RU167046U1 - SEMICONDUCTOR RADIATOR - Google Patents

SEMICONDUCTOR RADIATOR Download PDF

Info

Publication number
RU167046U1
RU167046U1 RU2016106978/28U RU2016106978U RU167046U1 RU 167046 U1 RU167046 U1 RU 167046U1 RU 2016106978/28 U RU2016106978/28 U RU 2016106978/28U RU 2016106978 U RU2016106978 U RU 2016106978U RU 167046 U1 RU167046 U1 RU 167046U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
passive
sections
regions
active
lengths
Prior art date
Application number
RU2016106978/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Владимирович Курнявко
Андрей Викторович Иванов
Дмитрий Сергеевич Исаев
Владимир Дмитриевич Курносов
Александр Иванович Леонович
Владимир Николаевич Дроздовский
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (АО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха")
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 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (АО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха") filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (АО "НИИ "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха")
Priority to RU2016106978/28U priority Critical patent/RU167046U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU167046U1 publication Critical patent/RU167046U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers

Landscapes

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

Abstract

1. Полупроводниковый излучатель, содержащий по крайней мере две диодные линейки на основе лазерной гетероструктуры с р-n переходом, совмещенные поверхностями р- и n-типа проводимости, имеющие каждая чередующуюся последовательность из активной и пассивной секций, причем каждая пассивная секция находится между активными секциями, изолирующие покрытия и контактные слои, а также содержащий контактную пластину, являющуюся теплоотводом, на котором находится одна из крайних диодных линеек стороной р-типа проводимости, и электрические контактные выводы, отличающийся тем, что каждая пассивная секция последовательности имеет среднюю часть из той же лазерной гетероструктуры, две области, продолжающие соседние активные секции вдоль р-n перехода, каждая длиной не менее 2-3 диффузионных длин электронов, инжектированных в р-n переход током накачки при работе излучателя, а также два углубления между каждой боковой стороной средней части и соседней с ней упомянутой областью, причем толщины средней части и упомянутых областей пассивной секции одинаковы, а контактный слой находится на всей поверхности чередующейся последовательности активных и пассивных секций, при этом по поверхности р-типа каждой линейки для всех линеек длины областей, на которых имеется контактный слой - активных секций, одинаковы между собой, длины областей, на которых имеется изоляционный слой - пассивных секций, одинаковы между собой, а также одинаковы между собой длины по поверхности р-типа имеющихся углублений.2. Полупроводниковый излучатель по п. 1, отличающийся тем, что все части пассивной секции имеют изоляционное покрытие.3. Полупроводниковый излучатель по п. 1,1. A semiconductor emitter containing at least two diode arrays based on a laser heterostructure with a pn junction, combined with p- and n-type conductivity surfaces, each alternating sequence of active and passive sections, each passive section being between active sections , insulating coatings and contact layers, as well as containing a contact plate, which is a heat sink, on which there is one of the extreme diode arrays with the p-type conductivity side, and electrical contact conclusions, characterized in that each passive section of the sequence has a middle part of the same laser heterostructure, two regions extending adjacent active sections along the pn junction, each with a length of at least 2-3 diffusion lengths of electrons injected into the pn junction pump current during operation of the emitter, as well as two recesses between each side of the middle part and the neighboring region, the thickness of the middle part and the said regions of the passive section are the same, and the contact layer is on all the surface of the alternating sequence of active and passive sections, while along the p-type surface of each ruler for all the rulers, the lengths of the regions on which there is a contact layer of active sections are the same, the lengths of the regions on which there is an insulating layer of passive sections are the same between each other, as well as the same lengths along the p-type surface of the existing recesses. 2. A semiconductor emitter according to claim 1, characterized in that all parts of the passive section are insulated. 3. The semiconductor emitter according to claim 1,

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области полупроводниковой квантовой электроники, к когерентным и некогерентным полупроводниковым источникам излучения, в том числе мощным, в частности, к конструкции двумерных решеток полупроводниковых лазерных или суперлюминесцентных излучающих линеек излучателей.The utility model relates to the field of semiconductor quantum electronics, to coherent and incoherent semiconductor radiation sources, including powerful ones, in particular, to the design of two-dimensional arrays of semiconductor laser or superluminescent emitter arrays.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны различные конструкции многоэлементных излучателей в виде наборных решеток, состоящих из линеек диодных (инжекционных) лазеров (см., например, [Свидетельство RU 8174, кл. H01S 3/18, опубл. 16.10.1998, ГП НИИ «Полюс», RU; Патент ЕР 1887666, опубл. 13.02.2008, THIAGARAJAN PRABHU и др., US]. 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. Имеющиеся дополнительные теплоотводы, микрохолодильники позволяют эффективно снизить перегрев при работе известных решеток.There are various designs of multi-element emitters in the form of stacked gratings, consisting of lines of diode (injection) lasers (see, for example, [Certificate RU 8174, class H01S 3/18, publ. 10/16/1998, State Research Institute Polyus, RU; Patent EP 1887666, published February 13, 2008, THIAGARAJAN PRABHU et al., US]. Common to all the constructions considered is the presence of at least two lines of diode lasers, with individual heat sinks and contact pads between the lines, with a single heat sink from the mirrors opposite There are also base, conductive ontaktnye platforms, heat sinks, housing. Available additional heat sinks, microcoolers can effectively reduce overheating during operation of the known lattices.

Решетка лазерных линеек в соответствии с [Патентом RU 2396654, H01S 5/32, опубл. 10.08.2010, ОАО «НПП «ИНЖЕКТ», RU] содержит полупроводниковые лазерные линейки, каждую из которых помещают между индивидуальными теплоотводами. Каждая линейка содержит отрицательный и положительный выводы. Выводы крайних лазерных линеек соединены с токоподводящими контактными площадками.The array of laser rulers in accordance with [Patent RU 2396654, H01S 5/32, publ. 08/10/2010, OJSC NPP INJECT, RU] contains semiconductor laser lines, each of which is placed between individual heat sinks. Each line contains negative and positive conclusions. The conclusions of the extreme laser lines are connected to the current-carrying contact pads.

Известная решетка лазерных линеек имеет высокую надежность работы, но с довольно большим телом свечения и низкой плотностью мощности. Теплопроводящее основание, диэлектрик, индивидуальные теплоотводы должны иметь коэффициенты термического расширения (KTP) близкие к KTP лазерных линеек, что весьма трудно подобрать. Имеющиеся дополнительные теплоотводы, микрохолодильники позволяют эффективно снизить перегрев при работе известных решеток, но весьма увеличивают габариты и вес изделия.The well-known array of laser rulers has high reliability, but with a rather large glow body and low power density. The heat-conducting base, dielectric, individual heat sinks must have thermal expansion coefficients (KTP) close to KTP laser lines, which is very difficult to choose. Available additional heat sinks, micro-refrigerators can effectively reduce overheating during the work of known grilles, but they greatly increase the dimensions and weight of the product.

Предложен полупроводниковый излучатель, (см. Фиг. 1 [Патент RU 113426, H01S 3/00, опубл. 10.02.2012, ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха», RU],) с решеткой лазерных диодных линеек с внешними металлизированными поверхностями контакта n-типа и р-типа. Решетка лазерных диодных линеек установлена стороной контакта р-типа на токопроводящую контактную пластину, одновременно являющуюся теплоотводом. Базовым элементом решетки лазерных диодных линеек является монолитная лазерная диодная линейка в соответствии с Фиг. 2 патента RU 113426.A semiconductor emitter is proposed, (see Fig. 1 [Patent RU 113426, H01S 3/00, publ. 02/10/2012, FSUE NII Polyus named after MF Stelmakh, RU],) with an array of laser diode arrays with external metallized contact surfaces of n-type and p-type. The array of laser diode arrays is mounted by the p-type contact side on a conductive contact plate, which is also a heat sink. The basic element of the array of laser diode arrays is a monolithic laser diode array in accordance with FIG. 2 patents RU 113426.

Конфигурация и расположение активных (излучающих, накачиваемых при работе излучателя) и пассивных (неизлучающих, ненакачиваемых при работе излучателя) областей в известных лазерных диодных линейках решетки приводит к перегреву и, как следствие, снижению выходных мощностных характеристик, ресурса работы, электростабильности и надежности работы, ухудшению воспроизводимости параметров излучателя. При увеличении ширины пассивных областей для снижения перегрева решетки с данной лазерной диодной линейкой снижается механическая прочность всей конструкции. Для стабилизации температурного режима требуются внешние охлаждающие устройства, например, микрохолодильник, что увеличивает общие габариты и вес изделия с известной решеткой лазерных диодных линеек.The configuration and arrangement of the active (emitting, pumped during operation of the emitter) and passive (non-emitting, non-pumped during operation of the emitter) areas in the known laser diode arrays of the array leads to overheating and, as a result, reduced output power characteristics, operating life, electrical stability and reliability, deterioration of reproducibility of the parameters of the emitter. By increasing the width of the passive regions to reduce the overheating of the grating with this laser diode array, the mechanical strength of the entire structure decreases. To stabilize the temperature regime, external cooling devices, for example, a micro-refrigerator, are required, which increases the overall dimensions and weight of the product with the well-known array of laser diode arrays.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Техническим результатом предложенного полупроводникового излучателя является повышение выходных мощностных характеристик, электростабильности и надежности работы, увеличение ресурса работы, воспроизводимости параметров излучателя с улучшенной возможностью подавления кольцевых мод и при неизменности пространственных (распределение интенсивности в дальнем поле) характеристик излучения, вследствие улучшения теплоотвода от линейки и увеличения ее механической прочности, а также повышение качества и упрощение технологии сборки, снижение габаритов и веса излучателя для ряда применений.The technical result of the proposed semiconductor emitter is to increase the output power characteristics, electrical stability and reliability, increase the service life, reproducibility of the parameters of the emitter with improved ability to suppress ring modes and with the invariance of spatial (distribution of intensity in the far field) radiation characteristics due to improved heat removal from the line and an increase its mechanical strength, as well as improving quality and simplifying assembly technology, sn voltage transducer size and weight for a number of applications.

В соответствии с полезной моделью технический результат достигается тем, что предложен полупроводниковый излучатель, содержащий по крайней мере две диодные линейки на основе лазерной гетероструктуры с р-n переходом, совмещенные поверхностями р- и n-типа проводимости, имеющие каждая чередующуюся последовательность из активной и пассивной секций, причем каждая пассивная секция находится между активными секциями, также имеющую изолирующие покрытия и контактные слои. Сторона р-типа проводимости одной из крайних диодных линеек обращена к контактной пластине, являющейся теплоотводом. Излучатель содержит электрические контактные выводы. В предложенном полупроводниковом излучателе каждая пассивная секция последовательности имеет среднюю часть из той же лазерной гетероструктуры, две области, продолжающие соседние активные секции вдоль р-n перехода, каждая длиной не менее 2-3 диффузионных длин электронов, инжектированных в р-n переход током накачки при работе излучателя, а также два углубления между каждой боковой стороной средней части и соседней с ней упомянутой областью, причем толщины средней части и упомянутых областей пассивной секции одинаковы, а контактный слой находится на всей поверхности чередующейся последовательности активных и пассивных секций. При этом по поверхности р-типа каждой линейки для всех линеек длины областей, на которых имеется контактный слой - активных секций, одинаковы между собой, длины областей, на которых имеется изоляционный слой - пассивных секций, одинаковы между собой, а также одинаковы между собой длины по поверхности р-типа имеющихся углублений.In accordance with the utility model, the technical result is achieved by the fact that a semiconductor emitter is proposed comprising at least two diode arrays based on a laser heterostructure with a pn junction combined with p- and n-type conductivity surfaces having each alternating sequence of active and passive sections, each passive section being between the active sections, also having insulating coatings and contact layers. The p-type side of the conductivity of one of the extreme diode arrays is facing the contact plate, which is a heat sink. The emitter contains electrical contact leads. In the proposed semiconductor emitter, each passive section of the sequence has a middle part of the same laser heterostructure, two regions extending adjacent active sections along the pn junction, each with a length of at least 2-3 diffusion lengths of electrons injected into the pn junction by the pump current at the operation of the emitter, as well as two recesses between each side of the middle part and the neighboring region adjacent to it, the thickness of the middle part and the said regions of the passive section being the same, and the contact layer on oditsya on the entire surface an alternating sequence of active and passive sections. Moreover, on the p-type surface of each ruler for all rulers, the lengths of the regions on which there is a contact layer of active sections are the same, the lengths of the regions on which there is an insulation layer of passive sections are the same, and the lengths are the same on the p-type surface of the existing recesses.

Технический результат достигается также тем, что все части пассивной секции имеют изолирующее покрытие.The technical result is also achieved by the fact that all parts of the passive section have an insulating coating.

Технический результат достигается также тем, что диодная линейка может быть как лазерной, так и суперлюминесцентной.The technical result is also achieved by the fact that the diode array can be both laser and superluminescent.

Предложенная совокупность признаков полупроводникового излучателя позволила обеспечить равные величины коэффициента термического расширения (КТР) каждой активной (накачиваемой и излучающей при работе излучателя) секции и средней части каждой пассивной (ненакачиваемой и излучающей при работе излучателя) секции и соразмерность по толщине, причем средняя часть пассивной секции электрически изолирована от активной секции. Отмеченное привело к беспрепятственному и эффективному отводу тепла, возникающего в активных секциях при работе излучателя, через среднюю часть пассивной секции к теплоотводу. В упомянутых областях, длиной не менее 2-3 диффузионных длин электронов, инжектированных в р-n переход, уменьшена скорость поверхностной рекомбинации носителей на границе «р-n переход в ненакачиваемой области, продолжающей активную секцию - углубление» (а, следовательно, уменьшены и токи утечки) за счет уменьшения плотности носителей по сравнению с плотностью носителей в центре квантовой ямы при инжекции тока накачки в активную секцию.The proposed set of characteristics of a semiconductor emitter made it possible to ensure equal values of the coefficient of thermal expansion (KTR) of each active (pumped and emitting when the emitter is operating) section and the middle part of each passive (non-pumped and emitting when the emitter is operating) section and proportionality in thickness, with the middle part of the passive section electrically isolated from the active section. The aforementioned led to the unhindered and efficient removal of heat arising in the active sections during operation of the emitter through the middle part of the passive section to the heat sink. In the aforementioned regions, with a length of at least 2-3 diffusion lengths of electrons injected into the pn junction, the surface recombination rate of the carriers at the interface “pn junction in the non-pumped region, continuing the active section - recess”, is reduced (and, therefore, leakage currents) due to a decrease in the carrier density compared with the carrier density in the center of the quantum well upon injection of the pump current into the active section.

Верхний предел длины упомянутых областей определяется технологической и конструктивной целесообразностью. Нами получено повышение мощностных характеристик, улучшение электростабильности и надежности работы, увеличение ресурса работы и воспроизводимости параметров излучателя с улучшенной возможностью подавления кольцевых мод. Пространственные характеристики излучения, а именно, распределение интенсивности в дальнем поле, остались неизменными. Наличие равноуровневых средней части и упомянутых областей на краях соседних активных секций позволило увеличить механическую прочность излучателя. Как следствие, снижены напряжения, возникающие при совмещении р-стороны диодной линейки с плоской поверхностью контактной пластины. Упрощена технология и улучшено качество сборки излучателя. Предложение позволило исключить необходимость использования внешних охлаждающих устройств, т.е. снижены габарит и вес излучателя для ряда применений, например, для медицинских целей, систем открытой связи, лазерной дальнометрии, комплексов геофизических исследований и т.д.The upper limit of the length of the mentioned areas is determined by technological and structural feasibility. We obtained an increase in power characteristics, improved electrical stability and reliability, an increase in the operating life and reproducibility of the parameters of the emitter with an improved ability to suppress ring modes. The spatial characteristics of the radiation, namely, the intensity distribution in the far field, remained unchanged. The presence of equal-level middle parts and the above-mentioned areas at the edges of adjacent active sections made it possible to increase the mechanical strength of the emitter. As a result, the stresses arising when combining the p-side of the diode array with the flat surface of the contact plate are reduced. Simplified technology and improved build quality of the emitter. The proposal eliminated the need for external cooling devices, i.e. reduced the size and weight of the emitter for a number of applications, for example, for medical purposes, open communication systems, laser ranging, geophysical research complexes, etc.

Обращаем внимание, что технический результат достигается также тем, чтоPlease note that the technical result is also achieved by the fact that

- для каждой пассивной секции проецируемые на р-типа поверхность размеры углублений и ее средней части соразмерны друг другу;- for each passive section, the dimensions of the recesses and its middle part projected onto the p-type surface are proportional to each other;

- размер каждой пассивной секции не более размеров каждой активной секции диодной линейки;- the size of each passive section is not more than the size of each active section of the diode array;

- размер углублений от поверхности р-типа превышает размер расположения n-типа слоя;- the size of the recesses from the surface of the p-type exceeds the size of the location of the n-type layer;

- размер углублений от поверхности р-типа не превышает размера слоев р-типа проводимости.- the size of the recesses from the surface of the p-type does not exceed the size of the layers of the p-type conductivity.

Нами не найден полупроводниковый излучатель с предложенной совокупностью признаков, что подтверждает наличие его новизны.We have not found a semiconductor emitter with the proposed set of features, which confirms the presence of its novelty.

Технологическая реализация предложенного полупроводникового излучателя основана на известных базовых методах изготовления полупроводникового излучателя, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «промышленная применимость».The technological implementation of the proposed semiconductor emitter is based on well-known basic methods for the manufacture of a semiconductor emitter, which are currently well developed and widely used. The proposal meets the criterion of "industrial applicability".

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Настоящее изобретение поясняется фигурами 1-5.The present invention is illustrated by figures 1-5.

На Фиг. 1 схематически изображен вид со стороны выхода излучения предложенного полупроводникового излучателя с двумя излучающими диодными линейками.In FIG. 1 schematically shows a view from the side of the radiation output of the proposed semiconductor emitter with two emitting diode arrays.

На Фиг. 2 схематически изображен вид со стороны выхода излучения традиционного полупроводникового излучателя с двумя излучающими диодными линейками.In FIG. 2 schematically shows a view from the side of the radiation output of a traditional semiconductor emitter with two emitting diode arrays.

На Фиг. 3 изображена типичная ватт-амперная характеристика предложенного полупроводникового излучателя с двумя излучающими диодными линейками.In FIG. 3 shows a typical watt-ampere characteristic of the proposed semiconductor emitter with two emitting diode arrays.

На Фиг. 4 изображены типичные пространственные характеристики предложенного полупроводникового излучателя с двумя излучающими диодными линейками, где кривая 1 - диаграмма угловой расходимости излучения в горизонтальной плоскости и кривая 2 - диаграмма угловой расходимости излучения в вертикальной плоскости.In FIG. 4 shows typical spatial characteristics of the proposed semiconductor emitter with two emitting diode arrays, where curve 1 is a diagram of the angular divergence of radiation in the horizontal plane and curve 2 is a diagram of the angular divergence of radiation in the vertical plane.

На Фиг. 5 изображены типичные пространственные характеристики традиционного полупроводникового излучателя с двумя излучающими диодными линейками, где кривая 1 - диаграмма угловой расходимости излучения в горизонтальной плоскости и кривая 2 - диаграмма угловой расходимости излучения в вертикальной плоскости.In FIG. Figure 5 shows typical spatial characteristics of a traditional semiconductor emitter with two emitting diode arrays, where curve 1 is a diagram of the angular divergence of radiation in the horizontal plane and curve 2 is a diagram of the angular divergence of radiation in the vertical plane.

Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами осуществления предложенного полупроводникового излучателя. Приведенные примеры модификаций не являются единственными и предполагают наличие других реализаций, в том числе в известных диапазонах длин волн.The invention is further illustrated by specific embodiments of the proposed semiconductor emitter. The above examples of modifications are not the only ones and suggest the presence of other implementations, including in the known wavelength ranges.

Предложенный полупроводниковый излучатель (см. Фиг. 1) содержит лазерную диодную решетку 1, состоящую из двух лазерных диодных линеек 2 и 3 (далее Линейка). Линейка 2 и Линейка 3 выполнены на основе одной и той же лазерной гетероструктуры 4 с р-n переходом 5 и совокупностью слоев n-типа 6 и р-типа 7 проводимости. Со стороны р-типа 7 лазерной гетероструктуры 4 каждой Линейки 2 и 3 выполнены углубления 8 и 9, разделяющие лазерную гетероструктуру по длине на области 10, 11 и 12, имеющих равные толщины. Глубина углублений 8 и 9 превышает расположение границы слоя n-типа 6 проводимости, ближайшей к поверхности р-типа 7 проводимости, на 0,3±0,05 мкм. На стороне р-типа 7 гетероструктуры 4 каждой Линейки 2 и 3 области 10 и 12 на поверхности гетероструктуры 4 имеют длину 200 мкм, каждая, а область 11 на поверхности гетероструктуры 4-70 мкм. Области 10 и 11 и области 11 и 12 отделены друг от друга (на продолжении той же поверхности гетероструктуры 4) на расстояния, равные 50 мкм для каждого углубления 8 и 9, соответственно. На поверхности углублений 8 и 9 и на поверхности области 11 нанесен изолирующий слой 13 из SiO2. Кроме того, имеются изолирующие слои 13 рассчитанной длины на поверхностях областей 10 и 12 от каждого их края - см. позиции 14, 15, 16 и 17 на Фиг. 1. Толщина изолирующего слоя 13 везде одинаковая. Часть области 10, свободная от изолирующего слоя 13 на ее поверхности, обозначена позицией 18 на Фиг. 1 и ее длина выбрана равной 170 мкм. Аналогичная часть области 12 обозначена позицией 19 на Фиг. 1 и ее длина выбрана также равной 170 мкм.The proposed semiconductor emitter (see Fig. 1) contains a laser diode array 1, consisting of two laser diode arrays 2 and 3 (hereinafter Ruler). Line 2 and Line 3 are made on the basis of the same laser heterostructure 4 with a pn junction 5 and a combination of n-type 6 and p-type 7 conductivity layers. On the p-type side 7 of the laser heterostructure 4 of each Line 2 and 3, recesses 8 and 9 are made, dividing the laser heterostructure along the length in the regions 10, 11 and 12 having equal thicknesses. The depth of the recesses 8 and 9 exceeds the boundary location of the n-type conductivity layer 6 closest to the surface of the p-type conductivity 7 by 0.3 ± 0.05 μm. On the p-type 7 side of the heterostructure 4 of each Line 2 and 3, regions 10 and 12 on the surface of the heterostructure 4 are 200 μm long, each, and region 11 on the surface of the heterostructure 4-70 μm. Regions 10 and 11 and regions 11 and 12 are separated from each other (on the extension of the same surface of the heterostructure 4) by distances equal to 50 μm for each recess 8 and 9, respectively. An insulating layer 13 of SiO 2 is deposited on the surface of the recesses 8 and 9 and on the surface of the region 11. In addition, there are insulating layers 13 of the calculated length on the surfaces of the regions 10 and 12 from each of their edges - see positions 14, 15, 16 and 17 in FIG. 1. The thickness of the insulating layer 13 is the same everywhere. A portion of the region 10 free from the insulating layer 13 on its surface is indicated by 18 in FIG. 1 and its length is chosen equal to 170 μm. A similar portion of region 12 is indicated by 19 in FIG. 1 and its length is also chosen equal to 170 μm.

На поверхности р-типа 7 Линеек 2 и 3 нанесены металлические слои 20 омического контакта. На поверхности n-типа 6 Линеек 2 и 3 нанесены металлические слои 21 омического контакта. Поверхности р-типа 7 Линейки 2 и n-типа 6 Линейки 3 соединены между собой с помощью контактного соединения 22 AgSn. Поверхность металлического слоя 20 Линейки 3 помещена на контактную пластину - теплоотвод 23 и соединена с ним с помощью контактного соединения 22 AgSn. Контактная пластина - теплоотвод 23 и поверхность металлического слоя 21 Линейки 2 соединены с электрическими контактами 24 и 25, соответственно.On the surface of the p-type 7 Line 2 and 3 deposited metal layers 20 of the ohmic contact. On the surface of the n-type 6 Line 2 and 3 are applied metal layers 21 of the ohmic contact. P-type 7 surfaces. Rulers 2 and n-type 6. Rulers 3 are interconnected using AgSn contact 22. The surface of the metal layer 20 of Line 3 is placed on the contact plate - heat sink 23 and connected to it using the contact connection 22 AgSn. The contact plate is a heat sink 23 and the surface of the metal layer 21 Rulers 2 are connected to the electrical contacts 24 and 25, respectively.

При работе рассматриваемого полупроводникового излучателя подают ток накачки в области 18 и 19 Линеек 2 и 3, являющиеся излучающими областями, названы активными секциями. Части 15, 8, 11, 9 и 16, находящиеся под изолирующим слоем 13, ненакачиваемые, составляют пассивную секцию 26. Часть 11 названа средней частью 11 пассивной секции 26. Части 15 и 16 продолжают соседние соответствующие активные секции 18 и 19, соответственно. Каждая часть 15 и 16 выбрана длиной, равной трем диффузионных длин электронов, инжектированных в р-n переход током накачки при работе излучателя, что составило 15 мкм для рассматриваемого случая (для гетероструктуры 4 на основе материалов InP-AlGaInAs). Вся пассивная секция 26 получена равной 200 мкм. Части 14 и 17 могут превышать величину длины 3-х диффузионных длин электронов и могут составить, например, 17 мкм.During operation of the semiconductor emitter under consideration, a pump current is supplied in the regions 18 and 19 of the Line 2 and 3, which are the radiating regions, called active sections. The parts 15, 8, 11, 9 and 16, which are underneath the insulating layer 13, which are not pumped up, constitute the passive section 26. Part 11 is called the middle part 11 of the passive section 26. Parts 15 and 16 continue the adjacent respective active sections 18 and 19, respectively. Each part 15 and 16 was chosen with a length equal to three diffusion lengths of electrons injected into the pn junction by the pump current during operation of the emitter, which was 15 μm for the case under consideration (for heterostructure 4 based on InP-AlGaInAs materials). The entire passive section 26 was obtained equal to 200 microns. Parts 14 and 17 may exceed the length of the 3 diffusion lengths of electrons and may be, for example, 17 μm.

Для сравнения нами были изготовлены и исследованы образцы полупроводникового излучателя (см. Фиг. 2), содержащего также лазерную диодную решетку 27, состоящую из двух лазерных диодных линеек 28 и 29 (далее Линейка-Тр), имеющего традиционную конструкцию (поэтому далее принято название традиционный полупроводниковый излучатель). Каждая Линейка-Тр 28 и 29 выполнена на основе той же самой лазерной гетероструктуры 4 с р-n переходом 5 и совокупностью слоев n-типа 6 и р-типа 7 проводимости. В ней также имеются две лазерные активные секции 30 и 31 шириной по 170 мкм и пассивная секция 32 шириной 50 мкм между ними. Она выполнена в виде одного углубления 33, основание которого расположено в слоях n-типа 6 проводимости на той же глубине, что и углубления 8 и 9 в предшествующем примере. Поверхность углубления 33 покрыта изолирующим слоем 13 из SiO2. В остальном традиционный полупроводниковый излучатель не отличался от предложенного.For comparison, we fabricated and studied samples of a semiconductor emitter (see Fig. 2), which also contains a laser diode array 27, consisting of two laser diode arrays 28 and 29 (hereinafter Ruler-Tr), which has a traditional design (therefore, the name traditional semiconductor emitter). Each Ruler-Tr 28 and 29 is made on the basis of the same laser heterostructure 4 with a pn junction 5 and a combination of n-type 6 and p-type 7 conductivity layers. It also has two laser active sections 30 and 31 with a width of 170 μm and a passive section 32 with a width of 50 μm between them. It is made in the form of one recess 33, the base of which is located in n-type 6 conductivity layers at the same depth as the recesses 8 and 9 in the previous example. The surface of the recess 33 is covered with an insulating layer 13 of SiO 2 . Otherwise, the traditional semiconductor emitter did not differ from the proposed one.

При сравнительных исследованиях предложенного полупроводникового излучателя и традиционного нами получено следующее. Производить сборку предложенного полупроводникового излучателя стало легче и она стала качественнее Для предложенного полупроводникового излучателя по сравнению с традиционным получено снижение брака на 10-25%. Такой результат является следствием того, что для точной ориентации Линеек 2 и 3 друг относительно друга служит ось средней части пассивной секции 11. Нами подтверждено упрощение технологии сборки и улучшение ее качества.In comparative studies of the proposed semiconductor emitter and traditional, we obtained the following. Assembly of the proposed semiconductor emitter has become easier and it has become better. For the proposed semiconductor emitter, compared with the traditional one, a rejection of 10-25% has been obtained. This result is a consequence of the fact that for the exact orientation of the Line 2 and 3 relative to each other, the axis of the middle part of the passive section 11 serves. We have confirmed the simplification of the assembly technology and the improvement of its quality.

Наличие дополнительной опоры (средней части 11) с изолирующим слоем 13, областей 14, 15, 16 и 17 с изолирующими слоями 13, одной и той же толщины, и нанесение одних и тех же металлических слоев 20 на всю поверхность привело к созданию равноуровневой чередующейся последовательности, что позволило увеличить механическую прочность всей конструкции. После приложения механических нагрузок такой технический результат был подтвержден исследованиями однородности свечения активных секций с помощью ИК-видеокамеры с InGaAs фоточувствительной матрицей.The presence of an additional support (middle part 11) with an insulating layer 13, regions 14, 15, 16 and 17 with insulating layers 13 of the same thickness, and applying the same metal layers 20 to the entire surface led to the creation of an equal level alternating sequence , which allowed to increase the mechanical strength of the entire structure. After the application of mechanical loads, this technical result was confirmed by studying the uniformity of the luminescence of the active sections using an InGaAs infrared video camera with a photosensitive matrix.

Нами были проведены измерения параметров рассматриваемого полупроводникового излучателя. Получена весьма высокая мощность излучения, что подтверждается приводимой на Фиг. 3 типичной ватт-амперной характеристикой. В тоже время получена практическая неизменность распределения интенсивности в дальнем поле для предложенного и традиционного полупроводниковых излучателей. По диаграммам угловой расходимости излучения определено, что расходимость

Figure 00000002
в горизонтальном направлении для предложенного полупроводникового излучателя - 39,6° (см. кривую «1» на Фиг. 4), равна (в пределах ошибки измерений) расходимости
Figure 00000003
для традиционного полупроводникового излучателя - 39,5° (см. кривую «1» на Фиг. 5). Расходимость
Figure 00000004
в вертикальном направлении для предложенного полупроводникового излучателя определена равной 8,3° (см. кривую «2» на Фиг. 4) незначительно отличается от расходимости
Figure 00000005
для традиционного полупроводникового излучателя - 10,2° (см. кривую «2» на Фиг. 5).We measured the parameters of the semiconductor emitter under consideration. A very high radiation power was obtained, which is confirmed by that shown in FIG. 3 typical watt-ampere characteristic. At the same time, the practical invariance of the far-field intensity distribution was obtained for the proposed and traditional semiconductor emitters. From the diagrams of the angular divergence of radiation it is determined that the divergence
Figure 00000002
in the horizontal direction for the proposed semiconductor emitter - 39.6 ° (see curve "1" in Fig. 4), equal (within the measurement error) divergence
Figure 00000003
for a traditional semiconductor emitter - 39.5 ° (see curve "1" in Fig. 5). Divergence
Figure 00000004
in the vertical direction for the proposed semiconductor emitter is determined equal to 8.3 ° (see curve "2" in Fig. 4) slightly differs from the divergence
Figure 00000005
for a traditional semiconductor emitter - 10.2 ° (see curve "2" in Fig. 5).

При измерениях наблюдали лучшую воспроизводимость параметров предложенного излучателя, отсутствие кольцевых мод. Кроме того, увеличен ресурс работы, улучшены электростабильность и надежность работы. Показана возможность исключения внешних охлаждающих устройств в предложенном излучателе для ряда применений, где требуется высокая выходная мощность и не критична плотность мощности в пучке излучения.During measurements, the best reproducibility of the parameters of the proposed emitter, the absence of ring modes were observed. In addition, the service life has been increased, and electrical stability and reliability have been improved. The possibility of eliminating external cooling devices in the proposed emitter for a number of applications where a high output power is required and the power density in the radiation beam is not critical is shown.

С точки зрения авторов и заявителя полученные результаты показали, что предложенные полупроводниковые излучатели оказались эффективными при получении высоких мощностных характеристик, улучшения ресурса работы, подавления кольцевых мод.From the point of view of the authors and the applicant, the results showed that the proposed semiconductor emitters were effective in obtaining high power characteristics, improving the service life, suppressing ring modes.

Приведенные конструктивные параметры предложенного полупроводникового излучателя не являются единственно возможными для достижения поставленного технического результата. Нами были проведены эксперименты с полупроводниковым излучателем с другими конструктивными параметрами, в том числе и на других гетероструктурах, также на других материалах гетероструктур. Получено подтверждение тенденции, иллюстрируемой приведенными примерами.The design parameters of the proposed semiconductor emitter are not the only ones possible to achieve the technical result. We conducted experiments with a semiconductor emitter with other design parameters, including other heterostructures, as well as other materials of heterostructures. A confirmation of the trend illustrated by the above examples is obtained.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Предложенный полупроводниковый излучатель может быть использован в качестве источника излучения высокой мощности в технологии обработки материалов, медицине, системах открытой связи, контрольно-измерительной аппаратуре, системах накачки твердотельных лазеров, инфракрасной подсветки целей, контроля и управления летательными аппаратами, лазерной дальнометрии, в комплексах для геофизических исследований и так далее.The proposed semiconductor emitter can be used as a high-power radiation source in materials processing technology, medicine, open communication systems, instrumentation, solid-state laser pump systems, infrared target illumination, control and management of aircraft, laser ranging, in geophysical complexes research and so on.

Claims (4)

1. Полупроводниковый излучатель, содержащий по крайней мере две диодные линейки на основе лазерной гетероструктуры с р-n переходом, совмещенные поверхностями р- и n-типа проводимости, имеющие каждая чередующуюся последовательность из активной и пассивной секций, причем каждая пассивная секция находится между активными секциями, изолирующие покрытия и контактные слои, а также содержащий контактную пластину, являющуюся теплоотводом, на котором находится одна из крайних диодных линеек стороной р-типа проводимости, и электрические контактные выводы, отличающийся тем, что каждая пассивная секция последовательности имеет среднюю часть из той же лазерной гетероструктуры, две области, продолжающие соседние активные секции вдоль р-n перехода, каждая длиной не менее 2-3 диффузионных длин электронов, инжектированных в р-n переход током накачки при работе излучателя, а также два углубления между каждой боковой стороной средней части и соседней с ней упомянутой областью, причем толщины средней части и упомянутых областей пассивной секции одинаковы, а контактный слой находится на всей поверхности чередующейся последовательности активных и пассивных секций, при этом по поверхности р-типа каждой линейки для всех линеек длины областей, на которых имеется контактный слой - активных секций, одинаковы между собой, длины областей, на которых имеется изоляционный слой - пассивных секций, одинаковы между собой, а также одинаковы между собой длины по поверхности р-типа имеющихся углублений.1. A semiconductor emitter containing at least two diode arrays based on a laser heterostructure with a pn junction, combined with p- and n-type conductivity surfaces, each alternating sequence of active and passive sections, each passive section being between active sections , insulating coatings and contact layers, as well as containing a contact plate, which is a heat sink, on which there is one of the extreme diode arrays with the p-type conductivity side, and electrical contact conclusions, characterized in that each passive section of the sequence has a middle part of the same laser heterostructure, two regions extending adjacent active sections along the pn junction, each with a length of at least 2-3 diffusion lengths of electrons injected into the pn junction pump current during operation of the emitter, as well as two recesses between each side of the middle part and the neighboring region, the thickness of the middle part and the said regions of the passive section are the same, and the contact layer is on all the surface of the alternating sequence of active and passive sections, with the p-type surface of each ruler for all rulers, the lengths of the regions on which the contact layer — active sections — are identical, the lengths of the regions on which there is an insulating layer — passive sections between each other, as well as the same lengths along the p-type surface of the existing recesses. 2. Полупроводниковый излучатель по п. 1, отличающийся тем, что все части пассивной секции имеют изоляционное покрытие.2. The semiconductor emitter according to claim 1, characterized in that all parts of the passive section are insulated. 3. Полупроводниковый излучатель по п. 1, отличающийся тем, что каждая диодная линейка является лазерной.3. The semiconductor emitter according to claim 1, characterized in that each diode array is laser. 4. Полупроводниковый излучатель по п. 1, отличающийся тем, что каждая диодная линейка является суперлюминесцентной.
Figure 00000001
4. The semiconductor emitter according to claim 1, characterized in that each diode array is superluminescent.
Figure 00000001
RU2016106978/28U 2016-01-26 2016-01-26 SEMICONDUCTOR RADIATOR RU167046U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106978/28U RU167046U1 (en) 2016-01-26 2016-01-26 SEMICONDUCTOR RADIATOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106978/28U RU167046U1 (en) 2016-01-26 2016-01-26 SEMICONDUCTOR RADIATOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU167046U1 true RU167046U1 (en) 2016-12-20

Family

ID=57793407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016106978/28U RU167046U1 (en) 2016-01-26 2016-01-26 SEMICONDUCTOR RADIATOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU167046U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9787062B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser array and method for manufacturing vertical cavity surface emitting laser array
US8384115B2 (en) Bond pad design for enhancing light extraction from LED chips
US9160138B2 (en) Light-emitting element array
JP6926205B2 (en) Semiconductor laser diode
JP5752814B2 (en) More efficient VCSEL array
CN111133640B (en) Semiconductor laser diode and semiconductor device
JP7220751B2 (en) Edge-emitting laser bar
CN102694341A (en) Etching heat dissipation enhanced type vertical-cavity surface-emitting laser
JP2016048785A (en) Light-emitting diode chip having current diffusion layer
CN112993108B (en) Light-emitting diode
US9537286B2 (en) Circuit system and manufacturing method for same
RU167046U1 (en) SEMICONDUCTOR RADIATOR
US11448381B2 (en) Light-emitting device with reflective ceramic substrate
RU162125U1 (en) SEMICONDUCTOR RADIATOR (OPTIONS)
CN111525394B (en) Vertical cavity surface emitting laser, preparation method and camera module
RU113426U1 (en) RADIATOR (OPTIONS) AND LASER RANGE
US10707380B2 (en) Light-emitting diode
US11979000B2 (en) Surface-emitting semiconductor laser chip
KR20210035301A (en) Light-emitting diode chip and its manufacturing method
CN215119533U (en) Vertical cavity surface laser with high photoelectric conversion rate
KR102042228B1 (en) Light emitting diode package
CN107565377B (en) Semiconductor chip structure
US10347792B2 (en) Optoelectronic component
JP2018511949A (en) Light emitting device with reflector and top contact
RU144463U1 (en) SEMICONDUCTOR SEMICONDUCTOR MONOBLOCK AND LATTICE ON ITS BASIS