Полупроводниковый лазер с гетеропереходами Советский патент 1977 года по МПК H01S5/30 

(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР С ГЕТЕРОПЕРЕХОЛАМИ жащими эмиттерами, но уровень легирования в них на несколько порядков ниже, чеад у эмиттеров. Слои 1 к 7 из , и р -материала служат для уменьшения последовательного сопротивления лазера. Полупроводниковый лазер работает следующим образом. При приложении прямого смещения (плюс к р-слою) к структуре, изготовленной из материалов, у которых основная величина разр14ва ширины запрещенной зоны й приходится на зону проводимости, т.е. разрыв в зоне проводимости д Е- больше разрыва в валентной зоне лЕу .происходит инжекция электронов и дырок из ширсгкоаонных эмиттеров 2 и 6 в более узкозонные области переменного состава (3 и 5). Инжектированные неравновесные электроны и дырки, являясь основ ными носителями тока в слоях переменного состава, легко достигают узкозонного слоя 4, Если разрывы Д Е - на границах узкос областями 3 и 5 составзонного слоя 4 ляют несколько кТ (фиг. 1), то электроннодырочная плазма эффективно удерживается в пределах узкозонного слоя, здесь же прои ходит рекомбинация носителей тока, если же Д Е - О (фиг. 2), то рекомбинация происходит также в некоторой части слоев переменного состава, непосредственно приле гсткчдих к узкозонному слою, при этом ушиpoHffo области рекомбинации мало по сравне нию с толщиной узкозонного слоя. При достаточном увеличении плотности тока дости гается состояние инверсной заселенности в узкозонном слое лазера (фиг.) или в боле широкой области (фиг. 2), и возникает гене рация. Для лазеров со структурой по фиг. 2 наличие градиента состава областей 3 и 5 приводит к незначительному уширению области инверсной заселенности относительно толщины узкозонного слоя 4. Так как Е областей 3 и 5 возрастает от слоя 4 к эмиттерам 2 и 6 от значений ширины запрещенной зоны либо на несколько кТ превышающих (фиг.1), либо равных величинеЕ слоя 4 (), то и скачки показател преломления Atl (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 межзонно го поглощения. Поскольку толщина волновой области значительно больше длины генериру могр света (в веществе), а значение ДГ1 на границах раздела амйтгтеров 2Ги 6 с областями переменного состава (3 и 5) значительно ( ДП О,1), то лазерное излучение практически не попадает в эмиттеры. Потери света, распространяющегося в обла сти прозрачных слоев переменного составаг будут малы, так как они определяются в осовном поглощением на свободных носитеях., а уровень легирования областей 3 и 5 ьгаолнен на несколько порядков ниже, чем ровень легирования эмиттеров. -- .. -.J. -- i T --- r-,: - -j.- ..... ., Таким образом излучение в предлагаемом азере распространяется во всей области меж- у эмиттерами, к1зторая может в несколько аз превышать область инверсной заселенноти. Причем плавное увеличение ширины зарещенной зоны пассивных областей позвояет улучшить управление долей светового излучения, распространяющегося в пассивных областях, и тем самым увеличить отношение величны максимальной импульсной световой мощности к величине плотности / , порогового тока по сравнению с известными устройствами. Предлагаемый лазер может быть изготовлен на основе структуры с гетеропереходами в системе AEAs - Gq As . Почти полное совпадение параметров решеток обоих бинарных соединений (0,2 относит./с.) позволяет резко улучшить качество слоев, из 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 Е„. поперек областей переменного состава СЗи 5), Узкозонная область tl й°( Ai (4) толщиной 0,1-1 мкм специально не легируется (Т1 - 10 CV. ). Области переменного состава (3 и 5) выполнены из А Qa. .. As (х-0,ОО-0,10) с и , р 5-АО И 7- 3 -10 см . Их толщина может изменяться в пределах 0,5-3 мкм. Состав широкозояных эмиттеров постоянного состава (2 и 6) из 1-у составляет 20 мол.% (t7, р Ю ). Слои п -типа обычно легируются теллуром, слои р -типа легируются Ge . Предельные импульсные световые мощности, полученные при 300 К ;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 tr 10 с), а поро1овая плотность тока была 2,2 кА/см (грани резонатора Фабри-Перо изготовлялись скалыванием, длина лазера сгС-500мкм), изобретения мула 1, Полупроводниковый лазер с гетеропереходами, содержащий волноводную область; заключающуюся между широкозонными эмиттерами, выполненн5пю в виде симметричной относительно активной области структуры, причем ширина волноводной области больше ширины узкоаонной активной областИ| а ши рина запрещенной зоны пассивных оёЬастей волноводной области меньше, чем у широкозонных эмиттеров, отлячающийся тем, что, с целью увеличения отношения величины максимальной импупьсвой световой

мощности к величине 11ОрОТЧ ВОЙ ППОТВОСТИ.

тока, пассивные области выполнены из твердых растворов замещения с переменной шиг

риной запрещенной зоны, плавно увеличивающейся от активного слоя к эмиттерам, причем ширина запрещенной зоны пассивных областей не меньше ширины запрещенной зоны активной области.

2, Лазер по п. 1, о т л и ч а id щ и йс я тем, что, с целью уменьшения дефектов структуры, пассивные области выполнены не основе .твердых растворов в системе ACAs-QofAa и имеют плавно увеличивающееся содержание алюминия от активного слоя к э литтерам.

Фиг. г