Полупроводниковый лазер с продольной электронной накачкой

 

1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР С ПРОДОЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ НАКАЧКОЙ , включающий устройство возбуждения , активный элемент с нанесенными на него зеркалами и хладопровод, отличающийся тем, что, с целью уменьшения порогового тока генерации, увеличения мощности и КПД, активный элемент лазера выполнен из полупроводниковой гетеростИзобретение относится к полупроводниковому приборостроению и может быть использовано для изготовления полупроводниковых лазеров с продольной накачкой электронным пучком, Целью изобретения является уменьшение порогового тока генерации,увеличение мощности излучения и КПД лазера. Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковом лазере с продольной электронной накачкой, включающем устройство возбуждения, активный элемент с нанесенными на негозеркалами и хладопровод , активный элемент лазера выполнен из полупроводниковой гетероструктуры, состоящей по крайней мере из одного узкозонного и одного широкозонного слоев, руктуры, состоящей по крайней мере из одного узкозонного и одного широкозонного слоев, причем толщина узкозонного слоя не более глубины проникновения электронов в материал активного элемента, а суммарная толщины узкозонного и широкозонного слоев удовлетворяет условию 4/lL 0,207( f- 1- |RiR2; где А- длина волны возбуждаемого излуче- : ния; L - суммарная толщина узкозонного и : щирокозонного слоев: d - диаметр области возбуждения: RI и R2 - коэффициенты отражения зеркал резонатора. сл 2. Лазер поп. 1, отличающийся тем, что хладопровод выполнен в виде шис рокозонного слоя. причем толщина узкозонного слоя не более глубины проникновения электронов в матеО риал активного элемента, а суммарная толСА ) 4 СЛ О щина узкозонного и щирокозонного слоев удовлетворяет условию 0,207( )-V 1-VRiR2, (1) о где Я-длина волны возбуждаемого излучения: d - диаметр области возбуждения:; RI и R2 - коэффициенты отражения зеркал резонатора: L - суммарная толщина узкозонного и широкозонного слоев.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 S 3/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0.207() 5 1 — )Г0102;

0.207() 1 — 70 Я, Cl (21) 3353932/25 (22) 02.11.81 (46) 15.12.92. Бюл. N 46 (72) А.А,Матяш. В.Д,Алешин, В.В.Шубина, Б.M.Ë аврушин, С.С.Стрельченко, В.Н.Уласюк и И.Н.Андреев (56) Богданкевич О.В. и др. Полупроводниковые лазеры. — M., Наука, 1976, с. 182.

Дуденкова А.В. и др. Лазерные экраны из монокристаллических пленок ZnSe u

ZnTe, выращенных на сапфире. — Квантовая электроника, 1981, т. 8, N. 6, 1380, (54)(57) 1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР

С ПРОДОЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ НАКАЧКОЙ, включающий устройство возбуждения, активный элемент с нанесенйыми на него зеркалами и хладопровод, о тл и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения порогового тока генерации, увеличения мощности и КПД, активный элемент лазера выполнен иэ полупроводниковой гетеростИзобретение относится к полупроводниковому приборостроению и может быть использовано для изготовления полупроводниковых лазеров с продольной накачкой электронным пучком, Целью изобретения является уменьшение порогового тока генерации, увеличение мощности излучения и КПД лазера.

Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковом лазере с продольной электронной накачкой, включающем устройство возбуждения, активный элемент с нанесенными на него зеркалами и хладопровод, активный элемент лазера выполнен из полупроводниковой гетероструктуры, состоящей по крайней мере из одного узкозонного и одного широкозонного слоев, „„ Ы„„1034569 А1 руктуры, состоящей по крайней мере из одного узкозонного и одного широкозонного слоев, причем толщина узкоэонного слоя не более глубины проникновения электронов в материал активного элемента, а суммарная толщины узкозонного и широкозонного слоев удовлетвсряет условию где А- длина волны возбуждаемого излучения;

L — суммарная толщина узкозонного и широкозонного слоев;

d —. диаметр области возбуждения;

R> и Rz — коэффициенты отражения зеркал резонатора.

2. Лазер по и. 1, отличающийся тем, что хладопровод выполнен в виде широкозонного слоя. причем толщина узкозонного слоя не более глубины проникновения электронов в материал актианого элемента, а суммарная толщина узкозонного и широкозонного слоев удовлетворяет условию где А-длина волны возбуждаемого излучения;

d — диаметр области возбуждения;

R> и Rz — коэффициенты отражения зеркал резонатора;

L — суммарная толщина узкозонного и широкозонного слоев.

1034569

С учетом выражения для дифракционных потерь д =0,207() (3) д-1- %1 Вг. (2) Составитель

Редактор Q,Ôèëèïïîâa Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Заказ 564 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101

Хладопровод может быть выполнен в виде широкозонного слоя, Работа лазера с продольной накачкой электронным пучком осуществляется следующим образом, Электронный пучок падает на поверхность активного элемента со стороны узкозонного слоя и возбуждает активную область, размеры которой ограничены толщиной узкозонного слоя и диаметром электронного пучка, При взаимодействии электронного пучка с веществом происходит преобразование энергии электронного пучка в энергию оптического возбуждения, Генерируемое излучение имеет длину волны, соответствующую ширине запрещенной зоны узкозонного полупроводникового материала, Проходя через пассивную область, состоящую из широкозонного материала, практически без поглощения, генерируемое излучение выходит в направлении электронного пучка, Активную область можно легко сделать равной глубине проникновения электронов, исключив практически полностью потери излучения в пассивной части, Общую толщину структуры, т.е. длину резонатора, можно значительно увеличить, что приводит к улучшению направленности излучения.

Как известно. направленность излучения непосредственно связана с дифракционными потерями и достигает своего дифракционного предела, когда дифракционные потери д становятся сравнимы с потерями из-за излучения через зеркала резонатора и начинают существенно влиять на порог генерации, т.е. когда получаем условие (1), определяющее величину максимальной длины резонатора, при которой диаграмма направленности наилучшая, а дифракционные потери еще находятся в допустимых пределах (не более

10 — 127). Превышение этой величины уже будет приводить к существенному росту дифракционных потерь, увеличению порога генерации и снижению КПД и мощности.

Гетероструктуру для активного элемента лазера, генерирующего на длине волны

650 нм (при 77 К), изготавливают методом газотранспортного переноса в хлоридногидридной эпитаксиальной системе.

Для этого на подложку монокристаллического фосфида галлия (GaP) осаждают эпитаксиальную пленку твердого раствора

GaASo,к Po,çá, Толщина подложки составляет 1 мм, толщина эпитаксиального слоя равна 6 мкм.

На внешнюю поверхность эпитаксиального слоя напыляют глухое зеркало из SiQz толщиной 110 — 140 нм и Ag толщиной 0,1 — 0,2

30,„к

На внешнюю сторону подложки напыл я ют полупрозрачное диэлектрическое зеркало из 7 — 9 слоев SlOz и TiQ2 толщиной 170 нм, Использование активного элемента на основе гетероструктуры для лазера с продольной электронной накачкой позволяет существенно снизить пороговые токи генерации, увеличить мощность и КПД при достаточно хорошей направленности излучения.