Поверхностный лазер

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Сфюз Советскиа Сециалкстическик Республик(51) М. Нл. Н 01 Б 3/18 1 оеуларсгвенный момнет ссср но лелям изобретений и открнтнй(81) 434469 Опубликовано ) 503.80. Бюллетень МЪ 10 Дата опубликования описания 15.0380(72) Автор изобретения ИностранецВильям Коффин Холтон(США) Иностранная фирмаа иТексас инструментс инкорпорейтед(54) ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЛАЗЕР ач 10 вИзобретение относитСЯ К Областиквантовой электроники, в частности к поверхностным лазерам, которыемогут быть использованы в системахпередачи информации, счетно-решающихустройствах и в системах контроляпроизводственных процессов,Известные поверхностные лазеры накрасителях 1), содержащие пленкус красителем и внешний источникоптической накачки, позволяют получить многократную генерацию на требуемых длинах волн, однако они неработают в инфракрасной областиспектра и имеют достаточно малыйсрок службы,Ближайшим к описываемому изобретению по своей технической сущности является полупроводниковый лазер 21, ф 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 иэобре гения явля.тся упрощение констру кцин и о бе спечениЕ совмещения с зле ггроннцми интеграль- ЗО ными схемами при осуществлении нак 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 активный 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 ио = 2,8, и = 3 6, и = 3,57, где и , и,- показатели преломления халькоггенидной стеклянной пленки.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 внешнего источника накачки 1 прохолит через подложку 2, гетеромезаструктуру 4н осуществляет воз буждение акти нногослоя 5, н котором осуществляется генерация измерения поверхностного лазера.Внешний источник 1 лазерной накачки совмещен с подложкой 2 поверхностного азера. Подложка 2 выполнена иэ полупроводникового материала,предгочтительно из СаАв, однако могутбыть использованы другие полупроводниковые сост;вы 111-У и смещенные трех 1-Окомпонентны:- "атериалы 111-У. Наповерхности подложки 2 нанесен изоляционный слой 3, Изоляционный слойможет быть выполнен из" соответствую 11 тго окисного материала и снабженпроходящим сквозь него к подложке2 отверстием. Кроме того, поверхностный лазер содержит гетеромезаструктуру 4 из полупроводникового материала, которая сформирована на подложке 2 так, что она проходит вер- ;фтикально наружу через отверстие визоляционном слое 3. На поверхностигетеромезаструктуры 4 находится актинный элемент 5 для генерации излучения поверхностного лазера. Если 25подложка выполнена из СаАв, то гетеромезаструктура представляет собойвыращенный методом эпитаксии слойСаАв, а активный элемент 5 - выращенный методом эпитаксии слой 30Зп СаАв, Излучение лазера созда ется в акти вном слое 5, выращенномом на поверхности гетеромезаструктуры 4 СаАв. Такой принцип создаетобратную связь с генерирующей средойчерез грани краев гетеромезаструктуры, создавая налновод в активнойсреде благодаря более высокому индексу реФракции Э пСа, Ав, и удобное возбуждение за счет прозрачностиСаАв к излучению у запрещенной 1 Озоны Л пСа, АвПоверхностный лазер, показанныйна. Фиг. 2, представляет собой мезаструктуру 4, выращенную через окисный трафарет 3 на подложке 2 из 45СаАв. Находящийся сверху активныйслой 5 представляет собой сплав галлия, индия и мышьяка. Для смещениязапрещенной зоны вниз по отношениюк запрещенной зоне СаАв с целью 50ограничения создаваемого лазеромизлучения и поглощения возбуждающейрадиации требуется только небольшоеколичество индия (несколько процентов). Состав этого сплава близок кСа о,9 и Ав,Для выращивания гетероэпитаксиальной мезаструктуры 4 может быть выбранряд эпитаксиальных процессов в жидкой и парообразной Фазах. Обычнопри таком типе выращивания процессын жидкой Фазе не применяются, таккак нужны два различных материалаи предлагаемые размеры гетеромезаструктуры 4 не могут быть легко,;п;"ни.:.ч;:л.я;, предпочтительным про цессом приготовления гетеромезаструктуры 4 является процесс в парообраэнойфазе, при котором используется галлий, сплав галлия с индием, хлористый водород и арсин при избытке водорода. С помощью такого процесса можно нырастить СаАв, за которым следуетвыращивание составов трехкомпонентныхсплавов индия в СаАв, Скорости выращивания достаточно низки, так чтоприготовлением таких тонких пленокможно управлять и сделать процессвоспроизводимым.Эти гетероэпитаксиальные пленкивыращивают через окисные трафареты.Такой способ предусматривает уникальное формирование оптическогорезонатора с параллельными противоположными гранями без надобности врасщеплении таких поверхностей. Точная геометрическая Форма отверстийв трафаретах в этом случае янляетсякритичной, пгскольку стороны нарастания должны быть параллельны однадругой и перпендикулярны к подложке.Чтобы получить такую геометрическуюформу, используется ромбообразныйтрафарет, Ориентация трафарета,поотношению к подложке показана нафиг. 3. Могут быть также другие ориентации, позволяющие получить такуюграненую конфигурацию.Как это требуется для эффективнойработы устройства в поверхностномлазере можно получить генерацию наодиночном типе оптических колебанийили на нескольких типах низшего порядка,На Фиг. 4 показаны дисперсионныекривые пассивной среды для возможныхрежимов распространения в поверхностном лазере (Ч/С - фазовая скоростьлазера, б - толщина волновода, Лдлина излучения лазера),Обычно эпитаксиальный поверхностный лазер находится в контакте схалькогенидной стеклянной пленкой,следовательно, кривые рассчитаны длямногодизлектрического слоя и, п ип, где п - индекс халькогенидногостекла, п - индекс СаЗпАв ,а пиндекс СаАв, Как можно видеть изграфиков режим распространения наодиночном типе колебаний можно получить при Л/й1,5,Легирование слоя 5 из СаЭпАврегулируется для получения минимального порога лазера. При этом важныдва обстоятельства: используемыйпроцесс излучательной рекомбинациии наиболее низкие оптические потерив зависимости от совершенства пленки и, кроме того, длины волны излучательной эмиссии по отношению ккраю полосы. В конечном счете, эпитаксиальный слой 5 может быть отнесен к СаАв для того, чтобы обеслечить тонкую пленку СаАв, созданапогруженный генерирующий слой, что722509 3 исключает эФФекты поверхностной рекомбинации. Формула и зо брет е ни я Поверхностный лазер, содержащийполупроводниковую подложку с активнымслоем и внешний лазерный источникнакачки, отличающийс ятем, что, с целью упрощения конструк Оции при осуществлении накачки через подложку, на подложку нанесен изолирующий слой с отверстием, в которомразмещена гетеромезаструктура из полутроводникового материала, на поверхности которой нанесен активный слой.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Яоййег В.Н., Ме. ГагЧапе 6,Арр 1 . Рпув е 11, 1967, М 10,р. 266.2. Патент СИ В 3568087,кл. 331-945, опублик. 1971722509 390 й 799 фиг. Состав Техред ель С. Мухинактор И ин Стец илиал П 11 ППатент , г. Ужгород, ул. Проектная з 180/ 48 ЦНИИП по 11 3035, Тираж 844 Государстве елам изобре осква, ЖПодписное ного комитета ССС ений и открытий Раушская наб д