ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЛАЗЕР

ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЛАЗЕР


RU (11) 2035103 (13) C1

(51) 6 H01S3/19 

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

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

(21) Заявка: 93003840/25 
(22) Дата подачи заявки: 1993.01.26 
(45) Опубликовано: 1995.05.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. ЕП 0376753, кл. H 01S 3/19, 1989. 2. Appl.Phus.Lett., 1987, V.51, N12, p.877-879. 
(71) Заявитель(и): Давыдова Е.И.; Поповичев В.В.; Успенский М.Б.; Хлопотин С.Е.; Швейкин В.И.; Шишкин В.А. 
(72) Автор(ы): Давыдова Е.И.; Поповичев В.В.; Успенский М.Б.; Хлопотин С.Е.; Швейкин В.И.; Шишкин В.А. 
(73) Патентообладатель(и): Швейкин Василий Иванович; Шишкин Виктор Александрович 

(54) ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЛАЗЕР 

Использование: в полупроводниковой квантовой электронике, в лазерных и суперлюминесцентных источниках излучения для систем связи, считывания и записи информации, контрольно-измерительной аппаратуре, медицинской техники. Сущность изобретения: в инжекционном лазаре на основе гетероструктуры полупроводниковых соединений AIIIBIV и их твердых растворов с эмиттерными слоями и помещенной между ними активной областью, мезаполоской с основанием, расположенным в ближайшем к ней эмиттерном слое и барьерными слоями из селенида свинца выбраны форма и размеры мезаполоски, а также размер противоположного эмиттерного слоя. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к полупроводниковой квантовой электронике, к лазерным и суперлюминесцентным источникам излучения, используемым в системах связи, считывания и записи информации, контрольно-измерительной аппаратуре, медицинской технике и т.д.

Известна конструкция инжекционного лазера с гребневидным волноводом, сформированным в двойной гетероструктуре путем формирования мезаполоски с основанием, лежащим в ближайшем эмиттерном слое. В этом случае на боковых границах мезаполоски возникает скачок эффективного показателя преломления, обеспечивающий боковое оптическое ограничение излучения [1]

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является инжекционный лазер на основе гетероструктуры полупроводниковых соединений AlllBV и их твердых растворов с эмиттерными слоями и помещенной между ними активной областью, мезаполоской с основанием, расположенным в ближайшем к ней эмиттерном слое, и барьерными слоями из селенида цинка, расположенными на боковых поверхностях мезаполоски и прилегающих поверхностях эмиттерного слоя [2] Селенид цинка имеет более высокое объемное сопротивление (107 Ом см) и меньший, чем у AlGaAs, показатель преломления (n 2,58 при длине волны = 0,83 мкм). В результате ток утечки сквозь барьерный слой снижается до ничтожного значения, а под полоской образуется устойчивый гребневидный волновод с хорошим боковым оптическим ограничением, причем поглощение излучения в более широкозонном материале (ZnSe) практически отсутствует.

Отмеченные выше потенциальные возможности конструкции с барьерным слоем из ZnSe в данной работе полностью не реализованы. Можно выделить лишь высокое значение внешней квантовой эффективности (76%). Остальные параметры: пороговый ток 28 мА и линейность ватт-амперной характеристики до 15 мВт не удовлетворяют современным требованиям. Также в данной конструкции невозможно получить одномодовый характер генерации при уровнях мощности порядка 50-100 мВт. Максимальный скачок nэфф 2,210-3 недостаточен для создания оптимального оптического ограничения. Большая разность показателей преломления внутри волновода и вне его n 3,5-2,6 из-за опасности возникновения поперечных колебаний не позволяет уменьшить ширину мезаполоски, необходимую для получения стабильного одномодового режима. Весьма затруднительно воспроизводимое изготовление приборов с мезаполоской конструкции, описанной в прототипе.

Техническим результатом изобретения является стабилизация одномодового режима генерации при повышении мощности излучения и улучшение пространственной диаграммы излучения.

В настоящем инжекционном лазере мезаполоска имеет в поперечном сечении форму прямоугольника шириной 1.3 мкм с плавным расширением, начинающимся на расстоянии от основания не более чем 0,3 мкм, причем отношение ширины основания мезаполоски к ширине ее прямоугольной части лежит в диапазоне 1,5.3,0, а толщина противоположного эмиттерного слоя составляет не менее 2,5 мкм.

На чертеже показан предлагаемый лазер.

Лазер содержит гетероэпитаксиальную четырехслойную структуру 1, эмиттеры 2 и 3, контактный слой 4, мезаполоску 5, барьерный слой 6 из ZnSe, активную область 7, диаграмму 8 излучения в плоскости p-n-перехода, подложку 9, слои 10 и 11 оптических контактов, расширенный контакт 12 и трехслойный волновод 13.

П р и м е р. В пятислойной эпитаксиальной структуре на 0,85 мкм составе контактный слой 4 GaAsp++. Р-эмиттер 3 Al0,6Ga0,4As, волноводный слой Al0,3Ga0,7As, активная область 7 Al0,05Ga0,95As, волноводный слой Al0,3Ga0,4As, N-эмиттер 2 Al0,6Ga0,4As. Сформирована мезаполоска 5 шириной 2,8 мкм. Толщина Р-эмиттера 3 вне мезы составила 0,05 мкм, а начало плавного расширения мезы удалено от активной области на 0,2 мкм. Мезаструктура со сформированным полосковым омическим контактом слоя 10 была заращена слоем 6 ZnSе толщиной 0,4 мкм, а после его удаления со стороны эпитаксиальных слоев напылен расширенный контакт 12.

Формирование сплошного контакта Au-Ge-Au производилось по стандартной технологии. Затем пластина разделялась на элементы, которые напаивались на медный теплоотвод для испытаний.

Измерения дали следующие результаты, существенно превосходящие параметры лазеров, описанных в прототипе:

Iпор 20-25 мА

эфф 60-70%

Линейность ВТАХ до 80-100 мВт

Предельная мощность до 200 мВт

Угловая расходимость излучения 10х25о

Астигматическая разность менее 5 мкм.

Проведенные экспериментальные исследования предложенного инжекционного лазера, как и показано в примере, позволили снизить пороговые токи, увеличить квантовую эффективность, улучшить линейность ватт-амперной характеристики, что позволило стабилизировать одномодовый режим регенерации при повышенных мощностях излучения (до 200 мВт в непрерывном режиме) и улучшить пространственную диаграмма излучения, приближая ее к окружности при снижении астигматизма. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЛАЗЕР на основе гетероструктуры полупроводниковых соединений AIII BV и их твердых растворов с эмиттерными слоями и помещенной между ними активной областью, мезаполоской с основанием, расположенным в ближайшем к ней эмиттерном слое, и барьерными слоями из селенида цинка, расположенными на боковых поверхностях мезаполоски и прилегающих поверхностях эмиттерного слоя, отличающийся тем, что мезаполоска имеет в поперечном сечении форму прямоугольника шириной 1 3 мкм с плавным расширением, начинающимся на расстоянии от основания не более 0,3 мкм, причем отношение ширины основания мезаполоски к ширине ее прямоугольной части лежит в диапазоне 1,5 3,0, а толщина противоположного эмиттерного слоя составляет не менее 2,5 мкм.