RU2016148711A - LONG-WAVE VERTICAL-RADIATING LASER WITH INTERNAL RESONANT CONTACTS - Google Patents

LONG-WAVE VERTICAL-RADIATING LASER WITH INTERNAL RESONANT CONTACTS Download PDF

Info

Publication number
RU2016148711A
RU2016148711A RU2016148711A RU2016148711A RU2016148711A RU 2016148711 A RU2016148711 A RU 2016148711A RU 2016148711 A RU2016148711 A RU 2016148711A RU 2016148711 A RU2016148711 A RU 2016148711A RU 2016148711 A RU2016148711 A RU 2016148711A
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
type
laser according
thickness
layers
Prior art date
Application number
RU2016148711A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2703922C2 (en
RU2016148711A3 (en
Inventor
Сергей Анатольевич Блохин
Николай Анатольевич Малеев
Александр Георгиевич Кузьменков
Виктор Михайлович Устинов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority to RU2016148711A priority Critical patent/RU2703922C2/en
Publication of RU2016148711A publication Critical patent/RU2016148711A/en
Publication of RU2016148711A3 publication Critical patent/RU2016148711A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2703922C2 publication Critical patent/RU2703922C2/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • 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
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Claims (18)

1. Длинноволновый вертикально-излучающий лазер, включающий полуизолирующую подложку из GaAs, нижний нелегированный распределенный брэгговский отражатель (РБО), внутрирезонаторный контактный слой n-типа, композиционную решетку n-типа, содержащую по меньшей мере одну оксидную оптическую апертуру, нелегированный оптический резонатор, содержащий активную среду на основе по меньшей мере трех рядов квантовых точек InAs/InGaAs, композиционную решетку p-типа, содержащую по меньшей мере одну оксидную токовую апертуру, внутрирезонаторный контактный слой p-типа, контактный слой p-типа с модовой селекцией и верхний диэлектрический РБО.1. A long-wavelength vertically emitting laser including a semi-insulating GaAs substrate, a lower undoped distributed Bragg reflector (RBO), an n-type intracavity contact layer, an n-type composite array containing at least one oxide optical aperture, an undoped optical resonator containing an active medium based on at least three rows of InAs / InGaAs quantum dots, a p-type composite lattice containing at least one oxide current aperture, an intracavity contact layer second p-type contact layer of p-type with selection of mode and an upper dielectric DBR. 2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что нижний нелегированный РБО содержит по меньшей мере 33 пары чередующихся слоев соответственно из GaAs и из AlxGa1-xAs, где 0,85≤x≤0,95, каждый слой имеет толщину λ/4n, где n - показатель преломления соответствующего слоя, λ - резонансная длина волны вертикально-излучающего лазера.2. The laser according to claim 1, characterized in that the lower unalloyed DBR contains at least 33 pairs of alternating layers of GaAs and Al x Ga 1-x As, respectively, where 0.85≤x≤0.95, each layer has thickness λ / 4n, where n is the refractive index of the corresponding layer, λ is the resonant wavelength of a vertically emitting laser. 3. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что внутрирезонаторный контактный слой n-типа имеет толщину кратную (2k-1)λ/4n, где 3≤k≤6 - натуральное число, и состоит из GaAs n-типа с периодическим профилем легирования донорами по толщине слоя, с периодом равным λ/2n, с увеличением уровня легирования до (2⋅1018-4⋅1018) см-3 на протяжении 10-30 нм в середине каждого периода при среднем уровне легирования в диапазоне (3⋅1017-1⋅1018) см-3.3. The laser according to claim 1, characterized in that the n-type intracavity contact layer has a multiple of (2k-1) λ / 4n, where 3≤k≤6 is a natural number, and consists of n-type GaAs with a periodic profile doping with donors over the layer thickness, with a period equal to λ / 2n, with an increase in the doping level to (2 (10 18 -4⋅10 18 ) cm -3 for 10-30 nm in the middle of each period with an average doping level in the range (3 ⋅10 17 -1⋅10 18 ) cm -3 . 4. Лазер по п. 3, отличающийся тем, что на внутрирезонаторном контактном слое n-типа сформирован электрический контакт n-типа.4. The laser according to claim 3, characterized in that an n-type electrical contact is formed on the n-type intracavity contact layer. 5. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что композиционная решетка n-типа, содержит 1-3 пар чередующихся слоев соответственно из GaAs и AlxGa1-xAs, где 0,85≤x≤1,0, с градиентным изменением состава на гетерограницах по линейному или би-параболическому закону, с периодическим профилем легирования донорами по толщине слоя с периодом легирования, равном λ/2n*, при среднем уровне легирования (7⋅1017-1⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования на гетерогранице с возрастанием состава в направлении от подложки в диапазоне (2⋅1018-4⋅1018) см-3, при этом каждая пара слоев выполнена общей толщиной, равной λ/2n*, где n* - усредненное значение показателя преломления для слоев композиционной решетки.5. The laser according to claim 1, characterized in that the n-type composite lattice contains 1-3 pairs of alternating layers of GaAs and Al x Ga 1-x As, respectively, where 0.85≤x≤1.0, with a gradient a change in the composition at the heteroboundaries according to a linear or bi-parabolic law, with a periodic doping profile by donors along the layer thickness with a doping period equal to λ / 2n * , with an average doping level (7⋅10 17 -1⋅10 18 ) cm -3 and the maximum the doping level at the heterointerface with increasing composition in the direction from the substrate in the range (2⋅10 18 -4⋅10 18 ) cm -3 , with each pair with Loev made a total thickness equal to λ / 2n * , where n * is the average value of the refractive index for the layers of the composite lattice. 6. Лазер по п. 5, отличающийся тем, что в композиционной решетке n-типа по меньшей мере один слой из AlxGa1-xAs p-типа является оксидной оптической апертурой и в латеральном направлении состоит из центральной части, имеющей диаметр Do оксидной оптической апертуры, выполненной из AlxGa1-xAs, где 0,97≤x≤1,0, периферийной части, выполненной из Al2O3.6. The laser according to claim 5, characterized in that in the n-type composite lattice at least one p-type Al x Ga 1-x As layer is an oxide optical aperture and in the lateral direction consists of a central part having a diameter D o oxide optical aperture made of Al x Ga 1-x As, where 0.97≤x≤1.0, the peripheral part made of Al 2 O 3 . 7. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что нелегированный оптический резонатор выполнен толщиной, кратной kλ/n**, где n** - усредненное значение показателя преломления для слоев оптического резонатора, 3≤k≤6 - натуральное число, и состоит из слоя AlyGa1-yAs, где 0,15≤y≤0,4, в котором на каждый участок толщиной λ/2n** приходится по меньшей мере три последовательно расположенных слоя квантовых точек InAs/InGaAs, отделенных друг от друга слоями из AlxGa1-xAs, где x не более 0,25, толщиной 10-20 нм.7. The laser according to claim 1, characterized in that the undoped optical resonator is a multiple of kλ / n ** , where n ** is the average refractive index for the layers of the optical resonator, 3≤k≤6 is a natural number, and consists from the Al y Ga 1-y As layer, where 0.15≤y≤0.4, in which at least three consecutive layers of InAs / InGaAs quantum dots separated from each other for each λ / 2n ** layer layers of Al x Ga 1-x As, where x is not more than 0.25, a thickness of 10-20 nm. 8. Лазер по п. 7, отличающийся тем, что слой квантовых точек InAs/InGaAs содержит слой из GaAs толщиной 5-10 нм, слой из InAs с эффективной толщиной 0,6-1,0 нм, слой из InxGa1-xAs, где 0,1≤x≤0,35, толщиной 3-10 нм, и прикрывающий слой из GaAs толщиной 5-10 нм.8. The laser according to claim 7, characterized in that the InAs / InGaAs quantum dot layer comprises a GaAs layer 5-10 nm thick, an InAs layer with an effective thickness of 0.6-1.0 nm, an In x Ga 1- layer x As, where 0.1≤x≤0.35, 3-10 nm thick, and a GaAs cover layer 5-10 nm thick. 9. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что композиционная решетка p-типа выполнена из 1-6 пар чередующихся слоев соответственно из GaAs и AlxGa1-xAs, где 0,85≤x≤1,0 с градиентным изменением состава на гетерограницах по линейному или би-параболическому закону, с периодическим профилем легирования акцепторами по толщине слоя с периодом легирования, равном λ/2n*, при среднем уровне легирования (7⋅1017-1⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования на гетерогранице с понижением состава в направлении от подложки в диапазоне (2⋅1018-4⋅1018) см-3, при этом каждая пара слоев выполнена общей толщиной, равной λ/2n*, где n* - усредненное значение показателя преломления для слоев композиционной решетки.9. The laser according to claim 1, characterized in that the p-type composite lattice is made of 1-6 pairs of alternating layers of GaAs and Al x Ga 1-x As, respectively, where 0.85≤x≤1.0 with a gradient change composition at heteroboundaries according to a linear or bi-parabolic law, with a periodic doping profile by acceptors along the layer thickness with a doping period equal to λ / 2n * , with an average doping level (7⋅10 17 -1⋅10 18 ) cm -3 and a maximum level doping at the heteroboundary with a decrease in the composition in the direction from the substrate in the range (2⋅10 18 -4⋅10 18 ) cm -3 , with each pa The layer of layers was made with a total thickness equal to λ / 2n * , where n * is the average value of the refractive index for the layers of the composite lattice. 10. Лазер по п. 9, отличающийся тем, что в композиционной решетке p-типа по меньшей мере один слой из AlxGa1-xAs p-типа является оксидной токовой апертурой и в латеральном направлении состоит из центральной части, имеющей диаметр Dc оксидной токовой апертуры, выполненной из AlxGa1-xAs, где 0,97≤x≤1, периферийной части, выполненной из Al2O3, причем Dc≤Do.10. The laser according to claim 9, characterized in that in the p-type composite lattice at least one p-type Al x Ga 1-x As layer is an oxide current aperture and in the lateral direction consists of a central part having a diameter D c oxide current aperture made of Al x Ga 1-x As, where 0.97≤x≤1, the peripheral part made of Al 2 O 3 and D c ≤D o . 11. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что внутрирезонаторный контактный слой p-типа состоит из GaAs p-типа толщиной, кратной (2k-1)λ/4n, где 3≤k≤6 - натуральное число, с периодическим профилем легирования акцепторами по толщине слоя, с периодом равным λ/2n, увеличением уровня легирования до (2⋅1018-8⋅1018) см-3 на протяжении 10-30 нм в середине каждого периода при среднем уровне легирования в диапазоне (3⋅1017-1⋅1018) см-3.11. The laser according to claim 1, characterized in that the p-type intracavity contact layer consists of p-type GaAs with a thickness multiple of (2k-1) λ / 4n, where 3≤k≤6 is a natural number with a periodic doping profile acceptors in the thickness of the layer, with a period equal to λ / 2n, an increase in the doping level to (2⋅10 18 -8⋅10 18 ) cm -3 for 10-30 nm in the middle of each period with an average doping level in the range (3⋅10 17 -1⋅10 18 ) cm -3 . 12. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что контактный слой p-типа с селекцией мод содержит нижний субслой AlxGa1-xAs, где 0,85≤x≤0,95, p-типа с уровнем легирования акцепторами (1⋅1018-3⋅1018) см-3 толщиной 3-5 нм, и верхний субслой из GaAs p-типа с уровнем легирования акцепторами (1⋅1019-3⋅1019) см-3 и толщиной λ/4n, расположенный над периферийной частью оксидной токовой апертуры.12. The laser according to claim 1, characterized in that the p-type contact layer with mode selection contains the lower sublayer Al x Ga 1-x As, where 0.85≤x≤0.95, p-type with a doping level of acceptors ( 1⋅10 18 -3⋅10 18 ) cm -3 with a thickness of 3-5 nm, and the upper GaAs p-type sublayer with a doping level of acceptors (1⋅10 19 -3⋅10 19 ) cm -3 and a thickness of λ / 4n located above the peripheral part of the oxide current aperture. 13. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что на контактном слое p-типа с селекцией мод сформирован электрический контакт p-типа.13. The laser according to claim 1, characterized in that a p-type electrical contact is formed on the p-type contact layer with mode selection. 14. Лазер по п. 12, отличающийся тем, что контактный слой p-типа с селекцией мод частично расположен и над центральной частью оксидной токовой апертуры, так что внутренний диаметр Dp контактного слоя p-типа меньше диаметра Dc оксидной токовой апертуры, причем (Dc-Dp)=(3-6) мкм.14. The laser according to claim 12, characterized in that the p-type contact layer with mode selection is partially located above the central part of the oxide current aperture, so that the inner diameter D p of the p-type contact layer is smaller than the diameter D c of the oxide current aperture, (D c -D p ) = (3-6) μm. 15. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что верхний диэлектрический РБО примыкает к внутрирезонаторному контакту p-типа непосредственно над центральной частью оксидной токовой апертуры и содержит чередующиеся диэлектрические слои с разным показателем преломления, при этом каждый слой имеет в центре толщину λ/4n.15. The laser according to claim 1, characterized in that the upper dielectric RBO is adjacent to the p-type intracavity contact directly above the central part of the oxide current aperture and contains alternating dielectric layers with a different refractive index, each layer having a center thickness of λ / 4n . 16. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что верхний диэлектрический РБО сформирован по меньшей мере из 7 пар чередующихся слоев из SiO2 и из TiO2, или из SiO2 и из Ta2O5, или из SiO2 и из Si3N4.16. The laser according to claim 15, characterized in that the upper dielectric DBR is formed of at least 7 pairs of alternating layers of SiO 2 and TiO 2 , or SiO 2 and Ta 2 O 5 , or SiO 2 and Si 3 N 4 . 17. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что верхний диэлектрический РБО сформирован по меньшей мере из 3 пар чередующихся слоев SiO2 и α-Si.17. The laser according to claim 15, characterized in that the upper dielectric DBR is formed of at least 3 pairs of alternating layers of SiO 2 and α-Si. 18. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что каждый слой имеет толщину, уменьшающуюся по направлению к периферии слоя.18. The laser according to claim 15, characterized in that each layer has a thickness decreasing towards the periphery of the layer.
RU2016148711A 2016-12-13 2016-12-13 Long-wave vertical-emitting laser with intracavity contacts RU2703922C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148711A RU2703922C2 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Long-wave vertical-emitting laser with intracavity contacts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016148711A RU2703922C2 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Long-wave vertical-emitting laser with intracavity contacts

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016148711A true RU2016148711A (en) 2019-03-14
RU2016148711A3 RU2016148711A3 (en) 2019-08-01
RU2703922C2 RU2703922C2 (en) 2019-10-22

Family

ID=65759341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016148711A RU2703922C2 (en) 2016-12-13 2016-12-13 Long-wave vertical-emitting laser with intracavity contacts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2703922C2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU200326U1 (en) * 2019-12-24 2020-10-16 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) HETEROSTRUCTURE OF A LONG-WAVE VERTICAL-RADIATING LASER WITH SEPARATE CURRENT AND OPTICAL LIMITATIONS
RU199498U1 (en) * 2019-12-24 2020-09-03 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) HETEROSTRUCTURE OF A LONG-WAVE VERTICAL-RADIATING LASER
RU199159U1 (en) * 2020-02-21 2020-08-19 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) SINGLE-PHOTON RADIATOR BASED ON A SINGLE QUANTUM DOT

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6931042B2 (en) * 2000-05-31 2005-08-16 Sandia Corporation Long wavelength vertical cavity surface emitting laser
US6901099B1 (en) * 2001-06-29 2005-05-31 Optical Communication Products, Inc. Antiguide single mode vertical cavity laser
WO2004006393A2 (en) * 2002-07-06 2004-01-15 Optical Communication Products, Inc. Method of self-aligning an oxide aperture with an annular intra-cavity contact in a long wavelength vcsel
RU2278072C2 (en) * 2004-05-12 2006-06-20 Рязанский государственный педагогический университет им. С.А. Есенина (РГПУ) Semiconductor nano-structure with composite quantum well
RU2452067C2 (en) * 2006-06-16 2012-05-27 Российское общество с ограниченной ответственностью "Коннектор Оптикс" Optoelectronic device for high-speed data transfer based on shift of distributed bragg reflector stop zone edge due to electrooptic effect

Also Published As

Publication number Publication date
RU2703922C2 (en) 2019-10-22
RU2016148711A3 (en) 2019-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180015630A (en) Vertical Cavity Surface Emitting Laser
US7881353B2 (en) Surface emitting laser element array
US8218594B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser
RU2633643C2 (en) Vcsel with intracavity contacts
RU2016148711A (en) LONG-WAVE VERTICAL-RADIATING LASER WITH INTERNAL RESONANT CONTACTS
JP5169564B2 (en) Surface emitting semiconductor laser
US7907653B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser device and vertical cavity surface emitting laser array
US20220224080A1 (en) Vertical cavity surface emitting laser device and manufacturing method thereof
JP4592873B2 (en) Surface emitting semiconductor laser device
RU2611555C1 (en) Semiconductor vertically-emitting laser with intracavity contacts
US6008067A (en) Fabrication of visible wavelength vertical cavity surface emitting laser
JP7106820B2 (en) Optical semiconductor device
US10938178B2 (en) Vertical-cavity surface-emitting laser
US8514905B2 (en) Laser diode
JP2006019470A (en) Surface emitting semiconductor laser and optical module
US8213474B2 (en) Asymmetric DBR pairs combined with periodic and modulation doping to maximize conduction and reflectivity, and minimize absorption
RU2704214C1 (en) Vertical-emitting laser with intracavity contacts and dielectric mirror
JP2015079903A (en) Surface-emitting semiconductor laser, surface-emitting semiconductor laser device, and optical transmission device
CN220253752U (en) Vertical cavity surface emitting laser
WO2023171150A1 (en) Vertical resonator surface emission laser
US7606282B2 (en) Optimizing VCSEL mirrors for improving temperature response
TW202228347A (en) Vertical cavity surface emitting laser module and manufacturing method therefor sequentially stacked with a substrate, a first mirror layer, an activation layer, an oxidation layer, a second mirror layer, a tunneling joint surface layer, and a third mirror layer
CN116799622A (en) Vertical cavity surface emitting laser and manufacturing method thereof
CN114122911A (en) Red light VCSEL chip and preparation method thereof
JP5932254B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser