersatzbild der Diode nach Die F i g. 3 zeigt eine typische Kennlinie einer der Fig. 1. Die Schaltung enthält eine Eingangs- 40 Diode bei 77° K mit einer zufälligen Vorwärtsvorklemme 30 entsprechend der Zuleitung 12 und eine spannung im Modulationsabschnitt, die etwa einem weitere Eingangsklemme 31 entsprechend der Zu- Strom von 500 mA entspricht. Natürlich kann bei leitung 26. Die Diode 32 entspricht dem linken Teil Dioden, die bei tieferen Temperaturen betrieben werder Fig. 1, der den Abschnitt5 der P-leitenden den, oder bei Dioden, die zwischen dem Sende-Zone 2, den angrenzenden Abschnitt 4 des Übergangs 45 abschnitt und dem Modulationsabschnitt stärker iso- und den entsprechenden Abschnitt der N-leitenden liert sind, die zufällige Vorwärtsspannung des Modu-Zone enthält. Die Diode 33 entspricht im wesent- lationsabschnitts unter den Mittelpunkt 50 des nahezu liehen dem verbleibenden rechten Teil der Halbleiter- linearen Bereichs der Frequenz-Stromkennlinie sindiode nach der F i g. 1 und enthält den Teil 6 der ken. In einem solchen Fall ist eine leichte Vorwärts-P-leitenden Zone 2, den angrenzenden Abschnitt des 50 spannung des Modulatorbereiches notwendig, wenn Übergangs 4 und den entsprechenden Abschnitt der der Arbeitspunkt bei 50 liegen soll.
N-leitenden Zone 3. Das Material, aus dem der Halbleiterkörper 1 ge-Die elektrische Verbindung 7 zwischen den beiden schnitten ist, kann aus einer halbleitenden Verbin-Abschnitten des Übergangs 4 ist durch einen Wider- dung oder einer Legierung aus halbleitenden Verbinstand 34 dargestellt, der die Anoden 35 und 36 der 55 düngen aus den Gruppen III und V des Periodischen Dioden 32 und 33 verbindet. Die Kathoden 37 und 38 Systems bestehen, also aus Stoffen, die als »Halbleiter der Dioden 32 und 33 sind direkt miteinander und mit direktem Übergang« bezeichnet werden, da mit der Eingangsklemme 31 verbunden. Die Größe direkte Übergänge zwischen den Valenz- und Leides Widerstandes 34 hängt weitestgehend von der tungsbändern stattfinden. Dazu können z. B. die Dicke des Steges 7 der P-leitenden Zone 2 ab. Er 60 Stoffe Gallium—Arsenid, Indium—Antimonid, Inbeträgt z. B. 10 Ohm, obwohl er außerdem stark von dium—Arsenid, Indium—Phosphid, Gallium—Antidem verwendeten Halbleitermaterial, dem Dotie- monid und Legierungen zwischen diesen und auch rungsgrad usw. abhängt. »Legierungen mit direktem Übergang« anderer Stoffe, Eine Quelle zur Einstellung des Stroms in Rück- wie z. B. Legierungen von Gallium—Arsenid und wärtsrichtung für das Ersatzschaltbild der F i g. 2 65 Gallium—Phosphid (selbst mit indirektem Übergang), enthält eine Spannungsquelle 39, z. B. eine Batterie, gehören, wenn bei letzterem der Gallium—Phosphiddie in Serie mit einem NPN-Transistor 40 anliegt. Anteil etwa 0 bis 50 Atomprozente beträgt. In bezug Der Kollektor 41 des Transistors 40 ist mit einer auf eine weitere Diskussion der »Stoffe mit direktem

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Übergang« sei auf eine Veröffentlichung von flächen ein PN-Übergangsbereich erzeugt, indem eine H. Ehrenreich in »Journal of Applied Physics«, halbe Stunde lang bei 1000° C in einer evakuierten, Bd. 32, Nr. 10 Supplement, S. 2155 bis 2166 (1961), abgeschmolzenen Quarzröhre erhitzt wird, die den verwiesen. Weitere geeignete »Halbleitermaterialien Gallium-Arsenid-Kristall und 10 mg Zink enthält. Es mit direktem Übergang« sind Bleisulfid, Bleiselenid 5 entsteht so ein PN-Übergang von etwa 1000 Ä Dicke und Bleitellurid. Bei diesen zuletzt genannten Mate- in einem Abstand von etwa 0,1 mm unterhalb der rialien ist Indium als Donator und ein überschüssiges gesamten Oberfläche des Kristalls 1. Die Scheibe

Ion geringerer Wertigkeit als Akzeptor geeignet. wird dann geschnitten und poliert, um alle außer

Die Wellenlänge der emittierten Strahlung hängt vom einem solchen ebenen Übergang zu entfernen.

Bandabstand, d. h. von der Differenz zwischen dem io Im abgeschnittenen Zustand hat die Scheibe eine

Valenzband und dem Leitungsband des gewählten Dicke von etwa 0,5 mm und eine Größe von

Halbleiters ab. 0,4 · 0,4 mm² an den Stirnflächen. Die Vorder- und

Die N-leitende und die P-leitende Zone des Halb- Rückfläche des Kristalls, die senkrecht zum PN-

leiterkörpers 1 sind mit Donatoren bzw. Akzeptoren Übergang verlaufen, werden dann auf optische Güte

entartet dotiert. Entartet bedeutet bei einem N-leiten- 15 und auf exakte Planparallelität gebracht (im Falle

den Halbleiter, daß er eine genügend große Über- der obenerwähnten Gallium-Arsenid-Diode auf eine

Schußkonzentration an Donatoren besitzt, um das Parallelität von etwa ± 0,1 μηι). Andererseits kann

Ferminiveau über die Minimalenergie des Leitungs- die Parallelität auch durch geeignetes Spalten der

bandes im Energiebändermodell des Halbleitermate- Kristalle erhalten werden. Die Seitenflächen sind

rials anzuheben. Bei einem P-leitenden Halbleiter- ao derart geschnitten, daß eine Trapezform zustande

körper oder einer solchen Zone bedeutet die Ent- kommt, damit stehende Wellen in Querrichtung inner-

artung, daß die Akzeptorkonzentration groß genug halb des Halbleiterkristalls vermieden werden. Aus

ist, um das Ferminiveau auf eine Energie herabzu- dem gleichen Grund können die Seitenflächen jedoch

setzen, die unterhalb der höchsten Energie des Va- auch mit einem Schmirgelmaterial aufgerauht sein,

lenzbandes im Bändermodell des entsprechenden 25 Bei dem genannten Gallium-Arsenid-Kristall wird als

Halbleiters liegt. Eine Entartung läßt sich im allge- Akzeptorlötmittel eine Legierung von 3 Gewichts-

meinen mit einer Überschußkonzentration an nega- prozent Zink, im übrigen Indium und als Donator-

tiven Ladungsträgern von über 10¹⁷ Atomen cm~⁸ lötmittel Zinn verwendet.

oder mit einer Überschußkonzentration an positiven Bei einem dünnen Übergangsbereich, wie es hier Ladungsträgern oberhalb von 10¹⁸ Atomen cm~³ er- 30 verwendet wird, ist es beabsichtigt, eine Übergangsreichen. Das Ferminiveau solcher Bändermodelle ist dicke von 300 bis 20 000 Ä einzustellen, wie sich aus diejenige Energie, bei der die Wahrscheinlichkeit, daß Messungen der Übergangskapazität bei einer Vorsieh ein Elektron in einem besonderen Zustand be- spannung von 0 Volt ergibt. Vorzugsweise sollte die findet, V2 ist. Dicke beim Betrieb zwischen etwa 500 und 2000 A

Die Stoffe, die zur Erzeugung der Entartung vom 35 gehalten werden. Durch die Dicke ist der Wirkungs-P- und vom N-Typ bei den für die Dioden gemäß der grad der Lichterzeugung, der Schwellenstrom, von Erfindung brauchbaren Halbleitermaterialien geeignet dem ab kohärentes Licht entsteht, und möglichersind, hängen von dem jeweils verwendeten Material weise auch die Verwendung der Diode im kontinuierab und brauchen nicht jedesmal die gleichen zu sein, liehen Betrieb festgelegt. Weiterhin ist sie zur Festauch wenn das Material aus der gleichen Gruppe 40 legung der Betriebstemperatur und der Ausgangsstammt. Bei allen III-V-Materialien eignen sich leistung von Bedeutung. Phänomenologisch betrach-Schwefel, Selen und Tellur als Donatoren, Zink, Cad- tet ist die Minimaldicke durch praktische Überlegunmium, Quecksilber und Magnesium als Akzeptoren gen begrenzt, und sie kann jede kleine, endliche Aus- und Zinn, Germanium und Silizium als Donatoren dehnung haben, wenn nur kein bemerkenswertes und Akzeptoren, je nachdem, welches spezielle Mate- 45 Durchtunneln bei einer Vorspannung in Vorwärtsrial oder Herstellungsverfahren gewählt wird. In richtung auftritt. Die Maximaldicke des Übergangs Gallium—Antimonid, das aus einer stöchiometri- sollte etwa das Doppelte der größeren der beiden sehen Schmelze gezogen ist, sind sie beispielsweise Diffusionslängen der Minoritätsträger auf beiden durchweg Akzeptoren. Dagegen ist Zinn in Indium— Seiten des Übergangsbereiches nicht übersteigen.
Antimonid ein Donator, während Germanium und 50 Damit die Diode zum Gebrauch nach der Erfin-Silizium Akzeptoren sind. In den restlichen »Halb- dung verwendbar ist, wird sie mit einer Kerbe verleitern mit direktem Übergang« vom III-V-Typ sind sehen, die durch Ätzen oder Sägen in einer der ent-Sn, Ge und Si jedesmal Donatoren. Zur Ausbildung arteten Zonen parallel zu den Spiegelflächen hergeder Entartung in den Zonen 2 und 3 der Diode nach stellt werden kann. Die gewählte Leitfähigkeitszone der F i g. 1 sind alle Donatoren und Akzeptoren 55 ist so in zwei Abschnitte in Richtung der Wellenausbrauchbar, die in dem als Halbleiterkörper 1 verwen- breitung unterteilt, die nun jeder für sich mit dem deten Material eine genügend hohe Löslichkeit auf- darunterliegenden Übergangsbereich in Wechselwirweisen, kung treten kann. Es ist jedoch notwendig, daß die

Als Ausführungsbeispiel für eine Diode nach der Kerbe sich nicht bis in den Übergangsbereich hinein

Erfindung diene eine im wesentlichen nach der 60 erstreckt, damit Streuverluste in der Diode vermieden

F i g. 1 konstruierte Diode mit den folgenden Werten. werden. Wenn dies beachtet wird, kann jedoch die

Aus einem monokristallinen Barren aus N-Gallium- Dicke des Stegs, der die beiden Teile verbindet, so

Arsenid, das mit etwa 10¹⁸ Atomen cm~³ mit Tellur dünn wie möglich gemacht werden,

dotiert ist und aus einer Gallium-Arsenid-Schmelze Bei einer Gallium-Arsenid-Diode wird die Kerbe

gezogen wird, die zur Erzeugung einer N-Entartung 65 mit einer Lösung von z. B. 3 Teilen konzentrierter

mindestens 5· 10¹⁸ Atome cm~³ Tellur enthält, wird Salpetersäure und 1 Teil 30%iger Flußsäure einge-

eine flache Scheibe geschnitten. In einer horizontalen ätzt, nachdem die nicht abzuätzenden Teile mit einer

Ebene wird durch Eindiffusion von Zink in alle Ober- geeigneten indifferenten Maske, wie z. B. schwarzem

Wachs (»Apiezon W«) oder anderen bekannten Maskierungsmitteln, abgedeckt sind. Das Ätzen wird vorzugsweise in mehreren Schritten ausgeführt (z. B. zwischen drei und zehn Schritten), zwischen denen der Widerstand zwischen den beiden Abschnitten, die eingekerbt werden, gemessen wird. Während jedes Schritts wird das Bauteil für etwa 1 Sekunde der Ätzlösung ausgesetzt und dann schnell in Wasser gespült. Der Ausgangswiderstand beträgt beispielsweise 0,2 Ohm, während sich nach Fertigstellung einer Diode etwa ein Widerstand von 1 Ohm oder mehr ergibt. Das Maskierungsmittel wird in einem dafür geeigneten Lösungsmittel aufgelöst, und man erhält eine Diode nach der F i g. 1.

Während des Betriebs wird an die Diode nach der F i g. 1 ein gepulster Gleichstrom hoher Stromdichte, z. B. 2000 bis 20000 Acm~² bei einer Gallium-Arsenid-Diode, angelegt. Die Impulslänge beträgt zur Vermeidung von Überhitzungen zweckmäßigerweise 1 bis 10 Mikrosekunden. Da die Schwelle für eine kohärente stimulierte Lichtemission bei einer Gallium-Arsenid-Diode z. B. von der Temperatur der Diode abhängt, ist es zweckmäßig, zur Herabsetzung dieser Schwelle und zur Vermeidung von hohen Strömen die Temperatur zu senken. Wenn z. B. eine Gallium-Arsenid-Diode in ein Dewar-Gefäß mit flüssiger Luft bei einer Temperatur von etwa 77 ⁰K eingetaucht ist, dann liegt die Schwelle für eine kohärente Emission bei etwa 10000 A cm~², die bei 20 ⁰K auf weniger als 2000 A cm~² abnimmt. Da die Fläche des Übergangs ζ. B. etwa 0,0005 cm² beträgt, genügt eine gepulste Stromquelle von 2 A bei 77 ⁰K oder eine Stromquelle von 0,4 A bei 20 ⁰K.

Zur Erzeugung einer wirksamen Frequenzmodulation wird die Größe des in Rückwärtsrichtung vorspannenden Stroms derart eingestellt, daß er den zufälligen Strom, der den Modulationsabschnitt des Übergangs vorwärts vorspannt, im wesentlichen auslöscht, was durch eine nahezu verschwindende Potentialdifferenz am Modulationsabschnitt angezeigt wird. Der Ausdruck »Rückwärtsvorspannung« soll dabei lediglich die Polarität des Stroms und nicht dessen Einfluß auf den Übergang angeben, obgleich der Modulationsabschnitt des Übergangs auch in vorteilhafter Weise leicht in Rückwärtsrichtung vorgespannt sein kann. Anschließend erzeugen geringe Stromschwankungen des Steuerstroms eine große und im wesentlichen lineare Frequenzmodulation in der kohärenten Ausgangsstrahlung, wie sich aus der F i g. 3, in der die Meßwerte von einem in oben beschriebener Weise hergestellten Ausführungsbeispiel aufgetragen sind, erkennen laßt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation eines optischen Senders (Laser) mit einer Halbleiterdiode als stimulierbarem Medium, die aus einem monokristallinen Halbleiterkörper mit zwei parallelen spiegelnden Stirnflächen, zwischen denen beim Betrieb eine stehende elektromagnetische Welle ausgebildet ist, und mit zwei entartet dotierten Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp besteht, zwischen denen der PN-Übergang senkrecht zu den spiegelnden Stirnflächen angeordnet ist und von denen die eine in zwei Abschnitte geteilt ist, welche nur durch einen dünnen, an den Übergang grenzenden Steg miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeabschnitt (5) der unterteilten Zone (2) und die ungeteilte Zone (3) an je einem Pol einer Gleichspannungsquelle (19) liegen, durch die der zwischen ihnen liegende, die durch mindestens eine spiegelnde Stirnfläche austretende kohärente Strahlung erzeugende, wirksame Teil des PN-Übergangs in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, während der Modulatorabschnitt (6) der unterteilten Zone (2) und die ungeteilte Zone (3) an den beiden Polen einer weiteren, variablen Gleichspannungsquelle (21) liegen, durch die der zwischen ihnen liegende Teil des Übergangs derart in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist, daß der Rückwärtsstrom die in diesem Teil von der anderen Gleichspannungsquelle (19) bewirkte Vorspannung in Vorwärtsrichtung nahezu aufhebt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY

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