ОПТИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ ПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ОПТИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ ПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ


RU (11) 2222853 (13) C2

(51) 7 H01S5/00, H01S5/30 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000126844/28 
(22) Дата подачи заявки: 1999.03.31 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.03.31 
(43) Дата публикации заявки: 2002.09.27 
(45) Опубликовано: 2004.01.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: ЕР 829934, 18.03.1998. US 5111467, 05.05.1992. US 5453405, 26.09.1995. US 5461637, 24.10.1995. JP 02-045994, 15.02.1990. JP 09-283860, 31.10.1997. JP 09-260763, 03.10.1997. JP 09-260765, 03.10.1997. JP 63-090878, 21.04.1988. RU 2109381 С1, 20.04.1998. RU 2110875 С1, 10.05.1998. 
(72) Автор(ы): СИМИЗУ Мицуаки (JP) 
(73) Патентообладатель(и): ДЖЭПЭН ЭЗ РЕПРЕЗЕНТЕД БАЙ ДАЙРЕКТОР ДЖЕНЕРАЛ ОФ ЭЙДЖЕНСИ ОФ ИНДАСТРИАЛ САЙЕНС ЭНД ТЕКНОЛОДЖИ (JP) 
(74) Патентный поверенный: Егорова Галина Борисовна 
(85) Дата соответствия ст.22/39 PCT: 2000.10.25 
(86) Номер и дата международной или региональной заявки: JP 99/01689 (31.03.1999) 
(87) Номер и дата международной или региональной публикации: WO 00/60710 (12.10.2000) 
Адрес для переписки: 129010, Москва, ул. Б.Спасская, 25, стр.3, ООО "Юридическая фирма Городисский и Партнеры", пат.пов. Ю.Д. Кузнецову 

(54) ОПТИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ ПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 

Оптический усилитель поверхностного типа имеет активный слой (13) участка (11) усиления света, размещенный между плакировочным слоем (12) полупроводника n-типа, который является полупроводниковым слоем n-типа, и многослойным отражательным зеркалом (14) полупроводника р-типа. Участок усиления света крепят к прозрачной подложке (21) на стороне плакировочного слоя полупроводника n-типа. Множество разделенных электродов (16) обеспечивает электрическую непрерывность относительно многослойного отражательного зеркала в виде полупроводника р-типа через защитное покрытие (15) р-типа, образованное на отражательном зеркале. Электрод (18), образующий электрическую непрерывность относительно плакировочного слоя полупроводника n-типа, подсоединяют к монтажному проводу (20), предусмотренному на поверхности прозрачной подложки. Оптический усилитель обеспечивает возможность усиления единичного равномерного светового луча большого диаметра и колебание лазера. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к оптическим усилителям поверхностного типа, используемым в качестве поверхностного излучающего свет лазера и так далее, когда резонатор размещен с внешней стороны усилителя, и способу их изготовления. Оптический усилитель "поверхностного типа" относится здесь к устройству, содержащему световой функциональный участок для усиления и излучения света и подложку для физического поддержания участка, осуществляющего функции усиления света, в котором излучаемый свет усиливается под определенным углом относительно поверхности подложки, обычно в направлении пересечения поверхности подложки под прямым углом (в нормальном направлении).

Известный уровень техники

Что касается оптических усилителей поверхностного типа, то имеется устройство, раскрытое в ссылочной литературе 1: "Полупроводниковые лазеры вертикальной полости с синхронизацией мод и электрической накачкой" (У. Джанг, М. Шимицу, Р. П.Мирин, Т.И.Ринальдс и Дж.И.Боуверс, "Документы по оптике", том 18, 22, стр.1937-1939, 1993 г.) "Electrically pumped mode-locked vertical-cavity semiconductor lasers" (W.Jiang, M.Shimizu, R.P.Mirin, T.E.Reynolds and J.Е.Bowers, Optics Letters, Vol. 18, 22, pp.1937-1939, 1993). Как показано на фиг.2, известное устройство 30 оптического усилителя поверхностного типа конструктивно содержит подложку 31 из GaAs n-типа, на которую наносятся многослойное отражательное зеркало из полупроводника 32 n-типа, слой 33 плакирования n-типа, активный слой 34 из GaAs n-типа, плакировочный слой 35 р-типа, слой 37 из AlGaAs р-типа и контактный слой 38 из GaAs р-типа в упомянутом порядке. Слой 37 AlGaAs р-типа и контактный слой 38 из GaAs р-типа частично вырезают в форме, имеющей предварительно определенную площадь поверхности. На верхнюю поверхность контактного слоя из GaAs р-типа наносят неотражающее покрытие 39. На плакировочном слое 35 р-типа образуют поверхностный электрод 40 с проложенной между ними изоляционной пленкой 36 таким образом, чтобы окружить вырезанные участки и обеспечить соприкосновение с верхней периферийной частью контактного слоя 38 из GaAs р-типа. На нижнюю поверхность подложки 31 р-типа наносят электрод 41 подложки.

Инжекция носителей в активный слой 34 GaAs n-типа достигается посредством инжекции тока, то есть посредством подведения напряжения между электродом 40 поверхности и электродом 41 подложки.

Дырки инжектируются от поверхностного электрода 40 в активный слой 34 GaAs n-типа последовательно через контактный слой 38 GaAs р-типа, слой 37 AlGaAs р-типа и плакировочный слой 35 р-типа. Электроны инжектируются от электрода 41 подложки в активный слой 34 GaAs n-типа последовательно через подложку 31 GaAs n-типа, многослойное отражательное зеркало из полупроводника 32 n-типа и плакировочный слой 33 n-типа.

Когда в качестве оптического усилителя или, в частности, в качестве лазера поверхностного излучения используют устройство 30, известное из уровня техники, связанный резонатор содержит многослойное отражательное зеркало из полупроводника 32 n-типа, встроенного в устройство, и внешнее отражательное зеркало (не показано). Между внешним отражательный зеркалом, недоказанный, и неотражающим покрытием 39 обычно размещают линзу (не показана). Не требует доказательства то, что неотражающее покрытие 39 используется для снижения потерь на резонаторе и получения усиления света. По тем же причинам слои 33-35, 37 и 38 подвергают таким обработкам, как в случае вытеснения концентрации примеси и так далее до низкой степени, чтобы можно было уменьшить потери на поглощение света.

На фиг. 3 представлен другой известный оптический усилитель 50 поверхностного типа. Этот усилитель описан в ссылочной литературе 2: "Высокая отдача единичной поперечной моды от лазерного диода с поверхностным излучением и внешней полостью" (М. Э.Хадли, К.Я.Лау и Дж.С. Смит "Документы по прикладной физике", том 636 12, стр.1607-1609, 1993) "High single-transverse-mode output from external-cavity surface-emitting laser diode" (M.A. Hadley, G. C. , Wilson, K.Y. Lau and J.S. Smith, Appl. Phys. Lett., Vol. 63, 12, pp. 1607-1609, 1993) и содержит подложку 51 из GaAs не n-типа, а р-типа, на которую нанесено многослойное отражательное зеркало 52 из полупроводника р-типа, многоквантовая активная область 53 кармана р-типа и многослойное отражательное зеркало 55 из полупроводника n-типа в перечисленном порядке. Напряжение подается между электродом 57 подложки, нанесенным на нижнюю поверхность подложки 51, и контактной площадкой 56, нанесенной на изоляционной пленке 54 и обеспеченной контактом с верхней периферийной поверхностью многослойного отражательного зеркала 55 из полупроводника n-типа для электрического тока (носителей) в многоквантовую активную область 53 кармана, получая таким образом возбужденный свет. Со стороны электрода 57 подложки инжектируют дырки в активный слой 53 многоквантового кармана через подложку 51 GaAs р-типа и многослойное отражательное зеркало из полупроводника 52 р-типа, тогда как электроны инжектируют в него с противоположной стороны, то есть от контактной площадки 56 через многослойное отражательное зеркало из полупроводника 55 n-типа.

Это устройство 50 по своей природе не является устройством для внешнего резонатора. Однако в том случае, когда резонатор состоит только из многослойного отражательного зеркала из полупроводника 55 n-типа и многослойного отражательного зеркала из полупроводника 52 р-типа, вмонтированного в устройство, он неминуемо создает существенную проблему, состоящую в том, что поперечная мода становится не единичным лепестком, когда диаметр устройства конструируют большим. Для решения этой проблемы необходимо обеспечить внешнее отражательное зеркало (не показано). Однолепестковый луч можно получить посредством преднамеренного понижения отражательной способности многослойного отражательного зеркала из полупроводника 55 n-типа, затем обеспечения соответственного отражательного зеркала вне устройства на стороне многослойного отражательного зеркала из полупроводника 55 n-типа и регулирования положения линзы, размещенной на оптическом пути, например, по направлению к внешнему отражательному зеркалу. В любом случае резонатор имеет составную конструкцию, содержащую первый резонатор, состоящий из многослойного отражательного зеркала из полупроводника 52 р-типа и многослойного отражательного зеркала из полупроводника 55 n-типа, которые обеспечиваются в устройстве, и второй резонатор, состоящий из многослойного отражательного зеркала из полупроводника 52 р-типа и внешнего отражательного зеркала.

Однако в представленном на фиг.2 устройстве 30 особенно трудно получить лазерные лучи, имеющие большой диаметр. Это потому, что если эффективную область активного слоя 34 GaAs n-типа, то есть область, покрытую противоотражающим покрытием 39 и действительно способствующую колебанию, делают большой для увеличения диаметра, то становится невозможным равномерно инжектировать дырки в эту область. Это происходит просто из-за того, что каждый из слоев 38, 37 и 35 полупроводника р-типа имеет высокое электрическое сопротивление. Чтобы инжектировать дырки в окрестности центра эффективной области активного слоя GaAs n-типа, необходимо вначале создать дырки для протекания через слои 38, 37 и 35 полупроводников р-типа в плоскостном направлении от поверхности электрода 40 в соприкосновении с периферийной кромкой противоотражающего покрытия 39 и затем с целью инжектирования в центр активного слоя 34 GaAs n-типа. Однако фактически при работе этого нельзя добиться, потому что большинство дырок инжектируется в периферийную кромку контактного слоя 38 GaAs р-типа от поверхностного электрода 40 и затем перемещается прямо без расширения кармана в боковом направлении и достигает активного слоя 34 GaAs n-типа.

Чтобы действительно закрепить состояние равномерной инжекции дырок в активный слой 34 GaAs n-типа в обычном устройстве 30, изготовленном в соответствии с таким структурным принципом, требуется уменьшить диаметр эффективной области активного слоя 34 GaAs n-типа не более чем до десяти мкм. Другими словами, когда требуется большая выходная мощность, необходимо использовать метод матричного размещения большого количества устройств, при этом приходится жертвовать единичностью и единообразием оптических лучей.

Однако в традиционном, показанном на фиг.3 устройстве 50, поскольку дырки можно инжектировать от электрода 57 подложки в поверхностный контакт с задней поверхностью подложки 51 GaAs р-типа, будет удовлетворяться единообразие плоскостного распределения дырок, инжектированных в многоквантовую активную область 53 р-типа кармана. Однако серьезная проблема состоит в том, что устройство имеет составную структуру резонатора, которая может содержать лазер поверхностного излучения света, типа чисто внешнего резонатора, и, поскольку введенное в устройство многослойное отражательное зеркало из полупроводника 55 n-типа обычно имеет отражательную способность не менее примерно 80%, устройство не подходит в качестве устройства усиления света поверхностного типа. Кроме того, из-за составной структуры резонатора в режиме синхронизации мод нельзя генерировать импульсы света.

Более того, поскольку многослойное отражательное зеркало из полупроводника 55 n-типа, имеющее сопротивление ниже сопротивления отражательного зеркала из полупроводника р-типа, используют для формирования электронного потока в плоскостном направлении, структуру конструируют для инжекции электронов в местоположение в окрестности центра многоквантовой активной области 53 кармана. Однако, если диаметр многоквантовой активной области 53 кармана устанавливают больше, нельзя пренебрегать электрическим сопротивлением многослойного отражательного зеркала из полупроводника 55 n-типа, и вносится неравномерность в инжекцию тока. Другими словами, в случае неравномерной инжекции тока верхний предел диаметра эффективной области многоквантовой активной области 53 кармана составляет примерно 100 мкм, хотя он больше, чем в показанном на фиг.2 обычном устройстве 30. В частности, невозможно управлять инжекцией дырок в активном слое, потому что электрод подложки представляет собой электрод р-типа, а электрический ток инжектируется через подложку.

Настоящее изобретение предложено с учетом вышеупомянутых проблем, и его целью является обеспечение оптического усилителя поверхностного типа, имеющего, по меньшей мере, участок усиления света, включающий в себя структуру активного слоя, проложенного между плакировочными слоями р-типа и n-типа, излучающего световой луч в направлении возрастания с определенным углом (обычно 90o, как установлено выше) относительно поверхности опорной подложки, в котором можно добиться усиления единичного однородного светового луча или, если потребуется, светового луча большого диаметра, и лазерного колебания.

Автор изобретения полагает, что при окончательном анализе различные недостатки обычных устройств 30 и 50, показанных на фиг.2 и 3, происходят из-за наличия самой по себе подложки 31 n-типа или подложки 51 р-типа, образующей участок усиления света, влияющий на усиление света, а именно многослойной структуры, включающей полупроводниковые слои 32-35 и 37-38 в устройстве 30, показанном на фиг.2, или многослойной структуры, включающей в себя полупроводниковые слои 52, 53 и 55 в устройстве 50, показанном на фиг.3.

Само собой разумеется, что подложка 31 или 51 необходима для образования участка усиления света и важна даже после образования участка в качестве опоры для обеспечения физической прочности устройства. Однако, поскольку речь идет о функции усиления света, подложки 31 и 51 скорее не являются необходимыми или мешающими. Поскольку подложки 31 и 51 обычно имеют большую толщину до сотен мкм, то когда используют составную полупроводниковую структуру, типа подложки GaAs, потери при прохождении через нее усиленного света очень большие.

По этой причине оба традиционных устройства 30 и 50, показанных на фиг.2 и 3, имеют такую конструкцию, что усиленный свет не проходит через опорные подложки 31 и 51. Это же относится и к другим традиционным устройствам, о которых не упоминалось здесь. Другими словами, ниже предложено выполнить различные изменения конструкции в отношении улучшения характеристик устройств на основном предположении, что свет не должен проходить через подложку. Это вызывает различные ограничения. Например, в случае показанного на фиг. 2 традиционного устройства, поскольку свет, излучаемый от участка усиления света, должен излучаться от стороны полупроводниковых слоев 35, 37 и 38 р-типа, противоположной стороне, на которой имеется подложка 31 GaAs n-типа, эту поверхность излучения света нельзя покрывать электродом. В результате этого, электрический ток следует подавать только через периферийную кромку слоя 37 AlGaAs р-типа к плакировочному слою р-типа, а затем к активному слою 34 GaAs n-типа, как описано выше, индуцируя благодаря этому вышеупомянутую неровную инжекцию дырок и трудность достижения большого диаметра устройства.

В случае обычного показанного на фиг.3 устройства 50 подложка 51 GaAs р-типа используется вместо подложки GaAs n-типа, в результате чего создается преимущество, состоящее в том, что многослойное отражательное зеркало из полупроводника 55 n-типа можно размещать на стороне, противоположной стороне, на которой имеется подложка, для получения низкого сопротивления, но имеются ограничения в виде требования составной резонансной структуры, приводящей к различным недостаткам, как описано выше.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является техническое решение, описанное в патенте ЕР 829934 А1 от 18.03.1998, в котором представлен оптический лазер поверхностного типа, два отражающих зеркала указанного лазера образуют резонатор, лазер работает между отражающими зеркалами, и луч проходит через отражающее зеркало 43 и выходит через подложку (50), выполненную из кремния (Si), поскольку подложка из кремния является проводником, электроны возбуждаются в указанной Si подложке и в результате осуществляется поглощение света.

Раскрытие сущности изобретения

Ввиду вышеизложенного автор настоящего изобретения, отбрасывая хорошо обоснованную концепцию, представляет идею удаления базовой подложки, используемой для изготовления участка усиления света, после изготовления участка усиления света. Однако, поскольку участок усиления света представляет чрезвычайно тонкую структуру, такое простое удаление базовой подложки уменьшает прочность участка усиления света, приводя к физическому искажению, формирующему оптическое искажение, и не позволяет осуществлять практическое использование участка усиления света. Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает структуру, имеющую участок усиления света, прикрепленный к прозрачной опорной подложке, которая является отделенной от базовой подложки, используемой при изготовлении участка усиления света, и характеризуется низкими потерями при прохождении светового луча через нее.

В случае такой структуры устройства световой луч, усиленный на участке усиления света, может пропускаться через прозрачную подложку. Это означает, что здесь появляется степень свободы при структурном проектировании. Например, электрод, через который дырки инжектируют в полупроводниковый слой р-типа с относительно высоким сопротивлением, можно делать большим. Более того, даже когда образуют множество разделенных электродов и предотвращается излучение светового луча со стороны этих электродов, как в конкретном варианте осуществления настоящего изобретения, которое будет описано ниже, различные улучшения можно реализовать посредством обеспечения возможности излучения светового луча через прозрачную подложку, предусмотренную на противоположной стороне от электродов, с расположением между ними активного слоя участка усиления света.

Настоящее изобретение обеспечивает также оптический усилитель поверхностного типа в виде предпочтительного варианта осуществления, удовлетворяющего вышеописанным основным условиям, имеющего участок усиления света, прикрепленный к прозрачной подложке на стороне, на которой имеется полупроводниковый слой n-типа, и имеющего множество разделенных электродов, расположенных на стороне, поперек активного слоя напротив полупроводникового слоя n-типа для инжекции дырок в полупроводниковый слой р-типа.

В этом оптическом усилителе поверхностного типа можно равномерно инжектировать дырки в полупроводниковый слой р-типа, имеющий более высокое сопротивление, чем слой n-типа. Кроме того, поскольку плоскостным распределением носителей в активном слое можно управлять посредством управления величиной электрического тока, подаваемого на раздельные электроды, при этом можно управлять плоскостным распределением с целью согласования с распределением интенсивности света в основном режиме, имеющем единичный лепесток.

Настоящее изобретение обеспечивает, в качестве более конкретного варианта осуществления, оптический усилитель поверхностного типа, в котором активный слой на участке усиления света проложен между плакировочным слоем полупроводника n-типа, который является полупроводниковым слоем n-типа, и многослойным отражательным зеркалом из полупроводника р-типа, которое является полупроводниковым слоем р-типа; участок усиления света прикреплен к прозрачной подложке на стороне плакировочного слоя из полупроводника n-типа; множество разделенных электродов формирует электрическую непрерывность через защитное покрытие р-типа, обеспеченное на многослойном отражательном зеркале из полупроводника р-типа, и электрод, формирующий электрическую непрерывность относительно плакировочного слоя из полупроводника n-типа, подсоединен к монтажному проводу, предусмотренному на прозрачной подложке.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает способ изготовления оптического усилителя поверхностного типа, который включает в себя этапы формирования участка усиления света на структурной подложке для образования этого участка, прикрепления другой прозрачной подложки к открытой поверхности участка усиления света и удаления структурной подложки.

В качестве простого варианта осуществления вышеупомянутого способа изготовления настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления, содержащий этапы последовательного образования полупроводникового слоя р-типа, активного слоя и полупроводникового слоя n-типа в упомянутом порядке на структурной подложке, крепления прозрачной подложки к открытой поверхности полупроводникового слоя n-типа и образования множества разделенных электродов на поверхности полупроводникового слоя р-типа, открытого после удаления структурной подложки, достижения посредством этого электрической непрерывности относительно полупроводникового слоя р-типа.

Краткое описание чертежей

Фиг.1(А) представляет схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию одного примера, соответствующего настоящему изобретению оптического усилителя поверхностного типа,

фиг. 1(В) представляет пояснительный вид, иллюстрирующий процесс изготовления соответствующего настоящему изобретению оптического усилителя поверхностного типа,

фиг.2 представляет схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию одного типичного примера традиционного оптического усилителя поверхностного типа,

фиг. 3 представляет другой типичный пример традиционного оптического усилителя поверхностного типа.

Предпочтительный способ реализации изобретения

Теперь настоящее изобретение будет подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг.1(А) показана схематическая конфигурация одного примера оптического усилителя 10 поверхностного типа, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением. В настоящем изобретении участок 11 усиления света, включающий в себя структуру прокладывания между полупроводниковыми слоями 14 и 12 р-типа и n-типа активного слоя 13, который создает возбужденные носители, прикреплен посредством прозрачного связующего вещества 22 к прозрачной подложке 21, отличающейся от структурной подложки, на которой образован участок 11 усиления света. Другими словами, на фиг.1(А) показано состояние, в котором удалена структурная подложка.

В сконфигурированном таким образом соответствующем настоящему изобретению оптическом усилителе 10 световой луч, формируемый на участке 11 усиления света, может проходить через прозрачную подложку 21, возрастает степень свободы для структурных улучшений на этом участке 11. Как описано выше, фиг. 1(А) раскрывает конфигурацию в одном предпочтительном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением. Однако можно обеспечить и другие различные оптические усилители поверхностного типа в соответствии с основной конструкцией настоящего изобретения. Материалом прозрачной подложки 21 могут быть стекло, пластмасса и так далее, имеющие очень высокую прозрачность в отношении колебания длины волны. Из этих материалов можно легко получить материал, имеющий коэффициент прохождения от 99% до 99,9% в отношении пропускания лучей в оптическом диапазоне длин волн. Однако следует отметить, что чем больше толщина, тем больше потери при передаче, даже когда передача является заметно высокой. Однако, как правило, толщина подложки, которая может физически поддерживать на себе участок 11 усиления света и может гарантировать достаточно высокую его прочность для предотвращения искажения участка, находится в диапазоне от сотен мкм до нескольких миллиметров, и в этом диапазоне прозрачность является вполне удовлетворительной.

В качестве прозрачного связующего вещества 22 можно использовать имеющийся в продаже полиимид и так далее. Поскольку такое связующее вещество имеет достаточно высокий коэффициент прозрачности и используется в виде тонкой пленки, проблема при использовании этого связующего вещества не возникает. Выравнивая поверхность (оптическая точность) прозрачной подложки 21 и равномерно нанося прозрачное связующее вещество 22, можно легко осуществлять крепление, используя любую известную технологию. Для избежания диффузионного отражения на поверхности прозрачной подложки 21, на границе раздела между прозрачной подложкой 21 и прозрачным связующим веществом и на границе раздела между прозрачным связующим веществом и участком 11 усиления света, на эти поверхности предварительно наносят антиотражательные покрытия 25, 24 и 23. Антиотражательные покрытия могут состоять из двухслойной ламинарной структуры из TiO2 и SiO2.

В оптическом усилителе 10 поверхностного типа по настоящему изобретению, как показано на фиг.1(А), участок 11 усиления света имеет следующую конкретную структуру. К прозрачной подложке 21 крепят через прозрачное связующее вещество 22 и антиотражательное покрытие 23 плакирующий слой 12 n-типа, который может состоять, например, из слоя AlxGa1-xAs (х=0,3) n-типа, имеющего толщину порядка 2 мкм.

На этом слое образуют активный слой 13, который является основной частью участка 11 усиления света и состоит из нелигированного слоя GaAs, имеющего толщину порядка 0,5 мкм.

На активном слое 13 образуют многослойное отражательное зеркало 14 из полупроводника р-типа, которое является полупроводниковым слоем р-типа и состоит, например, из периодической повторяемой ламинарной структуры слоя AlxGa1-xAs (х=0,1) и слоя AlAs р-типа. Каждый слой имеет сравнительно маленькую толщину, а общая толщина структуры составляет примерно несколько микрометров (мкм). Однако, поскольку такое полупроводниковое многослойное отражательное зеркало само по себе известно, его можно создавать в соответствии с произвольной известной технологией.

Как будет понятно из того, что полупроводниковое отражательное зеркало 14 используют в качестве полупроводникового слоя р-типа в показанном на фиг. 1(А) оптическом усилителе 10 поверхностного типа, устройство имеет такую структуру, что световой луч, формируемый на активном слое 13, отражается отражательным зеркалом 14 и излучается во внешнее пространство через плакировочный слой 12 n-типа и прозрачную подложку 21. Следовательно, в отличие от представленного на фиг.3 традиционного устройства, опирающегося на составную структуру резонатора, сконструированную вместе с резонатором, встроенным в усилитель, возможно обеспечить весь узел излучающего свет лазера с внешним отражательным зеркалом (не показано), с помощью размещения имеющегося в наличии высокоэффективного отражательного зеркала, например плоского диэлектрического многослойного отражательного зеркала, имеющего отражательную способность не менее 99% во внешнее пространство на протяжении пути излучения светового луча, устанавливая в случае необходимости соответствующую линзу между устройством и зеркалом.

Для формирования возбужденных носителей в активном слое 13 требуется инжектировать электрический ток в активный слой 13. Конфигурация для осуществления этого требования описана ниже, при этом принято эффективное размещение.

На многослойном отражательном зеркале 14 из полупроводника р-типа образуют защитное покрытие 15 из GaAs р-типа, имеющее толщину 3000 ангстрем (3-10-7 м) и легированное цинком (Zn) высокой концентрации. В частности, эффективное размещение заключается в том, что множество разделенных электродов 16 для инжекции дырок выполняют на защитном покрытии. В показанном на фиг.1 варианте осуществления электроды 16 содержат дискообразный электрод в центре и множество кольцеобразных электродов, концентрических относительно центрального электрода и расположенных на предварительно определенных интервалах. При такой структуре плоскостным распределением дырок, инжектируемых от электродов в активный слой через защитное покрытие 15 р-типа и многослойное отражательное зеркало 14 из полупроводника р-типа, можно управлять до получения однородности посредством управления напряжением, подаваемым на отдельные электроды, а активное управление можно осуществлять при работе устройства.

Другими словами, хотя в традиционном устройстве дырочный поток через очень тонкий слой полупроводника р-типа с высоким сопротивлением в активный слой отклоняется, создавая препятствие равномерной инжекции дырок, показанная на чертеже структура делает возможным не только равномерно инжектировать дырки в активный слой 13, но также более точно управлять распределением тока инжекции с целью получения распределения усиления, подходящего для распределения света моды колебания и так далее. Когда, например, необходимо получить распределение света основной моды, имеющей единичный лепесток, величину подлежащего инжекции электрического тока в электроды устанавливают более высокой по направлению к центральному электроду. Можно далее получить стабильное и высокоточное излучение лазерной генерации, световой луч лазерной генерации требуемой диаграммы направленности в дальней зоне.

Разделенные электроды 16 не ограничиваются концентрическими электродами, как показано на фиг.1, а их можно произвольно выбирать из картины параллельного расположения полосок, предварительно определенной плоской картины точек, каждая из которых имеет круглую, прямоугольную или аналогичную форму и других картин.

С другой стороны, электрод для инжекции электронов в слой 12 полупроводника n-типа с относительно низким сопротивлением можно образовать гораздо проще. На фиг.1 кольцеобразный контактный слой 17 в контакте с нижней поверхностью полупроводникового слоя n-типа (плакировочного слоя) 12 образован по внешней периферии участка 11 усиления света, сформированного в предварительно определенную в целом твердую структуру (цилиндрическую форму на чертеже), и, следовательно, электрод 18 из сплава AuGe или подобного сплава, формируется на контактном слое, электрически соединенном посредством элемента 19 соединения электродов с монтажным проводом 20, образованным на поверхности прозрачной подложки 21 вокруг участка 11 усиления света. Контактный слой 17 имеет толщину порядка 1000 А (1-10-7 м) и может быть изготовлен, например, из слоя GaAs n-типа. Элемент 19 соединения электродов может состоять из припоя In или AnSn. Монтажный провод 20 может состоять из Аu или подобного элемента.

Как кратко упоминалось выше, при использовании показанного на чертеже устройства, в качестве лазера поверхностного излучения света типа внешнего резонатора, резонатор можно конструировать из многослойного отражательного зеркала 14 в виде полупроводника р-типа и внешнего отражательного зеркала и линзы, которые на чертеже не показаны. Линзу располагают во внешнем пространстве напротив активного слоя 13, на стороне прозрачной подложки 21, а внешнее отражательное зеркало располагают на продолжении линии, соединяющей прозрачную подложку 21 и линзу. Другими словами, оптический усилитель 10 поверхностного типа располагают так, что подложка 21 обращена к внешнему отражательному зеркалу, с размещением линзы между ними. Оптический усилитель, линзу и внешнее отражательное зеркало располагают на столе с микрометрическим перемещением, способным обеспечивать оптические регулирование. Внешнее отражательное зеркало представляет собой отражательное зеркало плоского типа, отражающее свет, имеющий длину волны излучения с достаточно высокой отражательной способностью, например диэлектрическое многослойное отражательное зеркало, имеющее отражательную способность не менее 99%.

Свет, отраженный многослойным отражательным зеркалом 14 из полупроводника р-типа в свою очередь усиливается на участке активного слоя 13, коллимируется линзой, снова отражается внешним отражательным зеркалом и возвращается в активный слой 13 и к отражательному зеркалу 14 из полупроводника р-типа. Эту последовательность повторяют с целью создания лазерного колебания. В это время используют механизм регулирования типа стола микрометрического перемещения для оптического регулирования оптического усилителя, линзы и внешнего отражательного зеркала для снижения потерь в резонаторе. Расстояние между внешним отражательным зеркалом и оптическим усилителем, то есть длину внешнего резонатора, конструируют достаточно маленькой для избежания влияния вибрации и т.д.

Электрический ток подают к разделенным электродам 16 так, чтобы он оказался согласованным с распределением интенсивности света в основной моде единичного лепестка, а именно чтобы он протекал в основном через центральный электрод. Таким образом можно реализовать лазер поверхностного излучения света внешнего резонаторного типа с большой отдачей. Кроме того, электрический ток, подводимый к разделенным электродам 16, соответственным образом модулируется во время прохождения света в прямом и обратном направлениях по длине внешнего резонатора, причем модуляция осуществляется, например, на частоте 1 ГГц, где время прохождения света в прямом и обратном направлениях составляет 1 нс, в результате чего предполагается работа активного режима - блокирования с целью обеспечения возможности генерирования импульсов света.

Оптический усилитель поверхностного типа, соответствующий настоящему изобретению, обозначенный позицией 10, показанной на фиг.1(А), можно изготавливать различными способами. Однако желательный процесс изготовления усилителя 10, показанного на фиг.1(А), можно пояснить примером, представленным на фиг.1(В). Как показано на этапе 101, имеющаяся в продаже подложка из GaAs с толщиной порядка 400 мкм, используется в качестве подложки для конструирования участка усиления света, и на подложке образуют слой AlxGa1-xAs (х= 0,6), имеющий толщину порядка (310-7 м), который функционирует в качестве слоя предотвращения травления на последующем этапе травления.

На слое предотвращения травления конструируют слой 11 усиления света фиг. 1(А) в инвертированном состоянии, как показано на этапе 102. Следовательно, разделенные электроды 16 нельзя образовывать на этом этапе. Для точности, защитное покрытие 15 р-типа, многослойное отражательное зеркало из полупроводника р-типа 14, активный слой 13, плакировочный слой 12 n-типа и контактный слой 17 последовательно располагают в упомянутом порядке. Участок 11 усиления света в предварительно определенной трехмерной форме, типа формы столбцов, образуют посредством использования метода осаждения и литографии или подобной технологии вместе. Литографию точно также используют для удаления части контактного слоя 17, имеющегося на пути прохождения луча и обнаруживающего большие оптические потери. Если появится необходимость, то дополнительно образуют антиотражательное покрытие 23 посредством совместного использования техники покрытия и литографии.

Как показано на следующем этапе 103, к стороне плакировочного слоя 12 n-типа, открытой на внешнюю сторону, то есть на сторону антиотражательного покрытия 23 при образовании, крепят имеющую плоскую поверхность прозрачную подложку 21, типа стекла, посредством прозрачного связующего вещества или подобного вещества, равномерно нанесенного на эту сторону.

Таким образом, заранее увеличивают физическую прочность участка 11 усиления света, чтобы не создавать никакого физического или оптического искажения. Затем сконструированную таким образом структуру подвергают этапу полирования подложки. Поскольку, как показано выше, толщина подложки составляет порядка 400 мкм, ее полируют, как показано на этапе 104, используя механический способ полирования, так что получаемая в результате толщина составляет примерно 30-100 мкм.

После полировки подложки до получения такой толщины ее протравливают при соответственной температуре надлежащим раствором, например, при температуре примерно 20oС смешанным раствором из одной части аммиака и двадцати частей раствора пероксида, как показано на этапе 105. После образования на подложке в качестве слоя предотвращения травления вышеупомянутого слоя AlxGa1-xAs (x= 0,6) подложку можно травить до слоя предотвращения травления с высокой скоростью примерно 20 мкм/мин без строгого управления временем травления и можно останавливать травление. В качестве слоя предотвращения можно также использовать слой AlAs или подобного сплава.

Как показано на следующем этапе 106, слой предотвращения травления удаляют посредством травления его смешанным раствором фосфорной кислоты, раствора пероксида водорода и воды (Н3РO4:H2O2:H2O=3:1:50) при температуре примерно 20oС. Поскольку это травление осуществляют со скоростью примерно (110-7 м/мин), слой предотвращения травления можно легко удалять при управлении временем.

При открывании на наружную сторону поверхности защитного покрытия 15 р-типа участка 11 усиления света образуют предварительно определенное количество разделенных электродов 16 для инжекции дырок в виде предварительно определенной картины расположения, как показано на этапе 107, путем нанесения сплава AuZn или аналогичного вещества на всю поверхность защитного покрытия, а затем применения литографии, или путем использования метода печатания после предварительной определенной картины.

Электрические структурные части 17-20, подлежащие образованию на слое 12 полупроводника n-типа (плакировочном слое), подробно не описанные выше, можно изготавливать известным способом, содержащим соответственные этапы.

Хотя выше описан предпочтительный вариант осуществления, можно осуществлять любые модификации в нем, если они не выходят за пределы сущности настоящего изобретения. Дополнительно к сплаву AlGaAs, используемому в качестве материала для участка 11 усиления света, можно также использовать InGaAsP, GaN и т.д., которые также входят в полупроводники группы III-V, и фотополупроводниковые материалы типа ZnSe, которые входят в полупроводники группы III-VI.

Промышленная применимость

В соответствии с настоящим изобретением, поскольку подложку, используемую для конструирования участка усиления света, можно удалять и поскольку свет можно передавать через прозрачную подложку, диапазон усовершенствования на участке усиления света значительно увеличивается.

Когда электрод для инжекции дырок, подлежащий обеспечению на стороне слоя полупроводника р-типа, состоит из множества разделенных электродов в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, величиной электрического тока, подводимого к каждому из разделенных электродов, можно управлять с целью обеспечения распределения носителей в подлежащем активному управлению активном слое. В результате этого можно при изготовлении лазера поверхностного излучения света типа внешнего резонатора инжектировать носители в соответствии с распределением интенсивности света в основном режиме, имеющем единичный лепесток, с целью обеспечения работы в подлежащем стабилизации основном режиме.

Более того, когда в качестве стороны излучения света используют сторону прозрачной подложки, полупроводник р-типа функционирует как многослойное отражательное зеркало. Поэтому, из-за оптической стабильности многослойного отражательного зеркала р-типа, полученного посредством крепления его к прозрачной подложке, диапазон эффективной активной области можно увеличить с целью реализации лазера поверхностного излучения света типа внешнего резонатора инжектируемого ток типа с большой отдачей, усилителя, отражающего световой луч с большим диаметром и т.д. Вполне можно добиться генерирования луча света, имеющего диаметр несколько сотен мкм или больше. Само собой разумеется, что, поскольку оптический усилитель поверхностного типа по настоящему изобретению представляет собой тип инжекции тока, можно реализовать лазер поверхностного излучения, блокирующий активный режим внешнего резонатора. В этом случае можно генерировать высокую отдачу импульсов света.

На фиг.1(В)

101 - Образование слоя предотвращения травления (А10,6Ga0,4As) нa структурной подложке (GaAs) для образования участка усиления света.

102 - Образование участка усиления света на слое предотвращения травления.

103 - Крепление участка усиления света к прозрачной подложке.

104 - Полирование структурной подложки до предварительно определенной толщины.

105 - Травление остальной части структурной подложки.

106 - Удаление слоя предотвращения травления посредством травления.

107 - Образование разделенных электродов. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ изготовления оптического усилителя (10) поверхностного типа, содержащего участок (11) усиления света, который включает структуру (13) активного слоя, размещенную между полупроводниковым слоем (14) р-типа, состоящего из отражающего зеркала, из которого осуществляется инжекция дырок в активный слой, и полупроводниковым слоем (12) n-типа, из которого осуществляется инжекция электронов в активный слой, для испускания пучка света под заданным углом относительно поверхности прозрачной опорной подложки (21), при этом способ содержит следующие этапы: формируют слой (15) защитного покрытия р-типа на структурной подложке, формируют участок (11) усиления света на указанном слое (15) защитного покрытия р-типа так, чтобы полупроводниковый слой (14) р-типа указанного участка (11) усиления контактировал со слоем (15) защитного покрытия р-типа, прикрепляют прозрачную опорную подложку (21) к полупроводниковому слою (12) n-типа, удаляют структурную подложку из слоя (15) защитного покрытия р-типа, формируют электрод (16) на слое (15) защитного покрытия р-типа для инжекции дырок, и формируют на поверхности прозрачной опорной подложки (21) проводник (20), подсоединенный к электроду (18) для инжекции электронов для формирования электропроводности относительно полупроводникового слоя (12) n-типа, при этом свет, падающий на опорную прозрачную подложку (21), усиливается на участке (11) усиления света и проходит через указанную опорную подложку (21).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный электрод (16) для инжекции дырок выполнен в виде множества разделенных электродов.

3. Оптический усилитель поверхностного типа, выполненный согласно способу по п.1 в виде многослойной структуры, содержащей прозрачную опорную подложку (21), полупроводниковый слой (12) n-типа, активный слой (13), полупроводниковый слой (14) р-типа и слой (15) защитного покрытия р-типа, сформированные последовательно, при этом полупроводниковый слой (12) n-типа, активный слой (13) и полупроводниковый слой (14) образуют участок (11) усиления света, электрод (16) для инжекции дырок сформирован на слое (15) защитного покрытия р-типа, а проводник (20), подсоединенный к электроду (18) для инжекции электронов формируют на поверхности прозрачной опорной подложки (21) с возможностью обеспечения электропроводности относительно полупроводникового слоя (12) n-типа, посредством чего свет, падающий на опорную прозрачную подложку (21), проходит через указанную опорную подложку (21) и испускается через нее.

4. Оптический усилитель поверхностного типа по п.3, отличающийся тем, что указанный электрод для инжекции дырок выполнен в виде множества разделенных электродов.

5. Оптический усилитель поверхностного типа по п.3, отличающийся тем, что между указанным участком (11) усиления света и указанной опорной прозрачной подложкой (21) наносят антиотражательные покрытия (23, 24, 25).


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru