RU2529450C2 - Semiconductor laser (versions) - Google Patents
Semiconductor laser (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2529450C2 RU2529450C2 RU2012128233/28A RU2012128233A RU2529450C2 RU 2529450 C2 RU2529450 C2 RU 2529450C2 RU 2012128233/28 A RU2012128233/28 A RU 2012128233/28A RU 2012128233 A RU2012128233 A RU 2012128233A RU 2529450 C2 RU2529450 C2 RU 2529450C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- layers
- active
- doping
- quantum wells
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
Предложенная группа изобретений относится к квантовой электронной технике, касается вариантов устройства полупроводникового лазера с активной зоной, содержащей гетероструктуру с одной, или с несколькими квантовыми ямами в соединениях типа А3В5, который может быть использован в волоконно-оптических системах связи, в системах накачки твердотельных лазеров, в системах навигации, в медицинском оборудовании и т.д.The proposed group of inventions relates to quantum electronic technology, relates to device options for a semiconductor laser with an active zone containing a heterostructure with one or several quantum wells in compounds of the type A3B5, which can be used in fiber-optic communication systems, in pumping systems of solid-state lasers, in navigation systems, in medical equipment, etc.
Обычно структура полупроводниковых лазеров представляет собой выращенные в определенной последовательности на полупроводниковой подложке буферный, ограничивающие, волноводные, активные и контактный слои. Обычно волноводный слой не легируется (или легируется незначительно), а ограничивающие слои легируются примесями донорных и акцепторных элементов, образуя p- и n-области.Typically, the structure of semiconductor lasers is a buffer, limiting, waveguide, active and contact layers grown in a certain sequence on a semiconductor substrate. Typically, the waveguide layer is not doped (or doped slightly), and the bounding layers are doped with impurities of donor and acceptor elements, forming p- and n-regions.
Полупроводниковые лазеры при применении разнообразных стандартных конструкций на системах А3В5 позволяют получать когерентный монохроматичный пучок излучения в широком диапазоне длин волн (в частности, при применении систем с квантовыми ямами InGaAs различного состава диапазон длин волн составляет 0.93-2 мкм).Semiconductor lasers using various standard designs on A3B5 systems make it possible to obtain a coherent monochromatic radiation beam in a wide range of wavelengths (in particular, when using systems with InGaAs quantum wells of various compositions, the wavelength range is 0.93-2 μm).
Волноводный эффект (достигаемый за счет эффекта “полного внутреннего отражения”) для распространяющейся в лазере (в частности, в лазере на основе двойной гетероструктуры с квантовыми ямами) электромагнитной волны возникает при условии, что показатель преломления волноводного слоя выше, чем показатели преломления ограничивающих слоев, и чем выше эта разница, тем лучше происходит локализация волны в волноводном слое.The waveguide effect (achieved by the effect of “total internal reflection”) for an electromagnetic wave propagating in a laser (in particular, a laser based on a double heterostructure with quantum wells) arises provided that the refractive index of the waveguide layer is higher than the refractive indices of the bounding layers, and the higher this difference, the better the localization of the wave in the waveguide layer.
Поскольку в конечном счете большая часть фронта волны распространяется в волноводном слое (остальная часть, как правило, затухает в ограничивающих слоях), то расходимость пучка в плоскости перпендикулярной p-n-переходу (обычно 20-50 градусов), определяется шириной волноводного слоя в плоскости, перпендикулярной p-n-переходу (обычно 0.3-4 мкм).Since ultimately a large part of the wave front propagates in the waveguide layer (the rest, as a rule, attenuates in the bounding layers), the beam divergence in the plane perpendicular to the pn junction (usually 20-50 degrees) is determined by the width of the waveguide layer in the plane perpendicular pn junction (usually 0.3-4 microns).
Ограничения основных параметров полупроводниковых лазеров часто связывают с оптическими потерями. В обычных лазерах существуют внутренние оптические потери, вносимые за счет рассеяния на гетерограницах “волновод - ограничивающие слои”.Limitations of the main parameters of semiconductor lasers are often associated with optical losses. In conventional lasers, there are internal optical losses introduced due to scattering at the “waveguide - bounding layer” heterointerfaces.
Так, например, известны лазеры на основе двойной гетероструктуры с квантовыми ямами, в которых волноводный слой с активной зоной (одна или большее число квантовых ям) находятся между ограничивающими слоями («Лазеры на гетероструктурах» в 2-х томах, X. Кейси, М. Паниш, М., Мир, 1981, Т.2, 368 с., «Лазеры на основе полупроводниковых наногетероструктур», А.Е. Жуков, СПб, ООО «Техномедиа», Из-во «Элмор», 2007, 304 с.).For example, lasers based on a double heterostructure with quantum wells are known, in which a waveguide layer with an active zone (one or more quantum wells) are between the bounding layers (“Lasers on heterostructures” in 2 volumes, X. Casey, M Panish, M., Mir, 1981, vol. 2, 368 pp., “Lasers based on semiconductor nanoheterostructures”, A.E. Zhukov, St. Petersburg, LLC “Tekhnomedia”, Izm. “Elmore”, 2007, 304 p. .).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является полупроводниковый лазер, защищенный патентом US 5666375, опубл. 09.09.1997 г., кл. H01S 3/19, принятый за ближайший аналог (прототип).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a semiconductor laser, protected by patent US 5666375, publ. 09.09.1997, class H01S 3/19, adopted for the closest analogue (prototype).
Полупроводниковый лазер, по прототипу, включает InP подложку, буферный слой, верхний и нижний пассивные (т.е. в которых не происходит генерация излучения) волноводные слои, покровный слой и контактный слой. Полупроводниковый лазер включает также, по крайней мере, одну InGaAsP квантовую яму, лежащую между пассивными волноводными слоями, являющуюся активным слоем, находящуюся поверх InP подложки, активный слой имеет деформацию растяжения между 1% и 1.5%, лазерный активный слой In1-xGaxASyP1-y имеет состав, в котором x лежит в интервале между 0.42 и 0.55, у лежит в интервале между 0.6 и 0.75; полупроводниковый лазер генерирует в 1.3 мкм области. Волноводом служат пассивные волноводные слои. Волноводный эффект достигается за счет того, что показатель преломления волноводного слоев выше, чем показатели преломления буферного и покровного слоев (ограничивающих слоев).The semiconductor laser, according to the prototype, includes an InP substrate, a buffer layer, upper and lower passive (that is, radiation is not generated) waveguide layers, a coating layer and a contact layer. The semiconductor laser also includes at least one InGaAsP quantum well lying between the passive waveguide layers, which is the active layer located on top of the InP substrate, the active layer has a tensile strain between 1% and 1.5%, the laser active layer In 1-x Ga x AS y P 1-y has a composition in which x lies between 0.42 and 0.55, y lies between 0.6 and 0.75; a semiconductor laser generates in the 1.3 μm region. The waveguide are passive waveguide layers. The waveguide effect is achieved due to the fact that the refractive index of the waveguide layers is higher than the refractive indices of the buffer and coating layers (bounding layers).
Преимуществом и общим признаком с предлагаемым изобретением является использование квантовых ям в соединениях типа А3В5 для генерации излучения, что позволяет существенно снизить пороговые токи и позволяет использовать деформированные активные области (квантовые ямы) для генерации излучения, что, в свою очередь, позволяет снизить пороговые токи и управлять поляризацией излучения.An advantage and a common feature with the invention is the use of quantum wells in compounds of the type A3B5 to generate radiation, which can significantly reduce threshold currents and allows the use of deformed active regions (quantum wells) to generate radiation, which, in turn, allows to reduce threshold currents and control the polarization of radiation.
Однако прототип не лишен недостатков:However, the prototype is not without drawbacks:
- во-первых, наличие пассивных волноводных слоев усложняет процесс изготовления лазера;- firstly, the presence of passive waveguide layers complicates the laser manufacturing process;
- во-вторых, использование пассивных волноводных слоев ухудшает модовую селективность лазерного волновода при использовании широких волноводов в лазерах, предназначенных для генерации больших мощностей (>1 Вт);- secondly, the use of passive waveguide layers degrades the mode selectivity of the laser waveguide when using wide waveguides in lasers designed to generate high powers (> 1 W);
- в-третьих, формирование волновода за счет разности показателей преломления пассивных волноводных и ограничивающих слоев приводит к увеличению потерь в волноводе за счет рассеяния света на неровностях границ волноводных и ограничивающих слоев.- thirdly, the formation of the waveguide due to the difference in the refractive indices of the passive waveguide and bounding layers leads to an increase in losses in the waveguide due to light scattering on uneven boundaries of the waveguide and bounding layers.
В задачу изобретения положено создание вариантов нового полупроводникового лазера.The objective of the invention is the creation of options for a new semiconductor laser.
Технический результат от использования группы изобретений заключается в снижении поперечной расходимости излучения, уменьшении внутренних оптических потерь в волноводе, удешевлении и упрощении производства.The technical result from the use of the group of inventions is to reduce the transverse divergence of radiation, reduce internal optical losses in the waveguide, reduce the cost and simplify production.
Поставленная задача достигается тем, что в полупроводниковом лазере, включающем гетероструктуру, выращенную на подложке, содержащую буферный слой, покровный слой, контактный слой, активную область, по крайней мере, с одной с активной квантовой ямой, выполненную в p-n- и/или в p-i-n-переходе, сформированном в окружающих ее слоях полупроводника, с показателем преломления активной квантовой ямы, превышающим показатели преломления окружающих ее слоев полупроводника, волновод сформирован всеми слоями гетероструктуры за счет разности показателей преломления активной квантовой ямы и окружающих ее слоев полупроводника, при этом подложка легирована сильнее, чем область с квантовой ямой, степень легирования подложки составляет 1018-3*1018 см-3; буферный слой выполнен с той же степенью легирования, что и подложка; покровный слой легирован слабо, слабее, чем подложка, степень легирования покровного слоя составляет 1017-5*1017 см-3; контактный слой легирован сильно, степень легирования контактного слоя составляет 1019-5*1019 см-3; в качестве полупроводников используют соединения типа А3В5 и их твердые растворы.The problem is achieved in that in a semiconductor laser including a heterostructure grown on a substrate, containing a buffer layer, a coating layer, a contact layer, an active region with at least one active quantum well, made in pn and / or pin junction formed in the surrounding semiconductor layers with a refractive index of the active quantum well exceeding the refractive indices of the surrounding semiconductor layers, the waveguide is formed by all layers of the heterostructure due to the difference relomleniya active quantum well and the surrounding semiconductor layers, wherein the substrate is doped more strongly than the quantum well region, doping level of the substrate is October 18 -3 * 10 18 cm -3; the buffer layer is made with the same degree of doping as the substrate; the coating layer is lightly doped, weaker than the substrate, the degree of doping of the coating layer is 10 17 -5 * 10 17 cm -3 ; the contact layer is heavily doped, the degree of doping of the contact layer is 10 19 -5 * 10 19 cm -3 ; as semiconductors use compounds of the type A3B5 and their solid solutions.
Поставленная задача достигается также тем, что в полупроводниковом лазере, включающем гетероструктуру, выращенную на подложке, содержащую буферный слой, промежуточные слои, покровный слой, контактный слой, активную область с активными квантовыми ямами, выполненную в p-n- и/или в p-i-n-переходе, сформированном в окружающих слоях полупроводника, с показателями преломления активных квантовых ям, превышающими показатели преломления окружающих их слоев полупроводника, волновод сформирован всеми слоями гетероструктуры за счет разности показателей преломления активных квантовых ям и окружающих их слоев полупроводника, при этом подложка легирована сильнее, чем область с квантовыми ямами, степень легирования подложки составляет 1018-3*1018 см-3; буферный слой выполнен с той же степенью легирования, что и подложка; покровный слой легирован слабо, слабее, чем подложка, степень легирования составляет 1017-5*1017 см-3; контактный слой легирован сильно, степень легирования контактного слоя составляет 1019-5*1019 см-3; в качестве полупроводников используют соединения типа А3В5 и их твердые растворы.The problem is also achieved by the fact that in a semiconductor laser including a heterostructure grown on a substrate, containing a buffer layer, intermediate layers, a coating layer, a contact layer, an active region with active quantum wells, made in the pn and / or pin junction, formed in the surrounding semiconductor layers, with refractive indices of active quantum wells exceeding the refractive indices of the surrounding semiconductor layers, the waveguide is formed by all layers of the heterostructure due to the difference the refraction of active quantum wells and the semiconductor layers surrounding them, while the substrate is doped more than the region with quantum wells, the degree of doping of the substrate is 10 18 -3 * 10 18 cm -3 ; the buffer layer is made with the same degree of doping as the substrate; the coating layer is slightly doped, weaker than the substrate, the degree of doping is 10 17 -5 * 10 17 cm -3 ; the contact layer is heavily doped, the degree of doping of the contact layer is 10 19 -5 * 10 19 cm -3 ; as semiconductors use compounds of the type A3B5 and their solid solutions.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого полупроводникового лазера по 1 варианту.Figure 1 shows a diagram of the proposed semiconductor laser according to 1 embodiment.
На фиг.2 приведена схема предлагаемого полупроводникового лазера по 2 варианту.Figure 2 shows a diagram of the proposed semiconductor laser according to
На фиг.3 приведена таблица 1 с параметрами слоев предлагаемого полупроводникового лазера на InP подложке с 3 квантовыми ямами InxGa1-xAs.Figure 3 shows table 1 with the parameters of the layers of the proposed semiconductor laser on an InP substrate with 3 quantum wells In x Ga 1-x As.
На фиг.4. приведена таблица 2 с параметрами слоев предлагаемого полупроводникового лазера на на GaAs подложке с 6 квантовыми ямами InxGa1-xAs.In figure 4. Table 2 shows the parameters of the layers of the proposed semiconductor laser on a GaAs substrate with 6 In x Ga 1-x As quantum wells.
На фиг.5 приведена таблица 3 с параметрами слоев предлагаемого полупроводникового лазера на GaN подложке с 1 квантовой ямой InxGa1-xN.Figure 5 shows table 3 with the parameters of the layers of the proposed semiconductor laser on a GaN substrate with 1 quantum well In x Ga 1-x N.
Полупроводниковый лазер на фиг.1-2 содержит:The semiconductor laser of figure 1-2 contains:
1 - подложку,1 - substrate
2 - буферный слой,2 - buffer layer,
3 - активные квантовые ямы,3 - active quantum wells,
4 - промежуточные слои,4 - intermediate layers,
5 - покровный слой;5 - cover layer;
6 - контактный слой.6 - contact layer.
Полупроводниковый лазер представляет собой гетероструктуру, выращенную на подложке 1, по крайней мере, с одной активной квантовой ямой 3 и окружающими ее слоями полупроводника 2, 5, 6.A semiconductor laser is a heterostructure grown on a
Гетероструктура включает: буферный слой 2, покровный слой 5, контактный слой 6.The heterostructure includes: a
Гетероструктура может содержать несколько активных квантовых ям 3 и промежуточных слоев 4 между ними.The heterostructure may contain several active
Область с активной квантовой ямой 3 (активная область) выполнена в p-n- и/или в p-i-n-переходе, сформированном в окружающих слоях полупроводника 2, 5, 6, либо область с активными квантовыми ямами 3 (активная область) выполнена в p-n- и/или в p-i-n-переходе, сформированном в окружающих слоях полупроводника 2, 4, 5, 6.The region with the active quantum well 3 (active region) is made in the pn and / or pin junction formed in the surrounding layers of
Показатель преломления активной квантовой ямы 3 превышает показатели преломления окружающих ее слоев полупроводника 1, 2, 5, 6, либо показатели преломления активных квантовых ям 3 превышают показатели преломления окружающих их слоев полупроводника 1, 2, 4, 5, 6.The refractive index of the active
Волновод сформирован всеми слоями гетероструктуры за счет разности показателей преломления активной квантовой ямы 3 и окружающих ее слоев полупроводника 1, 2, 5, 6, либо волновод сформирован всеми слоями гетероструктуры за счет разности показателей преломления активных квантовых ям 3 и окружающих их слоев полупроводника 1, 2, 4, 5, 6.The waveguide is formed by all layers of the heterostructure due to the difference in the refractive indices of the
Подложка 1 легирована сильнее, чем область с квантовыми ямами 3, степень легирования подложки 1 составляет 1018-3*1018 см-3.The
Буферный слой 2 выполнен с той же степенью легирования, что и подложка 1.The
Покровный слой 5 легирован слабо, слабее, чем подложка 1, степень легирования покровного слоя 5 составляет, например, 1017-5*1017 см-3.The
Контактный слой 6 легирован сильно, степень легирования контактного слоя 6 составляет 1019-5*1019 см-3.The
В качестве полупроводников используют, например, соединения типа А3В5 и их твердые растворы.As semiconductors, for example, compounds of the type A3B5 and their solid solutions are used.
Сборку предлагаемой полезной модели осуществляют следующим образом.The assembly of the proposed utility model is as follows.
Гетероструктуру для полупроводникового лазера выращивают методами МОС-гидридной или молекулярно-лучевой эпитаксии. Производят, например, последовательный рост слоев 2, 3, 5, 6 на подложке 1 либо рост слоев 2, 3, 4, 5, 6 на подложке 1. Подложка 1, на которой производят рост гетероструктуры, должна иметь уровень легирования, больший в несколько раз, чем область с квантовыми ямами 3. На подложке 1 для компенсации дефектов выращивают буферный слой 2 с той же степенью легирования. Затем производят рост слоев с p-n (p-i-n)-переходом, в качестве активной области используют одну или несколько квантовых ям 3, разделенных окружающими слоями 4 с фоновым уровнем примеси. Затем производят, например, рост покровного слоя 5 с уровнем легирования немного выше, чем у области с квантовыми ямами 3, а также высоколегированный контактный слой 6. Для лазеров с токовой накачкой делают, например, металлические контакты к обратной стороне подложки 1 и к контактному слою 6. Зеркалами служат сколы граней либо сколы граней с нанесенными диэлектрическими покрытиями (увеличивающими на одной грани и уменьшающими на другой коэффициент отражения). Волновод формируют всеми слоями гетероструктуры. Волноводный эффект достигают за счет большего показателя преломления в квантовых ямах по сравнению с показателями преломления остальных слоев в гетероструктуре. Величина показателя преломления зависит от материала слоя и степени его легирования. Толщины и материалы слоев, профиль легирования подбирают так, чтобы во всей структуре сформировался волновод. Для этого необходимо, чтобы выполнялись следующие неравенства для ТЕ и ТМ волн волновода, соответственно:The heterostructure for a semiconductor laser is grown by the methods of MOS hydride or molecular beam epitaxy. For example, a sequential growth of
где d - толщина квантовой ямы, N - число квантовых ям, λ - длина волны излучения лазера, L - суммарная толщина покровного и контактного слоев, n1, n2, n3, - показатели преломления подложки, материала квантовых ям и воздуха (в лазере с оптической накачкой) либо металла (в лазере с токовой накачкой) соответственно.where d is the thickness of the quantum well, N is the number of quantum wells, λ is the wavelength of the laser radiation, L is the total thickness of the coating and contact layers, n 1 , n 2 , n 3 , are the refractive indices of the substrate, the material of the quantum wells, and air (in laser with optical pumping) or metal (in a laser with current pumping), respectively.
В предлагаемом полупроводниковом лазере активность среды (квантовых ям 3) создают за счет инверсного распределения электронов между уровнями размерного квантования валентной зоны и зоны проводимости. Необходимая для инверсии большая концентрация электронов и дырок может быть создана разными способами: инжекцией в p-n (p-i-n)-переходе (токовая накачка), освещением мощным источником света (оптическая накачка). Активная среда должна сопрягаться с резонатором (волновод с зеркалами), и между ними осуществляется обратная связь. Когда выигрыш в энергии волны из-за взаимодействия с активной областью (усиление) становиться равным суммарным потерям (в том числе и на выход излучения из резонатора), устройство превращается в источник когерентного электромагнитного излучения (лазер).In the proposed semiconductor laser, the activity of the medium (quantum wells 3) is created due to the inverse distribution of electrons between the levels of dimensional quantization of the valence band and the conduction band. The large concentration of electrons and holes necessary for inversion can be created in different ways: by injection at the p-n (p-i-n) junction (current pumping), by illumination with a powerful light source (optical pumping). The active medium must be coupled to the resonator (waveguide with mirrors), and feedback is carried out between them. When the gain in wave energy due to interaction with the active region (gain) becomes equal to the total loss (including the output of radiation from the resonator), the device turns into a source of coherent electromagnetic radiation (laser).
Для предлагаемого полупроводникового лазера расходимость излучения в плоскости, перпендикулярной p-n-переходу, возможна в угловом интервале 1-30 градусов в зависимости от поперечного размера моды. Поперечным размером моды можно управлять, изменяя число, ширину и состав квантовых ям 3, а также их расположение. Возможность достижения малой расходимости излучения в плоскости, перпендикулярной p-n-переходу, дает значительный выигрыш из-за отсутствия или облегчения проблемы фокусировки излучения при применении в различных устройствах.For the proposed semiconductor laser, the radiation divergence in the plane perpendicular to the pn junction is possible in the angular range of 1-30 degrees, depending on the transverse mode size. The transverse mode size can be controlled by changing the number, width and composition of
Распространение волны происходит за счет волноводного эффекта, основанного на точном подборе толщин эпитаксиальных слоев и разницы показателей преломления области с квантовой ямой 3 и окружающих ее слоев полупроводника 1, 2, 5, 6 либо с квантовыми ямами 3 (активной области) и окружающих их слоев полупроводника 1, 2, 4, 5, 6, а также подборе профиля их легирования. Чем больше эта разница, тем лучше локализация моды (электромагнитной волны) в структуре и меньше порог генерации лазерного излучения. В предложенном полупроводниковом лазере подложку легируют сильнее, чем область с квантовой ямой по 1 варианту или чем область с квантовыми ямами по 2 варианту, степень легирования подложки выполняют составляющей 1018-3*10 см-3, буферный слой выполняют с той же степенью легирования, что и подложку, покровный слой легируют слабо, слабее, чем подложку, степень легирования покровного слоя выполняют составляющей 1017-5*1017 см-3, контактный слой легируют сильно, степень легирования контактного слоя выполняют составляющей 1019-5*1019 см-3. В результате достигается значительное обужение диаграммы направленности в плоскости, перпендикулярной p-n-переходу в случае большого размера моды.The wave propagates due to the waveguide effect, based on the exact selection of the thicknesses of the epitaxial layers and the difference in the refractive indices of the region with
В предлагаемых вариантах конструкции полупроводникового лазера легко реализуется одномодовый волновод даже при поперечном размере моды, большем длины волны излучения, что является важным для создания мощных полупроводниковых лазеров с узкой диаграммой направленности.In the proposed design options for a semiconductor laser, a single-mode waveguide is easily realized even with a transverse mode size greater than the radiation wavelength, which is important for creating high-power semiconductor lasers with a narrow radiation pattern.
Таким образом, в предлагаемых вариантах конструкции полупроводникового лазера исключается необходимость в присутствии дополнительных пассивных волноводных и ограничивающих слоев, что обеспечивает снижение внутренних потерь для электромагнитной волны за счет отсутствия дополнительных гетерограниц “волновод - ограничивающие слои”, снижение поперечной расходимости излучения, удешевляет и упрощает производство.Thus, the proposed semiconductor laser design eliminates the need for the presence of additional passive waveguide and limiting layers, which reduces internal losses for the electromagnetic wave due to the absence of additional hetero-boundaries “waveguide-limiting layers”, reduces the transverse divergence of radiation, reduces the cost and simplifies production.
Кроме этого, предлагаемый полупроводниковый лазер обладает высоким потенциалом для его производства в промышленности, поскольку для изготовления приборов применяются стандартные, высоковоспроизводимые технологические операции, отработанные для создания систем на основе соединений А3В5 и их твердых растворов.In addition, the proposed semiconductor laser has a high potential for its production in industry, since standard, highly reproducible technological operations used to create systems based on A3B5 compounds and their solid solutions are used to manufacture devices.
Ниже приведены примеры конкретного исполнения предлагаемой группы изобретений.Below are examples of specific performance of the proposed group of inventions.
Пример 1Example 1
Подложка InP, на которой производят рост гетероструктуры, должна иметь уровень легирования, больший в несколько раз (к примеру, концентрация основных носителей 1018 см-3), чем область с квантовыми ямами. На подложке для компенсации дефектов выращивают буферный слой InP с той же степенью легирования. Затем производят рост слоев InP/InGaAs с p-n (p-i-n)- переходом, в качестве активной области используют 3 квантовые ямы InGaAs с молярной долей In 53% толщиной 10 нм, разделенных промежуточными слоями InP толщиной 100 нм с фоновым уровнем примеси (концентрация основных носителей заряда 1016 см-3). Затем производят рост покровного слоя InP толщиной 1000 нм с уровнем легирования немного выше, чем у области с квантовыми ямами (концентрация основных носителей заряда 1017 см-3), а также высоколегированный (концентрация основных носителей заряда 2*1019 см-3) контактный слой InP толщиной 200 нм. Волновод сформирован всеми слоями. Волноводный эффект достигается из-за большего показателя преломления в квантовых ямах по сравнению с показателями преломления остальных слоев в структуре. На основе этих гетероструктур были изготовлены полупроводниковые лазеры для оптической накачки со следующими параметрами: образец длиной 1 мм, ширина 1 см, зеркалами для обратной связи служили боковые сколы, порог генерации лазерного излучения достигался при плотности мощности накачки ~260 Вт/см2, при температуре жидкого азота (77 К) и 2-10 кВт/см2, при комнатной температуре (20°C). Длина волны излучения 1.5 мкм при температуре 20 C. Засвечивался полосок площадью ~0.2 мм2. Измерения выполнены при накачке на длине волны 530 нм в импульсном режиме (длительность импульса 5 нc, частота 10 Гц) при температуре 20°C и непрерывном режиме при температуре жидкого азота.The InP substrate on which the heterostructure is grown must have a doping level several times greater (for example, the concentration of the main carriers is 10 18 cm –3 ) than the region with quantum wells. An InP buffer layer with the same degree of doping is grown on a substrate to compensate for defects. Then, InP / InGaAs layers are grown with a pn (pin) junction; 3 InGaAs quantum wells with an In molar fraction of 53% 10 nm thick separated by intermediate InP layers 100 nm thick with a background level of impurity (the concentration of the main charge carriers) are used as the
Пример 2Example 2
Подложка GaAs, на которой производят рост структуры, должна иметь уровень легирования, больший в несколько раз (к примеру, концентрация основных носителей 1018 см-3), чем область с квантовыми ямами. На подложке для компенсации дефектов выращивают буферный слой GaAs с той же степенью легирования. Затем производят рост слоев GaAs/InGaAs с p-n (p-i-n)-переходом, в качестве активной области используют 6 квантовых ям InGaAs с молярной долей In 20% толщиной 10 нм, разделенных слоями GaAs толщиной 200 нм с фоновым уровнем примеси (концентрация основных носителей заряда 1016 см-3). Затем производят рост покровного слоя GaAs толщиной 1600 нм с уровнем легирования немного выше, чем у области с квантовыми ямами (концентрация основных носителей заряда 1017 см-3), а также высоколегированный (концентрация основных носителей заряда 2*1019 см-3) контактный слой GaAs толщиной 200 нм. Волновод сформирован всеми слоями. Волноводный эффект достигается из-за большего показателя преломления в квантовых ямах по сравнению с показателями преломления остальных слоев в структуре. На основе этих гетероструктур были изготовлены полупроводниковые лазеры для оптической накачки со следующими параметрами: образец длиной 2 мм, ширина 1 см, зеркалами для обратной связи служили боковые сколы, порог генерации лазерного излучения достигался при плотности мощности накачки ~10-20 кВт/см2, при комнатной температуре (20°C). Длина волны излучения 0.965 мкм при температуре 20°C. Засвечивалось пятно площадью ~4 мм2. Измерения выполнены при накачке на длине волны 530 нм в импульсном режиме (длительность импульса 5 нс, частота 10 Гц).The GaAs substrate on which the structure is grown must have a doping level several times greater (for example, the concentration of the main carriers is 10 18 cm -3 ) than the region with quantum wells. A GaAs buffer layer with the same degree of doping is grown on a substrate to compensate for defects. Then, GaAs / InGaAs layers with a pn (pin) junction are grown, 6 InGaAs quantum wells with an In molar fraction of 20% 10 nm thick, separated by 200 nm thick GaAs layers with a background level of impurity (the concentration of the
Пример 3Example 3
Подложка GaN, на которой производят рост структуры, должна иметь уровень легирования, больший в несколько раз (к примеру, концентрация основных носителей 1018 см-3), чем область с квантовыми ямами. На подложке для компенсации дефектов выращивают буферный слой GaN с той же степенью легирования. Затем производят рост слоев GaN/InGaN с p-n (p-i-n)-переходом, в качестве активной области используют 1 квантовую яму InGaN с молярной долей In 10% толщиной 10 нм. Затем производят рост покровного слоя GaN толщиной 800 нм с уровнем легирования немного выше, чем у области с квантовыми ямами (концентрация основных носителей заряда 1017 см-3), а также высоколегированный (концентрация основных носителей заряда 2*1019 см-3) контактный слой GaN толщиной 200 нм. Волновод сформирован всеми слоями. Волноводный эффект достигается из-за большего показателя преломления в квантовой яме по сравнению с показателями преломления остальных слоев в структуре. Длина волны излучения, использованная при расчетах, 0.4 мкм при температуре 20°C.The GaN substrate, on which the structure is grown, should have a doping level several times greater (for example, the concentration of the main carriers is 10 18 cm -3 ) than the region with quantum wells. A GaN buffer layer with the same degree of doping is grown on a substrate to compensate for defects. Then, GaN / InGaN layers with a pn (pin) junction are grown, 1 InGaN quantum well with an In 10% molar fraction of 10 nm thick is used as the active region. Then, a 800 nm thick GaN coating layer is grown with a doping level slightly higher than that in the region with quantum wells (the concentration of the main charge carriers is 10 17 cm -3 ), as well as the high-doped (concentration of the
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012128233/28A RU2529450C2 (en) | 2012-07-04 | 2012-07-04 | Semiconductor laser (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012128233/28A RU2529450C2 (en) | 2012-07-04 | 2012-07-04 | Semiconductor laser (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012128233A RU2012128233A (en) | 2014-01-10 |
| RU2529450C2 true RU2529450C2 (en) | 2014-09-27 |
Family
ID=49884259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012128233/28A RU2529450C2 (en) | 2012-07-04 | 2012-07-04 | Semiconductor laser (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2529450C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2646951C1 (en) * | 2016-12-20 | 2018-03-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | HETEROSTRUCTURE OF A HIGH-POWER SEMICONDUCTOR LASER WITH A SPECTRAL RANGE OF 1,400-1,600 nm |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114498281B (en) * | 2022-02-14 | 2023-07-28 | 中国科学院半导体研究所 | Semiconductor laser using P-type substrate and preparation method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040038434A1 (en) * | 1994-09-28 | 2004-02-26 | Fumihiko Kobayashi | Optical semiconductor device and method of fabricating the same |
| US7440666B2 (en) * | 2004-02-25 | 2008-10-21 | Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Buried heterostucture device having integrated waveguide grating fabricated by single step MOCVD |
| RU2408119C2 (en) * | 2008-12-23 | 2010-12-27 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН | Semiconductor laser |
-
2012
- 2012-07-04 RU RU2012128233/28A patent/RU2529450C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040038434A1 (en) * | 1994-09-28 | 2004-02-26 | Fumihiko Kobayashi | Optical semiconductor device and method of fabricating the same |
| US7440666B2 (en) * | 2004-02-25 | 2008-10-21 | Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Buried heterostucture device having integrated waveguide grating fabricated by single step MOCVD |
| RU2408119C2 (en) * | 2008-12-23 | 2010-12-27 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН | Semiconductor laser |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "СПРАВОЧНИК ПО ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНИКЕ", под ред. А.П. НАПАРТОВИЧА, М; "ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ", 1991, страницы 120 - 126, (всего - 543 стр.). * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2646951C1 (en) * | 2016-12-20 | 2018-03-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | HETEROSTRUCTURE OF A HIGH-POWER SEMICONDUCTOR LASER WITH A SPECTRAL RANGE OF 1,400-1,600 nm |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012128233A (en) | 2014-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8855156B2 (en) | DFB laser diode having a lateral coupling for large output power | |
| Bergmann et al. | Optical-field calculations for lossy multiple-layer Al x Ga 1− x N/In x Ga 1− x N laser diodes | |
| KR101594467B1 (en) | Hybrid lasers | |
| US8306084B2 (en) | Laser light source | |
| CN109565153B (en) | Semiconductor laser, electronic apparatus, and method of driving semiconductor laser | |
| US8270451B2 (en) | Edge emitting semiconductor laser having a phase structure | |
| US20100150196A1 (en) | Laser Diode | |
| US8526480B2 (en) | Semiconductor laser device | |
| CN102593719A (en) | Edge-emission semiconductor laser for improving light field distribution of active area | |
| US8355419B2 (en) | Semiconductor optoelectronic device with improved beam quality | |
| US20070091953A1 (en) | Light-emitting diode with a narrow beam divergence based on the effect of photonic band crystal-mediated filtration of high-order optical modes | |
| KR20060123318A (en) | Vcsel pumped in a monolithically optical manner and comprising a laterally applied edge emitter | |
| US8964796B2 (en) | Structure for electron-beam pumped edge-emitting device and methods for producing same | |
| Ma et al. | High power tapered lasers with optimized photonic crystal structure for low divergence and high efficiency | |
| RU2529450C2 (en) | Semiconductor laser (versions) | |
| US20040017836A1 (en) | Single-mode optical device | |
| RU2443044C1 (en) | Injection laser | |
| CA1044355A (en) | Electrically pumped, solid-state distributed feedback laser | |
| EP2913903B1 (en) | Device comprising a high brightness broad-area edge-emitting semiconductor laser and method of making the same | |
| RU2535649C1 (en) | Semiconductor laser | |
| Slight et al. | InGaN/GaN DFB laser diodes at 434 nm with deeply etched sidewall gratings | |
| WO2010022526A2 (en) | Superluminescent diode, or amplifier chip | |
| JP2022501815A (en) | Gain-guided semiconductor laser and its manufacturing method | |
| Zhou et al. | Electrically injected GeSn lasers with peak wavelength up to 2.7 micrometer at 90 K | |
| RU2444101C1 (en) | Injection laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190705 |