[LT] Pasiūlymas yra iš puslaidininkinės elektronikos srities, o būtent puslaidininkinių lazerių, turinčių p-n sandūras, ir gali būti vartojamas elektrooptinėse ryšio sistemose, greitaveikėse impulsinės elektronikos schemose, elektroninėse automatikos sistemose, funkcinės elektronikos sistemose, ir t. t. Pasiūlytame puslaidininkiniame lazeryje yra panaudotas atskiras nepriklausomas skirtingų krūvininkų – skylių p ir elektronų n injekcijos metodas į savitojo – i– laidumo puslaidininkinę optinės generacijos – aktyviąją i– sritį, kurioje skylių p ir elektronų n injekcijos šaltiniai yra tranzistoriai p+–n–p ir n+–p–n dariniai, sumontuoti betarpiškai i– srityje. Palyginus su analogu, pasiūlyti puslaidininkinio lazerio variantai ir įtaisai su jais pasižymi didesne veikimo sparta, didesnėmis funkcinėmis savybėmis ir didesnėmis energetinėmis charakteristikomis.
[EN] The proposal is in the field of semiconductor electronics, namely, semiconductor lasers with p-n junctions, and can be used in electro-optical communication systems, and can be used speed pulsed electronic schemes, electronic automation systems, functional electronics systems, and so on. The proposed semiconductor laser is used to separate different independent charge carriers – electrons n and holes p injection in the specific conductivity i– semiconductor optical generate – active i– region, where electrons n and holes p injection sources are p+–n–p and n+–p–n bipolar transistors mounted directly in the field of active i– region. Compared with the analogue, semiconductor laser and proposed the devices with him, has increased the speed of the higher functionality, and higher energetic performance.
[0001] Pasiūlymas yra iš puslaidininkinės elektronikos srities, o būtent puslaidininkinių lazerių, turinčių p–n sandūras, ir gali būti vartojamas elektrooptinėse ryšio sistemose, greitaveikėse impulsinės elektronikos schemose, elektroninėse automatikos sistemose, funkcinės elektronikos sistemose, ir t. t.
[0002] Analogas yra puslaidininkinis lazeris, sudarytas iš dviejų skirtingo laidumo sluoksnių –skylinio (p–) ir elektroninio (n–), sudarančių p–n sandūrą, n– ir p– sluoksnių paviršiuose yra sumontuoti ominiai kontaktai atitinkamai katodo Kt ir anodo A, o p–n sandūros darinys yra padarytas Fabri-Pero optinio rezonatoriaus pavidalu (Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах / Пер. с англ. – 2-е перераб. и доп. изд. - М.: Мир, 1984. - 456 + 456 с., ил.; Antroji knyga – 26 pav., 301 p.).
[0003] Analogo trūkumas yra tai, jog optinės generacijos aktyvioji sritis negali būti laisvai parenkamų geometrinių ir elektrinių parametrų, o tai riboja įtaiso funkcines savybes ir todėl elektrooptiniai parametrai nėra optimalūs.
[0004] Analogo trūkumams pašalinti, puslaidininkiniame lazeryje, sudarytame iš dviejų skirtingo laidumo sluoksnių – skylinio (p–) ir elektroninio (n–), sudarančių p–n sandūrą, kurioje yra optinės generacijos – aktyvioji sritis, n– ir p– sluoksnių paviršiuose sumontuoti ominiai kontaktai, atitinkamai katodo Kt ir anodo A, o p–n sandūros darinys padarytas Fabri-Pero optinio rezonatoriaus pavidalu, kitaip padaryta įtaiso konstrukcija, kurioje optinės generacijos aktyvioji sritis padaryta iš savitojo laidumo – i– tipo puslaidininkio, ši aktyvioji i– sritis patalpinta tarp dviejų lygiagrečių veidrodžių, sudarančių Fabri-Pero optinį rezonatorių, priešingose aktyviosios i– srities pusėse, nesančiose tarp veidrodžių, suformuoti atitinkami tranzistoriniai n+–p–n ir p+–n–p dariniai, kurių išorinės stipriai legiruotos n+– ir p+– sritys – emiteriai E(n; p) ir vidurinės vidutiniškai stipriai legiruotos p– ir n– sritys – bazės B(p; n) turi po vieną atitinkamą emiterio E(n; p) ir bazės B(p; n) ominius kontaktus E(n; p) ir B(p; n), tranzistoriniuose n+–p–n ir p+–n–p dariniuose atitinkamos kolektorinės n– ir p– sritys suformuotos ant aktyviosios i– srities atitinkamų priešpriešiais esančių paviršių, o aktyviosios i– srities vienas iš laisvų paviršių turi bendrą ominį kontaktą K o.
[0005] Kitame puslaidininkinio lazerio variante kitaip padaryta įtaiso konstrukcija, o būtent, optinės generacijos – aktyvioji i– sritis patalpinta tarp p– ir n– sluoksnių, sudarančių su i– sritimi atitinkamas p-i ir n-i sandūras, p– ir n– sluoksniuose suformuotos planarinės (paviršinės) konstrukcijos atitinkami tranzistoriniai p+–n–p ir n+–p–n dariniai, kuriuose p+– ir n+– sritys yra emiteriai, atitinkamai Ep ir En, kurie suformuoti atitinkamų p– ir n– sluoksnių paviršiuose, i– srityje priešais tranzistorinius p+–n–p ir n+–p–n darinius suformuotos atitinkamos kolektorinės paslėptos p+– ir n+– sritys, aplink kurias suformuoti atitinkami n+– ir p+– žiedai, atstumas d1 tarp paslėptų p+– ir n+– sričių padarytas mažesnis už krūvininkų mažiausią difuzijos ilgį Ld min > d1 i– srityje ir kartu didesnis už (0,5·Ld min) < d1, atstumas d2 tarp n+– ir p+– žiedų padarytas didesnis už n+-i ir p+-i sandūrų nuskurdintų sričių suminį didžiausią storį d+ max < d2 i– srityje, čia n+-i ir p+-i sandūros yra tarp i– srities ir atitinkamai n+– ir p+– žiedų, atstumas d3 tarp p+–n–p darinio n– bazės Bn sluoksnio ir paslėptos p+– srities ir kartu atstumas d3 tarp n+–p–n darinio p– bazės Bp sluoksnio ir paslėptos n+– srities padaryti mažesni už kolektorinių p-n sandūrų nuskurdintų sričių neutralų storį dpn 0 > d3 atitinkamuose kolektorių p– ir n– srityje, o paslėptų p+– ir n+– sričių plotai S(p; n) padaryti didesni už atitinkamų p+– ir n+– emiterių E(p; n) plotus S(Ep; En) < S(p; n).
[0006] Dar kitame puslaidininkinio lazerio variante kitaip padarytas įtaisas, o būtent planarinės (paviršinės) konstrukcijos, kurioje, pavyzdžiui, epitaksinis i– sluoksnis užaugintas ant dielektrinio padėklo ir kartu aušinimo radiatoriaus, i– sluoksnyje per visą jo storį iki padėklo suformuotos dvi lygiagrečios n– ir p– sritys, atitinkamai n– ir p– kolektoriai Kn; p, tarp kurių esanti i– sritis yra optinės generacijos – aktyvioji i– sritis, n– ir p– kolektorių K(n; p) srityse suformuotos atitinkamai p– ir n– sritys, atitinkamai p– ir n– bazės B(p; n), p– ir n– bazių B(p; n) srityse suformuotos atitinkamai n+– ir p+– sritys, atitinkamai n+– ir p+– emiteriai E(n; p), n– ir p– kolektorių, p– ir n– bazių, n+– ir p+– emiterių, bei aktyviosios i– sričių paviršiuose yra lygiagrečių juostelių pavidalu suformuoti atitinkami metaliniai ominiai kontaktai – išvadai K(n; p), B(p; n), E(n; p) ir Ko, išilgai tarp p– bazės kontakto Bp ir n+– emiterio kontakto En, bei tarp n– bazės kontakto Bn ir p+– emiterio kontakto Ep, padarytos elektrai nelaidžios izoliacinės sritys, pavyzdžiui, išėsdinti grioveliai ir užpildyti dielektriku, pavyzdžiui, SiO2, izoliuojantys pasyviąją bazės sritį nuo emiterio srities, o izoliuojančių sričių įterpimo gylis padarytas mažesnis už emiterinių sričių įterpimo gylį.
[0007] Planarinės konstrukcijos puslaidininkinio lazerio variante metalinių kontaktų E(p; n) ir B(n; p) geometrija yra lygiagrečių juostelių pavidalo ir jų ilgis atitinka aktyviosios i– srities ilgį li > d1, o planariniai tranzistoriai n+–p–n ir p+–n–p dariniai užima visą aktyviosios i– srities ilgį li.
[0008] Kitame planarinės konstrukcijos puslaidininkinio lazerio variante kolektorių K(p; n) ir bazių B(p; n) metalinių kontaktų K(p; n) ir B(n; p) geometrija yra lygiagrečių juostelių pavidalo ir jų ilgis atitinka aktyviosios i– srities ilgį li > d1, o planariniai tranzistoriniai n+–p–n ir p+–n–p dariniai padaryti N ≥ 1, 2, ... celių pavidalų, išdėstytų išilgai aktyviosios i– srities ilgio li ir užima visą aktyviosios i– srities ilgį li. Čia celėje esančio tranzistorinio n+–p–n ir p+–n–p darinio emiterio E(n, p) atitinkama n+– ir p+– sritis nuo bazės B(p; n) atitinkamos p+– ir n+– srities izoliuota atitinkamomis elektrai nelaidžiomis izoliacinėmis sritimis, paliekant neizoliuotas atitinkamas emiterio E(n; p) ir bazės B(p; n) sritys, esančias šalia aktyviosios i– srities.
[0009] Analogo trūkumams pašalinti puslaidininkinio lazerio jungimo grandinėje, sudarytoje iš puslaidininkinio įtaiso ir įtampos šaltinio, kitaip padaryta valdymo grandinė, kurioje puslaidininkinis įtaisas turi du skirtingo laidumo tranzistorinius n–p–n ir p–n–p darinius su atitinkamais emiterių E(n; p) ir bazių B(p; n) išvadais, bei bendru aktyviosios i– srities išvadu Ko, bazių išvadai B(p; n) sujungti su bendru išvadu Ko ir kartu su "žeme" – nulinio potencialo šyna, vienas iš emiterių E(n, p), pavyzdžiui, Ep sujungtas su pirmojo įtampos šaltinio pirmuoju poliumi, o kitas emiteris En sujungtas su papildomo – antrojo įtampos šaltinio pirmuoju poliumi ir šių šaltinių atrieji poliai sujungti su "žeme".
[0010] Kitame puslaidininkinio lazerio jungimo grandinės variante yra įjungtas puslaidininkinis įtaisas, papildomai turintis p– ir n– kolektorių K(p; n) atitinkamus išvadus K(p; n), kurių vienas, pavyzdžiui, Kp sujungtas su papildomo – trečiojo įtampos šaltinio pirmuoju poliumi, o kitas kolektorius Kn sujungtas su papildomo – ketvirtojo įtampos šaltinio pirmuoju poliumi ir šių šaltinių atrieji poliai sujungti su "žeme".
[0011] Dvigubos injekcijos puslaidininkinio lazerio (DIPL) konstrukcijos bendrasis vaizdas ir jungimo grandinės principinė schema yra parodyti Fig. 1, a, o DIPL schemotechninis žymuo – Fig. 1, b. DIPL konstrukcijos varianto su planariniais tranzistoriniais n–p–n ir p–n–p dariniais pjūvis yra parodytas Fig. 2. DIPL planarinės konstrukcijos pjūvis yra parodytas Fig. 3, o metalinių kontaktų geometrija ir jų išdėstymas planarinio darinio paviršiuje, kai planariniai tranzistoriniai n–p–n ir p–n–p dariniai užima visą aktyviosios i– srities ilgį li, yra parodyti Fig. 4. Metalinių kontaktų geometrija ir jų išdėstymas planarinio darinio paviršiuje, kai planariniai tranzistoriniai n–p–n ir p–n–p dariniai yra padaryti N ≥ 1, 2, ... celių pavidalų, išdėstytų išilgai aktyviosios i– srities ilgio li, yra parodyti Fig. 5. Fig. 1–Fig. 5 skaičiais pažymėta: 1 – savitojo laidumo – i– tipo puslaidininkinė optinės generacijos aktyvioji sritis; 2–4 –p–n–p tranzistorinio darinio atitinkamai p– kolektorius Kp, n– bazė Bn ir p– emiteris Ep; 5–7 – n–p–n tranzistorinio darinio atitinkamai n– kolektorius Kn, p– bazė Bp ir n– emiteris En; 8 ir 9 – tranzistorinių darinių p–n–p ir n–p–n atitinkamos kolektorinės paslėptos p+– ir n+– sritys; 10 ir 11 – aplink paslėptas p+– (8) ir n+– (9) sritis suformuoti atitinkami n+– ir p+– žiedai; 12 ir 13 – Fabri-Pero optinio rezonatoriaus veidrodžiai, atitinkamai dalinio atspindžio ir visiško atspindžio; 14 – "žemė" – nulinio potencialo šyna; 15–18 – atitinkamai pirmasis–ketvirtasis įtampos šaltiniai; 19 – dielektrinis padėklas ir kartu aušinimo radiatorius; 20 ir 21 – elektrai nelaidžios izoliacinės sritys, izoliuojančios pasyviąsias bazių 3 ir 6 atitinkamai n– ir p– sritys nuo atitinkamų emiterių E(p, n) p+– ir n+– sričių 4 ir 7, atitinkamuose tranzistoriniuose p–n–p (2–4) ir n–p–n (5–7) dariniuose. Fig. 6 yra parodytos DIPL (Fig. 1, a) veikos laiko t diagramos, kai poveikiai u in (1; 2) (t) yra harmoniniai signalai. Fig. 7 yra parodyta spinduliuojamų optinių impulsų Φ (t) srauto intensyvumo Φo priklausomybė nuo poveikio harmoninių signalų u in (1; 2) (t) fazių φ in (1; 2) skirtumo Δφ = φ in 1 – φ in 2, kai šių poveikių signalų u in (1; 2) (t) dažniai ω in 1 = ω in 2. Fig. 8 yra parodytos DIPL (Fig. 1, a) veikos laiko t diagramos, kai poveikių u in (1; 2) (t) harmoninių signalų dažniai ω in (1; 2) skiriasi du kartus – ω in 2 = 2·ω in 1.
[0012] DIPL (Fig. 1, a) konstrukcijoje yra optinės generacijos – aktyvioji sritis 1, kuri padaryta iš savitojo laidumo – i– tipo puslaidininkio, ir ši aktyvioji i– sritis 1 patalpinta tarp dviejų lygiagrečių veidrodžių 12 ir 13, sudarančių Fabri-Pero optinį rezonatorių, kuriame, pavyzdžiui, veidrodis 12 yra dalinai atspindintis, o veidrodis 13 yra visiškai atspindintis. Priešingose aktyviosios i– srities 1 pusėse, nesančiose tarp veidrodžių 12 ir 13, suformuoti atitinkami tranzistoriniai n–p–n (2–4) ir p–n–p (5–7) dariniai, turintys po vieną atitinkamą emiterio En (7) ir Ep (4), bei bazės Bp (6) ir Bn (3) ominius kontaktus. Tranzistorinių n–p–n (2–4) ir p–n–p (5–7) darinių atitinkamos kolektorinės n– (5) ir p– (2) sritys suformuotos ant aktyvios i– srities 1 atitinkamų priešpriešiais esančių paviršių, o aktyvios i– srities 1 bet kuris iš laisvų paviršių turi bendrą ominį kontaktą Ko, pavyzdžiui, visiško atspindžio metalinis veidrodis 13.
[0013] Kitame DIPL variante (Fig. 2) optinės generacijos – aktyvioji i– sritis 1 patalpinta tarp p– (2) ir n– (5) sluoksnių, sudarančių su i– sritimi 1 atitinkamas p–i ir n–i sandūras 2-1 ir 5-1, o p– (2) ir n– (5) sluoksniuose suformuotos planarinės konstrukcijos atitinkami tranzistoriniai p+–n–p (2–4) ir n+–p–n (5–7) dariniai, kuriuose p+– (4) ir n+– (7) sritys yra emiteriai, atitinkamai Ep (4) ir En (7), kurie suformuoti atitinkamų p– (2) ir n– (5) sluoksnių paviršiuose. Optinės generacijos i– srityje 1 priešais tranzistorinius p+–n–p (2–4) ir n+–p–n (5–7) darinius suformuotos atitinkamos kolektorinės paslėptos p+– (8) ir n+– (9) sritys, aplink kurias suformuoti atitinkami n+– (10) ir p+– (11) žiedai. Atstumas d1 tarp paslėptų p+– (8) ir n+– (9) sričių padarytas mažesnis už krūvininkų mažiausią difuzijos ilgį Ld min > d1 i– srityje 1 ir kartu didesnis už (0,5·Ld min) < d1, o atstumas d2 tarp n+– (10) ir p+– (11) žiedų padarytas didesnis už n+–i (10-1) ir p+–i (11-1) sandūrų nuskurdintų sričių suminį didžiausią storį d+ max < d2 i– srityje 1, čia n+–i (10-1) ir p+–i (11-1) sandūros yra tarp i– srities 1 ir atitinkamai n+– (10) ir p+– (11) žiedų. Atstumas d3 tarp p+–n–p (2–4) darinio n– bazės Bn sluoksnio 3 ir paslėptos p+– srities 8 ir kartu atstumas d3 tarp n+–p–n (5–7) darinio p– bazės Bp sluoksnio 6 ir paslėptos n+– srities 9 padaryti mažesni už kolektorinių p–n sandūrų 2-3 ir 5-6 nuskurdintų sričių neutralų storį dpn 0 > d3 atitinkamose kolektorių p– (2) ir n– (5) srityse, o paslėptų p+– (8) ir n+– (9) sričių plotai S(p; n) padaryti didesni už atitinkamų p+– (4) ir n+– (7) emiterių Ep (4) ir En (7) atitinkamus plotus S(Ep; En) < S(p; n).
[0014] Dar kitame DIPL variante (Fig. 3) įtaisas padarytas planarinės (paviršinės) konstrukcijos, kurioje, pavyzdžiui, epitaksinis i– sluoksnis 1 užaugintas ant dielektrinio padėklo 19 ir kartu aušinimo radiatoriaus 19. Epitaksiniame i– sluoksnyje 1 per visą jo storį h i iki padėklo 19 suformuotos dvi lygiagrečios n– (5) ir p– (2) sritys, atitinkamai n– ir p– kolektoriai Kn (5) ir Kp (2), tarp kurių esanti i– sritis 1 yra optinės generacijos – aktyvioji i– sritis 1. Kolektorių Kn (5) ir Kp (2) atitinkamose n– (5) ir p– (2) srityse suformuotos atitinkamai p– (6) ir n– (3) sritys, atitinkamai p– ir n– bazės Bp (6) ir Bn (3). Bazių Bn (3) ir Bp (6) atitinkamose n– (3) ir p– (6) srityse suformuotos atitinkamai p+– (4) ir n+– (7) sritys, atitinkamai n+– ir p+– emiteriai En (7) ir Ep (4). Atitinkamose n– (5) ir p– (2) kolektorių Kn (5) ir Kp (2), p– (6) ir n– (3) bazių Bp (6) ir Bn (3), n+– (7) ir p+– (4) emiterių En (7) ir Ep (4), bei aktyviosios i– (1) sričių paviršiuose lygiagrečių juostelių pavidalu suformuoti atitinkami ominiai kontaktai – išvadai K(n; p) (5; 2), B(p; n) (6; 3), E(n; p) (7; 4) ir Ko (13). Išilgai tarp p– (6) bazės kontakto Bp (6) ir n+– (7) emiterio kontakto En (7), bei tarp n– (3) bazės kontakto Bn (3) ir p+– (4) emiterio kontakto Ep (4) padarytos elektrai nelaidžios izoliacinės sritys 20 ir 21, pavyzdžiui, išėsdinti grioveliai 20 ir 21, bei užpildyti, pavyzdžiui, SiO2 intarpu. Izoliacinės sritys 20 ir 21 izoliuoja bazių B(n, p) pasyviąsias sritys 3 ir 6 nuo šalia esančių atitinkamų emiterių E(p; n) sričių 4 ir 7, o izoliuojančių sričių 20 ir 21 įterpimo gyliai h iz padaryti mažesni už emiterinių sričių 4 ir 7 įterpimo gylius h E ≥ h iz. Aktyviosios i– srities 1 plotis d1 ir kartu atstumas tarp p– (2) ir n– (5) kolektorinių sričių padarytas mažesnis už krūvininkų mažiausią difuzijos ilgį Ld min > d1 i– srityje 1 ir kartu didesnis už (0,5·Ld min) < d1. Atstumas d3 tarp p+–n–p (2–4) darinio n– bazės Bn srities 3 ir aktyviosios i– srities 1 ir kartu atstumas d3 tarp n+–p–n (5–7) darinio p– bazės Bp srities 6 ir aktyviosios i– srities 1 padaryti mažesni už kolektorinių p–n sandūrų 2-3 ir 5-6 nuskurdintų sričių neutralų storį dpn 0 > d3 atitinkamose kolektorių K(p; n) p– (2) ir n– (5) srityse. Bazių B(n; p) atitinkamų sričių 3 ir 6 įterpimo gyliai h B į i– sluoksnį 1 padaryti mažesni už i– sluoksnio 1 storį h i > h B. Atstumas d4 tarp p+–n–p (2–4) darinio p+– emiterio Ep srities 4 ir aktyviosios i– srities 1, ir kartu atstumas d4 tarp n+–p–n (5–7) darinio n+– emiterio En srities 6 ir aktyviosios i– srities 1, padaryti iš sąlygos: WB = d4 – d3 < L B – šalutinių krūvininkų difuzijos ilgis bazių B(n; p) srityse 3 ir 6. Įterpimo gyliai h E ir h B padaryti iš sąlygos: WB = h B – h E < LB, čia h B tenkina sąlygą – (h i – h B) ≈ dpn 0.
[0015] Planarinės konstrukcijos DIPL variante (Fig. 4) metalinių kontaktų geometrija yra lygiagrečių juostelių pavidalo ir jų ilgis atitinka aktyviosios i– srities 1 ilgį li > d1, o planariniai tranzistoriniai n+–p–n (5–7) ir p+–n–p (2–4) dariniai užima visą aktyviosios i– srities ilgį li.
[0016] Kitame planarinės konstrukcijos DIPL variante (Fig. 5) kolektorių K(p; n) ir bazių B(n; p) metalinių kontaktų, atitinkamai K(p; n) ir B(n; p), geometrija yra lygiagrečių juostelių pavidalo ir jų ilgis atitinka aktyviosios i– srities 1 ilgį li > d1, o planariniai tranzistoriniai n+–p–n (5–7) ir p+–n–p (2–4) dariniai padaryti N ≥ 1; 2; ... celių pavidalų, išdėstytų išilgai aktyviosios i– srities ilgio li, ir užima visą aktyviosios i– srities ilgį li. Čia celėje esančio tranzistorinio darinio emiterio sritis nuo bazės srities izoliuota atitinkamomis izoliacinėmis sritimis 20 ir 21, paliekant neizoliuotas sritis, esančias šalia aktyviosios i– srities 1.
[0017] DIPL (Fig. 3) gali būti pagamintas, pavyzdžiui, silicio (Si) planarinės technologijos būdu tokia operacijų seka: 1 – ant izoliacinio padėklo 19, pavyzdžiui safyro, pavyzdžiui, molekulinės epitaksijos būdu yra užauginamas savitojo laidumo – i– sluoksnis 1, kurio storis h i ≈ 10 µ; 2 – pirmosios difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant donorines priemaišas Nd (Kn) = 1016–1018 cm–3 epitaksiniame i– sluoksnyje 1 yra suformuojamas vidutiniškai stipriai legiruotas n– sluoksnis 5 – kolektoriaus Kn sritis 5, kurios įterpimo gylis atitinka h i; 3 – antrosios difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant akceptorines priemaišas Na (Kp) = 1016–1018 cm–3 epitaksiniame i– sluoksnyje 1 šalia n– sluoksnio 5 yra suformuojamas vidutiniškai stipriai legiruotas p– sluoksnis 2 – kolektoriaus Kp sritis 2, kurios įterpimo gylis atitinka h i ir atstumas d1 tarp lygiagrečių p– sluoksnio 2 ir n– sluoksnio 5 tenkina sąlygą – 0,5·Ld min < d1 < Ld min; 4 – trečiosios difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant akceptorines priemaišas Na (Bp) = 1016–1018 cm–3 n– sluoksnyje 5 yra suformuojamas vidutiniškai stipriai legiruotas p– sluoksnis 6 – bazės Bp sritis 6, kurios įterpimo gylis h B < h i, ir tenkina sąlygą – (h i – h B) ≈ dpn 0; 5 – ketvirtosios difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant donorines priemaišas Nd (Bn) = 1016–1018 cm–3 p– sluoksnyje 2 yra suformuojamas vidutiniškai stipriai legiruotas n– sluoksnis 3 – bazės Bn sritis 3, kurios įterpimo gylis h B < h i, ir tenkina sąlygą – (h i – h B) ≈ dpn 0; 6 – penktosios difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant donorines priemaišas Nd (En) = 1018–1020 cm–3 p– sluoksnyje 6 yra suformuojamas stipriai legiruotas n+– sluoksnis 7 – emiterio En sritis 7, kurios įterpimo gylis h E < h B, ir tenkina sąlygą – (h B – h E) < LB; 7 – šeštosios difuzijos arba joninės implantacijos būdu įterpiant akceptorines priemaišas Na (Ep) = 1018–1020 cm–3 n– sluoksnyje 3 yra suformuojamas stipriai legiruotas p+– sluoksnis 4 – emiterio Ep sritis 4, kurios įterpimo gylis h E < h B, ir tenkina sąlygą – (h B – h E) < LB; 8 – pavyzdžiui, plazminio ėsdinimo būdu yra suformuojamos izoliacinės sritys – grioveliai 20 ir 21, kurie gali būti užpildomi elektrai izoliacine medžiaga, pavyzdžiui, SiO2; 9 – pavyzdžiui, metalo dulkinimo – vakuuminio garinimo būdu ant atitinkamų sričių paviršiaus yra sudaromi ominiai kontaktai K(n; p; o), B(n; p) ir E(n; p).
[0018] DIPL (Fig. 1, a), turinčio du skirtingo tipo tranzistorinius p–n–p (2–4) ir n–p–n (5–7) darinius su atitinkamais emiterių E(p; n) ir bazių B(n; p) išvadais, bei bendru aktyviosios i– srities 1 išvadu Ko (13), bazių išvadai B(n; p) (3; 6) yra sujungti su bendru išvadu Ko (13) ir kartu su "žeme" (14) – nulinio potencialo šyna 14. Vienas iš emiterių E(p; n), pavyzdžiui, Ep (4) yra sujungtas su pirmojo įtampos šaltinio 15 pirmuoju poliumi, o kitas emiteris En (7) yra sujungtas su papildomo – antrojo įtampos šaltinio 16 pirmuoju poliumi ir šių šaltinių atrieji poliai yra sujungti su "žeme" 14.
[0019] Kitame DIPL jungimo grandinės variante (Fig. 3) yra įjungtas DIPL, papildomai turintis p– (2) ir n– (5) kolektorių 2 ir 5 atitinkamus išvadus Kp (2) ir Kn (5), kurių vienas, pavyzdžiui, Kp (2) yra sujungtas su papildomo – trečiojo įtampos šaltinio 17 pirmuoju poliumi, o kitas kolektorius Kn (5) yra sujungtas su papildomo – ketvirtojo įtampos šaltinio 18 pirmuoju poliumi, ir šių šaltinių 17 ir 18 atrieji poliai yra sujungti su "žeme" 14.
[0020] DIPL (Fig. 1, a) veikia tokiu būdu.
[0021] Pradiniu laiko momentu t = 0 tranzistoriniai p–n–p (2–4) ir n–p–n (5–7) dariniai yra "išjungtose" – "uždarytose" būsenose, ir todėl reakcijos signalo Φ (t) – šviesos srauto intensyvumas Φo = 0. Įjungia poveikio įtampų u in (1; 2) (t) atitinkamus šaltinius 15 ir 16, o reakcijos signalo – šviesos srauto Φ (t) parametrai priklauso nuo poveikio įtampų u in (1; 2) (t) parametrų. Kai poveikių signalai u in (1; 2) (t) yra, pavyzdžiui, tokio pat dažnio ω in (1; 2) ir vienodų fazių φ in (1; 2) harmoniniai signalai u in (1; 2) (t) = ± Uo (1; 2)·sin (ω in (1; 2)·t ± φ in (1; 2)), čia Uo (1; 2) – atitinkamų poveikių signalų u in (1; 2) (t) amplitudės, tai šiuo atveju Φ (t) intensyvumas Φo = 0, nes elektronai n ir skylės p į aktyviąją i– sritį 1 patenka skirtingais laiko t momentais – skylės p teigiamojo pusperiodžio metu, o elektronai n – neigiamojo pusperiodžio metu. Kai poveikių signalų u in (1; 2) (t) fazės φ in (1; 2) yra skirtingos ir jų skirtumas Δφ = |φ in 1 – φ in 2| = 180° = π rad, tai šiuo atveju Φ (t) yra impulsų pavidalo su amplitudės Φo didžiausiu intensyvumu Φmax, ir tai yra parodyta laiko t diagramose Fig. 6, čia taip pat yra pateiktos poveikių signalų u in (1; 2) (t) ir reakcijos Φ (t) laiko t diagramos. Iš Fig. 6, a ir b matome: laiko momentu t1 poveikių signalai u in (1; 2) (t1) = |Us| – slenkstinė įtampa, kai tranzistoriniai p–n–p (2–4) ir n–p–n (5–7) dariniai yra "pradaryti" tiek, kad į aktyviąją i– sritį 1 injektuojamų skylių p ir elektronų n pakanka užpildos inversijai – apgrąžai sudaryti, kurios metu priverstinė spinduliuojamoji rekombinacija viršija savaiminę rekombinaciją. Nuo šio momento t1 iki momento t*1 > t1, optinės spinduliuotės srauto Φ (t) amplitudė Φo didėja iki Φmax (t*1), ir toliau didėjant t > t*1, srauto Φ (t) amplitudė Φo mažėja, ir laiko momentu t2 > t*1 amplitudė Φo = 0 (Fig. 6, c), nes u in (1; 2) (t2) = |Us|. Kai laikas t yra intervale T ≥ t ≥ T/2, turime poveikių signalus u in (1; 2) (t), kurių pusperiodžių poliškumai atitinka tranzistorinių p–n–p (2–4) ir n–p–n (5–7) darinių "uždarymą", ir todėl tranzistoriniai dariniai yra "uždarytose" būsenose, o tai lemia Φo | T ≥ t ≥ T/2 = 0. Kai t > T ir toliau didėja, laiko momentu t3 > T poveikių signalai u in (1; 2) (t3) = |Us|, ir todėl tranzistoriniai p–n–p (2–4) ir n–p–n (5–7) dariniai "prasidaro" tiek, kad Φo > 0, ir toliau procesai kartojasi – puslaidininkinis lazeris (Fig. 1, a) spinduliuoja optinius impulsus Φ (t), kuriuose fotonų energija EΦ = h·ν, čia: h – Planko konstanta; ν – optinės spinduliuotės bangos dažnis. Fotonų energija EΦ ῀꞊ Eg – aktyviosios i– srities 1 puslaidininkinės medžiagos elektronų draustinų energijų juostos plotis. Spinduliuojamų optinių impulsų Φ (t) pasikartojimo dažnis ω Φ = ω in (1; 2).
[0022] Kitame DIPL jungimo grandinės variante (Fig. 3), DIPL veikia tokiu pat būdu, kaip ir DIPL, parodytas Fig. 1, a. Čia papildomai įjungti pastoviųjų įtampų + Ɛ1 ir – Ɛ2 atitinkami šaltiniai 17 ir 18 sudaro atitinkamus išilginius elektrinius laukus E1 ir E2, nukreiptus ašies x kryptimi (Fig. 3). Elektrinių laukų E1 ir E2 veikiamos skylės p ir elektronai n, esantys tarp padėklo 19 ir atitinkamos n– (3) bei p– (6) bazių Bn, p sričių 3 ir 6, dreifuoja link aktyviosios i– srities 1, ir tai stipriai padidina puslaidininkinio lazerio optinės spinduliuotės Φ (t) efektyvumą. Izoliacinės sritys 20 ir 21 sumažina emiterinių p–n sandūrų 3-4 ir 6-7 difuzines sroves, ir kartu sumažina poveikių signalų u in (1; 2) (t) galią, o tai padidina puslaidininkinio lazerio veikos efektyvumą, nes, sumažėjus poveikių signalų u in (1; 2) (t) galiai, puslaidininkinio lazerio optinės spinduliuotės Φ (t) intensyvumas Φo išlieka nepakitęs. Planariniai tranzistoriniai n+–p–n (5–7) ir p+–n–p (2–4) dariniai padaryti N ≥ 1; 2; ... celių pavidalo su emiterinėmis sritimis E(p; n) (1; 2; ... ; N) paviršiuje (Fig. 5), išdėstytomis išilgai aktyviosios i– srities ilgio l i, ir užimančiomis visą aktyviosios i– srities ilgį l i. Todėl ši konstrukcija panaikina tranzistorinių darinių lokalaus perkaitimo, ir kartu "sudegimo" galimybę, kuri atsiranda dėl netolygaus emiterio srovės tankio pasiskirstymo ilgos bazės tranzistoriuose.
[0023] Iš Fig. 6 matome, kad spinduliuojamų optinių impulsų Φ (t) srauto intensyvumas Φo, ir kartu optinė galia PΦ, priklauso nuo poveikių signalų u in (1; 2) (t) fazių φ in (1; 2) skirtumo Δφ = |φ in 1 – φ in 2| taip, kaip parodyta Fig. 7, čia Φo – optinių impulsų Φ (t) amplitudė. Analogiška priklausomybė bus ir nuo poveikių signalų u in (1; 2) (t) dažnių ω in (1; 2) skirtumo Δω = |ω in 1 – ω in 2|, kai Δω /ω in (1; 2) 0,2–0,3. Tai praplečia DIPL funkcines savybes, leidžiančias jį taikyti fazinės-dažninės detekcijos įtaisuose. Kai, pavyzdžiui, ω in 2 = 2·ω in 1, tai šuo atveju turime dažnio ω in dalinimą iš dviejų, ir ši veika yra parodyta laiko t diagramose Fig. 8. Iš Fig. 8 matome, kad optinė spinduliuotė Φ (t) su Φo > 0 yra galima tik laiko tarpais t1–t2, t3–t4, ir t. t., nes tik tada elektronai n ir skylės p kartu – tuo pačiu laiko momentu patenka į aktyviąją i– sritį 1. Tai taip pat išplečia DIPL funkcines savybes. Dvipolių tranzistorinių darinių veikimo sparta gali siekti dešimtis GHz ir tai padidina DIPL veikimo spartą.
[0024] Atsižvelgiant į išnagrinėto puslaidininkinio įtaiso veiką jį galima vadinti dvigubos injekcijos puslaidininkiniu lazeriu – DIPL.
[0025] Palyginus su analogu, pasiūlyti DIPL variantai ir įtaisai su jais pasižymi didesne veikimo sparta, didesnėmis funkcinėmis savybėmis ir didesnėmis energetinėmis charakteristikomis.
1. Dvigubos injekcijos puslaidininkinis lazeris (DIPL), sudarytas iš dviejų skirtingo laidumo sluoksnių – skylinio (p–) ir elektroninio (n–), sudarančių p–n sandūrą, kurioje yra optinės generacijos – aktyvioji sritis, n– ir p– sluoksnių paviršiuose sumontuoti ominiai kontaktai, atitinkamai katodo Kt ir anodo A, o p–n sandūros darinys padarytas Fabri-Pero optinio rezonatoriaus pavidalu, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad optinės generacijos – aktyvioji sritis padaryta iš savitojo laidumo – i– tipo puslaidininkio ir aktyvioji i– sritis patalpinta tarp dviejų lygiagrečių veidrodžių, sudarančių Fabri-Pero optinį rezonatorių, priešingose aktyviosios i– srities pusėse, nesančiose tarp veidrodžių, suformuoti skirtingo laidumo atitinkami tranzistoriniai n+–p–n ir p+–n–p dariniai, kurių išorinės stipriai legiruotos n+– ir p+– sritys – emiteriai E(n; p) ir vidurinės vidutiniškai stipriai legiruotos p– ir n– sritys – bazės B(p; n) turi po vieną atitinkamą emiterio E(n; p) ir bazės B(p; n) atitinkamus ominius kontaktus E(n; p) ir B(p; n), tranzistoriniuose n+–p–n ir p+–n–p dariniuose atitinkamos kolektorinės n– ir p– sritys suformuotos ant aktyviosios i– srities atitinkamų priešpriešiais esančių paviršių, o aktyviosios i– srities vienas iš laisvų paviršių turi bendrą ominį kontaktą Ko.
2. DIPL pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad optinės generacijos – aktyvioji i– sritis patalpinta tarp p– ir n– sluoksnių, sudarančių su i– sritimi atitinkamas p-i ir n-i sandūras, p– ir n– sluoksniuose suformuotos planarinės konstrukcijos atitinkami tranzistoriniai p+–n–p ir n+–p–n dariniai, kuriuose p+– ir n+– sritys yra emiteriai, atitinkamai Ep ir En, kurie suformuoti atitinkamų p– ir n– sluoksnių paviršiuose, i– srityje priešais tranzistorinius p+–n–p ir n+–p–n darinius suformuotos atitinkamos kolektorinės paslėptos p+– ir n+– sritys, aplink kurias suformuoti atitinkami n+– ir p+– žiedai, atstumas d1 tarp paslėptų p+– ir n+– sričių padarytas mažesnis už krūvininkų mažiausią difuzijos ilgį Ld min > d1 i– srityje ir kartu didesnis už (0,5·Ld min) < d1, atstumas d2 tarp n+– ir p+– žiedų padarytas didesnis už n+-i ir p+-i sandūrų nuskurdintų sričių suminį didžiausią storį d+ max < d2 i– srityje, čia n+-i ir p+-i sandūros yra tarp i– srities ir atitinkamai n+– ir p+– žiedų, atstumas d3 tarp p+–n–p darinio n– bazės Bn sluoksnio ir paslėptos p+– srities ir kartu atstumas d3 tarp n+–p–n darinio p– bazės Bp sluoksnio ir paslėptos n+– srities padaryti mažesni už kolektorinių p-n sandūrų nuskurdintų sričių neutralų storį dpn 0 > d3 atitinkamuose kolektorių p– ir n– srityje, o paslėptų p+– ir n+– sričių atitinkami plotai S(p; n) padaryti didesni už atitinkamų p+– ir n+– emiterių E(p; n) atitinkamus plotus S(Ep; En) < S(p; n).
3. DIPL pagal 2 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad įtaisas padarytas planarinės (paviršinės) konstrukcijos, kurioje, pavyzdžiui, epitaksinis i– sluoksnis užaugintas ant dielektrinio padėklo ir kartu aušinimo radiatoriaus, i– sluoksnyje per visą jo storį iki padėklo suformuotos dvi lygiagrečios n– ir p– sritys, atitinkamai n– ir p– kolektoriai K(n; p), tarp kurių esanti i– sritis yra optinės generacijos – aktyvioji i– sritis, n– ir p– kolektorių K(n; p) srityse suformuotos atitinkamai p– ir n– sritys, atitinkamai p– ir n– bazės B(p; n), p– ir n– bazių B(p; n) srityse suformuotos atitinkamai n+– ir p+– sritys, atitinkamai n+– ir p+– emiteriai E(n; p), n– ir p– kolektorių, p– ir n– bazių, n+– ir p+– emiterių, bei aktyviosios i– sričių paviršiuose lygiagrečių juostelių pavidalu suformuoti atitinkami metaliniai ominiai kontaktai – išvadai K(n; p), B(p; n), E(n; p) ir Ko, išilgai tarp p– bazės kontakto Bp ir n+– emiterio kontakto En, bei tarp n– bazės kontakto Bn ir p+– emiterio kontakto Ep, padarytos elektrai nelaidžios izoliacinės sritys, pavyzdžiui, išėsdinti grioveliai ir užpildyti, pavyzdžiui, SiO2, izoliuojantys pasyviąją bazės sritį nuo emiterio srities, o izoliuojančių sričių įterpimo gylis padarytas mažesnis už emiterinių sričių įterpimo gylį.
4. DIPL pagal 3 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad metalinių kontaktų E(p; n) ir B(n; p) geometrija padaryta lygiagrečių juostelių pavidalo ir jų ilgis atitinka aktyviosios i– srities ilgį, o planariniai tranzistoriniai n+–p–n ir p+–n–p dariniai užima visą aktyviosios i– srities ilgį.
5. DIPL pagal 3 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad planariniai tranzistoriniai n+–p–n ir p+–n–p dariniai padaryti N ≥ 1; 2; ... celių pavidalų, išdėstytų išilgai aktyviosios i– srities ilgio l i ir užima visą aktyviosios i– srities ilgį l i, čia celėje esančio tranzistorinio n+–p–n ir p+–n–p darinio emiterio E(n; p) atitinkama n+– ir p+– sritis nuo bazės B(p; n) atitinkamos p+– ir n+– srities izoliuota atitinkamomis elektrai nelaidžiomis izoliacinėmis sritimis, paliekant neizoliuotas atitinkamas emiterio E(n; p) ir bazės B(p; n) sritys, esančias šalia aktyviosios i– srities.
6. DIPL pagal 1 punktą jungimo grandinė, sudarytoje iš DIPL ir įtampos šaltinio, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad bazių išvadai B(p; n) sujungti su bendru išvadu Ko ir kartu su "žeme" – nulinio potencialo šyna, vienas iš emiterių E(n; p), pavyzdžiui, Ep sujungtas su pirmojo įtampos šaltinio pirmuoju poliumi, o kitas emiteris En sujungtas su papildomo – antrojo įtampos šaltinio pirmuoju poliumi ir šių šaltinių atrieji poliai sujungti su "žeme".
7. DIPL pagal punktą 3 jungimo grandinė pagal punktą 6, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad vienas kolektorių K(p; n) išvadų, pavyzdžiui, Kp sujungtas su papildomo – trečiojo įtampos šaltinio pirmuoju poliumi, o kitas kolektorius Kn sujungtas su papildomo – ketvirtojo įtampos šaltinio pirmuoju poliumi ir šių šaltinių atrieji poliai sujungti su "žeme".