RO109906B1 - Dioda laser, de mare putere - Google Patents

Dioda laser, de mare putere Download PDF

Info

Publication number
RO109906B1
RO109906B1 RO94-01494A RO9401494A RO109906B1 RO 109906 B1 RO109906 B1 RO 109906B1 RO 9401494 A RO9401494 A RO 9401494A RO 109906 B1 RO109906 B1 RO 109906B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
region
balancing
active region
confinement
refractive index
Prior art date
Application number
RO94-01494A
Other languages
English (en)
Inventor
Prahova Iulian Basara Petrescu
Manuela Buda
Mihai Aurel Vlaicu
Original Assignee
Prahova Iulian Basara Petrescu
Manuela Buda
Mihai Aurel Vlaicu
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Prahova Iulian Basara Petrescu, Manuela Buda, Mihai Aurel Vlaicu filed Critical Prahova Iulian Basara Petrescu
Priority to RO94-01494A priority Critical patent/RO109906B1/ro
Publication of RO109906B1 publication Critical patent/RO109906B1/ro
Priority to EP95928043A priority patent/EP0780030B1/en
Priority to US09/051,605 priority patent/US6522677B1/en
Priority to DE69517039T priority patent/DE69517039T2/de
Priority to PCT/RO1995/000011 priority patent/WO1996008062A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2018—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
    • H01S5/2031—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers characterized by special waveguide layers, e.g. asymmetric waveguide layers or defined bandgap discontinuities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

Invenția se referă la o diodă laser, de mare putere, ce poate fi utilizată ca sursă laser în oftalmologie, chirurgie, imprimare, stocarea magneto-optică a informației.
Sunt cunoscute diode laser de putere 5 alcătuite din structuri simetrice cu confinare separată, în care lumina este emisă dintr-o regiune activă foarte subțire și este ghidată de un ghid de undă de lărgime mai mare și care diode prezintă următoarele dezavantaje: 10
- find optimizate pentru obținerea unui curent de prag cât mai mic ele au un factor de confinare (raportul fluxului de radiație prin regiunea activă Ia fluxul total de radiație) cât mai mare (>2%), ceea ce provoacă atât 15 degradarea catastrofică a oglinzii la densități ale fluxului de radiație relativ mici, cât și funcționarea optimă numai în structuri scurte datorită unui câștig modal prea mare.
- au o siguranță redusă în funcționare 20 datorită unei grosimi a regiunii active mici;
- nu sunt optimizate pentru obținerea unei densități maxime de putere raportată la lărgimea ferestrei (fâșiei) de emisie, pentru care ar fi necesară îndeplinirea simultană a două 25 condiții: obținerea unui factor de confinare redus (<0,01) pentru o regiune activă de grosime cât mai mare (>10nm).
Sunt, de asemenea, cunoscute diode laser de putere alcătuite din structuri cu factor 3 0 de confinare redus, între 0,0015 și 0,000015 (Brevet RO 102871), alcătuite dintr-o regiune principală a ghidului de undă, largă de 2 până la 5 pm, și dintr-o regiune activă alăturată regiunii principale, separată printr-o regiune de 3 5 trecere de regiunea principală, în care radiația se propagă în special prin regiunea principală care este foarte largă, iar tăierea modurilor de ordin superior se face printr-o treaptă (scădere) foarte mică a indicelui de refracție în regiunea 40 de confinare față de regiunea principală, variație cuprinsă între 0,001 și 0,007, și care prezintă următoarele dezavantaje:
- variația impusă asupra indicelui de refracție între regiunea principală și stratul de 45 confinare este foarte mică și extrem de dificil de controlat tehnologic.
- regiunea pasivă are un coeficient propriu de confinare aproape de unitate, iar banda ei interzisă este apropiată de energia fotonilor ce se propagă, condiții care împreună pot favoriza ca procesele de absobție cu doi fotoni să devină dominante.
Problema pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unei structuri de diode laser formată din straturi multiple care să funcționeze cu un factor de confinare redus, sub 0.015, care să aibă grosime ale regiunii active mai mari de 0,01 pm și valori mici pentru factorul de confinare al straturilor cu bandă interzisă mică din structură, altele decât regiunea activă.
Dioda laser, de mare putere, conform invenției, elimină dezavantajele soluțiilor cunoscute, prin aceea că este alcătuită dintr-o regiune de confinare de tip n; o regiune de confinare de tip p, care are cea mai scăzută valoare a indicelui de refracție în structură; o regiune pasivă cuprinsă între cele două regiuni de confinare care reprezintă partea principală a ghidului de undă, al cărei indice de refracție poate să scadă în trepte sau continuu față de indicele de refracție al stratului de confinare de tip n, scăderea fiind mai accentuată la (către) limita de separare între regiunea pasivă și stratul de confinare p; o regiune activă subțire, plasată asimetric în interiorul regiunii pasive aproape de regiunea de confinare de tip p, al cărei indice este mult mai mare decât indicele de refracție al regiunii pasive; o regiune de echilibrare a influenței regiunii active, subțire, plasată la limita între regiunea pasivă și regiunea de confinare de tip n, al cărei indice de refracție este mult mai mare decât indicele de refracție al regiunilor adiacente, regiunea pasivă și de confinare n; profilul indicelui de refracție trebuind să prezinte două umflături adiacente, una în dreptul regiunii active și alta în dreptul regiunii de echilibrare, ambele având mărimea mai mică de λ/4 datorită grosimilor foarte mici ale acestor două regiuni; banda interzisă a regiunii de echilibrare să fie mai mare decât banda interzisă a regiunii active pentru a împiedica absorbția în regiunea de echilibrare a radiației emise în regiunea activă; astfel ca, prin acțiunea combinată a doi factori, atracția preponderentă a câmpului de către regiunea de echilibrare față de atracția regiunii active și respingerea lui de către variația de indice de refracție de la limita între regiunea pasivă și regiunea de confinare p, către regiunea de confinare de tip n; se asigură distribuția câmpului cu maximul în regiunea de echilibrare, în afara umflăturii regiunii active, și o valoare redusă pentru factorul de confinare al regiunii active prin îndepărtarea acestuia maxim de regiunea activă, în același timp cu o valoare redusă pentru factorul de confinare al regiunii de echilibrare, prin menținerea acestei regiuni la o grosime cât mai redusă.
Dioda laser de mare putere, conform invenției, prezintă avantajele:
- structurile propuse au un factor de confinare redus, mai mic decât 0,015 deși grosimea regiunii active este relativ mare, mai mare decât 10 nm;
- structurile propuse funcționează în modul transversal fundamental;
- structurile propuse au factori de confinare mici pentru celelalte regiuni din structură altele decât regiunea activă, care au bandă interzisă mică;
- structurile propuse permit realizarea de fâșii cu atenuare modală redusă.
Se dau, în continuare, exemple de realizare a invenției, în legătură cu figurile 1-7, care reprezintă:
- fig. 1, vedere în perspectivă a diodei laser, conform invenției;
- fig.2, profilul indicelui de refracție pe direcția perpendiculară pe straturile ghidului de undă;
- fig.3, distribuția câmpului în structura din fig.2;
- fig.4, profilul benzilor interzise ale straturilor care formează structura din fig.l;
- fig.5, profilul indicelui de refracție pentru o structură cu două regiuni de echilibrare;
- fig.6, distribuția câmpului în structura din fig.5;
- fig.7, secțiune transversală printr-o structură cu fâșie.
Dioda laser, conform invenției, și în legătură cu fig.l este constituită din următoarele regiuni: un substrat 1, o regiune de confinare de tip n, 2, o regiune de confinare de tip p , 3, o regiune pasivă 4, situată între cele două regiuni de confinare și care constituie partea principală a ghidului de undă, o regiune activă 5, situată în interiorul ghidului de undă mai aproape de regiunea de confinare p, o regiune de echilibrare 6 a influenței regiunii active, situată în interiorul ghidului de undă la limita de separare între regiunea pasivă și regiunea de confinare de tip n, un strat de contact 7, un contact metalic p, 8 și un conatct metalic n, 9. întrucât este posibil ca regiunea activă să nu fie întotdeauna situată la limita între regiunea pasivă și regiunea de confinare p, regiunea pasivă se divide în aceste cazuri în două: partea 4, între regiunea de echilibrare 6 și regiunea activă 5 și partea 4', între regiunea activă 4 și regiunea de confinare de tip p, 3. Cu referire la un sistem ortogonal Ozyx, regiunile au interfețe paralele între ele și paralele cu planul yPz, iar radiația laser se propagă în direcția Oz. Radiația laser se produce în regiunea activă prin injecția purtătorilor minoritari la o joncțiune p-n, situată în interiorul sau în vecinătatea ei. Curentul de injecție se produce la aplicarea unei tensiuni electrice pozitive între cele două contacte metalice 8 și 9 .
în fiecare strat se propagă un flux de putere Pj.....P7 astfel că puterea totală este Ρ=Σ
Pj. Pentru fiecare regiune poate fi definit un factor de confinare, care se notează Γι„.Γ7 iar prin definiție Γ^Ρ/Ρ.
Indicele de refracție variază în direcția Ox. Indicii de refracție pentru regiunile 1....7 sunt notați corespunzător cu nt.....n7. Profilul indicelui de refracție pe direcția Ox pentru o structură tipică este prezentat în fig.2. Distribuția câmpului în această structură este prezentată în fig.3. Profilul pe direcția Ox al benzilor interzise ale regiunilor este prezentat în fig.4. Profilul indicelui de refracție are două umflături: umflătura 10 în dreptul regiunii active și umflătura 11 în dreptul regiunii de echilibrare, regiunea activă 5 este plasată mai aproape de stratul de confinare de tip p,3, iar regiunea de echilibrare 6 este situată la limita de separare între regiunea pasivă și regiunea de confinare n, 2. Grosimile regiunilor activă și de echilibrare sunt d5 și d6, iar grosimea regiunii pasive incluzând d5 și d6, este d4. Distanțele între regiunea de echilibrare și regiunea activă, respectiv între regiunea activă și regiunea de confinare de tip p, sunt 14 și 1'4. Cea mai mare valoare a indicelui de refracție este cea a indicelui de refracție din regiunea activă n5. Această valoare înaltă este consecința unei valori reduse a benzii interzise a regiunii active. Banda interzisă a regiunii pasive este mai mare, în scopul realizării unei confinări eficiente a purtătorilor în interiorul regiunii active. Corespunzător acestei valori mai mari a benzii interzise, indicele de refracție în regiunea pasivă n4, este mai mic decât ns. Diferența valorilor indicilor de refracție ns-n4 determină împreună cu grosimea efectivă a regiunii active d5, mărimea unei umflături în profilul indicelui de refracție, mărime egală cu:
d5(n5 2-n4 2)1/2
Pentru ca regiunea activă să nu capteze în interiorul ei câmpul de radiație, trebuie ca mărimea umflăturii ei să fie mai mică decât λ/4, adică trebuie îndeplinită condiția:
d5 Es2 - π?)1/2 <λ/4 (1)
Cea mai mică valoare a indicelui de refracție este cea a regiunii de confinare p, n3. Urmează valoarea indicelui de refracție a regiunii pasive n4, apoi a indicelui de refracție a regiunii de confinare n, n2. O variație mare între n4 și n3, provoacă respingerea câmpului către regiunea de confinare n.
Regiunea de echilibrare 6 are rolul de a atrage maximul distribuției câmpului către ea, ceea ce reduce valoarea factorului de confinare. Indicele de refracție al acestei regiuni, n6, este mai mare decât indicele de refracție al regiunilor adiacente regiunea pasivă și regiunea de confinare. Atracția câmpului către umflătura regiunii de echilibrare este ajutată de acțiunea de respingere a câmpului de către existența unei variații însemnate a indicelui de refracție la limita între regiunea pasivă și regiunea de confinare de tip p. Pentru ca acțiunea regiunii de echilibrare să fie cât mai eficientă, mărimea umflăturii ei trebuie să fie cât mai mare, adică diferența n6-n2 trebuie să fie cât mai mare. Pe de altă parte n6 nu se poate apropia foarte mult de valoarea lui ns deoarece aceasta ar produce o apropiere a benzilor interzise ale regiunii active și a regiunii de echilibrare și ar determina absorbția radiației emise în regiunea activă în interiorul regiunii de echilibrare. Deși eficiența acțiunii umflăturii de echilibrare crește odată cu mărimea ei, mărimea umflăturii regiunii de echilibrare nu trebuie să fie prea apropiată de λ /4, deoarece în acest caz câmpul ar fi captat aproape în întregime în interiorul ei, Γ6 s-ar apropia de unitate, și ar crește ponderea proceselor de absorbție cu doi fotoni într-o regiune cu banda interzisă, relativ îngustă față de ponderea celorlalte procese de absorbție.
Pentru a obține valori mici ale factorului de confinare Γ5, regiunea activă trebuie să fie cât mai depărtată de mijlocul ghidului de undă. La limită, ea va fi alipită de regiunea de confinare p și 1’4 =0. Distanța între regiunea activă și regiunea de echilibrare se notează 14.
Modurile de ordin superior sunt tăiate de condițiile ca indicele de refracție al regiunii de confinare de tip n să fie mai mare sau egal, relativ la indicele de refracție al regiunii pasive și mărimile celor două umflături să fie mai mici decât λ /4. Pentru a evita modurile de ordin superior, o mică diferență între indicele de refracție al regiunii de confinare p și indicele de refracție al regiunii pasive trebuie să fie introdusă, în special, în cazul c<uiu două umflături, ambele de mărime mare, sunt depărtare uita dc
Pentru a exemplifica acțiunea combinată de respingere a diferenței dintre valorile indicilor de refracție între regiunea pasivă și regiunea de confinare p, pe de o parte, și de atracție către umflătura regiunii de echilibrare, pe de altă parte, vom finaliza întâi două structuri cu grosimea regiunii active d5=80 nm și a regiunii de echilibrare d6= 60 nm. Este evident că umflătura regiunii de echilibrare este mai mică decât a regiunii active, dacă se ține seama de grosimile lor și de faptul că indicele de refracție al regiunii de echilibrare este mai mic decât al regiunii active, indici determinați de valorile indicilor de compoziție x5=0,0 și x6=0,15 (indicii de refracție scad când indicii de compoziție corespunzători cresc). Structura este constituită din mai multe regiuni din sistemul Al^Ga^As cu indici de compoziție corespunzători: regiunea 3 de confinare p, cu x3=0,6, alipită de ea regiunea activă 5, cu x5=0,0 apoi regiunea pasivă 4, cu x4=0,35, regiunea de echilibrare 6, cu x6=0,15, regiunea 2 de confinare de tip n, cu x2=0,332. Dacă într-o structură de acest tip regiunea pasivă 4 dintre regiunea activă și cea de echilibrare are o grosime de 0,88 pm, atunci factorul de confinare al regiunii active este de 0,0147, iar cel al regiunii de echilibrare este de 0,053. Dacă grosimea regiunii pasive se mărește la 1,45 pm, cei doi factori de confinare se reduc Ia 0,00165, respectiv la 0,0456.
Un alt exemplu este cel ilustrat în fig.2. Regiunea de confinare de tip p, 3 are ca și în cazul precedent indicele de compoziție x=0,6. Regiunea pasivă 4 și regiunea de confinare de tip n, 2 au indicele de compoziție x=O,35. Regiunea activă 5, cu x5=0 și d5= 20 nm, este distanțată cu l'4=0,18 pm, față de regiunea de confinare de tip p, 3, iar regiunea de echilibrare 6, cu Xe=0,15 și d6=100 nm, este distanțată cu l4=0,4 pm față de regiunea activă 5. Această structură are un factor de confinare al regiunii active Γ5=0,0072 și un factor de confinare al regiunii de echilibrare r6=0,193r în continuare, se vor da alte exemple de structuri cu factor de confinare redus și cu giesimi relativ mari ale regiunii active în intervalul 1O....80 nm. în aceste exemple grosimea regiunii de echilibrare a fost aleasă 100 nm. Valoarea mai mare a grosimii regiunii de echilibrare față de cazurile prezentate anterior, determină o valoare mai mare pentru factorul de confinare al acestei regiuni, o eventuală intensificare a proceselor de absorbție cu doi fotoni și o îngustare a lărgimii distribuției câmpului. Valorile alese ca exemplu pentru factorul de confinare sunt 0,0144; 0,0072; 0,0036; 0,0018. Valorile alese ca de exemplu pentru grosimea regiunii active sunt 10 nm, 20 nm, 40 nm și 80 nm. Cazul 10 nm ar necesita mici corecții ale indicilor de refracție în regiunile structurii legate de deplasarea lungimii de undă a radiației emise din regiunea activă datorită efectelor de groapă cuantică. Aceste variații nu sunt esențiale pentru demonstrația noastră și nu s-a ținut seama de ele.
în toate exemplele care urmează, regiunea activă va fi alipită de regiunea de confinare de tip p astfel ca 1'4 = 0. Această alegere simplifică procedeele de formare a fâșiilor care vor fi discutate ulterior. Primul set de exemple, cele din tabelul 1, se vor construi din materiale semiconductoare din sistemul AlxGa1.xAs cu indicii de compoziție x4, x5, x6 având valorile 0,35; 0,0; 0,15. Indicele de compoziție al stratului de confinare p este 0,35 pentru cazul d5=10 nm, 0,40 pentru cazul d5=20 nm, 0,48 pentru cazul d5=40 nm și 0,60 pentru cazul ds=80 nm. Creșterea indicelui de compoziție în regiunea de confinare de tip p este determinată de necesitatea unei acțiuni de respingere a stratului de confinare p cât mai eficientă. indicele de compoziție al stratului de confinare 2, de tip n, este x2=x4 pentru majoritatea cazurilor, cu excepția cazului regiunii active cu grosimea de 80 nm, când diferențe între indicele de compoziție al regiunii de confinare τι și al regiunii pasive au fost introduse pentru tăierea modurilor de ordin superior.
Exemplele vor fi construite pentru o regiune activă alcătuită dintr-un singur strat gros. Mici diferențe pot apare dacă mai multe gropi cuantice înlocuiesc un singur gros echiva,ent·
Tabelul 1
Nr ^5 (nm) r5 x2 x3 ^4 (pm) r6
1 10 0,0144 0,35 0,35 0,08 0,195
2 10 0,0072 0,35 0,35 0,255 0,181
3 10 0,0018 0,35 0,35 0,44 0,179
4 10 0,0018 0,35 0,35 0,62 0,180
5 20 0,0144 0,35 0,40 0,23 0,199
6 20 0,0072 0,35 0,40 0,38 0,192
7 20 0,0036 0,35 0,40 0,55 0,188
8 20 0,0018 0,35 0,40 0,70 0,187
9 40 0,0144 0,35 0,48 0,40 0,191
10 40 0,0072 0,35 0,48 0,57 0,187
11 40 0,0036 0,35 0,48 0,74 0,186
12 40 0,0018 0,35 0,48 0,90 0,186
13 80 0,0144 0,335 0,60 0,77 0,163
14 80 0,0072 0,330 0,60 0,86 0,161
15 80 0,0036 0,325 0,60 0,93 0,154
16 80 0,0018 0,320 0,60 0,98 0,143
4-5
Analizând tabelul se vede că există mai 4 0 multe posibilități pentru reducerea factorului de confinare:
- coborârea indicelui de refracție în regiunea de confinare p (secvența 13...16 față de secvența 9....12 etc)
- mărirea distanței între regiunea activă și regiunea de echilibrare (în interiorul fiecărei secvențe 1....4; 5....8; 9......12; 13......16)
- ridicarea indicelui de refracție în regiunea de confinare n față de regiunea pasivă 50 (exemplele 13.....16).
în afară de aceste posibilități există și posibilitatea depărtării regiunii active de regiunea de confinare p și micșorarea acțiunii ei de respingere, depărtare prin care factorul de confinare crește.
în tabelul 2 se exemplifică structuri de diode laser cu un alt set al indicilor de compoziție decât cel din tabelul 1, astfel ca indicele de compoziție al regiunii active să fie 0,11 și lungimea de undă de emisie să fie apropiată de 800 nm. Indicii de compoziție ai regiunilor 4, 5 și 6 sunt: 0,35; 0,11; 0,21, iar indicele de compoziție al regiunii de confinare de tip p sunt 0,35; 0,40; 0,48 și 0,60 pentru grosimi ale regiunii active de, respectiv, 10,20, 40, 80 nm. Indicele de compoziție în stratul de confinare 2 de tip n este arătat în tabel 5 la fiecare caz în parte. Se va exploata ridicarea indicelui de refracție în regiunea de confinare n față de valoarea din regiunea pasivă pentru tăierea modurilor de ordin superior în structurile cu regiunea activă cea mai groasă.
Tabelul 2
Nr. ^5 (nm) r5 X2 , *3 I4 (μιη) r6
1 10 0,0144 0,35 0,35 0,09 0,206
2 10 0,0072 0,35 0,35 0,26 0,191
3 10 0,0036 0,35 0,35 0,44 0,189
4 10 0,0018 0,35 0,35 0,60 0,191
5 20 0,0144 0,35 0.40 0,22 0,213
6 20 0,0072 0,35 0.40 0,36 0,205
7 20 0,0036 0,35 0.40 0,51 0,201
8 20 0,0018 0,35 0,48 0,67 0,199
9 40 0,0144 0,35 0,48 0,40 0,201
10 40 0,0072 0,35 0,48 0,56 0,198
11 40 0,0036 0,35 0,48 0,71 0,197
12 40 0,0018 0,35 0,48 0,86 0,197
13 80 0,0144 0,335 0,60 0,60 0,167
14 80 0,0072 0,330 0,60 0,60 0,161
15 80 0,0036 0,325 0,60 0,60 0,154
16 80 0,0018 0,3200 0,60 0,60 0,143
Considerăm că conceptele expuse în 45 această invenție și exemplificate pentru structuri din AlGaAs cu straturi de compoziție constantă pentru fiecare dintre ele pot fi extinse și la alte cazuri:
- materiale din sistemul InGas, 50 InGasP, InGaAlAs, și alte materiale de bandă largă, cu probabilitate cât mai mică pentru procesele cu doi fotoni;
- structuri cu variații continue (nu în treaptă) ale indicelui de refracție.
O altă extindere a invenției se referă la numărul regiunilor de echilibrare. în afară de regiunea de echilibrare 6 de la limita regiunilor pasivă 4 și de confinare de tip n, 2, între această regiune de echilibrare 6 și regiunea activă 5 se pot introduce una sau mai multe regiuni de echilibrare secundare 6' și 6 etc. cu mărimile umflăturilor 11' și 11 de asemenea, mai mici decât λ /4. în continuare vom da un exemplu cu o regiune de echilibrare secundară, cu următoarele caracteristici: indicii de compoziție în regiunea de confinare de tip p, 3, pasivă 4, activă 5, de echilibrare secundară 10 și principală 6, de echilibrare de tip n, 2 sunt: 0,6; 0,35; 0,0; 0,15; 0,15 și respectiv 0,32. Grosimile regiunilor active 5, de echilibrare secundară 10 și echilibrare principală 6 sunt 80 nm, 60 nm, și respectiv 80 nm. Regiunea activă este plasată la limita între stratul de confinare de tip p, 3 și regiunea pasivă 4. Distanța între regiunea activă 5 și regiunea de echilibrare secundară 10 și distanța între regiunea de echilibrare secundară 10 și regiunea de echilibrare principală 6 sunt ambele de 0,6 um. Această structură are factorul de confinare de 1,87-10 3. Profilul indicelui de refracție în această structură este prezentat în fig.5. Distribuția câmpului este prezentată în fig.6.
Structurile descrise interior se pot obține prin procedee de creștere epitaxială, de straturi paralele, atât între ele, cât și cu substratul de creștere. Din aceste structuri se delimitează prin diferite procedee fâșii cu lărgimea w de câțiva microni. Delimitarea de fâșii are două scopuri:
- limitarea injecției curentului numai în interiorul fâșiilor;
- realizarea unei variații a indicelui de refracție de fâșie la regiunile adiacente, laterale, pentru limitarea câmpului optic în interiorul fâșiei.
O metodă foarte folosită pentru delimitarea fâșiilor, este formarea prin corodarea parțială a regiunilor de confinare de tip p și prin oxidarea ulterioară a regiunilor în care s-a făcut corodarea unei coaste (ridge) care va fi acoperită cu contactul metalic și prin care va trece curentul electric. Subțierea regiunii de confinare p are ca efect o ușoară scădere a indicelui de refracție efectiv care este folosită pentru delimitarea (parțială) a câmpului optic. Dezavantajul procedeului constă în faptul că regiunea activă nu este înlăturată în afara fâșiei, și porțiunile laterale neexcitate de curentul electric sunt puternic absorbante, ceea ce mărește coeficientul de atenuare modală.
în fig.7 este arătată o secțiune printr-o structură de fâșie care pornește de la o structură planară duală, cu două umflături în profilul pe direcția Ox a indicelui de refracție al materialelor din care este formată structura planară. Fâșia are o lărgime w. Pe lărgimea w structura epitaxială conține toate regiunile descrise în fig.2. De o parte și de alta a fâșiei, structura epitaxială conține câte o regiune de confinare i 12 și nu conține regiunea activă 5 și regiunea de confinare de tip p, 3. Regiunile i 12 pot fi un material semiconductor, din aceeași clasă de materiale ca și restul materialelor din care este făcută structura fâșiei și pot fi izolatoare din punct de vedere electric, în cazul materialelor din sistemul AlxGaj.xAs, indicele lor de refracție poate fi determinat prin indicele de compoziție. în zona fâșiei ghidul de undă de lărgime w este format preponderent în jurul umflăturii regiunii de echilibrare și este mărginit lateral de ghiduri de undă formate preponderent în jurul aceleiași umflături a regiunii de echilibrare, dar care nu conțin regiunea activă.
Din ajustarea indicelui de refracție al regiunilor 12 se poate face o ajustare a indicilor de refracție efectivi în ghidul fâșiei și ghidurile laterale, astfel ca variațiile de refracție ale indicilor de refracție efectivi să permită funcționarea în modul fundamental lateral.
Astfel, prin structurile, 6, 10 și 14 din tabelul 1, care toate au un factor de confinare de 0,0072, prin înlăturarea regiunii de confinare de tip p, 3 și a regiunii active 5 și înlocuirea lor cu regiuni de confinare 12 cu un indice de compoziție x12=0,35, variațiile indicilor efectivi de refracție sunt de 0,0003, adică valoarea optimă pentru fâșii de lărgime de 12 pm, care corespund factorului de confinare ales.

Claims (3)

  1. Revendicări
    1. Diodă laser, de mare putere, caracterizată prin aceea că este alcătuită din:
    - o regiune de confinare de tip n (2);
    - o regiune de confinare de tip p (3), care are cea mai scăzută valoare a indicelui de refracție în structură;
    - o regiune pasivă (4) cuprinsă între cele două regiuni de confinare (2 și 3), care reprezintă partea principală a ghidului de undă, al cărei indice de refracție poate scădea în trepte sau continuu față de indicele de refracție al stratului de confinare de tip n (2), scăderea fiind mai accentuată la (către) limita de' separare între regiunea pasivă (4) și stratul de confinare p, (3);
    - o regiune activă (5) subțire plasată asimetric în interiorul regiunii pasive (4) aproape de stratul de confinare de tip p (3), al cărei indice de refracție este mult mai mare decât indicele de refracție al regiunii pasive (4);
    - o regiune de echilibrare (6) a influenței regiunii active (5), subțire, plasată la limita între regiunea pasivă (4) și regiunea de confinare de tip n (2), al cărei indice de refracție este mult mai mare decât indicele de refracție al regiunilor adiacente, regiunea pasivă (4) și de confinare n, (2);
    - profilul indicelui de refracție prezentând două umflături accentuate, una în dreptul regiunii active (5) și alta în dreptul regiunii de echilibrare (6), ambele având mărimea mai mică de λ /4 datorită grosimilor mici ale acestor două regiuni;
    - banda interzisă a regiunii de echilibrare (6) fiind mai mare decât banda interzisă a regiunii active (5) pentru a împiedica absorbția în regiunea de echilibrare (6) a radiației emise în regiunea activă (5);
    - astfel ca prin acțiunea combinată a doi factori, atracția preponderentă a câmpului de către regiunea de echilibrare (6) față de atracția regiunii active (5) și respingerea lui de către variația de indice de refracție de la limita între regiunea pasivă (4) și regiunea de confinare p (3), către regiunea de confinare de tip n (2) să asigure distribuția câmpului cu maximul în regiunea de echilibrare (6), în afara umflăturii regiunii active (5), și o valoare redusă pentru factorul de confinare al regiunii active prin îndepărtarea acestui maxim de regiunea activă, în același timp cu o valoare redusă pentru factorul de confinare al regiunii de echilibrare (6), prin menținerea acestei regiuni la o grosime cât mai redusă.
  2. 2. Diodă laser, de mare putere, conform cu revendicarea 1, caracterizată prin aceea că are una sau mai multe regiuni de echilibrare secundare dispuse între regiunea activă (5) și regiunea de echilibrare principală (6).
  3. 3. Diodă laser, de mare putere, conform cu revendicarea 1, caracterizată prin aceea că are o structură de fâșie și de o parte și de alta a fâșiei, structura epitaxială conține câte o regiune de confinare (12) și nu conține regiunea activă (5) și regiunea de confinare de tip p (3), astfel că în zona fâșiei ghidul de undă de lărgime w este format preponderent în jurul umflăturii regiunii de echilibrare și este mărginit lateral de ghiduri de unde formate preponderent în jurul aceleiași umflături a regiunii de echilibrare, dar care nu conțin regiunea activă.
    Președintele comisiei de examinare: ing. Erhan Valeriu
    Examinator: ing. Rădulescu Melania (51) Int.Cl.6: Η 01 S 3/19
RO94-01494A 1994-09-09 1994-09-09 Dioda laser, de mare putere RO109906B1 (ro)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO94-01494A RO109906B1 (ro) 1994-09-09 1994-09-09 Dioda laser, de mare putere
EP95928043A EP0780030B1 (en) 1994-09-09 1995-08-18 High power laser diode
US09/051,605 US6522677B1 (en) 1994-09-09 1995-08-18 High power laser diode
DE69517039T DE69517039T2 (de) 1994-09-09 1995-08-18 Hochleistungslaserdiode
PCT/RO1995/000011 WO1996008062A1 (en) 1994-09-09 1995-08-18 High power laser diode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO94-01494A RO109906B1 (ro) 1994-09-09 1994-09-09 Dioda laser, de mare putere

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RO109906B1 true RO109906B1 (ro) 1995-06-30

Family

ID=20101081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO94-01494A RO109906B1 (ro) 1994-09-09 1994-09-09 Dioda laser, de mare putere

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6522677B1 (ro)
EP (1) EP0780030B1 (ro)
DE (1) DE69517039T2 (ro)
RO (1) RO109906B1 (ro)
WO (1) WO1996008062A1 (ro)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19717571A1 (de) * 1997-04-25 1998-10-29 Fraunhofer Ges Forschung Diodenlaser-Oszillator oder- Verstärker mit wenigstens einer lichtleitenden Halbleiterschicht
US6167073A (en) * 1998-07-23 2000-12-26 Wisconsin Alumni Research Foundation High power laterally antiguided semiconductor light source with reduced transverse optical confinement
DE10046580A1 (de) 2000-09-20 2002-04-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiter-Laser
US6993053B2 (en) 2002-04-03 2006-01-31 The Australian National University Thin clad diode laser
US7251381B2 (en) 2002-04-03 2007-07-31 The Australian National University Single-mode optical device
AUPS150702A0 (en) 2002-04-03 2002-05-09 Australian National University, The A low divergence diode laser
US6724795B2 (en) 2002-05-10 2004-04-20 Bookham Technology, Plc Semiconductor laser
US20060001677A1 (en) * 2003-11-06 2006-01-05 Marc Webb Color selection and coordination system
US7403552B2 (en) 2006-03-10 2008-07-22 Wisconsin Alumni Research Foundation High efficiency intersubband semiconductor lasers
US7457338B2 (en) 2006-04-19 2008-11-25 Wisconsin Alumni Research Foundation Quantum well lasers with strained quantum wells and dilute nitride barriers
EP2015412B1 (en) * 2007-07-06 2022-03-09 Lumentum Operations LLC Semiconductor laser with narrow beam divergence.
FI20085512A0 (fi) * 2008-05-28 2008-05-28 Oulun Yliopisto Puolijohdelaser
US7830938B2 (en) * 2008-12-15 2010-11-09 Jds Uniphase Corporation Laser diode
US9912118B2 (en) 2010-06-28 2018-03-06 Iulian Basarab Petrescu-Prahova Diode laser type device
US9755402B2 (en) 2010-06-28 2017-09-05 Iulian Basarab Petrescu-Prahova Edge emitter semiconductor laser type of device with end segments for mirrors protection
EP2741381B1 (en) * 2012-12-06 2020-05-06 Nichia Corporation Semiconductor laser element
WO2019002694A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Oulun Yliopisto METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR OPTICAL APPARATUS AND APPARATUS
US20220190560A1 (en) * 2020-12-15 2022-06-16 Marvell Asia Pte, Ltd. Gain medium structure for semiconductor optical amplifier with high saturation power
JP7778496B2 (ja) * 2021-05-10 2025-12-02 日本ルメンタム株式会社 半導体レーザ
JP2023117077A (ja) * 2022-02-10 2023-08-23 古河電気工業株式会社 半導体レーザ素子

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1147045A (en) * 1978-09-20 1983-05-24 Naoki Chinone Semiconductor laser device
RO102871B1 (en) * 1990-04-20 1993-08-16 Inst De Fizica Si Tehnologia M High power laser diode

Also Published As

Publication number Publication date
US6522677B1 (en) 2003-02-18
EP0780030A1 (en) 1997-06-25
DE69517039D1 (de) 2000-06-21
EP0780030B1 (en) 2000-05-17
DE69517039T2 (de) 2001-02-15
WO1996008062A1 (en) 1996-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RO109906B1 (ro) Dioda laser, de mare putere
US4901327A (en) Transverse injection surface emitting laser
US5063569A (en) Vertical-cavity surface-emitting laser with non-epitaxial multilayered dielectric reflectors located on both surfaces
JP2008135786A (ja) 高出力半導体レーザダイオード
US20180261723A1 (en) Ultraviolet light emitting device and method for manufacturing same
JP2628801B2 (ja) 半導体レーザ構造体
TW200820528A (en) Low optical feedback noise self-pulsating semiconductor laser
US7092422B2 (en) Self-pulsation type semiconductor laser
JP2004186259A (ja) 半導体レーザ素子、その製造方法、および多波長集積化半導体レーザ装置
EP1504506A2 (en) Semiconductor laser
US6272161B1 (en) High power diode type laser devices
US7633987B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
KR101855188B1 (ko) 반도체 발광소자
JP3641403B2 (ja) 半導体レーザ素子及びその製造方法
JP4768452B2 (ja) 光半導体装置とその製造方法、光ディスク装置、および光伝送システム
CN120453855B (zh) 一种半导体激光器芯片结构及其制造方法
JPS58225681A (ja) 半導体レ−ザ素子
JP2002124734A (ja) 半導体発光装置とその製造方法
JP3681460B2 (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法ならびに半導体レーザ装置
JP3648357B2 (ja) 半導体レーザ素子の製造方法
JPS59155981A (ja) 埋め込み型半導体レーザ素子の製造方法
JP2025066058A (ja) 半導体レーザ素子
JPS63306686A (ja) 半導体レ−ザ装置
GB2163288A (en) Semiconductor lasers
JPH1168228A (ja) 半導体レーザ