МНОГОЛУЧЕВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ИНЖЕКЦИОННЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ Советский патент 1994 года по МПК H01S3/19 

Изобретение относится к многолучевым источникам когерентного излучения на основе монолитного полупроводникового лазерного элемента с несколькими генерирующими областями. Такой источник излучения может быть использован в системах записи, считывания, измерительной, медицинской технике, системах связи.

Целью изобретения является увеличение надежности излучателя, его ресурса, улучшение оптических и электрических параметров излучателя, в частности снижение пороговых токов, увеличение эффективности, повышение спектральной однородности, расширение технических возможностей применения.

На фиг. 1 приведена поверхность многолучевого полупроводникового излучателя, на которой выполнены полосковые омические контакты и разделительные области; на фиг.2 - поперечное сечение элемента излучателя.

Полосковым излучающим областям 1 многолучевого полупроводникового инжекционного излучателя 2 соответствуют металлизированные полоски 3 на поверхности излучателя 2, рядом с которыми расположены разделительные области 4. При наличии трех полосок между ними необходимо выполнять разделительные области, состоящие из двух частей. Припаивание проволочек 5 методом термокомпрессии производят в точках 6.

Структура элемента излучателя состоит из следующих слоев. На подложке 6 выращена гетероэпитаксиальная структура, состоящая из буферного слоя 7, первого эмиттера 8, активного слоя 9, второго эмиттера 10, контактного слоя 11, полосковых омических контактов 12, расширенных контактных покрытий 13, барьерных покрытий и разделительных областей 14.

Необходимым условием работоспосоности данного прибора является то, чтобы разделительные области волновода не должны ухудшать свойства оптического волновода канала генерации. Для этого разделительные области должны отстоять от центра полосковых омических контактов на величину, превышающую размеры оптического волновода и расстояние распространения дефектов от краев разделительной области. В предложенной конструкции лазерного элемента с несколькими излучающими областями при проведении термокомпрессии предотвращено возникновение дислокаций в области генерации. Это обеспечено тем, что область термокомпрессии, расположенная между полосковыми омическими контактами, ограничена канавками разделительной области с заданными шириной, глубиной и такой конфигурации, что дефекты дислокационного типа, вводимые механическими и тепловыми напряжениями при термокомпрессионном присоединении проволочных выводов к внутреннему каналу генерации, практически все выходят на стенки канавок, не пересекая каналов генерации. Для этого необходимо, чтобы глубина канавок превышала глубину расположения оптического волновода для предотвращения проникновения дислокаций напряжения в область оптического волновода.

Наиболее сложно выполнить разделительную область между двумя полосковыми контактами, размещенными на расстоянии порядка 100 мкм и менее, имеющих электрическую развязку каналов генерации с независимой накачкой при выполнении операции присоединения проволочных контактов методом термокомпрессии. Для этого предложено выполнение разделительной области из двух частей, окружающих площадку для термокомпрессии и электрически разделяющих каналы генерации.

Для создания трехлучевого полупроводникового инжекционного излучателя в двойной гетероструктуре Al_0,34Ga_0,66As - Al_0,06Ga_0,94As - Al_0,34Ga_0,66As с эпитаксиальным контактным слоем p-GaAs⁺⁺ методом ионно-химического травления через фоторезистивную маску вытравлены три отстоящих друг от друга на 100 мкм параллельно расположенные мезаполоски шириной 6 мкм каждая, причем глубина травления выбрана с таким расчетом, чтобы толщина р-эмиттера вне мезы была равной 0,6 мкм. Вокруг мез нанесен изолирующий и поглощающий слои, а на вершины мезаполосковые омические контакты. После этого на всей поверхности выполнен расширенный контакт и далее осаждены локальные подушки из гальванического золота для термокомпрессии золотых проволочек. При этом обеспечена индивидуальная накачка каждого из трех мезаполосковых лазеров. Заключительный этап формирования структуры со стороны эпитаксиальных слоев - ионно-химическое травление разделительных канавок сложной формы (см. фиг. 1) на глубину 1,1 мкм ниже активной области с общей контролируемой глубиной канавки 2,5±0,1 мкм при ее ширине 5 ±0,3 мкм. Расстояние от канавки до полоски составляло 10±1 мкм. Изготовление лазерной структуры завершалось обычным способом: утоньшали пластину, напыляли омический контакт к подложке n-GaAs⁺⁺ и вжигали. После разделения пластины на трехмезаполосковые элементы размером 300х600 мкм² лазерный элемент напаивали к медному теплоотводу мезаполосками вверх, после чего осуществляли термокомпрессирование золотых выводов диаметром 30 мкм к золотым подушкам. При подаче тока через крайние контакты осуществляли индивидуальную накачку боковых маломощных лазеров (каналы генерации А и С), а через внутренний контакт накачку более мощного центрального лазера (канал В).

Измерение параметров излучателей при комнатной и повышенной температурах, а также их ресурсные испытания дали следующие результаты. Сопротивление между контактами было выше 500 Ом, что обеспечивало независимую индивидуальную накачку всех трех каналов генерации. Получены следующие пороговые токи и эффективность:
по каналу A: l_пор I_пор 38 мА ; 38 мА; η = 35%;
по каналу В: l_пор I_пор 43 мА ; 43 мА; η = 37%;
по каналу С: l_пор I_пор 37 мА ; 37 мА; η = 35%.

Точность измерений до 10%. Воспроизводимость результатов от образца к образцу весьма велика; практически совпадает с точностью измерений, 10%. Полученная достаточно хорошая спектральная однородность (до 10%...15%) обеспечивает практически близкие по своим оптико-физическим характеристикам каналы генерации, что очень важно в применении.

При изготовлении излучателей данной конструкции было получено уменьшение разброса по длине волны излучения, увеличение ресурса работы в 2-3 раза, снижение пороговых токов на 30-40%, увеличение интенсивности на 10-20% при высокой воспроизводимости от прибора к прибору. Это позволяет использовать их в системах оптической записи и воспроизведения информации. При этом увеличена эффективность оптической системы в устройствах оптической записи, упрощена оптическая система, уменьшено количество входящих в нее элементов ее габариты. Дополнительно многолучевой полупроводниковый инжекционный излучатель позволяет на число лучей увеличить темп записи и воспроизведения информации.

Использование: в системах записи и воспроизведения информации, измерительной, медицинской технике, системах связи. Сущность: на поверхности эпитаксиальной структуры многолучевого полупроводникового инжекционного излучателя выполнены по крайней мере три полосковых омических контакта и разделительные области в виде канавок с соответствующими шириной и удалением краев канавок от центров данных полосковых омических контактов, причем разделительная область между полосковыми омическими контактами сформирована в виде разьединенных канавок. 2 ил.

МНОГОЛУЧЕВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ИНЖЕКЦИОННЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ, включающий гетероэпитаксиальную структуру с активным слоем и оптическими волноводами, на одной из поверхностей которой выполнено не менее трех полосковых омических контактов и разделительные области, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности излучателя, его ресурса, улучшения электрических и оптических параметров излучателя, расширения технических возможностей применения излучателя, разделительная область выполнена в виде канавок шириной не более 1/20 расстояния между центрами соседних полосковых омических контактов глубиной, превышающей глубину расположения оптического волновода, ближайшего к поверхности с омическими контактами, при этом края канавок удалены от центров полосковых омических контактов на расстояние не менее 1/10 расстояния между центрами соседних полосковых омических контактов, причем между полосковыми контактами разделительная область сформирована в виде разъединенных канавок.