Полупроводниковый лазер с гетеропереходами

Полупроводниковый лазер с гетеропереходами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (и):5 21806 (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

2 (51) М. Кл.

Н 01 S 3/18 (22) Заявлено 06. 11,73 (21) 3.,96 7931/26-25 с присоединением заявки №« (23) Приоритет—

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делом изобретений и открытий (43) Опубликовано 25.08.7.7.Бюллетень №31 (53) УДК6 21.375.8 (088.8) (4б) Дата опубликования описания 28.09.77

Ж. И, Алферов, В. N. Андреев, H. В. Клепикова, В, И. Колышкин, В. Р, Ларионов, Е. Л. Портной и Г, Н. Шелованова (72} Авторы изобретения

Ордена Ленина фиэикогехнический институт им. А, Ф. Иоффе (71) Заявитель (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР С ГЕТЕРОПЕРЕХОДАМИ

Изобретение относится к области полупроводниковых квантовых генераторов.

Известен полупроводниковый лазер с гетеропереходами, содержащий I волн оводную область, заключающуюся между широкоэонными эмиттерами, выполненную в виде симметричной относительно активной области структуры, причем ширина волноводной области больше ширины уэкозонной активной области, а ширина запрещейной зоны пассив- 10 ных областей волноводной области меньше, чем у широкозонных эмиттеров.

Цель изобретения — увеличение отношения величины максимальной импульсной световой мощности к величине пороговой плотности т5 тока.

Это достигается тем, что пассивные области выполнены из твердых растворов замещения с переменной шириной запрещенной зоны, плавно увеличивающейся от активного 20 слоя к эмиттерам. Причем ширина запрещенной зоны пассивных областей не меньше ширины запрещенной зоны активной области.

Для уменьшения дефектов структуры пассивные области лазера могут быть выполне- и ны на основе твердых растворов в системе

А As - Ga As и могут иметь плавно увеличивающееся содержание алюминия от активного слоя к эмиттерам, На фиг. 1 и 2 приведена ширина запрещенной зоны всех слоев лазера, где обозначено: 1 — слой из тт материала, 2 эмиттер - типа; 3 — пассивная область, 4- узкозонный слой; 5 — пассивная область;

6- эмиттер р-типа; 7 — слой из р мате, риала.

Предлагаемый лазер состоит иэ широкозонных эмиттеров П -типа (2) и ргипа (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), либо без негU (ф г.2). Активныи слой cIIB» циально не легироьан. 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 5 выполнен на несколько порядков ниже, чем уровень легирования эмиттеров.

Таким™)образом излучение в предлагаемом лазере распространяется во всей области меж° ду эмиттерыми, которая может в несколько раэ превышать область инверсной заселенности. Причем плавное увеличение ширины запрещенной зоны пассивных областей позволяет улучшить управление долей светового излучения, распространяющегося в па сивных областях, и тем самым увеличить от. ношение величны максимальной импульсной световой мощности к величине плотности

l порогового тока по сравнению с известными устройствами.

Предлагаемый лазер может быть изготово. лен на основе структуры с гетеропереходами в системе А1 As — Ос(As . Почти полное совпадение параметров решеток обоих бинарных соединений (0,2 относит.il.) позволяет резко улучшить качество слоев, иэ которых состоит волноводная область, снизив до минимума поглощения света в пассивных областях переменного состава за счет поглощения на несовершенствах кристаллической структуры и повысив воспроизводимость лазерных структур с заданным ходом E . поперек областей переменного состава (3 и 5), Узкоэойная область И = Йс As (4) толщиной 0,1-1 мкм специально не леги1с -4 руется (И вЂ” 10 ct; ). Области переменного состава (3 и 5) выполнены иэ А,. 5O.„„AS (х-0,00-0,10) с т, р = 5 10 -10 см . Их толщина может изменяться в пределах 0,5-3 мкм, Состав широкозонных эмиттеров постоянного состава (2 и 6) из

А „GO„„As составляет 20 мол,%

A<А "(, р=10 cM ). Слоиn 8 па обычно легируются теллуром, слои р гипа легируются Ge . Предельные импульсные о световые мощности, полученные при 300 K на лазере, изображенном на фиг. 2, с толтолщиной узкозонного слоя 0,5 мкм, толщиной волноводной области 2,5 мкм, оказались при выводе излучения через одну резонаторную грань 700 Вт/см ширины лазера (длительность импульса Г „м„= 10 с), 2 а пороговая плотность тока была 2,2 кА/см (грани резонатора Фабри-Перо изготовлялись скалыванием, длина лазера о(-500 мкм), 3

52180 жащими эмиттерами, но уровень легирования в них на несколько порядков ниже, чем у эмиттеров, Слои 1 v 7 из: П+ и р+-материала служат для уменьшения последовательного сопротивления лазера, Полупроводниковый лазер работает следующим образом, При приложении прямого смешения (плюс z p-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 проводимости д Е больше разрыва в валентной зоне . д Е„, происходит инжекция электронов и дырок из широхо онных эмиттеров 2 и 6 15 в более узкоэонные области переменного состава (3 и 5), Инжектированные неравновесные электроны и дырки, являясь основными носителями тока в слоях переменного состава, легко достигают узкозонного слоя

4, Если разрывы Л Е на границах узкозонного слоя 4 с област,ми 3 и 5 составляют несколько кТ (фиг,1), то электроннодырочная плазма эффективно удерживается в пределах узкоэонного слоя, здесь же проис- 5 ходит рекомбинация носителей тока, если же Ь Е = 0 (фиг. 2), то рекомбинация происходит также в некоторой части слоев переменного состава, непосредственно прилегак ших к узкозонному слою, при этом уши30 ранце области рекомбинации мало по сравнению с толщиной узкозонного слоя. При достаточном увеличении плотности тока достигается состояние инверсной заселенности в

З5 узкозонном слое лазера (фиг,1) или в более широкой области (фиг. 2), и возникает генерация. Для лазеров со структурой по фиг,2 наличие градиента состава областей 3 и 5 приводит к незначительному уширению области инверсной заселенности относительно толщины уэкозонного слоя 4, Так как E областей 3 и 5 возрастает от слоя 4 к эмиттерам 2 и 6 от значений ширины запрещенной эоны либо на несколько кТ превышающих (фиг.1), либо равных величине.

Е слоя 4 (фиг. 2), то и скачки показателя преломления 6 1 (на длине волны генерации) на границах слоя 4 с областями 3 и 5 не превышают нескольких сотых долей единицы, Поэтому электромагнитная мода не может удержаться в активном слое и проникает в пассивные области, не испытывая межзонного поглощения. Поскольку толщина волновой области значительно больше длины генерируе55 мого света (в веществе), а значениеЬп на границах раздела эмиггеров 2 и 6 с областями переменного сос гава (3 и 5) значительно (д и ) 0,1), то лазерное излучение практически не попадает в эмигтеры.

Потери света, распространяющегося в облаФормула изобретения

1. Полупроводниковый лазер с гетеропереходами, содержащий волноводную область, заключающуюся между широкоэонными эмит521806

Составитель И. Старосельская

Редактор Л. Василькова Техред 3. фанта Корректор И. Гоксич

Заказ 3123/55 Тираж S76 Подписное

UHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 терами, выполненную в виде симметричной относительно активной области структуры, причем ширина волноводной области больше ширины узкозонной активной области, а ширина запрещенной зоны пассивных odhacTeO волноводной области меньше, чем у широкозонных емиттеров, о т л и ч а ю ш и и 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-, 6 риной запрещенной эоны, плавно увеличивающейся от активного слоя к емиттерам, причем ширина запрещенной зоны пассивных областей не меньше ширины запрещенной зоны 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 системе

ДГ As-44 As и имеют плавно увеличиваюц ееся содержание алюминия от активного слоя к эмиттерам,