RU113426U1 - Излучатель (варианты) и лазерная линейка - Google Patents

Abstract

1. Излучатель в виде двумерной решетки лазерных линеек на основе лазерной гетероструктуры, соединенных электрически последовательно между собой по металлизированным поверхностям n- и p-типа сторон лазерных линеек при помощи припоя, внешние металлизированные поверхности n- и p-типа сторон решетки подключены к источнику тока накачки, решетка закреплена на теплоотводе, отличающийся тем, что каждая лазерная линейка, содержащая по крайней мере две излучающие области, разделенные канавкой со стороны p-типа гетероструктуры шириной 25…35 мкм, глубиной, превышающей глубину размещения границы n-ограничительного слоя со слоями распространения излучения на 1,5…2,0 мкм, и защищенной изолирующим слоем, припоем является композитный припой серебро-олово, на теплоотводящей и токопроводящей контактной пластине находится решетка стороной p-типа, а именно металлизированная поверхность стороны p-типа внешней лазерной линейки через композитный припой серебро-олово, внешняя металлизированная поверхность n-типа стороны решетки электрически соединена с контактной площадкой со слоем металлизации на диэлектрической пластине, размещенной на токопроводящей контактной пластине рядом с решеткой, диэлектрическая пластина, решетка и токопроводящая контактная пластина помещены в корпус, токопроводящая контактная пластина и контактная площадка электрически соединены с внешними выводами корпуса. ! 2. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что композитный припой состоит из слоя серебра толщиной 0,10…0,30 мкм и слоя олова толщиной 2,00…4,00 мкм, при этом слой серебра имеется на токопроводящей контактной пластине и сторонах n-типа смежных лазерных

Description

Область техники

Полезная модель относится к области полупроводниковой квантовой электроники, к когерентным полупроводниковым источникам излучения, в том числе мощным, в частности, к конструкции излучателей, многоэлементных, состоящих из двумерных решеток лазерных линеек, и одноэлементных с одной лазерной линейкой или с одним диодным лазером, а также к конструкции лазерной линейки.

Предшествующий уровень техники

Известны различные конструкции многоэлементных излучателей в виде наборных решеток, состоящих из линеек диодных (инжекционных) лазеров (см., например, [Свидетельство 8174, кл. H01S 3/18, опубл. 16.10,1998, ГП НИИ «Полюс», RU; Патент EP 1887666, опубл. 13.02.2008, THIAGARAJAN PRABHU и др., US; Патент 2396654, кл. H01S 5/32, опубл. 10.08.2010, ОАО «НПП «ИНЖЕКТ», RU]. Общим для всех рассмотренных конструкций является наличие не менее двух линеек диодных лазеров, с индивидуальными теплоотводящими и контактными прокладками между линейками, с единым теплоотводом со стороны зеркал, противоположных излучающим, также имеются основание, токоподводящие контактные площадки, теплоотводы, корпус.

Решетка лазерных диодов в соответствии с [Патентом 2396654, кл. H01S 5/32, опубл. 10.08.2010, ОАО «НПП «ИНЖЕКТ», RU] содержит основание из теплопроводящего материала, с расположенными на нем теплопроводящим диэлектриком и отдельными линейками лазерных диодов. Один из резонаторов лазерных диодов установлен на упомянутом диэлектрике. Каждая линейка лазерных диодов содержит отрицательный и положительный выводы, индивидуальный теплоотвод. Выводы крайних линеек лазерных диодов соединены с токоподводящими контактными площадками. Все устройство закрыто пылезащитной крышкой. Известная решетка лазерных диодов имеет высокую надежность работы с довольно большим телом свечения и не высокой плотностью мощности. Теплопроводящее основание, диэлектрик, индивидуальные теплоотводы должны иметь коэффициенты термического расширения (к.т.р.) близкие к линейкам лазерных диодов, что весьма трудно подобрать.

Предложена конструкция полупроводникового лазера - многоэлементного излучателя, представляющая собой двумерную решетку лазерных линеек, соединенных электрически последовательно между собой по металлизированным поверхностям подложек и эпитаксиальным слоям с помощью индиевого припоя (см [Патент 2119704, кл. H01S 3/043, опубл. 27.09.1998, RU]. Лазерная линейка - монолитная интегральная линейка с диодными лазерами на основе лазерной гетероструктуры, разделенными по току канавками друг от друга, с разделением волноводных областей. Зеркала резонаторов линеек с одной из сторон решетки закреплены на теплоотводе. Внешние металлизированные поверхности лазерных линеек подключены к источнику накачки. В такой конструкции отвод тепла от активной области лазерной гетероструктуры, в которой происходит излучательная рекомбинация инжектированных носителей, происходит с двух сторон. Это дает возможность более эффективно отвести тепло от активной области и избежать несимметричного температурного профиля в работающем кристалле лазерной линейки. Повышена плотность мощности, исключена часть теплоотводящих элементов конструкции, имеющих иное к.т.р., чем лазерная линейка. Конструкция упрощена. Использование низкотемпературного индиевого припоя приводит к его растеканию по поверхности зеркал при сборке и работе излучателя, что снижает качество излучающей поверхности и значительно снижает выходную мощность.

Известны различные конструкции излучателя с контактной монтажной пластиной, на которой установлен либо диодный лазер, либо лазерная линейка. В изобретении (см. [Патент 2075140 кл. H01S 3/02, опубл. 10.03.1997, RU]) для контактных соединений диодных лазеров в качестве припоя использован ПОС-61. В изобретении (см. [Патент 2364985 кл. H01L 21/52, опубл. 20.08.2009, RU]) для контактных соединений диодных лазеров и лазерных линеек на контактной пластине из меди имеется вначале слой припоя из SnPb и далее слой индия. Наиболее близким является излучатель (см. [Патент CA 333597 кл. H01S 3/025, опубл. 02.12.1999, CA]), в котором элемент (диодный лазер) с металлизированными поверхностями сторон n- и p-типа подключен к источнику тока накачки. Элемент установлен на контактной пластине при помощи припоя индия стороной p-типа проводимости, а со стороны n-типа проводимости соединен с контактной площадкой, размещенной на той же контактной пластине, но изолированной от нее Использование низкотемпературного индиевого припоя приводит к его растеканию по поверхности зеркал при сборке и работе излучателя, что снижает качество излучающей поверхности и значительно снижает выходную мощность.

Известны различные конструкции линеек диодных (инжекционных) лазеров (см., например, [Свидетельство 8174, кл. Н01S 3/18, опубл. 16.10.1998, ГП НИИ «Полюс», RU]) и лазерных линеек (см. [Патент 2119704, кл. Н01S 3/043, опубл. 27.09.1998, RU]), из которых второй источник наиболее близкий. Имеется лазерная линейка на основе лазерной гетероструктуры, содержащая по крайней мере две излучающих области, разделенные канавкой со стороны p-типа гетероструктуры, глубиной, превышающей глубину размещения волновода. Канавки защищены изолирующим слоем. Контактные слои нанесены на сторонах n- и p-типа для дальнейшего создания электрического соединения. Нанесение сразу известных припоев на контактные поверхности лазерной линейки часто не целесообразно. Например, при использовании низкотемпературного индиевого припоя наблюдается его растекание по поверхности зеркал при сборке и далее при работе лазерной линейки, что снижает качество излучающей поверхности и значительно снижает выходную мощность.

Раскрытие полезной модели

Техническим результатом предложенного излучателя, многоэлементного, является повышение мощности выходного излучения, в том числе средней мощности импульса выходного излучения, улучшение качества излучающей поверхности, повышение стабильности и надежности работы, увеличение ресурса работы, улучшение пространственных и энергетических характеристик излучения, улучшение воспроизводимости параметров излучателя, повышение качества сборки, упрощение ее технологии.

Техническим результатом предложенного излучателя, одноэлементного является повышение мощности выходного излучения, в том числе средней мощности импульса выходного излучения, улучшение качества излучающей поверхности, повышение стабильности и надежности работы, увеличение ресурса работы, улучшение пространственных и энергетических характеристик излучения, улучшение воспроизводимости параметров излучателя, повышение качества сборки, упрощение ее технологии.

Техническим результатом предложенной лазерной линейки является повышение мощности выходного излучения, в том числе средней мощности импульса выходного излучения, улучшение качества излучающей поверхности, повышение стабильности и надежности работы, увеличение ресурса работы, улучшение пространственных и энергетических характеристик излучения, улучшение воспроизводимости параметров излучателя, повышение качества сборки, упрощение ее технологии.

В соответствии с первым вариантом излучателя технический результат достигается тем, что предложен многоэлементный излучатель, включающий двумерную решетку лазерных линеек на основе лазерной гетероструктуры, соединенных электрически последовательно между собой по металлизированным поверхностям n- и p-типа сторон лазерных линеек при помощи припоя, внешние металлизированные поверхности решетки n- и p-типа подключены к источнику тока накачки, решетка закреплена на теплоотводе, причем каждая лазерная линейка, содержащая по крайней мере две излучающих области, разделенных канавкой со стороны p-типа гетероструктуры шириной 25…35 мкм и глубиной, превышающей глубину размещения границы n-ограничительного слоя со слоями распространения излучения на 1,5…2,0 мкм, и защищенной изолирующим слоем, припоем является композитный припой серебро-олово, на теплоотводящей и токопроводящей контактной пластине находится решетка стороной p-типа, а именно, металлизированная поверхность стороны p-типа внешней лазерной линейки через композитный припой серебро-олово, внешняя металлизированная поверхность n-типа стороны решетки электрически соединена с контактной площадкой со слоем металлизации на диэлектрической пластине, размещенной на токопроводящей контактной пластине рядом с решеткой, диэлектрическая пластина, решетка и токопроводящая контактная пластина помещены в корпус, токопроводящая контактная пластина и контактная площадка электрически соединены с внешними выводами корпуса.

Лазерная линейка - монолитная интегральная линейка с диодными лазерами на основе лазерной гетероструктуры, разделенными по току канавками друг от друга.

Существенное отличие предложенного многоэлементного излучателя состоит в выбранных ширине и глубине разделения излучающих областей лазерных линеек в совокупности с выбором типа композитного припоя - серебро-олово, имеющего лучшую теплопроводность по сравнению с индием, и с предложенным размещением решетки на токопроводящей контактной пластине - основании, что позволило более эффективно отвести тепло от активной области, получить еще более близкий к симметричному профиль распределения температуры работающего излучателя и исключить дополнительные теплоотводящие пластины с к.р.т. отличными от к.р.т. решетки. Обеспечены условия повышения ресурса работы лазера, особенно при максимальной мощности излучения в импульсе, повышена стабильность и надежность работы в виду отсутствия упругих напряжений, вызванных несогласованными к.т.р. лазерных кристаллов и пластин теплоотводов. Кроме того, практически исключена возможность растекания тока под разделительными канавками, т.е. улучшены пространственные и энергетические характеристики излучения. Композитный припой серебро-олово имеет более высокую температуру плавления по сравнению с температурой плавления индия и большую прочность. При нанесении предложенного припоя, сборке и дальнейшей работе не происходит затекания припоя на зеркала резонатора. Улучшено качество излучающей поверхности, воспроизводимость параметров излучателя. Повышено качество сборки и упрощена ее технология.

Технический результат достигается также тем, что композитный припой может состоять либо из слоя серебра, толщиной 0,10…0,30 мкм, и слоя олова, толщиной 2,00…4,00 мкм, при этом слой серебра имеется на токопроводящей контактной пластине и сторонах n-типа смежных лазерных линеек; либо из единого слоя серебро - олово с соотношением ингредиентов:

Серебро, в %	- 2,44…13,05
Олово, в %	- 86,95…97,56.

При таком соотношении предложенный припой обладает лучшими теплопроводящими и прочностными свойствами и температурой плавления не менее 200 градусов по Цельсию.

Технический результат достигается также тем, что на стороне n-типа решетки на внешней металлизированной поверхности (т.е. на металлизированной поверхности внешней лазерной линейки) имеется слой золота для создания электрического соединения с контактной площадкой диэлектрической пластины.

Технический результат достигается также тем, что на стороне n-типа решетки, на металлизированной поверхности стороны n-типа внешней лазерной линейки имеются композитный припой серебро-олово и на нем проводящая пластина с двусторонней металлизацией по крайней мере из одного слоя, электрически соединенной с контактной площадкой диэлектрической пластины. Кроме того, в случае выполнения композитного припоя из слоя серебра и слоя олова, слой серебра граничит с упомянутой металлизированной поверхностью, Выяснено, что при правильно подобранных к.т.р. в такой модификации сохраняется симметричность температурного профиля в работающем кристалле лазерной линейки.

Технический результат достигается также тем, что в случае решетки лазерных линеек на основе гетероструктуры соединений GaAs-GaAlAs материалом проводящей пластины является низкоомный GaAs.

Технический результат достигается также тем, что слоями металлизации проводящей пластины и контактной площадки являются слои золота.

Технический результат достигается также тем, что в упомянутом изолирующем слое имеется по крайней мере подслой ZnSe.

Анализ патентных материалов, и технической литературы показал, что совокупность представленных существенных отличительных признаков полезной модели нова.

Технологическая реализация предложенного в настоящей полезной модели многоэлементного излучателя основана на известных базовых технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «промышленная применимость».

В соответствии со вторым вариантом излучателя технический результат достигается тем, что предложен одноэлементный излучатель, включающий активный элемент на основе лазерной гетероструктуры, с металлизированной поверхностью на стороне p-типа, электрически соединенной при помощи припоя с токопроводящей контактной пластиной, и с металлизированной поверхностью на стороне n-типа, электрически соединенной с контактной площадкой, активный элемент, токопроводящая контактная пластина и контактная площадка размещены в корпусе и электрически соединены с его внешними выводами, причем припоем является композитный припой серебро-олово, на токопроводящей контактной пластине размещена диэлектрическая пластина с упомянутой контактной площадкой со слоем металлизации, изолированной от токопроводящей контактной пластины.

В качестве активного элемента предложены либо диодный лазер, либо лазерная линейка.

Лазерная линейка, содержит по крайней мере две излучающих области, разделенная канавкой со стороны p-типа гетероструктуры шириной 25…35 мкм и глубиной, превышающей глубину размещения границы n-ограничительного слоя со слоями распространения излучения на 1,5…2,0 мкм, и защищенная изолирующим слоем.

Существенное отличие предложенного одноэлементного излучателя состоит в выборе типа композитного припоя - серебро-олово, имеющего лучшую теплопроводность по сравнению с индием, а для лазерной линейки в совокупности с выбором ширины и глубины разделения излучающих областей. Это позволило более эффективно отвести тепло от активной области, получить близкий к симметричному профиль распределения температуры работающего излучателя. Композитный припой серебро-олово имеет более высокую температуру плавления по сравнению с температурой плавления индия и большую прочность. При его нанесении, сборке и дальнейшей работе не происходит затекания припоя на зеркала резонатора. Улучшено качество излучающей поверхности, воспроизводимость параметров излучателя. Повышено качество сборки и упрощена ее технология. Кроме того, практически исключена возможность растекания тока под разделительными канавками, т.е. улучшены пространственные и энергетические характеристики излучения.

Технический результат достигается также тем, что композитный припой может состоять либо из слоя серебра, толщиной 0,10…0,30 мкм, и слоя олова, толщиной 2,00…4,00 мкм, при этом слой серебра имеется на токопроводящей контактной пластине; либо из единого слоя серебро-олово с соотношением ингредиентов:

Серебро, в %	- 2,44…13,05
Олово, в %	- 86,95…97,56.

При таком соотношении предложенный припой обладает лучшими теплопроводящими и прочностными свойствами и температурой плавления не менее 200 градусов по Цельсию.

Технический результат достигается также тем, что на стороне n-типа активного элемента имеется слой золота.

Технический результат достигается также тем, что на металлизированной поверхности стороны n-типа лазерной линейки имеются композитный припой серебро-олово и на нем проводящая пластина с двусторонней металлизацией по крайней мере из одного слоя, электрически соединенной с контактной площадкой диэлектрической пластины. Кроме того, в случае выполнения композитного припоя из слоя серебра и слоя олова, слой серебра граничит с упомянутой металлизированной поверхностью.

Выяснено, что при наличии проводящей пластины при правильно подобранных к.т.р. сохраняется симметричность температурного профиля в работающем кристалле лазерной линейки.

Технический результат достигается также тем, что в случае лазерной линейки на основе гетероструктуры соединений GaAs-GaAlAs материалом проводящей пластины является низкоомный GaAs.

Технический результат достигается также тем, что слоями металлизации проводящей пластины и контактной площадки являются слои золота.

Технический результат достигается также тем, что в упомянутом изолирующем слое имеется по крайней мере подслой ZnSe.

Анализ патентных материалов, и технической литературы показал, что совокупность представленных существенных отличительных признаков полезной модели нова.

Технологическая реализация предложенного в настоящей полезной модели излучателя основана на известных базовых технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «промышленная применимость».

В соответствии с достижением технического результата предложена лазерная линейка на основе лазерной гетероструктуры, содержащая по крайней мере две излучающих области, разделенные канавкой со стороны p-типа гетероструктуры, защищенной изолирующим слоем, контактные слои на сторонах n- и p-типа для создания электрического соединения с контактными площадками, причем канавка имеет глубину, превышающую глубину размещения границы n-ограничительного слоя со слоями распространения излучения на 1,5…2,0 мкм и шириной 25…35 мкм, по крайней мере на одной из сторон n- или p-типа лазерной линейки на металлизированной поверхности дополнительно имеется композитный припой серебро-олово.

Существенное отличие предложенной лазерной линейки состоит в выбранных ширине и глубине разделения излучающих областей в совокупности с выбором типа композитного припоя - серебро-олово, имеющего лучшую теплопроводность по сравнению с индием, более высокую температуру плавления (не менее 200 градусов по Цельсию) по сравнению с температурой плавления индия и большую прочность. Это позволило более эффективно отвести тепло от активной области, получить близкий к симметричному профиль распределения температуры работающей лазерной линейки. При нанесении припоя, сборке и дальнейшей работе лазерной линейки в соответствующем излучателе не происходит затекания припоя на зеркала резонатора. Улучшено качество излучающей поверхности. Повышено качество сборки и упрощена ее технология. Это приведет при использовании предложенной лазерной линейки в излучателе к повышению мощности излучения, улучшению воспроизводимости параметров излучателя, повышению ресурса работы.

Технический результат достигается также тем, что композитный припой может состоять либо из слоя серебра, толщиной 0,10…0,30 мкм, и слоя олова, толщиной 2,00…4,00 мкм, при этом слой серебра имеется на стороне n-типа лазерной линейки; либо из единого слоя серебро-олово с соотношением ингредиентов:

Серебро, в %	- 2,44…13,05
Олово, в %	- 86,95…97,56.

При таком соотношении предложенный припой обладает лучшими теплопроводящими и прочностными свойствами и температурой плавления не менее 200 градусов по Цельсию.

Технический результат достигается также тем, что на металлизированной поверхности стороны n-типа лазерной линейки имеются слой композитного припоя серебро-олово и на нем проводящая пластина с двусторонней металлизацией по крайней мере из одного слоя.

Выяснено, что при наличии проводящей пластины при правильно подобранных к.т.р. сохраняется симметричность температурного профиля в работающем кристалле лазерной линейки.

Технический результат достигается также тем, что слоями металлизации проводящей пластины являются слои золота.

Технический результат достигается также тем, что в случае решетки лазерных линеек на основе гетероструктуры соединений GaAs-GaAlAs материалом проводящей пластины является низкоомный GaAs.

Технический результат достигается также тем, что на наружной стороне n-типа лазерной линейки имеется слой золота для создания электрического соединения с контактной площадкой.

Технический результат достигается также тем, что в упомянутом изолирующем слое имеется по крайней мере подслой ZnSe.

Анализ патентных материалов, и технической литературы показал, что совокупность представленных существенных отличительных признаков полезной модели нова.

Технологическая реализация предложенного в настоящей полезной модели основана на известных базовых технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «промышленная применимость».

Краткое описание чертежей

Предложение поясняется следующими фигурами.

На Фиг.1 схематически изображено продольное сечение предложенной сборки решетки лазерных линеек многоэлементного излучателя с проводящей пластиной и слоями серебра и олова композитного припоя.

На Фиг.2 схематически изображено продольное сечение предложенной лазерной линейки.

На Фиг.3 схематически изображено продольное сечение предложенной сборки решетки лазерных линеек многоэлементного излучателя без проводящей пластины и с единым слоем Ag-Sn композитного припоя.

На Фиг.4 схематически изображено продольное сечение предложенной сборки лазерной линейки одноэлементного излучателя

На Фиг.5 схематически изображено продольное сечение предложенной сборки диодного лазера одноэлементного излучателя.

Осуществление полезной модели

В дальнейшем полезная модель поясняется конкретными вариантами выполнения с ссылками на прилагаемые чертежи.

В начале рассмотрим вариант многоэлементного излучателя. Приведенные примеры модификаций не являются единственными и предполагают наличие других реализации (в том числе в известных диапазонах длин волн), особенности которых отражены в совокупности признаков формулы полезной модели, а именно в пп.1-9.

Предложен многоэлементный излучатель (см. Фиг.1) с решеткой лазерных линеек 1 (далее РЛЛ 1) с внешними металлизированными поверхностями контакта n-типа 2 и p-типа 3. РЛЛ 1 установлена стороной контакта p-типа 3 на токопроводящую контактную пластину 4, одновременно являющуюся теплоотводом. На токопроводящей контактной пластине 4 вблизи РЛЛ 1 размещена диэлектрическая пластина 5 - изолятор из высокоомного арсенида галлия, с контактной площадкой 6 - контактным слоем золота 7 с стороны, противоположной токопроводящей контактной пластине 4. Внешняя металлизированная поверхность n-типа 2 РЛЛ 1 и токоподводящая контактная площадка 4 соединены золотым выводом 8.

Базовым элементом РЛЛ является монолитная лазерная линейка 9 на основе лазерной гетероструктуры 10 (см. Фиг.2, на Фиг.1 не показана) из трех интегрально связанных диодных лазеров 11, а именно, монолитная интегральная лазерная линейка 9 (далее ЛЛ 9) разделена канавками 12 шириной по тридцать микрон на три излучающие полоски 13 по сто микрон каждая, с длиной резонатора 1500 мкм. С боковых сторон ЛЛ 9 ограничена аналогичными областями - канавками 12. В данном случае лазерная гетероструктура 10 AlGaAs-GaAs выращена на подложке 14 n-типа GaAs. Канавки 12 выполнены со стороны p-типа гетероструктуры 10 перерезая волноводную область 15 и далее на глубину, превышающую на 1,8 мкм глубину расположения границы n-типа ограничительного слоя 16 со смежным волноводным слоем 17. Канавки 12 заращены изолирующим слоем ZnSe 18. На поверхностях n- и p-типа гетероструктуры нанесены соответствующие контактные слои 19, чем получены металлизированные поверхности n- типа 20 и p-типа 21 ЛЛ 9. На гранях резонатора имеются многослойные диэлектрические покрытия с коэффициентами отражения 3%-5% (передняя грань) и не менее 95% (задняя грань) (на фигурах не показаны).

РЛЛ 1 содержит пять базовых монолитных ЛЛ 9. Между ними имеются композитные припои Ag-Sn 22, состоящие из слоя серебра 23, толщиной 0,15±0,005 мкм, граничащим с n-типа металлизированной поверхностью 10 одной ЛЛ 9 и слоя олова 24, толщиной 3,00±0,005 мкм, граничащим с p-типа металлизированной поверхностью 21 последующей ЛЛ 9.

Внешняя металлизированная поверхность p-типа стороны 3 РЛЛ 1 совпадает с p-типа металлизированной поверхностью 21 соответствующей внешней ЛЛ 9. РЛЛ 1 закреплена на токопроводящей контактной пластине 4 композитным припоем Ag-Sn 22. Слой олова 24 припоя 22, толщиной 2,70±0,005 мкм, граничит с p-типа металлизированной поверхностью 21 внешней ЛЛ 9, а слой серебра 23, толщиной 0,20±0,005 мкм, граничит с поверхностью токопроводящей контактной пластины 4.

С n-стороны РЛЛ 1 имеются слои упомянутого композитного припоя Ag-Sn 22. Слой серебра 23, толщиной 0,20±0,005 мкм, граничит с n-типа металлизированной поверхностью 20 второй внешней ЛЛ 9, а на слое олова 24 припоя 22, толщиной 2,70±0,005 мкм находится проводящая пластина 25 - кристалл низкоомного GaAs, имеющая на обеих поверхностях слои золота 7. В данном исполнении наружная поверхность наружного слоя золота 7 является внешней металлизированной поверхностью n-типа 2 стороны РЛЛ 1, соединенной с золотым выводом 8.

Токопроводящая контактная пластина 4 с РЛЛ 1 и диэлектрической пластиной 5 устанавливается в корпус (на фигурах не показано) на низкотемпературном припое (сплав Вуда или сплав Розе). Токопроводящая контактная пластина 4 и контактная площадка 6 соединены с внешними выводами корпуса (на фигурах не показано).

Многоэлементный излучатель работает следующим образом. Через токопроводящую контактную пластину 4, контактную площадку 6 и золотой вывод 8 подается питание (электрический ток) на РЛЛ 1. Выделяемая мощность лазерного излучения с передней грани РЛЛ 1 попадает в оптическую систему, на фигурах не показанную. Предложенный и изготовленный многоэлементный излучатель на длине волны лазерного излучения 850 нм имеет следующие основные характеристики: амплитуду импульса тока накачки 35 А при длительности импульса тока накачки (по уровню 0,5) 100 нс, частоте повторения импульсов тока накачки до 30,0 кГц. При размере тела свечения 1,3×1,3 средняя мощность импульса лазерного излучения составила не менее 800 Вт; амплитуда импульса напряжения на излучателе 35 В.

Данная конструкция удобнее в сборке, более долговечна.

Следующая модификация (см. Фиг.3) первого варианта излучателя отличалась от предыдущей тем, что композитный припой 22 ЛЛ 9 вместо слоев серебро-олово использовали единый слой Ag-Sn 22 при соотношении компонентов: серебро - 10% и 90%. Кроме того, в данной модификации многоэлементного излучателя вместо проводящей пластины 25 - кристалла GaAs сторона n-типа РЛЛ 1 заканчивалась внешней ЛЛ 9, на контактном слое 19 которой стороны n-типа имелся слой золота 7. Последний подсоединен при помощи золотого вывода 8 к контактной площадке 6. При этом выходные параметры улучшились на 10%-12%.

Вторым вариантом излучателя является одноэлементный излучатель. Он поясняется конкретными вариантами выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи. Приведенные примеры модификаций одноэлементного излучателя не являются единственными и предполагают наличие других реализации (в том числе в известных диапазонах длин волн), особенности которых отражены в совокупности признаков формулы полезной модели (см. пп.10-19).

Предложен одноэлементный излучатель с лазерной линейкой 9 (см. Фиг.4), которая не отличается от описанной в первой модификации многоэлементного излучателя.

Монолитная лазерная линейка 9 на основе лазерной гетероструктуры 10 (см. Фиг.2) состоит из трех интегрально связанных диодных лазеров 11, а именно, монолитная интегральная лазерная линейка 9 (далее ЛЛ 9) разделена канавками 12 шириной по тридцать микрон на три излучающие полоски 13 по сто микрон каждая, с длиной резонатора 1500 мкм. В данном случае лазерная гетероструктура 10 AlGaAs-GaAs выращена на подложке 14 n-типа GaAs. С боковых сторон ЛЛ 9 ограничена аналогичными областями-канавками 12. Канавки 12 выполнены со стороны p-типа гетероструктуры 10 перерезая волноводную область 15 и далее на глубину, превышающую на 1,8 мкм глубину расположения границы n-типа ограничительного слоя 16 со смежным волноводным слоем 17. Канавки 12 заращены изолирующим слоем ZnSe 18. На поверхностях n- и p-типа гетероструктуры нанесены соответствующие контактные слои 19, чем получены металлизированные поверхности n-типа 20 и p-типа 21 ЛЛ 9. На гранях резонатора имеются многослойные диэлектрические покрытия с коэффициентами отражения 3%-5% (передняя грань) и не менее 95% (задняя грань) (на фигурах не показаны).

Внешняя p-типа металлизированная поверхность 21 ЛЛ 9 закреплена на токопроводящей контактной пластине 4 композитным припоем Ag-Sn 22. Слой олова 24 припоя 22, толщиной 3,70±0,005 мкм, граничит с p-типа металлизированной поверхностью 21 ЛЛ 9, а слой серебра 23, толщиной 0,25±0,005 мкм, граничит с поверхностью токопроводящей контактной пластины 4. На металлизированной поверхности 20 n-стороны ЛЛ 9 имеется слой золота 7. На токопроводящей контактной пластине 4 вблизи ЛЛ 9 помещена диэлектрическая пластина 5 - изолятор из высокоомного арсенида галлия, с контактной площадкой 6 - контактным слоем золота 7 со стороны, противоположной токопроводящей контактной пластине 4. Поверхности слоя золота 7 на стороне n-типа ЛЛ 9 и токоподводящей контактной площадки 4 соединены золотым выводом 8. Контактная пластина 4 с ЛЛ 9 и диэлектрической пластиной 5 устанавливаются в корпус на низкотемпературном припое (сплав Вуда или сплав Розе) (на фигурах не показано). Токопроводящая контактная пластина 4 и контактная площадка 6 соединены с внешними выводами корпуса (на фигурах не показано).

Излучатель работает следующим образом. На внешние выводы корпуса подают импульсный ток длительностью 100 мс и частотой до 30 кГц. Получена средняя мощность импульса лазерного излучения составила 100-105 Вт, частота повторения импульсного излучения была доведена до 50 кГц.

Кроме того, данная конструкция удобна в эксплуатации, более долговечна.

Следующая модификация отличалась от предыдущей тем, что со стороны n-типа ЛЛ 2 вместо слоя золота имеются слои упомянутого композитного припоя Ag-Sn 22, состоящего из слоя серебра 23, толщиной 0,25±0,005 мкм, на n-типа металлизированной поверхности 20 ЛЛ 9 и далее слоя олова 24 припоя 22, толщиной 3,70±0,005 мкм. На нем находится проводящая пластина 25 - кристалл низкоомного GaAs, имеющая на обеих поверхностях слои золота 7. Вблизи ЛЛ 9 на токопроводящей контактной пластине 4, являющейся основанием, помещена диэлектрическая пластина 5 - изолятор из высокоомного арсенида галлия, с контактной площадкой 6 - контактным слоем золота 7 со стороны, противоположной токопроводящей контактной пластине 4. Поверхности проводящей пластины 25 и токоподводящей контактной площадки 4 соединены золотым выводом 8. Контактная пластина 4 с ЛЛ 9 и диэлектрической пластиной 5 устанавливаются в корпус (на фигурах не показано) на низкотемпературном припое (сплав Вуда или сплав Розе). Токопроводящая контактная пластина 4 и контактная площадка 6 соединены с внешними выводами корпуса (на фигурах не показано).

При работе параметры излучателя практически не изменились.

Следующая модификация второго варианта излучателя отличалась от предыдущих тем, что композитный припой 22 ЛЛ 9 состоял из единого слоя Ag-Sn 22 при соотношении компонентов: серебро - 3,5% и олово - 95%.

При работе параметры излучателя практически не изменились.

Следующая модификация второго варианта излучателя отличалась от первой модификации второго варианта тем, что активным элементом являлся диодный лазер 11 на основе лазерной гетероструктуры 10 (см. Фиг.5) с шириной 100 мкм излучающей полоски 13 и длиной резонатора 1500 мкм. В данном случае лазерная гетероструктура 10 AlGaAs-GaAs выращена на подложке 14 n-типа GaAs. С боковых сторон излучающей полоски 13 имеются области-канавки 12 заращенные изолирующим слоем ZnSe 18. Области-канавки 12 выполнены со стороны p-типа гетероструктуры 10 перерезая волноводную область 15 и далее на глубину, превышающую на 1,8 мкм глубину расположения границы n-типа ограничительного слоя 16 со смежным волноводным слоем 17. На поверхностях n- и p-типа гетероструктуры нанесены соответствующие контактные слои 19, чем получены металлизированные поверхности n-типа 20 и p-типа 21 диодного лазера 11. На гранях резонатора имеются многослойные диэлектрические покрытия с коэффициентами отражения 3%-5% (передняя грань) и не менее 95% (задняя грань) (на фигурах не показаны).

Внешняя p-типа металлизированная поверхность 21 диодного лазера 11 закреплена на токопроводящей контактной пластине 4 композитным припоем Ag-Sn 22. Слой олова 24 припоя 22, толщиной 3,70±0,005 мкм, граничит с p-типа металлизированной поверхностью 21 диодного лазера 11, а слой серебра 23, толщиной 0,25±0,005 мкм, граничит с поверхностью токопроводящей контактной пластины 4. На металлизированной поверхности 20 n-стороны диодного лазера 11 имеется слой золота 7. На токопроводящей контактной пластине 4 вблизи диодного лазера 9 помещена диэлектрическая пластина 5 - изолятор из высокоомного арсенида галлия, с контактной площадкой 6 - контактным слоем золота 7 со стороны, противоположной токопроводящей контактной пластине 4. Поверхности слоя золота 7 на стороне n-типа диодного лазера 11 и токоподводящей контактной площадки 4 соединены золотым выводом 8. Контактная пластина 4 с диодным лазером 11 и диэлектрической пластиной 5 устанавливаются в корпус на низкотемпературном припое (сплав Вуда или сплав Розе) (на фигуре 5 не показано). Токопроводящая контактная пластина 4 и контактная площадка 6 соединены с внешними выводами корпуса (на фигуре 5 не показано).

При работе предложенного излучателя получена средняя мощность импульса лазерного излучения составила порядка 50 Вт.

Предложенная лазерная линейка, поясняется конкретными вариантами ее выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи. Приведенные примеры модификаций лазерной линейки не являются единственными и предполагают наличие других реализации (в том числе в известных диапазонах длин волн), особенности которых отражены в совокупности признаков формулы полезной модели.

Предложена лазерная линейка 9 (см. Фиг.2) - монолитная интегральная лазерная линейка 9 (далее ЛЛ 9) на основе лазерной гетероструктуры 10, разделенная канавками 12 шириной по тридцать микрон на три излучающие полоски 13 по сто микрон каждая, с длиной резонатора 1500 мкм. В данном случае лазерная гетероструктура 10 AlGaAs-GaAs выращена на подложке 14 n-типа GaAs. С боковых сторон ЛЛ 9 ограничена аналогичными областями-канавками 12 Канавки 12 выполнены со стороны p-типа гетероструктуры 10 перерезая волноводную область 15 и далее на глубину, превышающую на 1,8 мкм глубину расположения границы n-типа ограничительного слоя 16 со смежным волноводным слоем 17. Канавки 12 заращены изолирующим слоем ZnSe 18. На поверхностях n- и p-типа гетероструктуры нанесены соответствующие контактные слои 19, чем получены металлизированные поверхности n-типа 20 и p-типа 21 ЛЛ 9. На гранях резонатора имеются многослойные диэлектрические покрытия с коэффициентами отражения 3%-5% (передняя грань) и не менее 95% (задняя грань) (на фигурах не показаны).

На n-типа металлизированной поверхности 20 ЛЛ 9 имеются слои композитного припоя Ag-Sn 22, последовательно, слой серебра 23, толщиной 0,15±0,005 мкм, и слой олова 24 припоя 22, толщиной 3,00±0,005 мкм.

Следующая модификация лазерной линейки отличалась от предыдущей тем, что вместо различных слоев серебро и олово использовали единый слой Ag-Sn 22 при соотношении компонентов: серебра - 12% и олова - 88%.

Работу лазерной линейки можно наблюдать при помещении ее в излучатели как в многоэлементный, для составления решетки лазерных линеек, в соответствии с пп.1-9 и описанием на сс.4-6, так и в одноэлементный, в соответствии с пп.10-19 и описанием на сс.6-8.

Как показали исследования данная конструкция универсальна, долговечна и удобна в эксплуатации.

Промышленная применимость

Излучатель когерентного излучения может быть использован в качестве источника излучения высокой мощности в технологии, медицине, системах накачки твердотельных лазеров, системах связи, контрольно-измерительной аппаратуре, инфракрасной подсветки целей, контроля и управления летательными аппаратами и далее.

Claims (26)

1. Излучатель в виде двумерной решетки лазерных линеек на основе лазерной гетероструктуры, соединенных электрически последовательно между собой по металлизированным поверхностям n- и p-типа сторон лазерных линеек при помощи припоя, внешние металлизированные поверхности n- и p-типа сторон решетки подключены к источнику тока накачки, решетка закреплена на теплоотводе, отличающийся тем, что каждая лазерная линейка, содержащая по крайней мере две излучающие области, разделенные канавкой со стороны p-типа гетероструктуры шириной 25…35 мкм, глубиной, превышающей глубину размещения границы n-ограничительного слоя со слоями распространения излучения на 1,5…2,0 мкм, и защищенной изолирующим слоем, припоем является композитный припой серебро-олово, на теплоотводящей и токопроводящей контактной пластине находится решетка стороной p-типа, а именно металлизированная поверхность стороны p-типа внешней лазерной линейки через композитный припой серебро-олово, внешняя металлизированная поверхность n-типа стороны решетки электрически соединена с контактной площадкой со слоем металлизации на диэлектрической пластине, размещенной на токопроводящей контактной пластине рядом с решеткой, диэлектрическая пластина, решетка и токопроводящая контактная пластина помещены в корпус, токопроводящая контактная пластина и контактная площадка электрически соединены с внешними выводами корпуса.

2. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что композитный припой состоит из слоя серебра толщиной 0,10…0,30 мкм и слоя олова толщиной 2,00…4,00 мкм, при этом слой серебра имеется на токопроводящей контактной пластине и сторонах n-типа смежных лазерных линеек.

3. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что композитный припой состоит из единого слоя серебро-олово с соотношением ингредиентов,%:

Серебро - 2,44…13,05 Олово - 86,95…97,56

4. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что на стороне n-типа решетки на внешней металлизированной поверхности имеется слой золота.

5. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что со стороны n-типа решетки, на металлизированной поверхности стороны n-типа внешней лазерной линейки имеются композитный припой серебро-олово и на нем проводящая пластина с двусторонней металлизацией, по крайней мере, из одного слоя, электрически соединенной с контактной площадкой диэлектрической пластины.

6. Излучатель по п.5, отличающийся тем, что в случае выполнения композитного припоя из слоя серебра и слоя олова слой серебра граничит с упомянутой металлизированной поверхностью.

7. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что в случае решетки лазерных линеек на основе гетероструктуры соединений GaAs-GaAlAs материалом проводящей пластины является низкоомный GaAs.

8. Излучатель по п.5, отличающийся тем, что слоями металлизации проводящей пластины и контактной площадки являются слои золота.

9. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что в упомянутом изолирующем слое имеется по крайней мере подслой ZnSe.

10. Излучатель, включающий активный элемент на основе лазерной гетероструктуры с металлизированной поверхностью на стороне p-типа, электрически соединенной при помощи припоя с токопроводящей контактной пластиной, и с металлизированной поверхностью на стороне n-типа, электрически соединенной с контактной площадкой, активный элемент, токопроводящая контактная пластина и контактная площадка размещены в корпусе и электрически соединены с его внешними выводами, отличающийся тем, что припоем является композитный припой серебро-олово, на токопроводящей контактной пластине размещена диэлектрическая пластина с упомянутой контактной площадкой со слоем металлизации, изолированной от токопроводящей контактной пластины.

11. Излучатель по п.10, отличающийся тем, что активным элементом является лазерная линейка, содержащая, по крайней мере, две излучающие области, разделенные канавкой со стороны p-типа гетероструктуры шириной 25…35 мкм и глубиной, превышающей глубину размещения границы n-ограничительного слоя со слоями распространения излучения на 1,5…2,0 мкм, и защищенная изолирующим слоем.

12. Излучатель по п.10, отличающийся тем, что активным элементом является диодный лазер.

13. Излучатель по п.10, отличающийся тем, что композитный припой состоит из слоя серебра толщиной 0,10…0,30 мкм и слоя олова толщиной 2,00…4,00 мкм, при этом слой серебра имеется на токопроводящей контактной пластине.

14. Излучатель по п.10, отличающийся тем, что композитный припой состоит из единого слоя серебро-олово с соотношением ингредиентов,%:

Серебро - 2,44…13,05, Олово - 86,95…97,56.

15. Излучатель по п.10, отличающийся тем, что на стороне n-типа активного элемента имеется слой золота.

16. Излучатель по п.10, отличающийся тем, что на металлизированной поверхности стороны n-типа лазерной линейки имеются композитный припой серебро-олово и на нем проводящая пластина с двусторонней металлизацией, по крайней мере, из одного слоя, электрически соединенной с контактной площадкой диэлектрической пластины.

17. Излучатель по п.15, отличающийся тем, что в случае выполнения композитного припоя из слоя серебра и слоя олова слой серебра граничит с упомянутой металлизированной поверхностью.

18. Излучатель по п.10, отличающийся тем, что в случае лазерной линейки на основе гетероструктуры соединений GaAs-GaAlAs материалом проводящей пластины является низкоомный GaAs.

19. Излучатель по п.15, отличающийся тем, что слоями металлизации проводящей пластины и контактной площадки являются слои золота.

20. Излучатель по п.11, отличающийся тем, что в упомянутом изолирующем слое имеется по крайней мере подслой ZnSe.

21. Лазерная линейка на основе лазерной гетероструктуры, содержащая, по крайней мере, две излучающие области, разделенные канавкой со стороны p-типа гетероструктуры, защищенной изолирующим слоем, с металлизированными поверхностями на сторонах n- и p-типа, отличающаяся тем, что канавка имеет глубину, превышающую глубину размещения границы n-ограничительного слоя со слоями распространения излучения на 1,5…2,0 мкм, и ширину 25…35 мкм, по крайней мере, на одной из сторон n- или p-типа лазерной линейки на металлизированной поверхности дополнительно имеется композитный припой серебро-олово.

22. Лазерная линейка по п.21, отличающаяся тем, что композитный припой состоит из слоя серебра толщиной 0,10…0,30 мкм и слоя олова толщиной 2,00…4,00 мкм, при этом слой серебра находится на стороне n-типа лазерной линейки.

23. Лазерная линейка по п.21, отличающаяся тем, что композитный припой состоит из единого слоя серебро-олово с соотношением ингредиентов,%:

Серебро - 2,44…13,05, Олово - 86,95…97,56.

24. Лазерная линейка по п.21, отличающаяся тем, что на металлизированной поверхности стороны n-типа лазерной линейки имеются слой композитного припоя серебро-олово и на нем токопроводящая пластина с двусторонней металлизацией, по крайней мере, из одного слоя.

25. Лазерная линейка по п.24, отличающаяся тем, что в случае решетки лазерных линеек на основе гетероструктуры соединений GaAs-GaAlAs материалом проводящей пластины является низкоомный GaAs.

26. Лазерная линейка по п.21, отличающаяся тем, что в упомянутом изолирующем слое имеется по крайней мере подслой ZnSe.