Полупроводниковый лазер с гетеропереходами — SU 521806 (original) (raw)
ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 06.11,73 (21)3.,967931/26-25с присоединением заявки3/1 Государственный комитет Совета Министров СССР оо делом изобретений и открытий43) Опубликовано 25.08.775 юллетень 31 б) Дата опубликования описания 28,09,77К. И, Алферов, В. Х. Андреев, Н. В. КлепиковаВ, И. Колышкин, В, Р, Ларионов, Е. Л. Портной и Г. Н. Шелованова 72) Авторы изобретен ена Ленина физико гехнический институт им. А, ф. Иоффе) Заявитель РОПЕ РЕ ХО,НАМИ ВЫ ЛАЗЕ 54) ПОЛУПРОВОДН еме Изобретение относится к области полупроводниковых квантовых генераторов,Известен полупроводниковый лазер с гетеропереходами, содержащийволн оводную область, заключающуюся между широкозон- б ными эмиттерами, выполненную. в виде симметричной относительно активной области структуры, причем ширина волноводной области больше шириныуэкозонной активной области, а ширина запрещейной зоны пассив ных областей волноводной области меньше, чем у широкозонных эмиттеров.Цель изобретения - увеличение отношения величины максимальной импульсной световой мощности к величине пороговой плотности 15 тока. Это достигается тем, что пассивные области выполнены из твердых растворов замещения с переменной шириной запрещенной зоны, плавно увеличивавшейся от активного 20 слоя к эмиттерам. Причем ширина запрещенной зоны пассивных областей не меньше ширины запрещенной зоны активной области.Для уменьшения дефекгов структуры пассивные области лазера могут быть выполне-М ны на основе твердых растворов в систА Ав - йо Ао и могут иметь плавно увеличивающееся содержание алюминия отактивного слоя к эмиттерам,На фиг. 1 и 2 приведена ширина запрещенной зоны всех слоев лазера, где обозначено: 1 - слой из 11 материала; 2эмиттер И - типа; 3 - пассивная область,4- узкозонный слой; 5 - пассивная область;6- эмиттер р-типа; 7 - слой из р материала. Предлагаемый лазер состоит иэ широкозонных эмиттеров 1 -типа (2) и р гипа (6) между которыми расположена волноводная область, включающая уэкозонный слой 4 иэ полупроводника с прямой структурой зон и пассивные области 3 и 5, в которых ширина запрещенной зоны не меньше, чем ширина запрещенной эоны активного слоя, и плавно. увеличивается от активного слоя к эмиттерам либо со скачком Е - у активного слоя (фиг, 1) лиоо без нег (фщ.2), Активныи слой специально не легирован. Пассивные области по типу проводимости совпадают с близлести прозрачных слоев переменного состава,.будут малы, так как они определяются в основном поглощением на свободных носителях, а уровень легирования областей 3 и 5выполнен на несколько порядков ниже, чемуровень легирования эмиттеров,Такимобразом излучение в поедлагаемомлазере распространяется во всей области меж ду эмиттерыми, которыя может в несколькораэ превышать область инверсной заселенности. Причем плавное увеличение ширины запрещенной зоны пассивных областей позволяет улучшить управление долей световогоизлучения, распространяющегося в па сивных областях, и тем самым увеличить от. ношение величны максимальной импульснойсветовой мощности к величине плотностипорогового тока по сравнению с известнымиустройствами,Предлагаемый лазер может быть изготов лен на основе структуры с гетеропереходамив системе А 1 А - Ос( Аь . Почти полноесовпадение параметров решеток обоих бинарных соединений ( 0,2 относит,й) позволяет резко улучшить качество слоев, иэ которых состоит волноводная область, снизивдо минимума поглощения света в пассивныхобластях переменного состава за счет поглощения на несовершенствах кристаллическойструктуры и повысив воспроизводимость лазерных структур с заданным ходом Е . поперек областей переменного состава (3 и 5),Узкозойная областьИ = Йс А (4)толщиной 0,1-1 мкм специально не леги 1 сруется (И - 10 см ), Области переменного состава (3 и 5) выполнены иэ АЯф ЦОАЬ (х,00-0,10) с т 1, р=5 10-10 см . Их толщина может изменятьсяв пределах 0,5-3 мкм, Состав широкозонныхэмиттеров постоянного состава (2 и 6) иэАйсАб составляет 20 мол,%А 1 А 6 (и, р - 10 см ), Слои и гнев -зпа обычно легируются теллуром, слои р -типа легируются бе. Предельные импульсныеосветовые мощности, полученные при 300 Кна лазере, изображенном на фиг, 2, с толтолщиной узкозонного слоя 0,5 мкм, толщинойволноводной области 2,5 мкм, оказалисьпри выводе излучения через одну резонаторную грань700 Вт/см ширины лазера(длительность импульса Г им= 10 с),йа пороговая плотность тока была 2,2 кА/см(грани резонатора Фабри-Перо изготовлялись скалыванием, длина лазера о(.-500 мкм),352180жащими эмиттерами, но уровень легирования в них на несколько порядков ниже, чему эмиттеров, Слои 1 и 7 из Ъф и рф-материала служат для уменьшения последовательного сопротивления лазера,Полупроводниковый лазер работает следующим образом, При приложении прямогосмешения (плюс к р-слою) к структуре, изготовленной из материалов, у которых основная величина разрыва ширины запрещенной зоны д Е приходится на зону проводимости, т.е. разрыв в зоне проводимостид Е больше разрыва в валентной зонед Е, происходит инжекция электронови дырок из широхоонных эмиттеров 2 и 6 15в более узкозонные области переменногосостава (3 и 5), Инжектированные неравновесные электроны и дырки, являясь основными носителями тока в слоях переменногосостава, легко достигают узкозонного слоя 04, Если разрывы Л Е на границах узкозонного слоя 4 с област,ми 3 и 5 составляют несколько кТ (фиг,1), то электроннодырочная плазма эффективно удерживаетсяв пределах узкоэонного слоя, здесь же проис ходит рекомбинация носителей тока, еслиже ЬЕ = 0 (фиг. 2), то рекомбинацияпроисходит также в некоторой части слоевпеременного состава, непосредственно прилегакших к узкозонному слою, при этом уши 30ранце области рекомбинации мало по сравнению с толщиной узкозонного слоя. При достаточном увеличении плотности тока достигается состояние инверсной заселенности вЗ 5узкозонном слое лазера (фиг,1) или в болееширокой области (фиг. 2), и возникает генерация. Для лазеров со структурой по фиг, 2наличие градиента состава областей 3 и 5приводит к незначительному уширению области инверсной заселенности относительнотолщины уэкозонного слоя 4, Так как Еобластей 3 и 5 возрастает от слоя 4 кэмиттерам 2 и 6 от значений ширины запрещенной эоны либо на несколько кТ превышающих (фиг,1), либо равных величинеЕ слоя 4 (фиг. 2), то и скачки показателяпреломления Ь и (на длине волны генерации)на границах слоя 4 с областями 3 и 5 непревышают нескольких сотых долей единицы,Поэтому электромагнитная мода не можетудержаться в активном слое и проникает впассивные области, не испытывая межзонного поглощения. Поскольку толщина волновойобласти значительно больше длины генерируе 55мого света (в веществе), а значениеЬп награницах раздела амиггеров 2 и б с областями переменного состава (3 и 5) значительно ( д "и ) 0,1), то лазерное излучение практически не попадает в эмиттеры.Потери света, распространяющегося в облаФормула изобретения 1. Полупроводниковый лазер с гетеропереходами, содержащий волноводную область заключающуюся между широкоэонными эмит521806 Составитель И. СтаросельскаяРедактор Л. Василькова Техред 3, фанта Корректор И. Гоксич Заказ 3123/55 Тираж 976 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5терами, выполненную в виде симметричной относительно активной области структуры, причем ширина волноводной области больше ширины узкозонной активной области, а ширина запрещенной зоны пассивных ойщстей волноводной области меньше, чем у широкозонных емиттеров, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью увеличения отношения величины максимальной импульсной световой мощности к величине пороговой плотности. тока, пассивные области выполнены из твердых растворов замещения с переменной ши-,6риной запрещенной эоны, плавно увеличивающейся от активного слоя к емиттерам,причем ширина запрещенной зоны пассивныхобластей не меньше ширины запрещеннойзоны активной области.2. Лазер по п, 1, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью уменьшения дефектов структуры, пассивные области выполнены на основе .твердых растворов в системеМ Авс Аь и имеют плавно увеличиваюцееся содержание алюминия от активногослоя к эмиттерам,