Поверхностный лазер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Сеюз Советскиа

Сециалкстическик

Республик

<н,,722509 (6I ) Дополнительный к патенту (22) Заявлено1701.75 (21) 2103057/18-25 (23) Приоритет — (32) 18. о1 74 (51) М. Кл.

Н 01 S 3/18

1оеуларсгвенный номи ет ссср но лелам изобретений и открнтнй (33) США (8l ) 434469.

Опубликовано 1 503.80. Бюллетень _#_a 10

Дата опубликования описания 150380 (оо) УДЫ 621. 375.8 (088.8) (72) Автор изобретения

Иностранец

Вильям Коффин Холтон (США) Иностранная фирма и и

Тексас инструментс инкорпорейтед (США) Pl) Заявитель (54 ) ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЛАЗЕР ач10

l6 вИзобретение относится к области квантовой электроники, в частности к поверхностным лазерам, которые могут быть использованы в системах передачи и н формации, счетно-решающи х устройствах и в системах контроля производственных процессов.

Известные поверхностные лазеры на красителях (1), содержащие пленку с красителем и внешний источник оптической накачки, позволяют получить многократную генерацию на требуемых длинах волн, однако они не работают в инфракрасной области спектра и имеют достаточно малый срок службы.

Ближайшим к описываемому изобретению по своей технической сущности является полупроводниковый лазер (2), 20 содержащий полупроводниковую подложку с активным слоем, а также внешний лазерный источник накачки.

Однако такой лазер отличается конструктивной сложностью и несовместимостью с интегральными электронными схемами .

Целью изобре гения явля .тся упрощение констру кции и о бе спечениЕ совмещения с зле трон»>, ми интегральными схемами при осуще ст влении на к ки лазера через подложку.

Цель достигается тем, что в пред лагаемом лазере на подложку нанесен изолирующий слой с отверстием, в ко тором размещена гетеромезаструктура из полупроводникового материала., на поверхности которой нанесен актив— ный элемент.

На фиг. 1 схематично показан интегральный поверхностный лазер, продольный разрез; на фиг. 2 поперечное сечение гетеромезаструктуры поверхностного лазера; на фиг. 3 ориентация трафарета для выращивания поверхностных лазеров; на фиг.4 дисперсионные кривые для no = 2,8, n„ = 3,6, и = 3,57, где и, n„, — показатели преломления хальког генидной стекл ян ной плен ки .

Предлагаемый поверхностный лазер содержит внешний лазерный источник накачки 1, подложку 2, изоляционный слой 3, гетеромезаструктуру 4, акти ный элемент 5.

Работа поверхностного лазера осу ществляется следующим образом.

Лазерное излучение от вненгнего источника накачки 1 проходит через подложку 2, гетеромезаструктуру 4

722509 и осуществляет воз буждение акти нного слоя 5, н котором осуществляется генерация измерения поверхностного лазера.

Внешний источник 1 лазерной накачки сонмещ н с подложкой 2 поверхностного ..азер . Подложка 2 выполне н а и э полу пров одни кон ого матери ал а, предгочтительно из СаРэ, однако могут быть использованы другие полупроводниковые сост;ны III-Y и смещенные трех;О о- по и "TH -. -ат риалы III"-Y, На

sosepxvocти подложки 2 нанесен изоляционный слой 3, Изол яционный слой может быть выполнен из" соответствующего окисного материала и снабжен проходящим сквозь него к подложке

2 отверстием. Кроме того, поверхностный лазер содержит гетеромезаструктуру 4 из полупроводникового мат ери ала, которая сформиров ан а на подложке 2 т ак, что он а проходит вер- ф тикально наружу через отверстие в изоляционном слое 3. На поверхности гетеромезаструктуры 4 находится актинный элемент 5 для генерации излучения поверхностного лазера. Если 25 подложка выполнена из GaAs, то гетеромезаструктура представляет собой выращенный методом эпитаксии слой

GaAs, а активный элемент 5 — выращенный методом эпитаксии слой 30

Зп Са„„As Излучение лазера создается в активном слое 5, выращенном на поверхности гетеромезаструктуры 4 GaAs. Такой принцип создает обратную связь с генерирующей средой через грани краев гетеромезаструктуры, создавая налновод в активной среде благодаря более высокому индексу рефракции Э n„Ga „As, и удобное возбуждение за счет прозрачности

GaAs к излучению у запрещенной 1О зоны 3 n„Ga, „As

Поверхностный лазер, показанный на. Фиг. 2, представляет собой мезаструктуру 4, выращенную через окисный трафарет 3 на подложке 2 из 45

GaAs. Находящийс я сверху активный слой 5 представляет собой сплав галлия, индия и мышьяка. Для смещения з апреще иной зоны вниз по от ношению к запрещенной зоне GaAs с целью 50 ограничения создаваемого лазером излучения и поглощения возбуждающей радиации требуется только небольшое количество индия (несколько процентов} . Состав этого сплава близок к а 09 и о

Для выращивания гетероэпитаксиальной мезаструктуры 4 может быть выбран ряд эпитаксиальных процессов в жидкой и парообразной фазах. Обычно при таком типе выращивания процессы н жидкой фазе не применяются, так как нужны дна различных материала и предлагаемые размеры гетеромезаструктуры 4 не могут быть легко

,; п;-:. аз,.:- ::.л. я;., Предпочтительным про- 65 цессом приготовления гетеромезаструктуры 4 является процесс в парообраэной фазе, при котором используется галлий, сплав галлия с индием, хлористый водород и арсин при избытке водорода. С помощью такого процесса можно нырастить GaAs, за которым следует выращивание составов трехкомпонентных сплавов индия в GaAs. Скорости выращивания достаточно низки, так что приготовлением таких тонких пленок можно управлять и сделать процесс нос прои з води мым.

Эти гетероэ пит акси ал ьные плен ки выращивают через окисные трафареты.

Такой способ предусматривает уникальное формирование оптического резонатора с параллельными противоположными гранями без надобности н расщеплении таких поверхностей. Точная геометрическая форма отверстий в трафаретах в этом случае янляется критичной, пгскольку стороны нарастани я должны быть параллельны одна другой и перпендикулярны к подложке.

Чтобы получить такую геометрическую форму, используется ромбообразный трафарет. Ориентация трафарета,по отношению к подложке показана на фиг. 3. Могут быть также другие ориентации, позволяющие получить такую граненую конфигурацию.

Как это требуется дл: эффективной работы устройства в поверхностном лазере можно получить генерацию на одиночном типе оптических колебаний или на нескольких типах низшего порядка.

На фиг. 4 показаны дисперсионные кривые пассивной среды для возможных режимов распространения в поверхностном лазере (Ч/С вЂ” фазовая скорость лазера, d — толщина волнонода, Л длина излучения лазера).

Обычно эпитаксиальный поверхностный лазер находится в контакте с халькогенидной стеклянной пленкой, следовательно, кривые рассчитаны для мно годи зле ктричес кого слоя и «и и п где п — индекс халькогенидного

4 стекла, п — индекс Ga nAs, а п индекс GaAs. Как можно видеть из графиков режим распространени я на одиночном типе колебаний можно получить при А/d < 1,5, Легиронание слоя 5 из Ga3nAs регулируется для получения минимального порога лазера. При этом важны дна обстоятельства: используемый процесс излучательной рекомбинации и наиболее низкие оптические потери в зависимости от совершенства пленки и, кроме того, длины волны излучательной эмиссии по отношению к краю полосы. В конечном счете, эпитаксиальный слой 5 может быть от— несен к GaAs для того, чтобы обеслечить тонкук пленку GaAs, создана погруженный генерирующий слой, что

722509 исключает эффекты поверхностной рекс мби н аци и .

Формула и зо брет е ни я

Поверхностный лазер, содержащий полупроводниковую подложку с активным слоем и внешний лазерный источник накачки, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструк- >О ции при осуществлении накачки через подложку, на подложку нанесен изолирующий слой с отверстием, в котором размещена гетеромезаструктура из полу троводникового материала, на поверхности которой нанесен активный слой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Soffer В.Н., Ме. Farlanet .

Appt. Phys Lett, 1967, М 10, р. 266.

2. Патент СНА Ф 3568087, кл. 331-945, опублик. 1971 °

722509

Фас 3

2 Ij1

9.605 г.99

) 2190

И99

t an азиз л/и

Фиг. Ф

Тираж 844 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 180/48

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

Составитель С. Мухин

Ре ак едактор И. Шубина . Техред N.Kóçüìà Корректор Н. Стен

Поверхностный лазер Поверхностный лазер Поверхностный лазер Поверхностный лазер 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к конструкции полупроводниковых лазеров, возбуждаемых током, светом и электронным пучком

Изобретение относится к области конструирования и применения полупроводниковых лазеров, в частности разработки излучателей на основе лазерных диодов, для сборки матриц лазерных диодов, используемых в качестве источника накачки мощных твердотельных лазеров

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к конструкции полупроводниковых лазеров, возбуждаемых током, светом, электронным пучком

Изобретение относится к квантовой электронной технике, в частности к оптическим передающим модулям с инжекционным лазером как источником излучения

Изобретение относится к квантовой электронной технике и может использоваться в системах лазерной космической связи и в системах лазерной атмосферной связи

Изобретение относится к способу изготовления оптических приборов, в частности полупроводниковых оптоэлектронных приборов, таких как лазерные диоды, оптические модуляторы, оптические усилители, оптические коммутаторы и оптические детекторы

Изобретение относится к способу получения поверхностей, лишенных загрязнений, из материалов, выбранных из группы, содержащей GaAs, GaAlAs, InGaAs, InGaAsP и InGaAs на зеркальных фасетках кристалла для резонаторов лазеров на основе GaAs

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению
Наверх