close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

ДОКЛАДЫ;pdf

код для вставкиСкачать
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
(13)
2 529 450
C2
(51) МПК
H01S
5/32 (2006.01)
H01S
5/34 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
(12) ОПИСАНИЕ
(21)(22) Заявка:
ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
2012128233/28, 04.07.2012
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
04.07.2012
(43) Дата публикации заявки: 10.01.2014 Бюл. № 1
(45) Опубликовано: 27.09.2014 Бюл. № 27
2 5 2 9 4 5 0
R U
Адрес для переписки:
603950, Нижегородская обл., г.Нижний
Новгород, ГСП-20, пр. Гагарина, 23,
Нижегородский государственный университет
им. Н.И. Лобачевского, Патентно-лицензионный
отдел
(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР (ВАРИАНТЫ)
(57) Реферат:
Предложенная группа изобретений относится
квантовой ямы либо активных квантовых ям и
к
полупроводниковым
лазерам.
окружающих слоев полупроводника, при этом
Полупроводниковый
лазер
включает
подложка легирована сильнее, чем область с
гетероструктуру, выращенную на подложке,
квантовой ямой или чем область с квантовыми
содержащей буферный слой, покровный слой,
ямами, степень легирования подложки составляет
контактный слой, активную область с активной
1018-3*1018 см-3, буферный слой выполнен с той
квантовой ямой либо с активными квантовыми
же степенью легирования, что и подложка,
ямами, выполненную в p-n- и/или в p-i-n- переходе,
покровный слой легирован слабо, слабее, чем
сформированном в окружающих ее слоях
подложка, степень легирования покровного слоя
полупроводника, с показателем преломления
составляет 1017-5*1017 см-3, контактный слой
активной квантовой ямы либо с показателями
легирован
сильно,
степень
легирования
преломления
активных
квантовых
ям,
19
контактного слоя составляет 10 -5*1019 см-3.
превышающих
показатели
преломления
Технический результат заключается в снижении
окружающих слоев полупроводника. Волновод
поперечной расходимости излучения, уменьшении
сформирован всеми слоями гетероструктуры за
внутренних оптических потерь, удешевлении и
счет разности показателей преломления активной
Стр.: 1
C 2
C 2
"СПРАВОЧНИК ПО ЛАЗЕРНОЙ
ТЕХНИКЕ", под ред. А.П.
НАПАРТОВИЧА, М;
"ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ", 1991, страницы
120 - 126, (всего - 543 стр.). US 7440666 B2,
21.10.2008, . RU 2408119 C2, 27.12.2010
2 5 2 9 4 5 0
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: US 20040038434 A1, 26.02.2004.
(73) Патентообладатель(и):
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
профессионального образования
"Нижегородский государственный
университет им. Н.И. Лобачевского" (RU),
Федеральное государственное бюджетное
учреждение науки Институт физики
микроструктур Российской академии наук
(ИФМ РАН) (RU)
R U
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 04.07.2012
(72) Автор(ы):
Некоркин Сергей Михайлович (RU),
Звонков Борис Николаевич (RU),
Колесников Михаил Николаевич (RU),
Дубинов Александр Алексеевич (RU),
Алешкин Владимир Яковлевич (RU)
упрощении производства. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
R U
R U
2 5 2 9 4 5 0
C 2
C 2
2 5 2 9 4 5 0
Стр.: 2
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
(13)
2 529 450
C2
(51) Int. Cl.
H01S
5/32 (2006.01)
H01S
5/34 (2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY
(12) ABSTRACT
(21)(22) Application:
OF INVENTION
2012128233/28, 04.07.2012
(24) Effective date for property rights:
04.07.2012
(43) Application published: 10.01.2014 Bull. № 1
(45) Date of publication: 27.09.2014 Bull. № 27
C 2
2 5 2 9 4 5 0
R U
wells, the doping level of the substrate is 1018-3*1018
cm-3, the buffer layer has the same doping level as the
substrate, the coating layer is less doped than the
substrate, the doping level of the coating layer is
1017-5*1017 cm-3, the contact layer is heavily doped,
Стр.: 3
the doping level of the contact layer is 1019-5*1019
cm-3.
EFFECT: reduced transverse divergence of
radiation, reduced internal optical losses, cheaper and
easier manufacturing.
4 cl, 5 dwg
C 2
(54) SEMICONDUCTOR LASER (VERSIONS)
(57) Abstract:
FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: disclosed group of inventions relates
to semiconductor lasers. The semiconductor laser
includes a heterostructure grown on a substrate having
a buffer layer, a coating layer, a contact layer, an active
region with an active quantum well or active quantum
wells, made in a p-n and/or p-i-n junction, formed in
the surrounding semiconductor layers, with the
refraction index of the active quantum well or refraction
indices of the active quantum wells greater than the
refraction index of the surrounding semiconductor
layers. A waveguide is formed by all layers of the
heterostructure owing to difference in the refraction
indices of the active quantum well or active quantum
wells and the surrounding semiconductor layers,
wherein the substrate is doped more than the region
with the quantum well or the region with the quantum
2 5 2 9 4 5 0
Mail address:
603950, Nizhegorodskaja obl., g.Nizhnij Novgorod,
GSP-20, pr. Gagarina, 23, Nizhegorodskij
gosudarstvennyj universitet im. N.I. Lobachevskogo,
Patentno-litsenzionnyj otdel
(73) Proprietor(s):
Federal'noe gosudarstvennoe bjudzhetnoe
obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego
professional'nogo obrazovanija "Nizhegorodskij
gosudarstvennyj universitet im. N.I.
Lobachevskogo" (RU),
Federal'noe gosudarstvennoe bjudzhetnoe
uchrezhdenie nauki Institut fiziki mikrostruktur
Rossijskoj akademii nauk (IFM RAN) (RU)
R U
Priority:
(22) Date of filing: 04.07.2012
(72) Inventor(s):
Nekorkin Sergej Mikhajlovich (RU),
Zvonkov Boris Nikolaevich (RU),
Kolesnikov Mikhail Nikolaevich (RU),
Dubinov Aleksandr Alekseevich (RU),
Aleshkin Vladimir Jakovlevich (RU)
RU
5
10
15
20
25
30
35
40
45
2 529 450 C2
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.
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.
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).
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.
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).
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”.
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.).
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).
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
Стр.: 4
RU
5
10
15
20
25
30
35
2 529 450 C2
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).
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.
Однако прототип не лишен недостатков:
- во-первых, наличие пассивных волноводных слоев усложняет процесс изготовления
лазера;
- во-вторых, использование пассивных волноводных слоев ухудшает модовую
селективность лазерного волновода при использовании широких волноводов в лазерах,
предназначенных для генерации больших мощностей (>1 Вт);
- 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.
В задачу изобретения положено создание вариантов нового полупроводникового
лазера.
Технический результат от использования группы изобретений заключается в снижении
поперечной расходимости излучения, уменьшении внутренних оптических потерь в
волноводе, удешевлении и упрощении производства.
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
40
45
легирован сильно, степень легирования контактного слоя составляет 1019-5*1019 см-3;
в качестве полупроводников используют соединения типа А3В5 и их твердые растворы.
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
Стр.: 5
RU
2 529 450 C2
ямами, степень легирования подложки составляет 1018-3*1018 см-3; буферный слой
выполнен с той же степенью легирования, что и подложка; покровный слой легирован
5
10
15
20
25
30
35
40
45
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.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого полупроводникового лазера по 1 варианту.
На фиг.2 приведена схема предлагаемого полупроводникового лазера по 2 варианту.
На фиг.3 приведена таблица 1 с параметрами слоев предлагаемого
полупроводникового лазера на InP подложке с 3 квантовыми ямами InxGa1-xAs.
На фиг.4. приведена таблица 2 с параметрами слоев предлагаемого
полупроводникового лазера на на GaAs подложке с 6 квантовыми ямами InxGa1-xAs.
На фиг.5 приведена таблица 3 с параметрами слоев предлагаемого
полупроводникового лазера на GaN подложке с 1 квантовой ямой InxGa1-xN.
Полупроводниковый лазер на фиг.1-2 содержит:
1 - подложку,
2 - буферный слой,
3 - активные квантовые ямы,
4 - промежуточные слои,
5 - покровный слой;
6 - контактный слой.
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.
Гетероструктура включает: буферный слой 2, покровный слой 5, контактный слой
6.
Гетероструктура может содержать несколько активных квантовых ям 3 и
промежуточных слоев 4 между ними.
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.
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.
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.
Подложка 1 легирована сильнее, чем область с квантовыми ямами 3, степень
легирования подложки 1 составляет 1018-3*1018 см-3.
Буферный слой 2 выполнен с той же степенью легирования, что и подложка 1.
Покровный слой 5 легирован слабо, слабее, чем подложка 1, степень легирования
покровного слоя 5 составляет, например, 1017-5*1017 см-3.
Стр.: 6
RU
2 529 450 C2
Контактный слой 6 легирован сильно, степень легирования контактного слоя 6
5
10
15
20
25
составляет 1019-5*1019 см-3.
В качестве полупроводников используют, например, соединения типа А3В5 и их
твердые растворы.
Сборку предлагаемой полезной модели осуществляют следующим образом.
Гетероструктуру для полупроводникового лазера выращивают методами МОСгидридной 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:
30
и
35
40
45
,
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.
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
Стр.: 7
RU
5
10
15
2 529 450 C2
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).
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.
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
20
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,
25
30
35
40
45
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.
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.
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.
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.
Ниже приведены примеры конкретного исполнения предлагаемой группы
изобретений.
Пример 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
Стр.: 8
RU
2 529 450 C2
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
5
(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
10
15
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
20
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.
Пример 2
Подложка GaAs, на которой производят рост структуры, должна иметь уровень
легирования, больший в несколько раз (к примеру, концентрация основных носителей
25
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
30
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
35
40
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
45
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).
Пример 3
Подложка GaN, на которой производят рост структуры, должна иметь уровень
легирования, больший в несколько раз (к примеру, концентрация основных носителей
Стр.: 9
RU
5
2 529 450 C2
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
10
15
20
25
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.
Формула изобретения
1. Полупроводниковый лазер, включающий 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 слоях полупроводника, с
показателем преломления активной квантовой ямы, превышающим показатели
преломления окружающих ее слоев полупроводника, отличающийся тем, что 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 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 покровного слоя составляет 1017-5*1017 см-3, контактный слой легирован
30
35
40
сильно, степень легирования контактного слоя составляет 1019-5*1019 см-3.
2. Полупроводниковый лазер по п.1, отличающийся тем, что в качестве
полупроводников используют соединения типа А3В5 и их твердые растворы.
3. Полупроводниковый лазер, включающий 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, отличающийся тем, что 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 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
45
составляет 1019-5*1019 см-3.
4. Полупроводниковый лазер по п.3, отличающийся тем, что в качестве
полупроводников используют соединения типа А3В5 и их твердые растворы.
Стр.: 10
RU
2 529 450 C2
Стр.: 11
RU
2 529 450 C2
Стр.: 12
RU
2 529 450 C2
Стр.: 13
RU
2 529 450 C2
Стр.: 14
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа