ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ИСТОЧНИК ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2012 года по МПК H01S5/65 H01S5/10 H01L27/08 

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, точнее - к компактным источникам лазерного излучения в инфракрасном диапазоне длин волн, а именно к полупроводниковым одночастотным источникам инфракрасного (ИК) излучения на основе лазера с дисковым резонатором, работающего на модах шепчущей галереи (Whispering Gallery Modes - WGM). Данные источники ИК-излучения могут применяться в различных областях науки и техники, в промышленности, а именно в спектроскопии, в медицине, оптических системах связи и передачи информации, в оптических сверхскоростных вычислительных и коммутационных системах.

В настоящее время возникла острая потребность в одночастотных источниках излучения, работающих в спектральном диапазоне 1.6÷5 мкм для диодно-лазерных спектрометров высокого разрешения. В данном спектральном диапазоне лежат характеристические линии поглощения значительного числа ядовитых и вредных газов и жидкостей, взрывчатых веществ и т.п. Однако преимущества оптического детектирования таких веществ не используются в полной мере из-за отсутствия простых источников когерентного излучения на этот диапазон длин волн.

Активной областью полупроводникового лазера, работающего в средней ИК-области спектра, обычно является узкозонный полупроводник. В таких полупроводниках сильны (по сравнению с более широкозонными) процессы безызлучательной рекомбинации, что понижает коэффициент усиления в активной области. Следовательно, возрастают требования к добротности лазерного резонатора, заключающего в себе активную область и обеспечивающего обратную связь для вынужденного излучения света. Резонатор во многом определяет не только размер и форму лазера, но и параметры излучения: мощность, направленность и спектральные характеристики лазера.

Для полупроводниковых лазеров широко применяются резонаторы Фабри-Перо, в которых две сколотые плоскости полупроводникового кристалла действуют как параллельные зеркала. Однако коэффициент усиления не достаточен для перехода традиционных полосковых лазеров в режим генерации при комнатной температуре. Также к недостаткам лазеров с резонатором Фабри-Перо (полосковых лазеров) можно отнести сложность технологии изготовления, существенные оптические потери в узкозонном материале активной области и низкую добротность резонатора. В полосковых лазерах для получения одномодовой генерации необходимо встроить дифракционную решетку, что намного усложняет технологический процесс изготовления лазера.

Известен многомодовый полупроводниковый лазер с резонатором Фабри-Перо полосковой конструкции для спектрального диапазона 2.0-2.4 мкм, который в узком интервале рабочих токов может работать и в одномодовом режиме. [Астахова А.П., Баранов А.Н., Висе А., Именков А.Н., Колчанова Н.М., Стоянов Н.Д., Черняев А.А., Яреха Д.А., Яковлев Ю.П. ФТП 37(4), 502 (2003)]. Одномодовая генерация такого лазера является неустойчивой и поэтому можно лишь условно говорить о возможности его генерации в одномодовом режиме.

Основным достоинством данного лазера является возможность одномодовой генерации излучения. К основным недостаткам данного лазера с резонатором Фабри-Перо следует отнести сложность технологической реализации предложенной конструкции.

В лазерах с кольцевым резонатором обратная связь осуществляется с замыканием луча света. Одним из типов таких резонаторов является дисковый резонатор. Дисковые и кольцевые резонаторы используют эффект полного внутреннего отражения. Лазер с дисковым и кольцевым резонатором работает на WG модах (модах шепчущей галереи). В лазере с таким резонатором свет циркулирует по кругу внутри резонатора вдоль периметра диска, многократно отражаясь от стенок под углом наклона, большим, чем критический угол для полного внутреннего отражения. Область локализации света в таком резонаторе составляет несколько длин волн от края резонатора. Потери света, обусловленные поглощением и рассеянием на шероховатостях поверхности, минимальны благодаря высокой добротности дискового резонатора. Основным механизмом оптических потерь, обуславливающих пороговый ток, является рассеяние света на неоднородностях краев резонатора. В ИК-диапазоне из-за относительно большой длины волны качество границы «полупроводник-воздух» не так существенно, как для видимого диапазона.

Преимущества лазеров с дисковым и кольцевым резонатором - технологичность, низкие значения порогового тока, высокая добротность резонатора, позволяющая использовать материалы для активной области с низким оптическим усилением. Однако в лазерах с дисковым и кольцевым резонатором наблюдается многомодовый режим лазерной генерации.

Известен многомодовый полупроводниковый дисковый лазер (WGM-лазер), работающий на длине волны излучения 2.4 мкм при комнатной температуре (см. Е.А.Гребенщикова, Н.Д.Ильинская, В.В.Шерстнев, A.M.Монахов, А.П.Астахова, Ю.П.Яковлев, G.Boissier, R.Teissier, A.H.Баранов, Письма в ЖТФ 34(21), 27, 2008). Лазер включает квантово-размерную гетероструктуру на основе полупроводниковых соединений, лазерный резонатор в форме диска, омические контакты. Квантово-размерная гетерострукгура на подложке GaSb содержит последовательно выращенные ограничительный слой n-Al _0,9 Ga _0,1 As _0,08 Sb _0,92 , волноводный слой Al _0,25 Ga _0,75 As _0,02 Sb _0,98 , квантовую яму Ga _0,65 In _0,35 As _0,11 Sb _0,89 шириной 10 нм, разделительный слой Al _0,25 Ga _0,75 As _0,02 Sb _0,98 толщиной 30 нм, квантовую яму Ga _0,65 In _0,35 As _0,11 Sb _0,89 шириной 10 нм, волноводный слой Al _0,25 Ga _0,75 As _0,02 Sb _0,98 , ограничительный слой р-Al _0,9 Ga _0,1 As _0,08 Sb _0,92 и контактный слой p-GaSb. Обе квантовые ямы выполнены одинаковой толщины, причем наличие второй ямы гарантирует обеспечение работы лазера при возможном возникновении дефектов на границах квантовой ямы. Диаметр резонатора в форме диска - 200 мкм, высота - 15 мкм. Чередование в данной структуре напряженных и ненапряженных слоев обусловило особый профиль боковой поверхности дискового резонатора, напоминающий восточную пагоду. Часть активной области и верхний контактный слой выступают по всему периметру диска за пределы эмиттерных слоев. В таком резонаторе создаются условия для формирования устойчивых WGM-мод в выступающей части активной среды. Омический контакт со стороны подложки n-GaSb (нижний) является сплошным, омический контакт со стороны контактного слоя p-GaSb (верхний) выполнен в виде кольца шириной 30 мкм с внешним диаметром 180 мкм и отстоит от края резонатора на 10 мкм. Пороговый ток лазера составляет 40 мА, длина волны доминирующей моды лазера, обусловленная шириной квантовых ям (10 нм) - 2,35 мкм.

В известном полупроводниковом дисковом лазере излучение имеет многомодовую периодическую структуру, причем расстояние между модами составило 27 Ǻ.

К достоинствам данного лазера можно отнести простоту технологии изготовления, увеличение рабочих токов при сохранении относительно низких пороговых токов. Основным недостатком известного устройства является многомодовый режим генерации.

Известен полупроводниковый источник инфракрасного излучения (см. заявка KR 20060132745, МПК G02B 6/12; G02F 1/01; H01S 5/02, опубликована 21.12.2006), представляющий собой сложную систему, состоящую из полупроводникового излучателя для оптической накачки (лазера), передающего свет через оптоволокно на кольцевой резонатор, который в свою очередь содержит нагревательные элементы, служащие для изменения длины волны. Это излучение передается другому резонатору, который также содержит нагревательные элементы.

Недостатком известного источника является сложность системы за счет того, что присутствуют волноводы, нагревательные элементы и пассивные резонаторы. Таким образом, создаются дополнительные оптические потери при передаче света по волноводу от источника к резонатору. Управление длиной волны осуществляется за счет нагрева.

Известен перестраиваемый по длине волны лазер (см. патент ЕР 1699120, МПК H01S 5/06; H01S 5/10, 06.09.2006), представляющий собой сложную систему, работающую от оптического ввода света по трем волноводам на резонаторы в виде концентрических колец. Для управления длиной волны используют нагревательные элементы.

Недостатком известного лазера является его усложненная конструкция из-за наличия многочисленных дополнительных элементов, что обуславливает дополнительные оптические потери при передаче света по волноводу от источника к резонатору.

Известен перестраиваемый по длине волны лазер (см. заявка JР 2006245346, МПК H01S 3/083, 14.09.2006), включающий множество кольцевых резонаторов. Для связи между резонаторами используют волноводы (2, 3 и более); перестройку длины волны излучения производят за счет нагревания с участием нагревательных элементов.

Известному лазеру присущи дополнительные оптические потери при передаче света по волноводу от источника к резонатору.

Известен бистабильный оптический компонент (см. патент NL 1027194, МПК G02F 3/02; H01S 5/10, опубликован 10.04.2006), включающий, по меньшей мере, два резонатора из материала А ³ B ⁵ в виде микрокольцевых лазеров, один или более из которых связан с оптическим вводом и также один или более из которых связан с оптическим выходом. Моды в резонаторах движутся по часовой стрелке и против часовой стрелки. Каждый резонатор может создавать свет, по меньшей мере, в двух несвязанных резонансных направлениях. Резонаторы оптически связаны настолько, что свет из одного может перейти в другой в одном из их резонансных направлений.

В известном устройстве отсутствует одномодовый режим работы и имеют место дополнительные оптические потери при передаче света по волноводу.

Известен источник инфракрасного излучения (см. заявка US 2009154505, МПК H01S 3/10, опубликована 18.06.2009), совпадающий с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Источник-прототип включает полупроводниковую подложку с двумя геометрически разнесенными кольцевыми резонаторами на основе соединений А ³ B ⁵ с различающимися радиусами, оптически связанными пассивными волноводами, сплошной омический контакт, нанесенный на поверхность полупроводниковой подложки, противолежащую поверхности с кольцевыми резонаторами, и два кольцевых омических контакта, каждый из которых нанесен на торец соответствующего кольцевого резонатора. Связь первого и второго кольцевых резонаторов образует (формирует) новый дважды связанный кольцевой резонатор, в котором стабильная лазерная осцилляция происходит только на резонансной длине волны, на которой два кольцевых резонатора взаимодействуют на резонансной частоте.

Недостатком известного источника инфракрасного излучения является сложность конструкции, так как, кроме резонаторов, в нем имеются еще два волновода (ввод и вывод), что обуславливает дополнительные оптические потери при передаче света по волноводу и усложняет технологию изготовления источника.

Задачей, решаемой изобретением, являлась упрощение конструкции источника инфракрасного излучения и снижение оптических потерь при одномодовой генерации в средней ИК-области спектра (1.6÷5) мкм.

Поставленная задача решается группой изобретений, объединенных общим изобретательским замыслом.

По первому варианту поставленная задача решается тем, что полупроводниковый источник инфракрасного излучения включает полупроводниковую подложку с двумя связанными дисковыми или кольцевыми резонаторами в виде гетероструктур, первый омический контакт, нанесенный на поверхность полупроводниковой подложки, противолежащую поверхности с дисковыми резонаторами, и два вторых омических контакта, каждый из которых нанесен на торец соответствующего дискового или кольцевого резонатора. Расстояние от внешнего края второго контакта до внешнего края резонатора не превышает 100 мкм. Дисковые или кольцевые резонаторы отстоят друг от друга на расстояние L, удовлетворяющее соотношению:

0≤L≤5λ _в , мкм,

где λ _в - длина волны излучения полупроводникового источника инфракрасного излучения (на воздухе), мкм.

По второму варианту поставленная задача решается тем, что полупроводниковый источник инфракрасного излучения включает полупроводниковую подложку с двумя взаимно пересекающимися на глубину D дисковыми или кольцевыми резонаторами в виде гетероструктур, первый омический контакт, нанесенный на поверхность полупроводниковой подложки, противолежащую поверхности с дисковыми или кольцевыми резонаторами, и два электрически изолированных друг от друга вторых омических контакта, каждый из которых нанесен на торец соответствующего дискового резонатора или кольцевого резонатора, причем расстояние от внешнего края второго контакта до внешнего края резонатора не превышает 100 мкм, при этом глубина D пересечения дисковых или кольцевых резонаторов удовлетворяет соотношению:

0≤D≤10λ _к , мкм,

где λ _к - длина волны излучения полупроводникового источника инфракрасного излучения (в кристалле), мкм.

λ _к =λ _в /n, где n - показатель преломления полупроводникового кристалла.

Настоящее изобретение представляет собой лазерную систему, состоящую из полупроводникового источника ИК-излучения, содержащего 2 связанных в пару дисковых или кольцевых резонатора. Такой полупроводниковый источник инфракрасного излучения, как было обнаружено, позволяет достичь одномодовой генерации.

Длина волны излучения дискового или кольцевого лазера может определяться конструкцией активной области гетероструктуры. Было обнаружено, что для варианта полупроводникового источника инфракрасного излучения с двумя связанными дисковыми или кольцевыми резонаторами, когда расстояние между дисковыми или кольцевыми резонаторами L превышает 5 длин волн λ излучения лазера (L>5λ), в режиме лазерной генерации при подаче напряжения последовательно как на один из дисковых или кольцевых резонаторов, так и на два резонатора одновременно наблюдается только многомодовая генерация когерентного излучения. Для случая, когда расстояние между дисковыми или кольцевыми резонаторами меньше 5-ти длин волн и удовлетворяет условию: 0≤L<5λ _в , при подаче напряжения на один из двух дисковых ил кольцевых резонаторов наблюдается только многомодовая генерация, а при одновременном включении обоих дисковых или кольцевых резонаторов происходит выделение одной моды и лазерная система входит в одночастотный режим генерации.

Для варианта полупроводникового источника инфракрасного излучения с двумя пересекающимися дисковыми или кольцевыми резонаторами, когда резонаторы пересекают друг друга на глубину D, образуя общий участок, где D удовлетворяет условию: 0≤D<10λ _к , и при подаче напряжения одновременно на оба дисковых или кольцевых резонатора также наблюдается одномодовая генерация.

Таким образом, в настоящем полупроводниковом источнике инфракрасного излучения с двумя дисковыми или кольцевыми резонаторами при соблюдении условий, когда в первом варианте расстояние L между дисковыми или кольцевыми резонаторами не превосходит 5 длин волн излучения, 0≤L<5λ _в , а во втором варианте расстояние D, определяющее глубину взаимного перекрытия двух резонаторов, удовлетворяет условиям 0≤D<10λ _к , и при подаче напряжения одновременно на оба дисковых или кольцевых резонатора происходит выделение одной моды, и лазерная система входит в одночастотный режим генерации.

Кроме того, отсутствие пассивного волновода для передачи света от источника к резонатору упрощает конструкцию источника инфракрасного излучения и снижает, по сравнению с прототипом и аналогами, оптические потери при генерации в средней ИК-области спектра (1.6÷5) мкм.

Настоящее изобретение поясняется чертежом, где:

на фиг.1 показан вид сбоку на первый вариант полупроводникового источника инфракрасного излучения с двумя связанными дисковыми резонаторами;

на фиг.2 приведен вид сверху на полупроводниковый источник инфракрасного излучения, показанный на фиг.1;

на фиг.3 схематически показана зонная диаграмма дискового резонатора полупроводникового источника инфракрасного излучения, изображенного на фиг.1 (Е _c - зона проводимости, Е _v - валентная зона);

на фиг.4 показан вид сбоку на второй вариант полупроводникового источника инфракрасного излучения с двумя пересекающимися дисковыми резонаторами;

на фиг.5 приведен вид сверху на полупроводниковый источник инфракрасного излучения, показанный на фиг.4;

на фиг.6 показан вид сбоку на первый вариант полупроводникового источника инфракрасного излучения с двумя связанными кольцевыми резонаторами;

на фиг.7 приведен вид сверху на полупроводниковый источник инфракрасного излучения, показанный на фиг.6;

на фиг.8 показан вид сбоку на второй вариант полупроводникового источника инфракрасного излучения с двумя пересекающимися дисковыми резонаторами;

на фиг.9 приведен вид сверху на полупроводниковый источник инфракрасного излучения, показанный на фиг.8;

на фиг.10 показан спектр излучения при расстоянии L=0 мкм (1 - I=260 мА; 2 - I=280 мА; 3 - I=320 мА; 4 - I=360 мА; 5 - I=400 мА);

на фиг.11 показан спектр излучения при расстоянии L=20 мкм (L>5λ); (6 - I=200 мА; 7 - I=300 мА; 8 - I=400 мА);

на фиг.12 показан спектр излучения при расстоянии L=10 мкм (L<5λ _в ); (9 - I=200 мА; 10 - I=300 мА; 11 - I=400 мА; 12 - I=450 мА).

на фиг.13 показан спектр излучения при расстоянии D=0 мкм (0≤D<10λ _к ); (13 - I=240 мА; 14 - I=300 мА; 15 - I=330 мА; 16 - I=380 мА).

на фиг.14 показан спектр излучения при расстоянии D=9 мкм (D>10λ _к ); (17 - I=220 мА; 18 - I=320 мА).

По первому варианту полупроводниковый источник инфракрасного излучения (см. фиг.1, фиг.2, фиг.6, фиг.7) включает полупроводниковую подложку 1, например, из n-GaAs, InP, A ² B ⁶ , на одной стороне которой сформированы два оптически связанных и геометрически разнесенных дисковых резонатора 2 или кольцевых резонатора 10, например, в виде гетероструктур. На другую сторону подложки 1 нанесен первый омический контакт 3. Каждый дисковый резонатор 2 или кольцевой резонатор 10 включает первый ограничительный слой 4, активную область 5, второй ограничительный слой 6, контактный слой 7 и второй омический контакт 8, причем расстояние от внешнего края второго контакта 8 до внешнего края резонатора 2 не превышает 100 мкм. Дисковые резонаторы 2 или кольцевые резонаторы 10 могут, например, содержать (см. фиг.3) первый ограничительный слой 4 из n-Al _0,9 Ga _0,1 As _0,08 Sb _0,92 , активную область 5 из Al _0,25 Ga _0,75 As _0,08 Sb _0,92 с двумя квантовыми ямами 9 из GaInAsSb, второй ограничительный слой 6 из p-Al _0,9 Ga _0,1 As _0,08 Sb _0,92 и контактный слой 7 из p-GaSb. Дисковые резонаторы 2 или кольцевые резонаторы 10 отстоят друг от друга на расстоянии L, удовлетворяющем соотношению: 0<L<5λ _в , мкм.

По второму варианту полупроводниковый источник инфракрасного излучения (см. фиг.4, фиг.5, фиг.8, фиг.9) включает полупроводниковую подложку 1, например, из n-GaSb, на одной стороне которой сформированы два пересекающихся дисковых резонатора, например, в виде гетерострукгур на основе соединений А ³ B ⁵ . Дисковые резонаторы 2 или кольцевые резонаторы 10 оптически связаны и взаимно пересекают друг друга в области волноводов на глубину D (т.е. на расстояние пересечения окружностей дисковых резонаторов 2). На другую сторону подложки 1 нанесен первый омический контакт 3. Каждый дисковый резонатор 2 или кольцевой резонатор 10 включает первый ограничительный слой 4, активную область 5, второй ограничительный слой 6, контактный слой 7 и второй омический контакт 8. Дисковые резонаторы 2 или кольцевые резонаторы 10 могут, например, содержать (см. фиг.3) первый ограничительный слой 4 из n-Al _0,9 Ga _0,1 As _0,08 Sb _0,92 , активную область 5 из Al _0,25 Ga _0,75 As _0,02 Sb _0,98 с двумя квантовыми ямами 9 из GaInAsSb, второй ограничительный слой 6 из p-Al _0,9 Ga _0,1 As _0,08 Sb _0,92, контактный слой 7 из p-GaSb и второй омический контакт 8, причем расстояние от внешнего края второго контакта 8 до внешнего края дискового резонатора 2 или кольцевого резонатора 10 не превышает 100 мкм. Дисковые резонаторы 2 или кольцевые резонаторы 10 перекрывают друг друга на расстояние D, удовлетворяющее соотношению: 0<D<10λ _к , мкм, где λ _к =λ _в /n, показатель преломления n=3,5 для полупроводниковых кристаллов, а два вторых омических контакта 8 электрически изолированы друг от друга.

Настоящий полупроводниковый источник инфракрасного излучения работает следующим образом. На первый и второй омические контакты 3, 8 дисковых резонаторов 2 или кольцевых резонаторов 10 подают напряжение U от источников постоянного тока (на чертеже не показаны) величиной до 4 В, в результате чего резонаторы начинают работать на своей собственной частоте. При этом электромагнитная волна, циркулирующая по кругу в дисковом волноводе каждого из резонаторов, перетекает из одного резонатора в другой благодаря тому, что два оптически связанных и геометрически разнесенных дисковых резонатора 2 или кольцевых резонатора 10 или два оптически связанных и пересекающихся в области волноводов дисковых резонатора 2 или кольцевых резонатора 10 находятся на расстоянии друг от друга (L, D), достаточном для оптической связи между собой. При подаче питающего напряжения только на один из дисковых резонаторов 2 или кольцевых резонаторов 10 наблюдается многомодовая (многочастотная) генерация лазерного излучения. В случае, когда питающее напряжение подается одновременно на два дисковых резонатора 2 или кольцевых резонатора 10, наблюдается только одномодовая (одночастотная) генерация лазерного излучения вследствие того, что наиболее близкие по частоте моды каждого лазера подстраивают свою частоту и входят в резонанс на одной частоте, а остальные моды гаснут.

Пример 1. Полупроводниковый источник инфракрасного излучения включал полупроводниковую подложку из n-GaSb, на одной стороне которой были сформированы два оптически связанных и геометрически взаимно касающихся друг друга в области волноводов дисковых резонатора в виде гетероструктур и вторые омические контакты. На другую сторону подложки был нанесен первый омический контакт. Дисковые резонаторы содержали (см. фиг.3) первый ограничительный слой из n-Al _0,9 Ga _0,1 As _0,08 Sb _0,92 , активную область из n-Al _0,25 Ga _0,75 As _0,02 Sb _0,98 с двумя квантовыми ямами из n-Ga _0.65 In _0.35 As _0.11 Sb _0.89 , второй ограничительный слой из p-Al _0,9 Ga _0,1 As _0,08 Sb _0,92 , контактный слой из p-GaSb и второй омический контакт. Дисковые резонаторы отстояли друг от друга на расстоянии L=0 мкм, удовлетворяющем соотношению: 0≤L<5λ _в , мкм (0≤D<10λ _к , мкм). На первый и второй омические контакты резонаторов подавали напряжение U от источников постоянного тока величиной до 4 В, в результате чего резонаторы начинали работать на своей собственной частоте. При этом электромагнитная волна, циркулировшая по кругу в дисковом волноводе каждого из резонаторов, перетекала из одного резонатора в другой благодаря тому, что два оптически связанных и геометрически разнесенных резонатора или два оптически связанных и пересекающихся в области волноводов резонатора находятся на расстоянии друг от друга (L, D), достаточном для оптической связи между собой. Затем оба лазера начинали генерировать излучение на одной и той же частоте, т.к. наиболее близкие по частоте моды каждого лазера подстраивали свою частоту и входили в резонанс, а остальные моды гасли. Таким образом, начинал работать одночастотный источник ИК-излучения. Спектры излучения, соответствующие разным токам накачки, представлены на Фиг.10 (см. спектр №1 - I=260 мА, 2 - I=280 мА, 3 - I=320 мА, 4 - I=360 мА, 5 - I=400 мА). На Фиг.10 видно, что в диапазоне длин волн 2,24-2,25 мкм оба лазера генерировали на одной длине волны, причем одночастотный характер когерентного излучения сохранялся при увеличении тока накачки и, таким образом, оба лазера работали как одночастотный ИК-излучатель.

Пример 2. Полупроводниковый источник инфракрасного излучения (см. фиг.1, фиг.2) включал полупроводниковую подложку из n-GaSb, на одной стороне которой были сформированы два оптически связанных и геометрически разнесенных дисковых резонатора в виде гетероструктур (аналогично примеру 1) (см. фиг.3) и вторые омические контакты. На другую сторону подложки был нанесен первый омический контакт. Дисковые резонаторы отстояли друг от друга на расстоянии L=20 мкм, не удовлетворяющем соотношению: 0≤L<5λ _в , мкм. На Фиг.11 видно, что в диапазоне длин волн 2,24-2,26 мкм оба лазера не входили в резонанс на одной частоте, а при увеличении тока лишь перестраивались по частоте в многомодовом режиме (см. спектр №6 - I=200 мА, 7 - I=300 мА, 8 - I=400 мА).

Пример 3. Полупроводниковый источник инфракрасного излучения (см. фиг.1, фиг.2) включал полупроводниковую подложку из n-GaSb, на одной стороне которой были сформированы два оптически связанных и геометрически разнесенных дисковых резонатора в виде гетероструктур (аналогично примеру 1) (см. фиг.3) и вторые омические контакты. На другую сторону подложки был нанесен первый омический контакт. Дисковые резонаторы отстояли друг от друга на расстоянии L=10 мкм, удовлетворяющем соотношению: 0≤L<5λ _в , мкм. На Фиг.12 видно, что в диапазоне длин волн 2,26-2,27 мкм оба лазера входили в резонанс и генерировали когерентное излучение на одной частоте. Таким образом, оба лазера работали как одночастотный ИК-излучатель (см. спектр №9 - I=200 мА, 10 - I=300 мА, 11 - I=400 мА, 12 - I=450 мА).

Пример 4. Полупроводниковый источник инфракрасного излучения (см. фиг.4, фиг.5) включал полупроводниковую подложку из n-GaSb, на одной стороне которой были сформированы два взаимно касающихся друг друга в области волноводов кольцевых резонатора в виде гетероструктур (см. фиг.6)) и вторые омические контакты. На другую сторону подложки был нанесен первый омический контакт. Дисковые резонаторы взаимно пересекали друг друга на глубину D=0 мкм, что удовлетворяет соотношению: 0≤D<10λ _к , мкм; где λ _к - длина волны излучения полупроводникового источника инфракрасного излучения (в кристалле), мкм. λ _к =λ _в /n, где n - показатель преломления полупроводникового кристалла. На Фиг.13 видно, что в диапазоне длин волн 2,26-2,27 мкм оба лазера входили в резонанс и генерировали когерентное излучение на одной частоте. Таким образом, оба лазера работали как одночастотный ИК-излучатель (см. спектр N 13 - I=240 мА; 14 - I=300 мА; 15 - I=330 мА; 16 - I=380 мА).

Пример 5. Полупроводниковый источник инфракрасного излучения (см. фиг.4, фиг.5) включал полупроводниковую подложку из n-GaSb, на одной стороне которой были сформированы два взаимно пересекающих друг друга в области волноводов дисковых резонатора в виде гетероструктур (аналогично примеру 4) (см. фиг.3)) и вторые омические контакты. На другую сторону подложки был нанесен первый омический контакт. Дисковые резонаторы взаимно пересекали друг друга на глубину D=9 мкм (D>10λ _к ), что не удовлетворяет соотношению: 0≤D<10λ _к , мкм, где λ _к - длина волны излучения полупроводникового источника инфракрасного излучения (в кристалле), мкм. λ _к =λ _в /n, где n - показатель преломления полупроводникового кристалла. На Фиг.14 видно, что в диапазоне длин волн 2,22-2,29 мкм оба лазера не входили в резонанс на одной частоте.

Полупроводниковый источник инфракрасного излучения включает полупроводниковую подложку (1) с двумя оптически связанными и геометрически разнесенными дисковыми резонаторами (2) или кольцевыми резонаторами (10) в виде гетероструктур. На поверхность полупроводниковой подложки (1) противолежащую поверхности с дисковыми резонаторами (2) или кольцевыми резонаторами (10), нанесен первый омический контакт (3). По одному второму омическому контакту (8) нанесено на торец соответствующего дискового резонатора (2) или кольцевого резонатора (10), причем расстояние от внешнего края второго контакта до внешнего края резонатора не превышает 100 мкм, при этом дисковые резонаторы (2) или кольцевые резонаторы (10) отстоят друг от друга на расстояние L или взаимно перекрывают в области волноводов на глубину D, которые удовлетворяют определенным соотношениям. Технический результат заключается в упрощении конструкции и обеспечении снижения оптических потерь при одномодовой генерации в средней ИК-области спектра. 2 н.п. ф-лы, 14 ил.

1. Полупроводниковый источник инфракрасного излучения, включающий полупроводниковую подложку с двумя оптически связанными и геометрически разнесенными дисковыми резонаторами или кольцевыми резонаторами в виде гетероструктур, первый омический контакт, нанесенный на поверхность полупроводниковой подложки, противолежащую поверхности с дисковыми резонаторами или кольцевыми резонаторами, и два вторых омических контакта, каждый из которых нанесен на торец соответствующего дискового резонатора или кольцевого резонатора, причем расстояние от внешнего края второго контакта до внешнего края резонатора не превышает 100 мкм, при этом дисковые резонаторы или кольцевые резонаторы отстоят друг от друга на расстояние L, удовлетворяющее соотношению: 0<L<5λ, мкм, где λ - длина волны излучения (на воздухе) полупроводникового источника инфракрасного излучения, мкм.

2. Полупроводниковый источник инфракрасного излучения, включающий полупроводниковую подложку с двумя оптически связанными и взаимно перекрывающимися в области волноводов на глубину D дисковыми резонаторами или кольцевыми резонаторами в виде гетероструктур, первый омический контакт, нанесенный на поверхность полупроводниковой подложки, противолежащую поверхности с дисковыми резонаторами или кольцевыми резонаторами, и два электрически изолированных друг от друга вторых омических контакта, каждый из которых нанесен на торец соответствующего дискового резонатора или кольцевого резонатора, причем расстояние от внешнего края второго контакта до внешнего края резонатора не превышает 100 мкм, при этом глубина D перекрытия дисковых резонаторов или кольцевых резонаторов удовлетворяет соотношению: 0<D<10λ_к мкм, где λ_к - длина волны излучения (в кристалле) полупроводникового источника инфракрасного излучения, мкм, λ_к=λ/n, где n - показатель преломления полупроводникового кристалла.