RU189723U1 - Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера - Google Patents
Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера Download PDFInfo
- Publication number
- RU189723U1 RU189723U1 RU2018145470U RU2018145470U RU189723U1 RU 189723 U1 RU189723 U1 RU 189723U1 RU 2018145470 U RU2018145470 U RU 2018145470U RU 2018145470 U RU2018145470 U RU 2018145470U RU 189723 U1 RU189723 U1 RU 189723U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cascade laser
- heterostructure
- fabry
- crystal
- arched
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 19
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 abstract description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Images
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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к оптоэлектронным устройствам. Заявлен кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера в виде гетероструктуры. Гетероструктура состоит из подложки на основе InP, активной области, слоев обкладок волновода на основе твердых растворов ABи интегрированных в гетероструктуру двух резонаторов Фабри-Перо в виде «арочного» элемента. Активная область, сформированная на подложке послойно, состоит из чередующихся слоев InGaAs, образующих квантовые ямы, и слоев InAlAs, образующих потенциальные барьеры. Технический результат заключается в расширении диапазона перестройки излучения кристалла квантово-каскадного лазера как за счет изменения его температурного режима, так и за счет переключения токовой накачки между интегрированными в гетероструктуру резонаторами Фабри-Перо. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Полезная модель относится к оптоэлектронной технике и может быть использована для генерирования перестраиваемого одночастотного излучения в широком диапазоне длин волн средней инфракрасной области спектра.
Известны подходы по изменению диапазона перестройки одночастотных квантово-каскадных лазеров. Один из подходов заключается в изменении геометрии резонатора. Так, например, известны кристаллы одночастотного квантово-каскадного лазера с одиночным резонатором Фабри-Перо, включающим спиралевидную часть. В работе [Liu P. Q. et al. Single-mode quantum cascade lasers employing a candy-cane shaped monolithic coupled cavity //Applied Physics Letters. - 2011. - T. 99. -№. 24. - C. 241112.] раскрывается кристалл квантово-каскадного лазера в виде гетероструктуры, состоящей из подложки на основе InP, активной области, сформированной на подложке послойно и содержащей чередующиеся слои InGaAs, образующие квантовые ямы, и слои InAlAs, образующие потенциальные барьеры, слоев обкладок волновода на основе твердых растворов AIIIBV, и интегрированного в гетероструктуру резонатора Фабри-Перо, содержащего спиралевидную часть.
В заявке США [US2016181470 (А1) МПК H01L 33/00, H01L 33/44, H01L 33/48, опубл. 23.06.2016] также раскрывается кристалл квантово-каскадного лазера с одиночным резонатором, выполненным в виде спирали.
Известны также кристаллы одночастотных квантово-каскадных лазеров с интегрированным в гетероструктуру резонатором в виде «арочного» элемента. В патенте США [US9014230 (В2), МПК 2006 H01S 3/081, H01S 5/065, H01S 5/10, H01S 5/22, опубл. 21.04.2015] раскрывается кристалл квантово-каскадного лазера, в виде гетероструктуры, состоящей из подложки на основе InP, активной области, сформированной на подложке послойно и содержащей чередующиеся слои InGaAs, образующие квантовые ямы, и слои InAlAs, образующие потенциальные барьеры, слоев обкладок волновода на основе твердых растворов AIIIBV, и интегрированного в гетероструктуру резонатора Фабри-Перо в виде «арочного» элемента с зеркалами, образованными скалыванием, и с контактной площадкой на верхней поверхности резонатора, при этом нижняя контактная площадка расположена на поверхности подложке, противоположной поверхности резонатора.
Недостатком данных решений является ограничение диапазона перестройки за счет наличия только одного резонатора, который определяет центральную длину волны, относительно которой возможна перестройка, и отсутствие возможности работы при комнатной температуре.
Техническая проблема заключается в повышении эффективности управления длиной излучения кристалла квантово-каскадного лазера.
Технический результат заключается в расширении диапазона перестройки излучения кристалла квантово-каскадного лазера, как за счет изменения его температурного режима, так и за счет переключения токовой накачки между интегрированными в гетероструктуру резонаторами Фабри-Перо.
Технический результат достигается тем, что в гетероструктуру перестраиваемого кристалла квантово-каскадного лазера интегрировано дополнительно два резонатора Фабри-Перо с различными параметрами «арочных» элементов с изолированными контактными площадками на верхних поверхностях и единым сколом с функцией зеркала на поверхности, перпендикулярной плоскости роста гетероструктуры, для всех интегрированных резонаторов. Разная длина линейных частей «арочного» резонатора Фабри-Перо формируется за счет смещения центров округлых частей резонатора друг относительно друга и определяется геометрией фотолитографического шаблона. Резонаторы кристалла перестраиваемого квантово-каскадного лазера сформированы методом жидкостного травления на поверхности гетероструктуры.
При этом возможно также, что обкладки волновода выполнены из InP с уровнем легирования от 1016 см-3 до 1017 см-3.
При этом возможно также, обкладки волновода выполнены из InAlAs с уровнем легирования от 1016 см-3 до 1017 см-3.
При этом возможно также, обкладки волновода выполнены из InGaAs с уровнем легирования от 1016 см-3 до 1017 см-3.
При этом возможно также, что подложка выполнена из InP с уровнем легирования от 1017 см-3 до 1018 см-3.
На фиг. 1 показан кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера (внизу показан поперечный разрез, сверху показан вид сверху).
Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера состоит из нескольких интегрированных в гетероструктуру резонаторов Фабри-Перо в виде «арочного» элемента и подложки 1. Резонаторы Фабри-Перо в виде «арочного» элемента интегрированы в полупроводниковую гетероструктуру, послойно сформированной на подложке 1. Подложка 1 выполнена из InP с уровнем легирования от 1017 см-3 до 1018 см-
Подложка 1 сколота с образованием общего для всех резонаторов Фабри-Перо в виде «арочного» элемента зеркала 2, предназначенного для вывода оптического излучения.
На подложке 1 выполнена общая для всех резонаторов Фабри-Перо в виде «арочного» элемента нижняя контактная площадка 3. Контактная площадка 3 выполнена из золота.
Каждый из резонаторов Фабри-Перо в виде «арочного» элемента состоит из активной области 4, нижней и верхней обкладок 5 и 6 соответственно, контактной площадкой на верхней поверхности резонатора 7, резонатора 8.
Активная область 4 состоит из квантовых каскадов, образованных чередующимися слоями, образующими квантовые ям, и слоями, образующими потенциальные барьеры.
Активная область 4 расположена между нижней и верхней обкладками 5 и 6. Слои, образующие квантовые ямы, выполнены из InGaAs, а слои, образующие потенциальные барьеры, выполнены из InAlAs.
Слои обкладок волновода 5 и 6 сформированы на основе твердых растворов AIIIBV.
Резонатор 8 расположен на поверхности полупроводниковой гетероструктуры, выполнен в виде интегрированного в гетероструктуру монолитно-связанного резонатора Фабри-Перо в форме «арки» и образован двумя линейными частями одинаковой длины, соединенными округлой частью. Интегрированные в гетероструктуры резонаторы Фабри-Перо в виде «арочного» элемента выполнены с различными параметрами «арочных» элементов.
Перенастраиваемый квантово-каскадный лазер работает следующим образом. При подаче напряжения на контактные площадки 3 и 7 электроны в активной области туннелируют с верхних подзон размерного квантования (каскадов) в нижние с излучением фотонов. Выделенные частоты генерируемых волн в линейных частях и округлой части каждого из резонаторов Фабри-Перо в виде «арочного» элемента совпадают, за счет чего обеспечивается одночастотная генерация.
Перестройка длины излучения посредством токовой накачки осуществляется двумя способами.
В первом способе напряжение от внешнего источника подается к контактным площадкам 3 и 7 каждого резонатора Фабри-Перо в форме «арки» посредством контактных проволок. Поскольку резонаторы Фабри-Перо в виде «арочного» элемента выполнены с различными геометрическими параметрами, то они генерируют оптическое излучение с разными начальными длинами волн. Затем напряжение от внешнего источника снимают с контактных площадок 7 того резонатора Фабри-Перо в виде «арочного» элемента, длина волны генерации которого наиболее близка к желаемой величине. Затем значение подаваемого напряжения изменяют. При изменении значения подаваемого напряжения от внешнего источника изменяется длина волны, генерируемая резонатором Фабри-Перо в виде «арочного» элемента. При этом значение конечной длины волны, генерируемой резонатором Фабри-Перо в виде «арочного» элемента, зависит от начального значения длины волны. Таким образом, сдвиг диапазона излучения определяется длиной волны, излучаемой резонатором Фабри-Перо в виде «арочного» элемента до изменения напряжения. Диапазон генерируемых длин волн кристаллом квантово-каскадного лазера перестраивается плавно с изменением напряжения, а не скачкообразно.
Во втором способе напряжение от внешнего источника подается к контактным площадкам 3 и 7 каждого квантово-каскадного излучателя посредством контактных проволок. Поскольку резонаторы Фабри-Перо в виде «арочного» элемента выполнены с различными параметрами «арки, то они генерируют оптическое излучение с разными начальными длинами волн. Затем напряжение от внешнего источника снимают с контактных площадок 7 выборочных резонаторов Фабри-Перо в виде «арочного» элемента. При этом диапазон конечных длин волн, генерируемых резонаторами Фабри-Перо в виде «арочного» элемента, зависит от геометрических параметров. Таким образом, сдвиг диапазона излучения определяется длинами волн резонаторов Фабри-Перо в виде «арочного» элемента, которые генерируют лазерное излучение. Сдвиг диапазона перестройки кристалла происходит скачкообразно благодаря разной величине радиусов округлых частей и длин линейных частей резонаторов. Величина скачка определяется разницей в величине радиусов округлых частей и длин линейных частей следующим образом: чем меньше разница, тем меньше скачок.
Перестройка длины излучения посредством изменения температурного режима осуществляется следующим образом. Напряжение от внешнего источника подается к контактным площадкам 3 и 7 выбранного резонатора Фабри-Перо в виде «арочного» элемента посредством контактных проволок. Затем изменяют температуру кристалла квантово-каскадного лазера, что приводит к изменению ширины запрещенной зоны слоев активной области, за счет чего происходит смещение максимума спектра оптического усиления в сторону больших длин волн (при увеличении температуры) и в сторону меньших длин волн (при уменьшении температуры). Длина волны генерации меняется плавно, плавность определяется скоростью изменения температуры всего кристалла квантово-каскадного лазера.
Используется либо один из способов перестройки, а именно: или за счет токовой накачки, или за счет изменения температурного режима, либо оба способа одновременно. Это позволяет расширить достижимый диапазон перестройки длины волны излучения.
Пример. Кристалл квантово-каскадного лазера содержит два интегрированных в гетероструктуру резонатора Фабри-Перо в виде «арочного» элемента с различными параметрами «арочных» элементов. Длина линейных частей резонатора первого резонатора Фабри-Перо в виде «арочного» элемента составляет 1 мкм, а длина линейных частей второго резонатора Фабри-Перо в виде «арочного» элемента составляет 3 мкм. Радиус округлой части первого резонатора составляет 75 мкм, а радиус округлой части второго резонатора составляет 100 мкм. Оба резонатора имеют только одно общее зеркало, сформированное скалыванием.
На фиг. 2 показан сдвиг волны излучения. Пунктирной линией показана зависимость интенсивности излучения от длины волны излучения с длиной линейных частей 1 мм и радиусом округлой части 75 мкм, а непрерывной линией - зависимость интенсивности излучения от длины волны излучения с длиной линейных частей 3 мм и радиусом округлой части 100 мкм. Разница между длиной волны излучения резонаторов Фабри-Перо в виде «арочного» элемента с различными параметрами «арочных» элементов составляет 30 нм (диапазон перестройки с 7753 нм до 7783 нм).
Claims (6)
1. Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера в виде гетероструктуры, состоящей из подложки на основе InP, активной области, сформированной на подложке послойно и содержащей чередующиеся слои InGaAs, образующие квантовые ямы, и слои InAlAs, образующие потенциальные барьеры, слоев обкладок волновода на основе твердых растворов AIIIBV, и интегрированного в гетероструктуру резонатора Фабри-Перо в виде «арочного» элемента с зеркалами, образованными скалыванием, и с контактной площадкой на верхней поверхности резонатора, при этом нижняя контактная площадка расположена на поверхности подложки, противоположной поверхности резонатора, отличающийся тем, что в гетероструктуру интегрирован дополнительный резонатор Фабри-Перо в виде «арочного» элемента с отличными параметрами «арочных» элементов, с изолированными контактными площадками на верхних поверхностях и единым сколом с функцией зеркала на поверхности, перпендикулярной плоскости роста гетероструктуры, для всех интегрированных резонаторов Фабри-Перо в виде «арочного» элемента.
2. Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера по п. 1, отличающийся тем, что обкладки волновода выполнены из InP с уровнем легирования от 1016 см-3до 1017 см-3.
3. Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера по п. 1, отличающийся тем, что обкладки волновода выполнены из InAlAs с уровнем легирования от 1016 см-3 до 1017 см-3.
4. Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера по п. 1, отличающийся тем, что обкладки волновода выполнены из InGaAs с уровнем легирования от 1016 см-3 до 1017 см-3.
5. Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера по п. 1, отличающийся тем, что резонаторы сформированы методом жидкостного травления.
6. Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера по п. 1, отличающийся тем, что подложка выполнена из InP с уровнем легирования от 1017 см-3 до 1018 см-3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018145470U RU189723U1 (ru) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018145470U RU189723U1 (ru) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU189723U1 true RU189723U1 (ru) | 2019-05-31 |
Family
ID=66792551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018145470U RU189723U1 (ru) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU189723U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101916965B (zh) * | 2010-07-14 | 2011-12-07 | 中国科学院半导体研究所 | 短波长光栅面发射量子级联激光器结构及制备方法 |
| CN104104012A (zh) * | 2014-06-05 | 2014-10-15 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种InP基中红外InAsBi量子阱结构 |
| US8971369B2 (en) * | 2012-04-10 | 2015-03-03 | Quantiox Gmbh | Quantum cascade laser structure |
| US9014230B2 (en) * | 2010-05-19 | 2015-04-21 | The Trustees Of Princeton University | Single-mode quantum cascade lasers having shaped cavities |
-
2018
- 2018-12-21 RU RU2018145470U patent/RU189723U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9014230B2 (en) * | 2010-05-19 | 2015-04-21 | The Trustees Of Princeton University | Single-mode quantum cascade lasers having shaped cavities |
| CN101916965B (zh) * | 2010-07-14 | 2011-12-07 | 中国科学院半导体研究所 | 短波长光栅面发射量子级联激光器结构及制备方法 |
| US8971369B2 (en) * | 2012-04-10 | 2015-03-03 | Quantiox Gmbh | Quantum cascade laser structure |
| CN104104012A (zh) * | 2014-06-05 | 2014-10-15 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种InP基中红外InAsBi量子阱结构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5982802A (en) | Solid microlaser with optical pumping by vertical cavity semiconductor laser | |
| EP3422498B1 (en) | Tunable laser and preparation method thereof | |
| JP2004146833A (ja) | 複数活性領域を備えた電気ポンピング式垂直共振器面発光レーザ | |
| US10797468B2 (en) | Multi-wavelength semiconductor lasers | |
| US7376167B2 (en) | Tunable ring laser with external grating operation in a single mode | |
| EP0624284A4 (en) | CONICAL REINFORCEMENT ARRANGEMENT FOR SEMICONDUCTOR LASERS, PROVIDED WITH RESONATOR-LIMITING GROOVES. | |
| JP3198338B2 (ja) | 半導体発光装置 | |
| EP3425755A1 (en) | Surface light emitting laser | |
| JP5455919B2 (ja) | 発光素子の製造方法および発光素子 | |
| US9865992B2 (en) | Method for mode control in multimode semiconductor waveguide lasers | |
| JP2015103620A (ja) | 波長可変レーザ | |
| EP1766740B1 (en) | Tuneable unipolar laser | |
| US20180358779A1 (en) | Photonic crystal device | |
| JP4360806B2 (ja) | 光学的にポンピングされる面発光型半導体レーザ装置および該装置の製造方法 | |
| US6925229B2 (en) | Wavelength controllable optical device and light control method | |
| RU189723U1 (ru) | Кристалл перестраиваемого квантово-каскадного лазера | |
| JP2005039102A (ja) | 面発光レーザ | |
| US9287681B2 (en) | Wavelength stabilized diode laser | |
| US20130308665A1 (en) | Tunable semiconductor laser device and method for operating a tunable semiconductor laser device | |
| US7050471B2 (en) | Semiconductor laser and optically pumped semiconductor device | |
| JP2006162736A (ja) | テラヘルツ波発生装置 | |
| KR20060089740A (ko) | 도파관 구조를 갖는 표면 발광 반도체 레이저 | |
| JP2005222968A (ja) | 面発光レーザ、この面発光レーザを用いた波長可変面発光レーザ装置および面発光レーザの発振波長制御方法 | |
| JPH03248130A (ja) | 半導体光増幅素子 | |
| JP4536490B2 (ja) | レーザ装置及びその制御方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191014 Effective date: 20191014 |