Инжекционный лазер Советский патент 1977 года по МПК H01S5/32 

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов.

Известны инжекционньте лазеры на основе и-п (р)-р-Тетероструктур с узкозонным полупроводником, заключенным между двумя 5 широкозонными. Из-за большого количества дефектов в гетеропереходах, возникающих вследствие различия параметров решетки контактирующих материалов, эти лазеры имеют большие пороговые плотности тока и ю малый внешний квантовый выход.

Целью изобретения является снижение пороговых плотностей тока и увеличение внешнего квантового выхода инжекдионного лазера.15

Для этого лазер выполнен на основе структуры с тремя слоями твердых растворов (As , причем материалы эмиттеров имеют большое значение параметра х , 20 чем материал активной области. При различии значений параметра х на величину, большую 0,01, толщина активной области структуры должна быть меньше пятикратного значения эффективной длины диффузионно-25

го смещения, а концентрация легирующей примеси в ней

На чертеже представлена зонная модель гетеролазера.

Активная область Д6„ &а. As заклюл лi 2.

чена между эмиттерами Ар

АЕ Go( AS с большим значением параметра X Из следовательно, с большей шириной запрещенной зоны. Поскольку с увеличением содержания алюминия оптическая плотность твердых растворов ,, As

умензьшается, слой А,

G,o), .. As

яв1-х 2

ляется идеальным волноводом.

Структура с узкозонным полупроводником заключенньтм между двумя широкозонными, имеет преимущество перед структурой с ,-переходом при разрывах ширин заДЕ„ и ДЕ прещенных зон с, п- . больших

kT , где

k - постоянная Больцмана (0,86 10 эв/град), Т - рабочая температура ( К). Для выполнения этого условия необходимо, чтобы разница значений параметра х материалов эмиттеров и активной области была больше 0,01,

Концентрация носителей, инжектированных в узкозснный полупроводник, уменьшается с расстоянием от р- и -перехода. Для того чтобы весь слой был активным, его толщина должна быть меньше пятикра-гаого значения эффективной длины диффузионного смещения неосновньтх носителей тока.

В гетеролазере отсутствует необходимос легирования активной области до вырождени поэтому могут быть выбраны тип легирующей примеси и концентрация, обеспечивающие получение максимального внутреннего квантового выхода. Такими легирующими примесями являются цинк, германий, кремНИИ и теллур, а их концентрация 1О 10 см

Оптимальные параметры структуры:

Разрывы ширин запрещенных зон дЕс и: S пределах 0,2-0,4 эв, толщина активной области 0,1-3,0 мкм, концентрация носителей тока: в слое АР i-x 10 см ; в слоеДб &а Аи п () 10 см ; в слое AQ,&oi. AS lO смЧ

Данная структура может быть изготовлена на подложке из арсенида галлия последовательным выращиванием эпитаксиаль ных слоев твердых растворов .,,As из растворов мышьяка в расплаве галлия с алюминием.

При приложении к структуре достаточно большого прямого смещения за счет инжекции из h и р - широкозонных эмиттеров в слое A6,j Ga AS создается инверсная населенность носитЪлей тока. Наличие разрыва зоны проводимости в гетеропереходах в системе ( Ai As-Q а Asобеспечивает эффективную инжекцию носителей из широкозоннь1х эмиттеров в активную область и возможность искусственного ограничения области рекомбинации. Полное совпадение активной области с областью рекомбинации, а также локализация световой волны в активном слое гетеролазера обусловливают существенное снижение пороговых токов и уве личение внешнего квантового выхода при повышенных рабочих температурах.

В гетеролазере на основе предложенной структуры при 300 К получены следующие характеристики: пороговая плотность тока 0,9-1 ка/см и внешний квантовый выход 40%.

Формула изобретения

1.Инжекционный лазер на основе п-иСр)-р-гетероструктуры с узкозонным полупро.ьодником, заключенным между двумя широкоаонными, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пороговой плотности тока и увеличения внешнего квантового выхода, он выполнен на основе твердых растворов A&j( Ста As с материалами эмиттеров, имеющими большее значение параметра X , чем материал активной области.

2.Лазер по п. 1, отличающийс я тем, что разница значений параметра х материалов эмиттеров и активной области больше 0,01, толщина активной области не превышает пятикратного значения эффективной длины диффузионного смещения неосновных носителей, а концентрация легирующих шэимесей в ней ю - 10 смТ

х

/ /jr/ QX-JC/S

.s

Alxj Gaf.