FI118707B - Puolijohdekomponentti ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

118707

Puolijohdekomponentti ja menetelmä sen valmistamiseksi KEKSINNÖN ALA

5 Nyt esillä oleva keksintö koskee yleisesti puolijohdekomponentteja, jotka käsittävät saturoitavissa olevia vaimenninpeilejä, ja erityisesti ratkaisua tällaisen peilin vaimennuksen elpymisajan lyhentämiseksi, menetelmää sen valmistamiseksi, sekä tällaisen laitteen käyttöä moodilukituissa lasereissa.

10

KEKSINNÖN TAUSTA

Saturoitavissa olevat puolijohdevaimentimet ovat epälineaarisia optisia elementtejä, joita käytetään useilla hyvin erilaisilla aloilla aina passiivi-15 sesti moodilukituista lasereista, joita on esitetty esim. artikkelissa Col-lings ym., J. Sei. Top. in Quantum Electron., voi. 3, s. 1065-1075, 1997, optiseen toistoon ja häiriönpoistoon optisissa tietoliikenneyhteyksissä. Näillä laitteilla saadaan tuleva valonsäde vaimenemaan voimakkuuden mukaan: pienitehoinen tuleva säteily sopivimmin absorboituu, 20 kun taas suuritehoinen säteily kulkee saturoitavissa olevan vaimenti-men läpi ja vaimenee paljon vähemmän. Käytännön syistä saturoita-;t:‘: vissa oleva puolijohdevaimennin on yleensä integroitu puolijohde-, eriste- tai metallipeiliin, joka muodostaa saturoitavissa olevan puoli-johdevaimenninpeilin (semiconductor saturable absorber mirror; 25 SESAM).

** · • · ·

Tekniikan tasosta voidaan ymmärtää, että optisesti saturoitavissa oleva '*·** vaimennin saadaan puolijohdemateriaalista, jonka kielletty energiavyö on sovitettu vastaamaan säädettävän optisen signaalin aallonpituutta. 30 Katso esim. US-patentti 5 237 577 (Keller ym) ja US-patentti 5 627 854 • * * (Knox ym). Vaimentava materiaali on yleensä upotettu puolijohdemate-·...: riaaliin (-materiaaleihin), jolla on suurempi energiavyö ja joka ei vai- .···. mennä optista signaalia. Yksittäisen vaimentavan kerroksen paksuus *" on tyypillisesti muutamien nanometrien luokkaa kvanttimekaanisien :.:V 35 vaikutuksien mahdollistamiseksi (tässä tapauksessa vaimentavista kerroksista käytetään nimitystä kvantti kaivot, quantum well, QW). Koko vaimenninalue voi käsittää useita kvanttikaivokerroksia, jotka muodos- 2 118707 tavat ns. monikvanttikaivorakenteen. Konstruktion muita piirteitä voivat olla epälineaarisen vaimentavan kerroksen sijoittaminen Fabry-Perofn kaviteettiin sekä välineet sähkökentän muodostamiseksi rakenteeseen sen vaimennusominaisuuksien säätämiseksi, kuten on esitetty artikke-5 lissa Heffernan ym, Appi. Phys. Lett., voi. 58, s. 2877-2879, kesäkuu 1991. Saturoitavissa olevan vaimentimen optisten ominaisuuksien muuttamiseen voidaan käyttää ulkoista optista lähdettä, josta saadaan vertailusäde, jolloin vertailusäde voi absorboitua myös saturoitavissa olevan vaimentimen ympärillä olevaan materiaaliin, kuten on ensim-10 mäisen kerran esitetty US-patentissa 4 860 296 (Chemla ym).

Tehokkaaksi tekniikaksi on osoittautunut passiivinen moodinlukitus, jossa käytetään saturoitavissa olevaa puolijohdevaimenninpeiliä, sillä siitä lähtee lyhyitä pulsseja yksinkertaiseen laseronteloon, kuten on 15 kuvattu artikkelissa Collings ym, J. Sei. Top. in Quantum Electron., voi. 3, s. 1065-1075, 1997. Laserontelossa käytettynä SESAM-peilillä saadaan tehosta riippuvia häviöitä. Koska laser pyrkii toimimaan mahdollisimman pienellä ontelohäviöllä kutakin edestakaista matkaa kohti, lasereiden pitkittäismoodit lukittuvat yhteen vaiheessa, joka vastaa 20 aikatasolla suurvoimakkuuksisia lyhyitä optisia pulsseja. Moodilukitus-tekniikka, joka perustuu SESAM-peilin epälineaariseen heijastavuu-teen, poistaa kriittisen ontelonkohdistustarpeen, se voidaan suunnitella toimimaan laajalla spektrialueella, ja sillä voi olla suhteellisen suuria epälineaarisia heijastavuusmuutoksia. Tällä tekniikalla on tuotettu ultra-: 25 lyhyitä optisia pulsseja käyttämällä erilaisia puolijohderakenteita ja peilikonstruktioita. Katso esim. US-patentti 5 627 854 (Knox) ja US-patentti 5 237 577 (Keller).

· ·*· . Jos vaimenninkonstruktiossa käytetään välineitä sähkökentän muo- *·:.* 30 dostamiseksi rakenteen yli tai jos vaimentimen parametreja voidaan säätää ulkoisen valon avulla, joka absorboituu ainakin saturoitavissa ·:··· olevaan vaimenninalueeseen, niin vaimenninta voidaan käyttää aktiivi- .·*·. seen moodilukitukseen. Aktiivinen moodilukitus voidaan näin saada • · aikaan laserontelon perustaajuudella tai sen suuremmilla monikerroilla. *·;·: 35 Aktiivisen moodilukituksen kaikkia etuja voidaan käyttää hyväksi, esim.

optisen pulssijonon lukitsemista ulkoiseen kellogeneraattoriin.

3 118707

Tehokkaan pulssimuodon aikaansaamiseksi saturoitavissa olevan vaimennuksen tulisi palautua alkuarvoonsa lyhyessä ajassa, katso esim. Hayduk ym, LEOS '97 10th Annual Meeting, Conference Proceedings, IEEE, voi. 2, s. 458-459, 1996. Jotta moodilukitus olisi 5 tehokas ja käynnistyisi itsestään (muiden sovelluksien lisäksi), elpymis-ajan tulisi olla muutamasta pikosekunnista joihinkin kymmeniin piko-sekunteihin vahvistusväliaineesta ja laserontelosta riippuen. Tyypillisten yhdistelmäpuolijohteiden elpymisaika, erityisesti monikvanttikaivo-rakenteissa, on noin nanosekunti; katso esim. Gray ym, Opt. Lett., 10 voi. 21, s. 207-209, 1996. Tästä syystä SESAM-peilien valmistus käsittää yleensä erityistoimenpiteitä elpymisajan lyhentämiseksi (säätämiseksi). Tähän mennessä raportoituja menetelmiä vaimennuksen elpymisajan lyhentämiseksi ovat kasvatus matalassa lämpötilassa, joka on esitetty esim. artikkelissa Gupta ym, IEEE J. Select. Topics 15 Quantum Electron., voi. 10, s. 2464-2472, 1992, Be-seostus, joka on esitetty esim. artikkelissa Qian ym, Appi. Phys. Lett., voi. 17, s. 151 ΟΙ 515, 1997, protonisäteilytys, katso esim. artikkeli Gopinath ym, Proceedings CLEO, 2001, s. 698-700, ja ionipommitus, joka on esitetty artikkelissa Delponet ym, Appi. Phys. Lett., voi. 72, s. 759-761, 1998. 20 Kussakin näistä tekniikoista on tiettyjä rajoituksia, jotka liittyvät valmistuskustannuksiin, laitteen toimintavarmuuteen, epälineaarisuuden vähenemiseen ja ei-saturoitavissa olevan häviön kasvamiseen. Kas-vatus matalassa lämpötilassa on hyvin tehokas vähentämään GaAs-:*·.· pohjaisten laitteiden elpymisaikaa, kuten Siegner ym. ovat osoittaneet :*.·! 25 artikkelissa Appi. Phys. Lett., voi. 69, s. 2566-2568, 1996, mutta kas- "V vatus matalassa lämpötilassa tuottaa yleensä elpymisajan jakautumi- sen epäyhtenäisesti näytteessä; katso esim. Hayduk ym, Proceedings *···’ LEOS, 1997, voi 2 paper ThU3, s. 458 -459, 1996. Protonisäteilytyk- sen on osoitettu lyhentävän elpymisaikaa aina ~ 1 ps:iin saakka, mutta :..v 30 protonisäteilytyksellä muodostetuilla rekombinaatiokeskuksilla on matalat aktivoitumisenergiat, jotka voivat johtaa pitkäaikaisiin epä-stabiilisuuksiin voimakkaassa optisessa säteilytyksessä. Ioni-istutus on .···. menetelmänä yksinkertainen, mutta siihenkin liittyy tiettyjä ongelmia, *·* jotka johtuvat sen heikosta toistettavuudesta ja yhtenäisyydestä. Ionien 35 suuri tunkeutumissyvyys voi johtaa puolijohdepeilin rakenteen heikke- nemiseen ja nostaa ei-saturoitavissa olevaa häviötä. Sekä protoni- 4 118707 säteilytys että ioni-istutus vaativat kasvatuksen jälkeisiä valmistusvaiheita kalliilla välineistöllä.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

5

Nyt esillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää sellaisen saturoitavissa olevan puolijohdevaimentimen konstruktio, valmistusmenetelmä ja toteutus, joka tarjoaa helpon ja toimintavarman tavan lyhentää vaimennuksen elpymisaikaa. Keksintö on monikerroksinen hetero-10 rakenne, jossa ainakin yhtä kerrosta, josta käytetään nimitystä epälineaarinen kerros, käytetään signaalivalon vaimentamiseen. Edellä mainitun epälineaarisen kerroksen (kerroksien) yhdelle puolelle tai molemmille puolille on sijoitettu lisäkerroksia, joissa energiavyö on pienempi kuin epälineaarisessa kerroksessa (kerroksissa). Näiden 15 kapean energiavyön kerroksien tehtävänä on pumpata (poistaa) valo-kvanttienkuljettajat epälineaarisesta kerroksesta (kerroksista) ja näin ollen lyhentää epälineaarisen kerroksen (kerroksien) vaimennuksen elpymisaikaa. Tässä yhteydessä näistä kerroksista käytetään nimitystä valokvantttien kuljettajien kerääjät. Elpymisaikaa voidaan säätää seu-20 raavilla toimenpiteillä: a) muodostamalla epälineaaristen kerroksien energiavyöt sellaisiksi, että signaalivalo sopivimmin absorboituu näihin * kerroksiin, joilla on suurempi energiavyö kuin ympäröivillä kerroksilla, ja mahdollistaa kvanttienkuljettajien kulkeutumisen tehokkaasti ympäröi-i\j viin kerroksiin päin; b) muodostamalla ympäröivien epälineaaristen : 25 kerroksien energiavyöt sellaisiksi, että ne keräävät tehokkaasti kvanttienkuljettajat, jotka syntyvät signaalivalon absorboituessa epä-"··*. lineaarisiin kerroksiin. Tavoitteena on saada “epälineaaristen” ja "keräävien” kerroksien välille mahdollisimman suuri energiavyöero . valokvanttienkuljettajien pyyhkäisemiseksi tehokkaasti (nopeasti) 5 · · 30 suuren kapasiteetin omaavien kerääjien suuntaan. Tämä johtuu siitä, :>··: että koska epälineaaristen ja keräävien kerroksien välillä on suuri ·:··: energiavyöero, keräävään energiakaivoon on odotettavissa suurempi :***; määrä tiloja. Tästä syystä tällaiseen “suuren kapasiteetin omaavaan ·, kerääjään" mahtuu suurempi määrä valokvanttienkuljettajia ilman • · · 35 saturaatiota. On kiinnostavaa havaita, että laitetta voidaan käyttää nopeana saturoitavissa olevana vaimentimena aallonpituudella, joka vastaa suuren energiavyön omaavan materiaalin absorptiorajaa, mutta 5 118707 se toimii hitaana saturoitavissa olevana vaimentimena aallonpituudella, joka vastaa kerääjäkerroksien matalaa energiavyötä.

Tässä keksinnössä esitetään puolijohdemateriaalien joukko, joka 5 mahdollistaa esitetyn konstruktion toteuttamisen kasvattamalla epitak-siaalisesti puolijohdekerroksia, joilla on suuri energiavyöero. Keksintö tarjoaa myös sovellusesimerkin, jossa esitetyn konstruktion mukaan kehitettyä saturoitavissa olevaa puolijohdevaimennlnta käytetään kuitu-laserin moodilukitukseen.

10

Tarkemmin sanoen nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle puolijohde-laitteelle on pääasiassa tunnusomaista se, että puolijohdelaitteen vaimenninalue käsittää: - ainakin yhden ensimmäisen kerroksen, ja 15 - mainitun ensimmäisen kerroksen molemmin puolin ainakin yhden toisen kerroksen, jolla on eri materiaalikoostumus ja energiavyöero kuin mainitulla ensimmäisellä kerroksella.

Tarkemmin sanoen nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle menetel-20 mälle on pääasiassa tunnusomaista se, että menetelmä käsittää lisäksi: vaiheen, jossa puolijohdelaitteen vaimenninalueeseen muodostetaan: j\. - ainakin yksi ensimmäinen kerros, ja i\: - mainitun ensimmäisen kerroksen molemmin puolin ainakin yksi toi- • · :.·. 25 nen kerros, jossa on erilainen materiaalikoostumus ja energiavyö ’*.*:.* kuin mainitussa ensimmäisessä kerroksessa.

···· «·· : :

Tarkemmin sanoen nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle laserille on . pääasiassa tunnusomaista se, että se käsittää puolijohdelaitteen, jossa *;j»: 30 on vaimenninalue, joka käsittää: !...: - ainakin yhden ensimmäisen kerroksen, ja *:·*: - mainitun ensimmäisen kerroksen molemmin puolin ainakin yhden .·**. toisen kerroksen, jossa on eri materiaalikoostumus ja energiavyö kuin mainitussa ensimmäisessä kerroksessa, laserin pulssitoimin- «j 35 nan käynnistämiseksi.

• ·

PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS

6 118707

Keksintöä havainnollistetaan yksityiskohtaisesti seuraavassa selityksessä, jossa selostetaan esimerkkeinä erityisiä suoritusmuotoja ja vastaavia piirustuksia, joissa: 5 kuva 1 esittää poikkileikkauksena saturoitavissa olevan puolijohde-vaimenninpeilin, jonka vaimenninalue on konstruoitu tämän keksinnön mukaisesti.

10 Kuva 2 esittää kaaviokuvantona keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaisen saturoitavissa olevan puolijohdevaimen-timen energiavyöprofiilia.

Kuva 3 esittää keksinnön toista suoritusmuotoa, jossa käytetään 15 muunnettua energiavyöprofiilia helpottamaan kvanttienkuljettajan pyyhkäisemistä pois ’’epälineaariselta” vaimenninalueelta.

Kuva 4 esittää esimerkkinä keksinnön suoritusmuotoa, jossa kerää-20 jänä käytetään GalnNAs-yhdistelmäpuolijohdetta, jolla on pieni energiavyö, ja epälineaarisuus saadaan InGaAsm avulla.

• » • · • · · • :*·.· Kuva 5 esittää passiivisesti moodilukitun kuitulaserin suoritus- : .·. 25 muotoa, jossa käytetään tämän keksinnön mukaan valmis- tettua saturoitavissa olevaa puolijohdevaimenninta.

···* ··· • ·

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

* 30 Viittaamalla nyt piirustuksiin kuvassa 1 on esitetty poikkileikkauksena tekniikan tason mukainen saturoitavissa oleva puolijohdevaimennin. Se ·.···: käsittää yhdistelmäpuolijohdealustan 1, esimerkiksi GaAs tai InP, joka .·**. soveltuu kerrosten epitaksiaaliseen kasvatukseen. Ensimmäiset kasva tettavat kerrokset ovat yhdistelmäpuolijohteita, joissa on vuorotellen 35 suuri ja pieni taitekerroin ja jotka muodostavat DBR-heijastimen (distributed Bragg reflect 2, joka on konstruoitu varmistamaan suuri heijastavuus suurella spektrialueella käsiteltävän optisen signaalin 7 118707 aallonpituuden ympärillä. Toisessa “ei-monoliittisessa” järjestelyssä puolijohde-DBR-heijastin 2 voidaan korvata voimakkaasti heijastavalla dielektri- tai -metallipeilillä. Laite käsittää puolijohdemonikerrosalueen 3, jossa on kerros (kerroksia), jolla on suuri energiavyö, joka vastaa 5 optisen signaalin aallonpituutta ja saa aikaan saturoitavissa olevan vaimennuksen. Alueen 3 ylä- ja/tai alapuolelle on sijoitettu lisä-yhdistelmäpuolijohteita 4 ohjaamaan optisen kentän jakaantumista vaimennuskerroksien sijainnin suhteen alueella 3 ja säätämään paksuutta Fabry-Perofn kaviteetissa, jota rajaavat DBR-peili ja laitteen ylä-10 pinta. Rakenteen päähän voidaan kasvattaa eristepeilejä 5, joilla on vaadittava heijastavuus.

Kuva 2 esittää keksinnön ensimmäistä suoritusmuotoa, ja siinä on esitetty energiavyöprofiili monikerrosheterorakenteesta S, jolla 15 saadaan saturoitavissa oleva vaimennus, jolla on nopea elpymisaika. Rakenne koostuu ainakin yhdestä kerroksesta, josta käytetään nimitystä epälineaarinen kerros 6 ja jolla saadaan saturoitavissa oleva vaimennus signaalin aallonpituudella. Epälineaarisen kerroksen (kerroksien) yhteyteen on järjestetty (ainakin yksi) kerros (kerroksia) 7, jolla on 20 pienempi energiavyö kuin epälineaarisella kerroksella. Näiden kapean energiavyön kerroksien tehtävänä on kerätä epälineaarisen kerroksen (kerroksien) synnyttämät kvanttienkuljettajat ja näin lyhentää vaimen-nuksen elpymisaikaa epälineaarisissa kerroksissa poistamalla valo- :*·.· kvanttienkuljettajat nopeasti vaimennuskerroksesta (-kerroksista) 6.

• « :25 Näistä kerroksista käytetään nimitystä kerääjät. Elpymisajan lyhenemi-nen johtuu kvanttienkuljettajien pyyhkäisemisestä kerääjiin päin, missä * ne taas yhtyvät. Pyyhkäisyprosessiin liittyviä mekanismeja ovat kvant-***** tienkuljettajien liikkuvuus, kvanttienkuljettajien diffuusio, kvanttien kuljettajien termalisoituminen ja vaimentuminen alempien energia-:·;*·** 30 tasojen suuntaan, joita on kerääjissä. Suuren energiavyön omaavalla vaimentavalla puolijohdekerroksella (-kerroksilla) 6 on kaksi tehtävää: ·:··· se saa aikaan saturoitavissa olevan vaimennuksen signaalin aallon- pituudella ja myös kvanttienkuljettajien kvanttien rajoittumisen kerääjiin *:* 7 muodostamalla energiakaivolle rajan (rajat).

• I I

*.:.· 35

Aikavakiosta, joka liittyy prosessiin, jossa kerätään epälineaarisella alueella 6 syntyneitä kvanttienkuljettajia, käytetään nimitystä sieppaus- 8 118707 aika. Aiemmasta analyysistä, jossa on käsitelty kvanttienkuljettajien sieppausaikaa kvanttikaivopuolijohdelaserissa, on tunnettua, että siep-pausaika rakenteissa, jotka ovat tässä kuvatun kaltaisia, on muutamia pikosekunteja tai lyhyempi. Katso esim. Bennett ym, IEEE J.Q.E., 5 Voi. 33, No. 11, s. 2077-2083, 1997. Tällaisen analyysin perusteella voidaan odottaa, että muodostamalla sopivasti epälineaaristen kerrosten ja kerääjäkerrosten energiavyöt ja paksuudet voidaan lyhentää epälineaaristen kerroksien vaimennuksen elpymisaikaa tasoille, jotka ovat sopivia ainakin moodilukitussovelluksiin. Alueen 3 kaistaero-10 profiilin konstruoinnissa keskeisenä tavoitteena on varmistaa mahdollisimman suuri energiavyö epälineaaristen kerroksien ja kerääjäkerrrok-sien välillä, jotta saadaan aikaan valokvanttienkuljettajien tehokas (nopea) pyyhkäisy kerääjiin päin. Lisäksi kvanttienkuljettajien pakeneminen kerääjistä 7 epälineaarisiin kerroksiin 6 päin vähenee 15 eksponentiaalisesti mainitulla energiavyöerolla. Oletetaan, että vaimentavan kerroksen (kerroksien) 6 leveys on optimoitu tarjoamaan vaadittava vaimennuksen saturaatiovuontiheys ja että se takaa lyhyen sieppausajan. Kerääjän paksuuden on oltava optimoitu seuraavan ehdon suhteen: pieni signaalin vaimennus ja epälineaarisessa 20 kerroksessa (kerroksissa) muodostuneiden kvanttienkuljettajien tehokas kerääminen. Kuvissa 1 ja 2 esitetyillä päälli- ja välikerroksilla 4 · on suuremmat energiavyöt, ja ne ovat hyvin läpäistävissä signaalin aallonpituudella.

• · • · · • ·· • · : 25 Kuva 3 esittää keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisen saturoita- • · · *’!:! vissa olevan puolijohdevaimentimen energiavyöprofiilia. Rakenteessa käytetään epälineaaristen 6 ja keräävien 7 kerrosten välillä portaittaisia ***** energiavöitä 8, jotka parantavat kvanttienkuljettajien pyyhkäisyä pois . epälineaarisista kerroksista. Portaittaiset energiavyöt muodostavat 30 siirtymäalueelle "sisäänrakennetun” sähkökentän, jonka on ensimmäi-!...: senä esittänyt H. Kroemer julkaisussa RCA Review, voi. 18, s. 332- ·,···· 342, 1957. Johtavuus- ja valenssivöiden sähkökentillä on erilainen polarisaatio; tästä syystä elektronit ja aukot viilaavat samaan suuntaan *·’ kohti kerääjiä. Yksinkertaisesti sanottuna epälineaarisille alueille synty- : 35 neet valokvanttienkuljettajat siepataan kerääjiin nopeammin kentän avustaman siirtymän ansiosta. Sähkökentän voimakkuutta saadaan kasvatettua seostamalla sopivasti epälineaarisia ja kerääviä kerroksia.

9 118707

Kuvassa 4 on esitetty kaaviomaisesti energiavyöprofiili, joka vastaa keksinnön esimerkkisuoritusmuotoa. Epitaksiaaliset kerrokset kasvatetaan yksikiteiselle GaAs-kiekolle. DBR-peili voi koostua joukosta 5 GaAs/AIAs-neljännesaallonpituuspareja. Päälli- ja välikerrokset ovat GaAs-seosta. Toimittaessa signaalin aallonpituusalueella, joka on noin 0,9-1,24 μιπ, epälineaariset kerrokset koostuvat In^Ga^s-seoksesta, jossa indiumin koostumus vaihtelee.

10 Kerääjäkerroksen (-kerroksien) materiaalien valinta määräytyy yleensä sen mukaan, kuinka paljon tarvitaan kerrosta (kerroksia), jonka energiavyö on suurempi kuin epälineaarisessa kerroksessa (kerroksissa), jolloin materiaali on kasvatettava hyvälaatuiseksi eli sen on oltava hilasovitettu tai lähes hilasovitettu GaAs-kiekon kanssa. Lupaa· 15 va ratkaisu sellaisten saturoitavissa olevien vaimennuslaitteiden valmistukseen, jotka ovat nopeampia valokvanttienkuljettajien pyyhkäisy-vaikutuksen ansiosta, perustuu ns. laimeiden nitridiyhdistepuolijohtei-den käyttöön. Viime aikoina InP-tekniikkaa ovat haastaneet korvaavat vaihtelevat laimeat nitridiseokset, GaxIn^NyAs^, joita voidaan kas-20 vattaa pseudomorfisesti GaAs-alustoille. Katso esim. Nakahara ym, Electron. Lett. voi. 32, s. 1585-1586, 1996 ja Pessa ym, IEE Proc.-Optoelectron. 12, s. 150, 2003. GaAs-laitteet ovat kustannustehokkaita ja kestäviä, niillä on hyvä lämmönjohtokyky, ja niillä voidaan kasvattaa laimean nitridipitoisuuden VCEL-lasereita (vertical-cavity surface emit- • · : .*. 25 ting /ase/) ja SESAM-peilejä yksivaiheisessa kasvatuksessa.

’*.*:.* Ga^n^NyAsi-y-seos, jolla on laimennusraja (y£ 2 %), on sopiva mate- riaali SESAM-peilien kvanttikaivoille aallonpituudella λ> 1,3μm. Galn-*"* NAs/InGaAs-rajapinnassa voi johtavuusvyössä olla suuri epäjatkuvuus, . mikä rajaa elektronit erittäin hyvin kvanttikaivoihin, kun taas 30 GaAs/AIAs:n DBR-peileillä on suuri heijastavuus ja suuri kaistanleveys.

* · • · ·«· ·:··· Vaimennin-kerääjä-rakenteiden, joiden pohjana on InGaAs/GalnNAs- .···. materiaalijärjestelmä, odotetaan olevan suorituskyvyltään parempia, koska näillä materiaalikoostumuksilla voidaan saada äärimmäisen ·«] 35 suuri energiavyö. Tämän ansiosta voitaisiin voimistaa merkitsevästi sisäistä kenttää porrastamalla energiavyö vaimennin-kerääjä-raja- 10 118707 pinnalla sekä parantaa pienen energiavyön omaavan GaxIni.xNyAs^y-kerääjän keräämiskykyä.

Kuvassa 5 esitetyn sovelluksen mukaan nyt esillä olevan keksinnön 5 mukaan konstruoitua SESAM-peiliä käytetään laserin passiiviseen moodilukitukseen. Tässä vahvistusväliainetta 9 pumpataan sähköisesti tai optisesti signaaiisäteen muodostamiseksi. Laseronteloa rajaa vah-vistusalueen yhdellä puolella SESAM-peili ja vahvistusalueen toisella puolella toinen peili 10. SESAM-peili voi olla liitetty onteloon päittäin, 10 kuten kuvassa 5 on esitetty, tai linssin välityksellä. Yhtä peileistä voidaan käyttää dispersiokompensoinnin aikaansaamiseen.

• · • · 1 • · 1 ··« · ·« • ·

• M

• · • ♦ · • ·♦ • · • · • I · ♦ · ♦ ··♦ · ···

• •M

«»· • · * ♦ ·♦· « · « • · ♦ ·«· ·♦· • 1 • · ·«· t • · ··· • · ··· • · · • ♦ · ··· ·

Claims (9)

11 118707

1. Puolijohdelaite (S), joka käsittää puolijohdepeilin (2) ja monikerros-heterorakenteen (3, 4), jolla saadaan aikaan ennalta määrätyn optisen 5 signaalin saturoitavissa oleva vaimennus, jolloin monikerroshetero-rakenne käsittää vaimennusalueen (3), tunnettu siitä, että puolijohde-laitteen vaimennusalue (3) käsittää: - ainakin yhden ensimmäisen kerroksen (6), ja - mainitun ensimmäisen kerroksen (6) molemmin puolin ainakin 10 yhden toisen kerroksen (7), jolla on eri materiaalikoostumus ja energiavyö kuin mainitulla ensimmäisellä kerroksella (6).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen puolijohdelaite, tunnettu siitä, että mainittujen toisten kerroksien (7) energiavyöt ovat pienempiä kuin mai- 15 nitun ensimmäisen kerroksen (6) energiavyö.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen puolijohdelaite, tunnettu siitä, että ainakin osa energiavöistä mainittujen ensimmäisen (6) ja toisen (7) kerroksen välillä on ainakin osittain lineaarisesti porrastettu. 20

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen puolijohdelaite, tunnettu j,:*· siitä, että vaimennusalue (3) käsittää pinon, jossa on vuorotellen ensimmäisiä (6) ja toisia (7) kerroksia siten, että pinon ensimmäinen ja :*·.· viimeinen kerros ovat toisia kerroksia (7). jV: 25

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen puolijohdelaite, tunnettu siitä, että toisen kerroksen (7) paksuus on optimoitu signaalin vaimen- **’’ nuksen optimoimiseksi ja ensimmäisessä kerroksessa (6) syntyneiden . kvanttienkuljettajien tehokkaan keräämisen varmistamiseksi. !»‘·* 30

··» • · • · ··· :··· 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen puolijohdelaite, tunnettu .**·. siitä, että ensimmäiset kerrokset (6) on valmistettu Im.xGaxAs-seok- sesta. • · · ·»·· 35

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen puolijohdelaite, tunnettu siitä, että toiset kerrokset (7) on valmistettu Gaxln1.xNyAs1.y-seoksesta. 12 118707

8. Menetelmä puolijohdelaitteen (S) valmistamiseksi, joka menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: muodostetaan puolijohdepeili (2), 5 monikerrosheterorakenne (3, 4), jolla saadaan aikaan ennalta määrätyn optisen signaalin saturoitavissa oleva vaimennus, ja muodostetaan monikerrosheterorakenteeseen vaimennusalue (3), tunnettu siitä, että menetelmä käsittää myös vaiheet, joissa: muodostetaan puolijohdelaitteen vaimenninalueeseen (3): 10. ainakin yksi ensimmäinen kerros (6), ja - mainitun ensimmäisen kerroksen (6) molemmin puolin ainakin yksi toinen kerros (7), jolla on eri materiaalikoostumus ja energiavyö kuin mainitulla ensimmäisellä kerroksella (6).

9. Laser, joka käsittää ainakin vahvistusväliaineen (9), välineet vahvis- tusväliaineen pumppaamiseksi, peilin, joka voi olla myös lähtöportti (10), puolijohdelaitteen (S) laserin passiivista moodilukitusta varten, jolloin puolijohdelaite käsittää puolijohdepeilin (2) ja monikerroshetero-rakenteen (3, 4) ennalta määrätyn optisen signaalin saturoitavissa ole-20 van vaimennuksen aikaansaamiseksi, jolloin monikerrosheterorakenne käsittää vaimennusalueen (3), tunnettu siitä, että laser käsittää puoli-·1.:1 johdelaitteen, jossa on vaimennusalue (3), joka käsittää: - ainakin yhden ensimmäisen kerroksen (6), ja :1·.1 - mainitun ensimmäisen kerroksen (6) molemmin puolin ainakin : .·. 25 yhden toisen kerroksen (7), jolla on eri materiaalikoostumus ja energiavyö kuin mainitulla ensimmäisellä kerroksella (6), laserin pulssitoiminnan käynnistämiseksi. • 1 ·1· * • · · • · » ··# ··· • · • · ·· * • 1 ··· * · • · ·** • · · • « » « · 13 118707