ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЛАЗЕР

ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЛАЗЕР


RU (11) 2230411 (13) C2

(51) 7 H01S5/34 

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

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

(21) Заявка: 2002109840/28 
(22) Дата подачи заявки: 2002.04.16 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.04.16 
(43) Дата публикации заявки: 2004.01.20 
(45) Опубликовано: 2004.06.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 4441187, 03.04.1984. JP 2002-057406, 22.02.2002. JP 01- 246892, 02.10.1989. US 6229947, 08.05.2001. RU 2035103, 10.05.1995. КЕЙСИ Х., ПАНИШ М. Лазеры и гетероструктуры, т.2. - М.: Мир, 1981, с.303-309. Полупроводниковые инжекционные лазеры. /Под ред. У.Танга. - М.: Радио и связь, 1990, с.177-209. US 4835783, 30.05.1989. US 4903274, 20.02.1990. US 6356572, 12.03.2002. 
(72) Автор(ы): Давыдова Е.И. (RU); Залевский И.Д. (RU); Зубанов А.В. (RU); Мармалюк А.А. (RU); Шишкин В.А. (RU); Успенский М.Б. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно- исследовательский институт "Полюс" им.М.Ф.Стельмаха (RU) 
Адрес для переписки: 119121, Москва, пер. 1-й Неопалимовский, 3/10, кв.19, пат.пов. О.Н.Куренной, рег.№ 203 

(54) ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЛАЗЕР 

Инжекционные лазеры используются в волоконно-оптических системах связи и передачи информации, при создании медицинской аппаратуры, лазерного технологического оборудования, а также для накачки твердотельных и волоконных усилителей и лазеров. Предложен инжекционный лазер, содержащий двухъярусную мезаполоску, расположенную в ограничительном слое со стороны р-типа гетероструктуры, состоящем из двух подслоев, одного состава, но с различной степенью легирования. Определены соотношения параметров мезаполосок, подслоев упомянутого ограничительного слоя, волноводных слоев. Получено увеличение выходной мощности излучения, эффективности, надежности инжекционного лазера, в том числе одномодового, одночастотного, выходных параметров инжекционного лазера и упрощение технологии его изготовления. 8 с.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Настоящее изобретение относится к квантовой электронной технике, а именно, к эффективным, высокомощным полупроводниковым инжекционным лазерам с одномодовым излучением (SM-лазеры).

Предшествующий уровень техники

Для получения высокой мощности, излучаемой в одну продольную моду, необходимо изготовить высокоэффективный излучатель с низкой плотностью порогового тока и высокой дифференциальной квантовой эффективностью. Кроме того, такой излучатель должен обеспечивать эффективное подавление соседних продольных мод.

Для улучшения модового состава излучения разработаны различные типы SM-лазеров, в том числе с полосковой активной областью генерации и выводом излучения через зеркало оптического резонатора [1, 2].

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является инжекционный лазер, выполненный из гетероструктуры, содержащей активный слой, с двух сторон от него волноводные и ограничительные слои, а также мезаполоску гребневидного волновода, сформированную с одной стороны активного слоя, с основанием в ограничительном р-слое с той же стороны активного слоя [3].

Изготовленные в соответствии с этим патентом [3] инжекционные лазеры при ширине мезаполоски 1-3 мкм обеспечивают стабильную работу в режиме одномодовой генерации при уровне мощности до 100-130 мВт. Однако в настоящее время появились новые области применения, такие, например, как использование лазеров с длиной волны , равной 0,94-1,0 мкм, для накачки волоконно-оптических усилителей, где необходима стабильная мощность в одномодовом режиме на уровне 150-250 мВт.

При реализации таких параметров в известной конструкции [3], выбранной нами за прототип, обнаруживается ряд трудностей, главная из которых - невозможность независимого и гибкого управления одновременно двумя факторами, действующими в противоположном направлении, на стабильность основной моды в гребневидном волноводе:

- первый фактор - величина бокового оптического ограничения, определяемая nэфф, равная разнице показателей преломления на боковых поверхностях мезаполоски;

- второй фактор - профиль усиления, соответствующий профилю растекания тока под мезаполоской.

В известной конструкции [3] величина nэфф определяется в основном толщиной h, оставшейся после травления ограничительного слоя р-типа вне мезаполоски. При толщине h, близкой к нулю (при практическом отсутствии ограничительного слоя р-типа вне мезаполоски), величина nэфф может приближаться к 110-2 (сильное ограничение - “index-guide”), т.е. стабильность основной моды определяется в основном первым фактором. Напротив, при толщине h, равной 0,4 мкм, nэфф становится менее 510-4 (слабое ограничение - “gain-guide”) и стабильность основной моды определяется в основном вторым фактором - профилем усиления. Растекание тока под мезаполоской, в свою очередь, зависит от ширины полоски и уровня легирования р-эмиттера под мезаполоской.

Изменения, наблюдаемые на диаграмме угловой расходимости II в плоскости р-n перехода при повышении мощности, являются результатом конкуренции упомянутых двух факторов. По мере увеличения мощности происходит ослабление гребневидного волновода в центре и возникают условия для усиления на боковых границах мезаполоски. На профиль нулевой моды (“гаусс”) “накладывается” профиль моды первого порядка (“два лепестка”). В известной конструкции прототипа [3] почти невозможно одновременно влиять на оба фактора независимо.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения поставлено решение технической задачи создания инжекционного лазера с увеличенной выходной мощностью излучения в одномодовом режиме (режим SM), стабилизацией его параметров при повышении технологической воспроизводимости, в том числе снижение величины порогового тока Iпор, повышение дифференциальной квантовой эффективности диф инжекционного лазера, его надежности и снижение последовательного сопротивления лазера.

В соответствии с изобретением поставленная техническая задача решается тем, что предложен инжекционный лазер, выполненный из гетероструктуры, содержащей активный слой, по крайней мере ограничительные слои, размещенные с двух сторон от него, а также мезаполоску гребневидного волновода, сформированную со стороны р-типа гетероструктуры, с основанием, расположенным в ограничительном слое, размещенном с той же стороны активного слоя, причем ограничительный слой со стороны р-типа гетероструктуры сформирован по крайней мере из двух подслоев, имеющих один и тот же состав, при этом ограничительный первый подслой, граничащий с волноводным слоем, или нелегирован, или имеет концентрацию р-типа не более 31017 см-3, а граничащий с первым последующий ограничительный подслой имеет концентрацию р-типа более 31017 см-3, мезаполоска выполнена двухъярусной, ее первый ярус соосно расположен на дополнительно введенном в ограничительный первый подслой втором ярусе мезаполоски, имеющем ширину, превышающую ширину первого яруса мезаполоски в 1,5-4,0 раза.

Основным отличием предложенного инжекционного лазера (далее “Лазер” или “SM-Лазер”) является формирование двухъярусной мезаполоски с введением более широкого ее второго яруса (далее называемого нами “пьедесталом”) в нелегированный или низколегированный ограничительный первый подслой двухслойного ограничительного слоя со стороны р-типа гетероструктуры (которая также может содержать волноводные слои с двух сторон от активного слоя).

Предложены соотношение ширины ярусов мезаполоски и уровни легирования ограничительных подслоев со стороны р-типа гетероструктуры. При этом профиль растекания тока находится внутри более широкого волновода, определяемого границами “пьедестала”, а величина бокового оптического ограничения nэфф двухъярусной мезаполоски определяется остаточной толщиной h1 ограничительного первого подслоя вне “пьедестала”.

В предложенной двухъярусной мезаполоске профиль растекания носителей, определяющий профиль модового усиления, зависит от ширины W1 более узкого яруса мезаполоски, от отдаленности его основания на расстояние h2 от ближайшей границы волноводного слоя, а также от величины уровня концентрации в “пьедестале”, т.е. в ограничительном первом подслое, прилегающем к волноводному слою. Поскольку весь “пьедестал” (в том числе основание первого яруса, совпадающее с вершиной второго яруса (“пьедестала”) мезаполоски) находится в ограничительном первом подслое, нелегированном или с уровнем легирования менее 31017 см-3, то растекание тока сводится к минимуму и находится внутри более широкого волновода, образуемого “пьедесталом”. В предложенном SM-Лазере при неизменности величин W1 и h2 профиль растекания остается неизменным, а величина бокового оптического ограничения nэфф1 первого узкого яруса мезаполоски удовлетворяет условию “слабого волновода”, т.е. менее 510-4.

Требуемая величина бокового оптического ограничения nэфф двухъярусной мезаполоски определяется только величиной бокового оптического ограничения nэфф2 “пьедестала”, т.е. остаточной толщиной h1 ограничительного первого подслоя вне “пьедестала”, которую для каждой используемой эпитаксиальной гетероструктуры можно рассчитать или подобрать экспериментально. Более того, в отличие от прототипа [3], можно формировать более сильный волновод без опасения возникновения мод более высокого порядка, поскольку “узкий профиль” усиления внутри волновода дает существенное преимущество основной “нулевой” моде, а развитие конкурирующего антиволноводного механизма ослаблено.

Наконец, область реального усиления в конструкции двухъярусной мезаполоски в сравнении с прототипом [3] дополнительно удалена от ее физической границы.

В результате этого увеличивается мощность выходного излучения, стабилизируются SM режим излучения и другие параметры SM-Лазера, снижается величина порогового тока Iпор и повышается диф - дифференциальная квантовая эффективность.

В то же время высокий уровень легирования последующего(-их) р-подслоя(-ев) (имеющего или имеющих значительно большую толщину, чем первый ограничительный подслой) ограничительного слоя со стороны р-типа гетероструктуры снижает последовательное сопротивление предложенного SM-Лазера, а следовательно, и его самонагрев, что особенно критично для первого узкого яруса мезаполоски, так как первый ярус мезаполоски сформирован шириной W1, выбранной не более 5 мкм.

Поставленная задача также решается тем, что ограничительный первый подслой, граничащий с волноводным слоем, имеет толщину 0,3-0,5 мкм.

Кроме того, наилучшие результаты были получены при расположении после ограничительного первого подслоя последующего(-их) ограничительного(-ых) р-подслоя(-ев), имеющего(-их) концентрацию носителей р-типа в диапазоне 31017-51018 см-3.

Известна конструкция гетероструктуры [4], в которой ограничительный р-слой одного состава сформирован из двух р-подслоев, имеющих различную степень легирования. Прилегающий к активному слою ограничительный первый р-подслой имеет концентрацию от 21017 см-3 до 81017 см-3. Следующий за ним ограничительный второй р-подслой имеет концентрацию от 1,51018 см-3 до 101018 см-3. Авторами [4] использовано двухуровневое легирование для повышения мощности многомодовых инжекционных лазеров.

Нами предложено использование двухуровневого легирования (либо нелегирования первого подслоя) в совокупности с другими существенными признаками предложенного изобретения как для повышения мощности излучения Лазеров, в том числе SM-Лазеров, с оригинальным гребневидным волноводом, так и для стабилизации режима SM и других их параметров при увеличении дифференциальной квантовой эффективности, надежности и снижении пороговых токов.

Поставленная задача решается также тем, чтобы технологический переходной подслой с концентрацией р-типа 31017-11018 см-3, помещенный между ограничительным первым подслоем и последующим ограничительным р-подслоем, формировать толщиной не более 0,1 мкм, а следующий за ним ограничительный р-подслой выполнять с концентрацией не менее 11018 см-3. Такой профиль легирования обеспечивает дополнительное снижение последовательного сопротивления предложенного SM-Лазера при минимальном профиле растекания.

Таким образом, двухъярусная мезаполоска с гребневидным волноводом при заявленном профиле легирования оптимальным образом “встроена” в эпитаксиальную гетероструктуру. В этом предложенный SM-Лазер выгодно отличается как от прототипа [3], так и от патента [4].

Необходимо также отметить, что предложенные выше решения обеспечивают дальнейшую стабилизацию одномодового режима генерации SM-Лазеров.

Кроме того, при создании уровня фоновых примесей, желательно с концентрацией не более 21016 см-3, в активном слое, в волноводных слоях и в первом ограничительном подслое гетероструктуры предложенного SM-Лазера можно реализовать одночастотный режим его работы.

Известно создание гетероструктур, включающих ограничительный слой со стороны р-типа, состоящий из двух подслоев одного состава и с уровнем фоновых примесей в упомянутом ограничительном первом подслое, в волноводных слоях, в активном слое (см. патент РФ 2176842 [5]) для получения одночастотного режима.

Поставленная техническая задача решается также тем, что двухсторонний волновод выполнен из слоев одинакового состава при соотношениях толщины dBn волноводного слоя со стороны расположения ограничительного n-слоя к толщине dBp волноводного слоя со стороны расположения ограничительного р-слоя, определенных из диапазона 1,5-3,0. Предложенный асимметричный волновод способен дополнительно улучшить параметры Лазера. Уменьшение толщины волноводного слоя, примыкающего к первому ограничительному подслою, приводит к дополнительному снижению как последовательного сопротивления, так и к снижению величины растекания тока, т.е. к увеличению выходной мощности излучения. Общее увеличение суммарной толщины волноводных слоев приводит к уменьшению плотности лазерного излучения на выходном зеркале, т.е. к увеличению надежности SM-Лазеров.

Поставленная техническая задача также решается тем, что волноводные слои сформированы суммарной толщиной не более 1,0 мкм при большей толщине волноводного слоя со стороны n-типа гетероструктуры. Важно подчеркнуть, что в данном исполнении смещение распределения пятна к ограничительному слою n-типа не существенно сказывается на величине бокового оптического ограничения, так как из-за утоньшения ограничительного первого подслоя вне “пьедестала” поле в направлении, перпендикулярном р-n переходу, также асимметрично и согласно расчетам [6] смещено в ограничительный слой со стороны n-типа гетероструктуры на глубину до 2,0 мкм.

Резюмируя описанное выше, отметим основные преимущества предложенного Лазера.

1. Формируется минимально возможный профиль растекания носителей в предложенном гребневидном Лазере. Его величина постоянна при всех разумных значениях бокового оптического ограничения nэфф двухъярусной мезаполоски.

2. Величина бокового оптического ограничения nэфф зависит практически только от одного параметра - толщины h1 ограничительного первого подслоя вне “пьедестала”, что резко упрощает задачу изготовления эффективного SM-Лазера с хорошей воспроизводимостью и стабильностью его параметров.

3. Возможность использования более сильного (в сравнении с прототипом [3]) бокового оптического ограничения nэфф сужает диаграмму расходимости, что эквивалентно увеличению лазерного пятна на зеркале.

4. Снижено последовательное сопротивление SM-Лазера.

5. Область максимальной плотности носителей тока и излучения дополнительно удалена от граничных поверхностей мезаполоски.

6. Значительно увеличена выходная мощность излучения в одномодовом режиме при повышенной эффективности и надежности работы Лазера. Иначе говоря, стабилизировано одномодовое излучение в более широком диапазоне значений выходной мощности.

Существом настоящего изобретения является новый и оригинальный выбор отличительных существенных признаков и их взаимосвязь, которые не являются очевидными.

Совокупность существенных признаков предложенного Лазера в соответствии с формулой изобретения нова и соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Техническая реализация изобретения основана на известных базовых технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются при изготовлении инжекционных лазеров и поэтому предложение удовлетворяет критерию “промышленная применимость”. Предложенные настоящим изобретением Лазеры применимы для всех известных в настоящее время диапазонов длин волн лазерного излучения и гетероструктурных систем.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение поясняется чертежами, изображенными на фиг. 1-5.

На фиг. 1 схематично изображено продольное сечение Лазера (SM-Лазера) с полосковой областью генерации излучения, выполненной в виде двухъярусной мезаструктуры, расположенной в ограничительном слое, состоящем из двух подслоев одного состава и различного уровня легирования, расположенном со стороны р-типа гетероструктуры с симметричными волноводными слоями.

На фиг. 2 изображены диаграммы угловой расходимости II выходного излучения в горизонтальной плоскости при четырех различных значениях мощности выходного излучения SM-Лазера (изображенного на фиг. 1) с гребневидным волноводом в виде двухъярусной мезаструктуры, расположенной в ограничительном слое со стороны р-типа гетероструктуры, состоящем из двух подслоев одного состава и различного уровня легирования.

На фиг. 3 изображены диаграммы угловой расходимости II выходного излучения в горизонтальной плоскости при четырех различных значениях мощности выходного излучения инжекционного лазера с гребневидным волноводом в виде одноярусной мезаструктуры, расположенной в ограничительном слое со стороны р-типа гетероструктуры, состоящем из двух подслоев одного состава и различного уровня легирования.

На фиг. 4 изображены диаграммы угловой расходимости II выходного излучения в горизонтальной плоскости при четырех различных значениях мощности выходного излучения SM-лазера с гребневидным волноводом в виде двухъярусной мезаструктуры, расположенной в однородно легированном ограничительном р-слое гетероструктуры.

На фиг. 5 схематично изображено продольное сечение Лазера с полосковой областью генерации излучения, выполненной в виде двухъярусной мезаструктуры, расположенной в ограничительном слое, состоящем из двух подслоев одного состава и различного уровня легирования, расположенном со стороны р-типа гетероструктуры с асимметричными волноводными слоями.

Варианты осуществления изобретения

Предложенный Лазер может быть реализован на различных гетероструктурах, в том числе, с квантово-размерной активной областью. Рассмотренные далее примеры исполнения не являются единственно возможными.

В первом примере рассматривается первая модификация Лазера 1 (SM-Лазера, см. фиг. 1), которая выполнена на основе двойной гетероструктуры с раздельным оптическим ограничением (РОДГС) с двумя квантовыми ямами (“Dublle Quantum Well”, далее “DQW”) (не показаны), изготовленной МОС-гидридным методом.

В качестве подложек (не показаны) использованы пластины арсенида галлия с концентрацией носителей Nn, равной 21018 cм-3.

На подложке расположена следующая последовательность слоев: буферный слой (не показан) GaAs:Si с концентрацией носителей Nn, равной 21018 см-3, n-типа ограничительный слой (не показан) Al0,33Ga0,67As:Si толщиной doгp.n, равной 2,5 мкм, первый нелегированный волноводный слой 2 Al0,26Ga0,74As толщиной dв1, равной 0,30 мкм, активная область 3 конструкции DQW, на ней помещен второй нелегированный волноводный подслой 4 Al0,26Ga0,74As толщиной dB2, равной 0,30 мкм, первый ограничительный р-подслой 5 Al0,33Ga0,67As:Zn с уровнем легирования Np, равным 2,51017 см-3 и толщиной doгp1p, равной 0,40 мкм, второй р-типа ограничительный подслой 6 Al0,33Ga0,67As:Zn с градиентным уровнем легирования от 11018 см-3 до 51018 см-3 и толщиной doгp2p, равной 1,2 мкм, контактный слой 7 p+-GaAs с концентрацией носителей Р. равной 21019 см-3 толщиной dк, равной 0,25 мкм. Концентрация носителей в слоях гетероструктуры и их состав определен на CV-профайлере Polaron 4200. Толщины слоев измерены с помощью сканирующего электронного микроскопа.

В полученной гетероструктуре под фоторезистивной маской (далее ФРМ) в ограничительном слое со стороны р-типа гетероструктуры изготовлены вначале второй ярус 8 мезаполоски - “пьедестал” 8, потом первый ярус 9 мезаполоски. Получена двухъярусная мезаполоска:

- ширина W1 равна 3,0 мкм первого узкого яруса 9 мезаполоски,

- ширина W2 равна 6,0 мкм второго яруса (“пьедестала”) 8 мезаполоски,

- остаточная толщина h1, равная 0,20 мкм, ограничительного первого подслоя 5 вне “пьедестала” 8,

- расстояние h2, равное 0,35 мкм, от основания первого узкого яруса 9 мезаполоски и одновременно от вершины “пьедестала” 8 до волноводного слоя 4. Это расстояние на 0,05 мкм меньше толщины doгp1 первого ограничительного подслоя 5, т.е. удовлетворяет условию полного нахождения “пьедестала” 8 в первом ограничительном подслое 5 - основания первого и второго ярусов находятся в ограничительном первом подслое.

Профильная двухъярусная мезаполосковая структура с боковых сторон заращена слоем ZnSe 10, обеспечивающим токовое ограничение и боковое оптическое ограничение. После вскрытия окна в вершине первого яруса 9 мезаполоски напылен многослойный омический контакт 11 состава ZnNi-MoNiAu (0,3 мкм).

После утоньшения пластины GaAs от 300 мкм до 100 мкм на подложке n-GaAs напылен омический контакт (не показан) состава Ni-AuGe-Au (0,3 мкм). Пластина затем разделена на элементы с шириной W0, равной 400 мкм, и с длиной оптического резонатора L0, равной 800 мкм, которые напаяны р-стороной на Сu теплоотвод с помощью In (не показаны). На отражающих гранях оптического резонатора (не показаны) нанесены зеркальные покрытия с коэффициентами отражения 5 и 96% соответственно.

Экспериментально полученные значения порогового тока Iпop, токов накачки Iнак, при которых получены соответствующие значения мощности выходного излучения Рвых и угловые расходимости 0,5II выходного излучения в плоскости р-n перехода (горизонтальной плоскости) по уровню 0,5, последовательное сопротивление Rпосл записаны в таблице в разделе 1, а диаграммы 12, 13, 14 и 15 угловых расходимостей II выходного излучения, полученные при выходных мощностях, соответственно, 50, 90, 140 и 180 мВт, изображены на фиг. 2. Предложенный Лазер 1 по первой модификации имеет значение выходной мощности Рвых, равное 180 кВт, в нулевой моде при токе накачки Iнак, равном 240 мА, и угловых расходимостях: горизонтальной 0II'5, равной 8,6, и вертикальной равной 28,5, что подтверждает успешное решение поставленной задачи.

В другом примере рассмотрен инжекционный лазер, выполненный на основе гетероструктуры DQW, идентичной использованной в первом примере для Лазера 1, но в ней была сформирована обычная одноярусная узкая мезаполоска (без “пьедестала”) с параметрами: ширина W1 равна 3,0 мкм, остаточная толщина h1 равна 0,20 мкм ограничительного первого подслоя вне мезаполоски.

Диаграммы 16, 17, 18 и 19 угловой расходимости II выходного излучения в горизонтальной плоскости, полученные при выходных мощностях, соответственно, 40, 90, 140 и 180 мВт, изображены на фиг.3. Значения порогового тока Iпop, токов накачки Iнак, соответствующие значения мощности выходного излучения Рвых и угловых расходимостей 0,5II выходного излучения в плоскости р-n перехода (горизонтальной плоскости) по уровню 0,5, последовательное сопротивление Rпocл записаны в таблице в разделе 2.

Сравнительный анализ диаграмм угловой расходимости II излучения первого и второго приведенных примеров показал очевидность преимущества двухъярусной конструкции мезаполоски, так как форма полученных диаграмм угловой расходимости II излучения для инжекционного лазера с одноярусной мезаполоской и их ширина на уровне 0,5 позволяют заключить, что происходит наложение нулевой и первой моды излучения. Подобные лазеры не пригодны для практического использования несмотря на несколько большую эффективность.

В следующем примере SM-лазер (не показан) изготовлен из гетероструктуры с однородно легированным ограничительным р-слоем Al0,52Ga0,18As:Zn с уровнем легирования Np, равным (7-8)1017 см-3 и толщиной doгp.p, равной 1,8 мкм, в котором выполнена двухъярусная мезаполоска:

- ширина W1 равна 2,2 мкм первого яруса мезаполоски,

- ширина W2 равна 5,0 мкм второго яруса мезаполоски (“пьедестала”),

- остаточная толщина h1, равная 0,10 мкм, ограничительного первого подслоя,

- расстояние h2, равное 0,30 мкм, от основания первого узкого яруса 9 мезаполоски и одновременно от вершины “пьедестала” 8 до волноводного слоя 4.

Диаграммы 20, 21, 22 и 23 угловой расходимости II выходного излучения в горизонтальной плоскости, полученные при выходных мощностях, соответственно, 20, 60, 90 и 120 мВт, для рассматриваемого SM-лазера изображены на фиг. 4. Значения порогового тока Iпор, токов накачки Iнак, соответствующие значения мощности выходного излучения Рвых и угловых расходимостей 0,5II выходного излучения в горизонтальной плоскости по уровню 0,5, последовательное сопротивление Rпocл записаны в таблице в разделе 3. По изготовленным из использованной эпитаксиальной гетероструктуры обычным стандартным приборам с одноярусной мезаполоской имелись воспроизводимые результаты для сравнения.

По легированию использованная эпитаксиальная гетероструктура не была оптимизирована для двухъярусной мезаполоски - для всего ограничительного р-слоя концентрация Np равна (7-8)1017 см-3.

Удаление на 0,3 мкм первого (узкого) яруса мезаполоски (вместо удаления на 0,1 мкм одноярусной мезаполоски в обычных приборах) привело к увеличению порогового тока Iпop от 24-25 мА (для одноярусной мезаполоски стандартного обычного прибора) до 32-34 мА (для двухъярусной мезаполоски SM-лазера в рассматриваемом примере), что является результатом растекания тока.

Наиболее важный результат - эффект стабилизации нулевой моды во всем диапазоне мощности до 120 мВт рассматриваемого SM-лазера, зарегистрирован на диаграммах 20-23 угловой расходимости II - их форма и полуширина. Стандартные приборы с одноярусной мезаполоской (при остаточной толщине h1, равной 0,1 мкм, ограничительного р-слоя с одноярусной мезаполоской) работают в режиме SM до 70-90 мВт. Факт более низкой эффективности SM-лазеров в примере 3 (по сравнению с примером 1) в данном случае не существенен, так как использованная стандартная эпитаксиальная структура имела более низкую эффективность.

Вторая модификация предложенного SM-Лазера (см. фиг.5) отличается от первой тем, что волноводные слои 2 и 3 с n- и р-сторон гетероструктуры, с двух сторон примыкающие к активной области 3, имеют различную толщину: волноводный слой 2 с n-стороны гетероструктуры - толщиной dв1, равной 0,28 мкм, волноводный слой 4 с р-стороны гетероструктуры - толщиной dв2, равной 0,12 мкм. Все остальные параметры гетероструктуры и двухъярусной мезаполоски сохранены.

Величина последовательного сопротивления Лазера 1 (SM-Лазера) второй модификации была снижена на 15%, а при токе 240-250 мА достигнута мощность Рвых приблизительно 200 мВт в режиме SM.

Нами определено, что предложенный Лазер может быть реализован не только в описанных модификациях, но также на других полупроводниковых материалах, для различных диапазонов длин волн излучения.

Промышленная применимость

Предложенный инжекционный лазер может быть использован в волоконно-оптических системах связи и передачи информации, для накачки волоконно-оптических усилителей, твердотельных лазеров, при создании медицинской, измерительной аппаратуры, лазерного технологического оборудования.

Источники информации

1. Физика полупроводниковых лазеров, п./р. Х.Такумы, М., “Мир”, 1989, гл. 6, сс. 18-19.

2. S.S. Ou et al., Electronics Letters (1992), v.28, №25, pp. 2345-2346.

3. Патент РФ 2035103 (В.А.Шишкин, В.И.Швейкин), 26.01.93, Н 01 S 3/19.

4. Патент США 4441187 (Jean-Claude BOULEY, Josette CHARIL, Guy CHAMINANT), 03.04.1984, 372/46, Н 01 S 3/19.

5. Патент РФ 2176842 (ФГУП НИИ “ПОЛЮС”. А.А. Чельный), 30.08.2000, Н 01 S 5/00, 5/32.

6. Е.И.Давыдова, А.Е.Дракин, П.Г.Елисеев и др. “Излучательные характеристики и диаграмма направленности квантово-размерного инжекционного лазера в спектральной области 780 нм”, Квантовая электроника (1992), т.19, №10, сс. 1024-1031. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Инжекционный лазер, включающий гетероструктуру, содержащую активный слой, по крайней мере волноводные слои, ограничительные слои, размещенные с двух сторон от него, а также мезаполоску гребневидного волновода, сформированную со стороны р-типа гетероструктуры, с основанием, расположенным в ограничительном слое, размещенном с той же стороны активного слоя, отличающийся тем, что упомянутый ограничительный слой со стороны р-типа гетероструктуры сформирован по крайней мере из двух подслоев, имеющих один и тот же состав, при этом ограничительный первый подслой, граничащий с волноводным слоем, или нелегирован, или имеет концентрацию р-типа не более 31017 см-3, а граничащий с первым последующий ограничительный подслой имеет концентрацию р-типа более 31017 см-3, мезаполоска гребневидного волновода сформирована двухъярусной, ее первый ярус соосно расположен на дополнительно введенном в ограничительный первый подслой втором ярусе мезаполоски, имеющем ширину, превышающую ширину первого яруса мезаполоски в 1,5-4 раза.

2. Инжекционный лазер по любому пункту, отличающийся тем, что первый ярус мезаполоски сформирован шириной не более 5 мкм.

3. Инжекционный лазер по любому пункту, отличающийся тем, что ограничительный первый подслой, граничащий с волноводным слоем, имеет толщину 0,3-0,5 мкм.

4. Инжекционный лазер по любому пункту, отличающийся тем, что последующий за первым ограничительный подслой р-типа легирован в диапазоне 31017-51018 см-3.

5. Инжекционный лазер по любому пункту, отличающийся тем, что технологический переходной подслой, находящийся между первым и вторым ограничительными подслоями со стороны р-типа гетероструктуры, имеет концентрацию 31017-11018 см-3, толщину не более 0,1 мкм, а следующий за ним ограничительный р-подслой имеет концентрацию не менее 11018 см-3.

6. Инжекционный лазер по любому пункту, отличающийся тем, что активный слой, волноводные слои, первый подслой ограничительного слоя со стороны р-типа гетероструктуры имеют заданный уровень фоновых примесей.

7. Инжекционный лазер по любому пункту, отличающийся тем, что уровень фоновой примеси выбран с концентрацией менее 21016 см-3.

8. Инжекционный лазер по любому пункту, отличающийся тем, что волноводные слои выполнены одинакового состава при соотношениях толщины dn волноводного слоя со стороны расположения ограничительного n-слоя к толщине dp волноводного слоя со стороны расположения ограничительного р-слоя, определенных из диапазона 1,5-3,0.

9. Инжекционный лазер по любому пункту, отличающийся тем, что волноводные слои сформированы суммарной толщиной не более 1,0 мкм при большей толщине волноводного слоя со стороны n-типа гетероструктуры.


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