RU2222853C2

RU2222853C2 - Surface-type optical amplifier and its manufacturing process

Info

Publication number: RU2222853C2
Application number: RU2000126844/28A
Authority: RU
Inventors: Мицуаки СИМИЗУ (JP); Мицуаки СИМИЗУ
Original assignee: Джэпэн Эз Репрезентед Бай Дайректор Дженерал Оф Эйдженси Оф Индастриал Сайенс Энд Текнолоджи
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2004-01-27

Abstract

FIELD: optical amplifiers. SUBSTANCE: surface-type optical amplifier has active layer 13 of light-gain section 11 disposed between n semiconductor clad layer 12 that functions as n semiconductor layer and multilayer reflecting mirror 14 of p semiconductor. Light-gain section is fastened to semitransparent substrate 21 on n semiconductor clad layer side. Plurality of separated electrodes 16 ensures continuous power conduction relative to multilayer reflecting mirror in the form of p semiconductor through p-type shielding coating formed on reflecting mirror. Electrode 18 that provides continuous power conduction relative to n semiconductor clad layer is connected to magnet wire 20 disposed on transparent substrate surface. EFFECT: provision for amplifying single large-diameter uniform light beam and laser vibration. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к оптическим усилителям поверхностного типа, используемым в качестве поверхностного излучающего свет лазера и так далее, когда резонатор размещен с внешней стороны усилителя, и способу их изготовления. Оптический усилитель "поверхностного типа" относится здесь к устройству, содержащему световой функциональный участок для усиления и излучения света и подложку для физического поддержания участка, осуществляющего функции усиления света, в котором излучаемый свет усиливается под определенным углом относительно поверхности подложки, обычно в направлении пересечения поверхности подложки под прямым углом (в нормальном направлении). The invention relates to surface-type optical amplifiers used as a surface light-emitting laser, and so on, when the resonator is placed on the outside of the amplifier, and to a method for manufacturing them. An “surface type” optical amplifier refers here to a device comprising a light functional portion for amplifying and emitting light and a substrate for physically supporting a portion performing light amplification functions in which the emitted light is amplified at a certain angle relative to the substrate surface, usually in the direction of intersection of the substrate surface at a right angle (in the normal direction).

Известный уровень техники
Что касается оптических усилителей поверхностного типа, то имеется устройство, раскрытое в ссылочной литературе 1: "Полупроводниковые лазеры вертикальной полости с синхронизацией мод и электрической накачкой" (У. Джанг, М. Шимицу, Р. П.Мирин, Т.И.Ринальдс и Дж.И.Боуверс, "Документы по оптике", том 18, 22, стр.1937-1939, 1993 г.) "Electrically pumped mode-locked vertical-cavity semiconductor lasers" (W.Jiang, M.Shimizu, R.P.Mirin, T.E.Reynolds and J.Е.Bowers, Optics Letters, Vol. 18, 22, pp.1937-1939, 1993). Как показано на фиг.2, известное устройство 30 оптического усилителя поверхностного типа конструктивно содержит подложку 31 из GaAs n-типа, на которую наносятся многослойное отражательное зеркало из полупроводника 32 n-типа, слой 33 плакирования n-типа, активный слой 34 из GaAs n-типа, плакировочный слой 35 р-типа, слой 37 из AlGaAs р-типа и контактный слой 38 из GaAs р-типа в упомянутом порядке. Слой 37 AlGaAs р-типа и контактный слой 38 из GaAs р-типа частично вырезают в форме, имеющей предварительно определенную площадь поверхности. На верхнюю поверхность контактного слоя из GaAs р-типа наносят неотражающее покрытие 39. На плакировочном слое 35 р-типа образуют поверхностный электрод 40 с проложенной между ними изоляционной пленкой 36 таким образом, чтобы окружить вырезанные участки и обеспечить соприкосновение с верхней периферийной частью контактного слоя 38 из GaAs р-типа. На нижнюю поверхность подложки 31 р-типа наносят электрод 41 подложки.Prior art
As for surface-type optical amplifiers, there is a device disclosed in reference 1: “Vertical-cavity semiconductor lasers with mode locking and electric pumping” (W. Jang, M. Shimitsu, R. P. Mirin, T.I. Rinalds and J.I. Bouvers, Documents on Optics, Vol. 18, 22, pp. 1937-1939, 1993) Electrically pumped mode-locked vertical-cavity semiconductor lasers (W.Jiang, M.Shimizu, RPMirin, TEReynolds and J.E. Bowers, Optics Letters, Vol. 18, 22, pp. 1937-1939, 1993). As shown in FIG. 2, the known surface type optical amplifier device 30 structurally comprises an n-type GaAs substrate 31 onto which a multilayer reflective mirror of an n-type semiconductor 32 is applied, an n-type cladding layer 33, an active GaAs layer 34 of n -type, p-type cladding layer 35, p-type AlGaAs layer 37 and p-type GaAs contact layer 38 in the above order. The p-type AlGaAs layer 37 and the p-type GaAs contact layer 38 are partially cut out in a mold having a predetermined surface area. A non-reflective coating 39 is applied to the upper surface of the p-type GaAs contact layer. On the p-type cladding layer 35, a surface electrode 40 is formed with an insulating film 36 laid between them so as to surround the cut portions and make contact with the upper peripheral part of the contact layer 38 from p-type GaAs. A substrate electrode 41 is applied to the lower surface of the p-type substrate 31.

Инжекция носителей в активный слой 34 GaAs n-типа достигается посредством инжекции тока, то есть посредством подведения напряжения между электродом 40 поверхности и электродом 41 подложки. Carrier injection into the n-type GaAs active layer 34 is achieved by injecting current, that is, by applying voltage between the surface electrode 40 and the substrate electrode 41.

Дырки инжектируются от поверхностного электрода 40 в активный слой 34 GaAs n-типа последовательно через контактный слой 38 GaAs р-типа, слой 37 AlGaAs р-типа и плакировочный слой 35 р-типа. Электроны инжектируются от электрода 41 подложки в активный слой 34 GaAs n-типа последовательно через подложку 31 GaAs n-типа, многослойное отражательное зеркало из полупроводника 32 n-типа и плакировочный слой 33 n-типа. Holes are injected from the surface electrode 40 into the n-type GaAs active layer 34 sequentially through the p-type GaAs contact layer 38, the p-type AlGaAs layer 37, and the p-type plating layer 35. Electrons are injected from the substrate electrode 41 into the n-type GaAs active layer 34 sequentially through the n-type GaAs substrate 31, the n-type multilayer reflective mirror 32, and the n-type plating layer 33.

Когда в качестве оптического усилителя или, в частности, в качестве лазера поверхностного излучения используют устройство 30, известное из уровня техники, связанный резонатор содержит многослойное отражательное зеркало из полупроводника 32 n-типа, встроенного в устройство, и внешнее отражательное зеркало (не показано). Между внешним отражательный зеркалом, недоказанный, и неотражающим покрытием 39 обычно размещают линзу (не показана). Не требует доказательства то, что неотражающее покрытие 39 используется для снижения потерь на резонаторе и получения усиления света. По тем же причинам слои 33-35, 37 и 38 подвергают таким обработкам, как в случае вытеснения концентрации примеси и так далее до низкой степени, чтобы можно было уменьшить потери на поглощение света. When a device 30 of the prior art is used as an optical amplifier or, in particular, as a surface radiation laser, the coupled resonator comprises a multilayer reflective mirror of an n-type semiconductor 32 embedded in the device and an external reflective mirror (not shown). An unproven reflective mirror and a non-reflective coating 39 typically comprise a lens (not shown). It does not require proof that the non-reflective coating 39 is used to reduce resonator losses and obtain light amplification. For the same reasons, the layers 33-35, 37 and 38 are subjected to such treatments as in the case of crowding out the impurity concentration and so on to a low degree, so that light absorption losses can be reduced.

На фиг. 3 представлен другой известный оптический усилитель 50 поверхностного типа. Этот усилитель описан в ссылочной литературе 2: "Высокая отдача единичной поперечной моды от лазерного диода с поверхностным излучением и внешней полостью" (М. Э.Хадли, К.Я.Лау и Дж.С. Смит "Документы по прикладной физике", том 636 12, стр.1607-1609, 1993) "High single-transverse-mode output from external-cavity surface-emitting laser diode" (M.A. Hadley, G. C. , Wilson, K.Y. Lau and J.S. Smith, Appl. Phys. Lett., Vol. 63, 12, pp. 1607-1609, 1993) и содержит подложку 51 из GaAs не n-типа, а р-типа, на которую нанесено многослойное отражательное зеркало 52 из полупроводника р-типа, многоквантовая активная область 53 кармана р-типа и многослойное отражательное зеркало 55 из полупроводника n-типа в перечисленном порядке. Напряжение подается между электродом 57 подложки, нанесенным на нижнюю поверхность подложки 51, и контактной площадкой 56, нанесенной на изоляционной пленке 54 и обеспеченной контактом с верхней периферийной поверхностью многослойного отражательного зеркала 55 из полупроводника n-типа для электрического тока (носителей) в многоквантовую активную область 53 кармана, получая таким образом возбужденный свет. Со стороны электрода 57 подложки инжектируют дырки в активный слой 53 многоквантового кармана через подложку 51 GaAs р-типа и многослойное отражательное зеркало из полупроводника 52 р-типа, тогда как электроны инжектируют в него с противоположной стороны, то есть от контактной площадки 56 через многослойное отражательное зеркало из полупроводника 55 n-типа. In FIG. 3 shows another known surface-type optical amplifier 50. This amplifier is described in reference 2: “High Return of the Single Transverse Mode from a Laser Diode with Surface Radiation and an External Cavity” (M. E. Hadley, K. Ya. Lau, and J. S. Smith, “Documents on Applied Physics”, vol. 636 12, pp. 1607-1609, 1993) "High single-transverse-mode output from external-cavity surface-emitting laser diode" (MA Hadley, GC, Wilson, KY Lau and JS Smith, Appl. Phys. Lett., Vol. 63, 12, pp. 1607-1609, 1993) and contains a p-type GaAs substrate 51, not a p-type, on which a multilayer reflective mirror 52 of a p-type semiconductor is deposited, the multi-quantum active region 53 of the p-pocket type and multilayer ref a secondary mirror 55 of an n-type semiconductor in the order listed. A voltage is applied between the substrate electrode 57 deposited on the lower surface of the substrate 51 and the contact pad 56 deposited on the insulating film 54 and provided contact with the upper peripheral surface of the multilayer reflective mirror 55 from the n-type semiconductor for electric current (carriers) in the multi-quantum active region 53 pockets, thus getting excited light. From the side of the substrate electrode 57, holes are injected into the active layer 53 of the multi-quantum pocket through the p-type GaAs substrate 51 and a multilayer reflective mirror from the p-type semiconductor 52, while the electrons inject into it from the opposite side, that is, from the contact area 56 through the multilayer reflective 55 n-type semiconductor mirror.

Это устройство 50 по своей природе не является устройством для внешнего резонатора. Однако в том случае, когда резонатор состоит только из многослойного отражательного зеркала из полупроводника 55 n-типа и многослойного отражательного зеркала из полупроводника 52 р-типа, вмонтированного в устройство, он неминуемо создает существенную проблему, состоящую в том, что поперечная мода становится не единичным лепестком, когда диаметр устройства конструируют большим. Для решения этой проблемы необходимо обеспечить внешнее отражательное зеркало (не показано). Однолепестковый луч можно получить посредством преднамеренного понижения отражательной способности многослойного отражательного зеркала из полупроводника 55 n-типа, затем обеспечения соответственного отражательного зеркала вне устройства на стороне многослойного отражательного зеркала из полупроводника 55 n-типа и регулирования положения линзы, размещенной на оптическом пути, например, по направлению к внешнему отражательному зеркалу. В любом случае резонатор имеет составную конструкцию, содержащую первый резонатор, состоящий из многослойного отражательного зеркала из полупроводника 52 р-типа и многослойного отражательного зеркала из полупроводника 55 n-типа, которые обеспечиваются в устройстве, и второй резонатор, состоящий из многослойного отражательного зеркала из полупроводника 52 р-типа и внешнего отражательного зеркала. This device 50 is not inherently a device for an external resonator. However, in the case when the resonator consists only of a multilayer reflective mirror of an n-type semiconductor 55 and a multilayer reflective mirror of a p-type semiconductor 52 mounted in the device, it inevitably creates a significant problem in that the transverse mode is not unique petal when the diameter of the device is designed large. To solve this problem, it is necessary to provide an external reflective mirror (not shown). A single-beam beam can be obtained by deliberately lowering the reflectivity of a multilayer reflective mirror from an n-type semiconductor 55, then providing a corresponding reflective mirror outside the device on the side of the multilayer reflective mirror from an n-type semiconductor 55 and adjusting the position of the lens located on the optical path, for example, by towards an external reflective mirror. In any case, the resonator has a composite structure comprising a first resonator consisting of a multilayer reflective mirror of a p-type semiconductor 52 and a multilayer reflective mirror of an n-type semiconductor 55, which are provided in the device, and a second resonator consisting of a multilayer reflective mirror of a semiconductor 52 p-type and external reflective mirror.

Однако в представленном на фиг.2 устройстве 30 особенно трудно получить лазерные лучи, имеющие большой диаметр. Это потому, что если эффективную область активного слоя 34 GaAs n-типа, то есть область, покрытую противоотражающим покрытием 39 и действительно способствующую колебанию, делают большой для увеличения диаметра, то становится невозможным равномерно инжектировать дырки в эту область. Это происходит просто из-за того, что каждый из слоев 38, 37 и 35 полупроводника р-типа имеет высокое электрическое сопротивление. Чтобы инжектировать дырки в окрестности центра эффективной области активного слоя GaAs n-типа, необходимо вначале создать дырки для протекания через слои 38, 37 и 35 полупроводников р-типа в плоскостном направлении от поверхности электрода 40 в соприкосновении с периферийной кромкой противоотражающего покрытия 39 и затем с целью инжектирования в центр активного слоя 34 GaAs n-типа. Однако фактически при работе этого нельзя добиться, потому что большинство дырок инжектируется в периферийную кромку контактного слоя 38 GaAs р-типа от поверхностного электрода 40 и затем перемещается прямо без расширения кармана в боковом направлении и достигает активного слоя 34 GaAs n-типа. However, in the device 30 shown in FIG. 2, it is particularly difficult to obtain laser beams having a large diameter. This is because if the effective region of the n-type GaAs active layer 34, that is, the region covered by the antireflection coating 39 and really promoting vibration, is made large to increase the diameter, then it becomes impossible to evenly inject holes into this region. This is simply due to the fact that each of the p-type semiconductor layers 38, 37 and 35 has a high electrical resistance. In order to inject holes in the vicinity of the center of the effective region of the n-type GaAs active layer, it is first necessary to create holes for the p-type semiconductors to flow through the layers 38, 37 and 35 in the planar direction from the surface of the electrode 40 in contact with the peripheral edge of the antireflection coating 39 and then with the purpose of injection into the center of the active layer 34 of the n-type GaAs. However, this cannot actually be achieved during operation, because most holes are injected into the peripheral edge of the p-type GaAs contact layer 38 from the surface electrode 40 and then move directly without expanding the pocket in the lateral direction and reach the n-type GaAs active layer 34.

Чтобы действительно закрепить состояние равномерной инжекции дырок в активный слой 34 GaAs n-типа в обычном устройстве 30, изготовленном в соответствии с таким структурным принципом, требуется уменьшить диаметр эффективной области активного слоя 34 GaAs n-типа не более чем до десяти мкм. Другими словами, когда требуется большая выходная мощность, необходимо использовать метод матричного размещения большого количества устройств, при этом приходится жертвовать единичностью и единообразием оптических лучей. In order to really fix the state of uniform injection of holes into the n-type GaAs active layer 34 in a conventional device 30 made in accordance with this structural principle, it is necessary to reduce the diameter of the effective region of the n-type GaAs active layer 34 to no more than ten microns. In other words, when a large output power is required, it is necessary to use the matrix arrangement method for a large number of devices, while sacrificing the unity and uniformity of optical rays.

Однако в традиционном, показанном на фиг.3 устройстве 50, поскольку дырки можно инжектировать от электрода 57 подложки в поверхностный контакт с задней поверхностью подложки 51 GaAs р-типа, будет удовлетворяться единообразие плоскостного распределения дырок, инжектированных в многоквантовую активную область 53 р-типа кармана. Однако серьезная проблема состоит в том, что устройство имеет составную структуру резонатора, которая может содержать лазер поверхностного излучения света, типа чисто внешнего резонатора, и, поскольку введенное в устройство многослойное отражательное зеркало из полупроводника 55 n-типа обычно имеет отражательную способность не менее примерно 80%, устройство не подходит в качестве устройства усиления света поверхностного типа. Кроме того, из-за составной структуры резонатора в режиме синхронизации мод нельзя генерировать импульсы света. However, in the traditional device 50 shown in FIG. 3, since holes can be injected from the substrate electrode 57 into surface contact with the rear surface of the p-type GaAs substrate 51, uniformity of the planar distribution of holes injected into the p-type multi-quantum active region 53 will be satisfied. . However, a serious problem is that the device has a composite resonator structure, which may contain a surface-emitting laser of light, such as a purely external cavity, and since a multilayer reflective mirror made of n-type semiconductor 55 introduced into the device usually has a reflectance of at least about 80 %, the device is not suitable as a surface-type light amplification device. In addition, due to the composite structure of the cavity in the mode locking mode, it is not possible to generate light pulses.

Более того, поскольку многослойное отражательное зеркало из полупроводника 55 n-типа, имеющее сопротивление ниже сопротивления отражательного зеркала из полупроводника р-типа, используют для формирования электронного потока в плоскостном направлении, структуру конструируют для инжекции электронов в местоположение в окрестности центра многоквантовой активной области 53 кармана. Однако, если диаметр многоквантовой активной области 53 кармана устанавливают больше, нельзя пренебрегать электрическим сопротивлением многослойного отражательного зеркала из полупроводника 55 n-типа, и вносится неравномерность в инжекцию тока. Другими словами, в случае неравномерной инжекции тока верхний предел диаметра эффективной области многоквантовой активной области 53 кармана составляет примерно 100 мкм, хотя он больше, чем в показанном на фиг.2 обычном устройстве 30. В частности, невозможно управлять инжекцией дырок в активном слое, потому что электрод подложки представляет собой электрод р-типа, а электрический ток инжектируется через подложку. Moreover, since a multilayer reflective mirror of an n-type semiconductor 55 having a resistance below the resistance of a reflective mirror of a p-type semiconductor is used to form an electron beam in the planar direction, the structure is designed to inject electrons into a location in the vicinity of the center of the multi-quantum active region 53 of the pocket . However, if the diameter of the multi-quantum active region 53 of the pocket is set larger, the electrical resistance of the multilayer reflective mirror from the n-type semiconductor 55 cannot be neglected, and the non-uniformity is introduced into the current injection. In other words, in the case of uneven current injection, the upper limit of the diameter of the effective region of the multi-quantum active region 53 of the pocket is approximately 100 μm, although it is larger than in the conventional device 30 shown in FIG. 2. In particular, it is impossible to control the injection of holes in the active layer, therefore that the substrate electrode is a p-type electrode, and electric current is injected through the substrate.

Настоящее изобретение предложено с учетом вышеупомянутых проблем, и его целью является обеспечение оптического усилителя поверхностного типа, имеющего, по меньшей мере, участок усиления света, включающий в себя структуру активного слоя, проложенного между плакировочными слоями р-типа и n-типа, излучающего световой луч в направлении возрастания с определенным углом (обычно 90^o, как установлено выше) относительно поверхности опорной подложки, в котором можно добиться усиления единичного однородного светового луча или, если потребуется, светового луча большого диаметра, и лазерного колебания.The present invention has been proposed in view of the aforementioned problems, and its purpose is to provide a surface-type optical amplifier having at least a light amplification portion including an active layer structure sandwiched between p-type and n-type plating layers emitting a light beam in the direction of increasing a certain angle (usually 90 ^o, as stated above) with respect to the supporting surface of the substrate, wherein the amplification unit can achieve uniform light beam or, if required, etovogo large diameter beam and the laser oscillation.

Автор изобретения полагает, что при окончательном анализе различные недостатки обычных устройств 30 и 50, показанных на фиг.2 и 3, происходят из-за наличия самой по себе подложки 31 n-типа или подложки 51 р-типа, образующей участок усиления света, влияющий на усиление света, а именно многослойной структуры, включающей полупроводниковые слои 32-35 и 37-38 в устройстве 30, показанном на фиг.2, или многослойной структуры, включающей в себя полупроводниковые слои 52, 53 и 55 в устройстве 50, показанном на фиг.3. The inventor believes that in the final analysis, various disadvantages of the conventional devices 30 and 50 shown in FIGS. 2 and 3 are due to the presence of the n-type substrate 31 or the p-type substrate 51 itself, forming a light amplification portion, affecting light amplification, namely, a multilayer structure including semiconductor layers 32-35 and 37-38 in the device 30 shown in FIG. 2, or a multilayer structure including semiconductor layers 52, 53 and 55 in the device 50 shown in FIG. .3.

Само собой разумеется, что подложка 31 или 51 необходима для образования участка усиления света и важна даже после образования участка в качестве опоры для обеспечения физической прочности устройства. Однако, поскольку речь идет о функции усиления света, подложки 31 и 51 скорее не являются необходимыми или мешающими. Поскольку подложки 31 и 51 обычно имеют большую толщину до сотен мкм, то когда используют составную полупроводниковую структуру, типа подложки GaAs, потери при прохождении через нее усиленного света очень большие. It goes without saying that the substrate 31 or 51 is necessary for the formation of the light amplification region and is important even after the formation of the region as a support to ensure the physical strength of the device. However, since this is a function of amplifying light, substrates 31 and 51 are more likely not necessary or interfering. Since substrates 31 and 51 usually have a large thickness of up to hundreds of microns, when using a composite semiconductor structure, such as a GaAs substrate, the losses due to amplified light passing through it are very large.

По этой причине оба традиционных устройства 30 и 50, показанных на фиг.2 и 3, имеют такую конструкцию, что усиленный свет не проходит через опорные подложки 31 и 51. Это же относится и к другим традиционным устройствам, о которых не упоминалось здесь. Другими словами, ниже предложено выполнить различные изменения конструкции в отношении улучшения характеристик устройств на основном предположении, что свет не должен проходить через подложку. Это вызывает различные ограничения. Например, в случае показанного на фиг. 2 традиционного устройства, поскольку свет, излучаемый от участка усиления света, должен излучаться от стороны полупроводниковых слоев 35, 37 и 38 р-типа, противоположной стороне, на которой имеется подложка 31 GaAs n-типа, эту поверхность излучения света нельзя покрывать электродом. В результате этого, электрический ток следует подавать только через периферийную кромку слоя 37 AlGaAs р-типа к плакировочному слою р-типа, а затем к активному слою 34 GaAs n-типа, как описано выше, индуцируя благодаря этому вышеупомянутую неровную инжекцию дырок и трудность достижения большого диаметра устройства. For this reason, both traditional devices 30 and 50 shown in FIGS. 2 and 3 are so designed that the amplified light does not pass through the support substrates 31 and 51. The same applies to other traditional devices not mentioned here. In other words, it is proposed below to carry out various design changes in order to improve the performance of the devices on the basic assumption that light should not pass through the substrate. This causes various limitations. For example, in the case of FIG. 2 of the conventional device, since the light emitted from the light amplification portion must be emitted from the side of the p-type semiconductor layers 35, 37 and 38, the opposite side to which the n-type GaAs substrate 31 is provided, this light emitting surface cannot be covered with an electrode. As a result of this, electric current should be supplied only through the peripheral edge of the p-type AlGaAs layer 37 to the p-type plating layer, and then to the n-type GaAs active layer 34, as described above, thereby inducing the aforementioned uneven hole injection and the difficulty of achieving large diameter device.

В случае обычного показанного на фиг.3 устройства 50 подложка 51 GaAs р-типа используется вместо подложки GaAs n-типа, в результате чего создается преимущество, состоящее в том, что многослойное отражательное зеркало из полупроводника 55 n-типа можно размещать на стороне, противоположной стороне, на которой имеется подложка, для получения низкого сопротивления, но имеются ограничения в виде требования составной резонансной структуры, приводящей к различным недостаткам, как описано выше. In the case of the conventional device 50 shown in FIG. 3, a p-type GaAs substrate 51 is used instead of an n-type GaAs substrate, thereby creating the advantage that the multilayer reflective mirror of the n-type semiconductor 55 can be placed on the opposite side side, on which there is a substrate, to obtain a low resistance, but there are limitations in the form of the requirement of a composite resonant structure, leading to various disadvantages, as described above.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является техническое решение, описанное в патенте ЕР 829934 А1 от 18.03.1998, в котором представлен оптический лазер поверхностного типа, два отражающих зеркала указанного лазера образуют резонатор, лазер работает между отражающими зеркалами, и луч проходит через отражающее зеркало 43 и выходит через подложку (50), выполненную из кремния (Si), поскольку подложка из кремния является проводником, электроны возбуждаются в указанной Si подложке и в результате осуществляется поглощение света. The closest analogue of the claimed invention is the technical solution described in patent EP 829934 A1 of 03/18/1998, which presents a surface-type optical laser, two reflecting mirrors of the specified laser form a resonator, the laser operates between the reflecting mirrors, and the beam passes through the reflecting mirror 43 and exits through a substrate (50) made of silicon (Si), since the silicon substrate is a conductor, electrons are excited in said Si substrate and, as a result, light is absorbed.

Раскрытие сущности изобретения
Ввиду вышеизложенного автор настоящего изобретения, отбрасывая хорошо обоснованную концепцию, представляет идею удаления базовой подложки, используемой для изготовления участка усиления света, после изготовления участка усиления света. Однако, поскольку участок усиления света представляет чрезвычайно тонкую структуру, такое простое удаление базовой подложки уменьшает прочность участка усиления света, приводя к физическому искажению, формирующему оптическое искажение, и не позволяет осуществлять практическое использование участка усиления света. Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает структуру, имеющую участок усиления света, прикрепленный к прозрачной опорной подложке, которая является отделенной от базовой подложки, используемой при изготовлении участка усиления света, и характеризуется низкими потерями при прохождении светового луча через нее.Disclosure of the invention
In view of the foregoing, the author of the present invention, discarding a well-grounded concept, presents the idea of removing the base substrate used to fabricate the light amplification section after fabricating the light amplification section. However, since the light amplification region is an extremely thin structure, such a simple removal of the base substrate reduces the strength of the light amplification region, leading to physical distortion forming optical distortion, and does not allow the practical use of the light amplification region. Therefore, the present invention provides a structure having a light amplification portion attached to a transparent support substrate that is separated from the base substrate used in the manufacture of the light amplification portion and is characterized by low losses when the light beam passes through it.

В случае такой структуры устройства световой луч, усиленный на участке усиления света, может пропускаться через прозрачную подложку. Это означает, что здесь появляется степень свободы при структурном проектировании. Например, электрод, через который дырки инжектируют в полупроводниковый слой р-типа с относительно высоким сопротивлением, можно делать большим. Более того, даже когда образуют множество разделенных электродов и предотвращается излучение светового луча со стороны этих электродов, как в конкретном варианте осуществления настоящего изобретения, которое будет описано ниже, различные улучшения можно реализовать посредством обеспечения возможности излучения светового луча через прозрачную подложку, предусмотренную на противоположной стороне от электродов, с расположением между ними активного слоя участка усиления света. In the case of such a device structure, a light beam amplified in the light amplification portion can be transmitted through a transparent substrate. This means that there appears a degree of freedom in structural design. For example, an electrode through which holes are injected into a p-type semiconductor layer with a relatively high resistance can be made large. Moreover, even when a plurality of separated electrodes are formed and light beam emission from the side of these electrodes is prevented, as in the particular embodiment of the present invention, which will be described below, various improvements can be realized by allowing light beam to be emitted through a transparent substrate provided on the opposite side from the electrodes, with the location between them of the active layer of the light amplification section.

Настоящее изобретение обеспечивает также оптический усилитель поверхностного типа в виде предпочтительного варианта осуществления, удовлетворяющего вышеописанным основным условиям, имеющего участок усиления света, прикрепленный к прозрачной подложке на стороне, на которой имеется полупроводниковый слой n-типа, и имеющего множество разделенных электродов, расположенных на стороне, поперек активного слоя напротив полупроводникового слоя n-типа для инжекции дырок в полупроводниковый слой р-типа. The present invention also provides a surface-type optical amplifier in the form of a preferred embodiment satisfying the above basic conditions, having a light amplification portion attached to a transparent substrate on the side on which there is an n-type semiconductor layer, and having a plurality of separated electrodes located on the side across the active layer opposite the n-type semiconductor layer for injecting holes into the p-type semiconductor layer.

В этом оптическом усилителе поверхностного типа можно равномерно инжектировать дырки в полупроводниковый слой р-типа, имеющий более высокое сопротивление, чем слой n-типа. Кроме того, поскольку плоскостным распределением носителей в активном слое можно управлять посредством управления величиной электрического тока, подаваемого на раздельные электроды, при этом можно управлять плоскостным распределением с целью согласования с распределением интенсивности света в основном режиме, имеющем единичный лепесток. In this surface-type optical amplifier, holes can be uniformly injected into the p-type semiconductor layer having a higher resistance than the n-type layer. In addition, since the planar distribution of carriers in the active layer can be controlled by controlling the amount of electric current supplied to the separate electrodes, it is possible to control the planar distribution in order to match the distribution of light intensity in the main mode having a single lobe.

Настоящее изобретение обеспечивает, в качестве более конкретного варианта осуществления, оптический усилитель поверхностного типа, в котором активный слой на участке усиления света проложен между плакировочным слоем полупроводника n-типа, который является полупроводниковым слоем n-типа, и многослойным отражательным зеркалом из полупроводника р-типа, которое является полупроводниковым слоем р-типа; участок усиления света прикреплен к прозрачной подложке на стороне плакировочного слоя из полупроводника n-типа; множество разделенных электродов формирует электрическую непрерывность через защитное покрытие р-типа, обеспеченное на многослойном отражательном зеркале из полупроводника р-типа, и электрод, формирующий электрическую непрерывность относительно плакировочного слоя из полупроводника n-типа, подсоединен к монтажному проводу, предусмотренному на прозрачной подложке. The present invention provides, as a more specific embodiment, a surface-type optical amplifier in which an active layer in a light amplification section is sandwiched between an n-type semiconductor cladding layer, which is an n-type semiconductor layer, and a p-type multilayer reflective mirror which is a p-type semiconductor layer; a light amplification portion is attached to a transparent substrate on the side of the plating layer of an n-type semiconductor; a plurality of separated electrodes forms electrical continuity through a p-type protective coating provided on a multilayer reflective mirror of a p-type semiconductor, and an electrode forming electric continuity with respect to the plating layer of an n-type semiconductor is connected to an assembly wire provided on a transparent substrate.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает способ изготовления оптического усилителя поверхностного типа, который включает в себя этапы формирования участка усиления света на структурной подложке для образования этого участка, прикрепления другой прозрачной подложки к открытой поверхности участка усиления света и удаления структурной подложки. The present invention further provides a method of manufacturing a surface-type optical amplifier that includes the steps of forming a light amplification portion on a structural substrate to form this portion, attaching another transparent substrate to the open surface of the light amplification portion, and removing the structural substrate.

В качестве простого варианта осуществления вышеупомянутого способа изготовления настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления, содержащий этапы последовательного образования полупроводникового слоя р-типа, активного слоя и полупроводникового слоя n-типа в упомянутом порядке на структурной подложке, крепления прозрачной подложки к открытой поверхности полупроводникового слоя n-типа и образования множества разделенных электродов на поверхности полупроводникового слоя р-типа, открытого после удаления структурной подложки, достижения посредством этого электрической непрерывности относительно полупроводникового слоя р-типа. As a simple embodiment of the aforementioned manufacturing method, the present invention provides a manufacturing method comprising the steps of sequentially forming a p-type semiconductor layer, an active layer and an n-type semiconductor layer in the above-mentioned order on a structural substrate, attaching a transparent substrate to the open surface of the n-type semiconductor layer and the formation of many separated electrodes on the surface of the p-type semiconductor layer open after removal of the structural substrate, achieving thereby electrical continuity with respect to the p-type semiconductor layer.

Краткое описание чертежей
Фиг.1(А) представляет схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию одного примера, соответствующего настоящему изобретению оптического усилителя поверхностного типа,
фиг. 1(В) представляет пояснительный вид, иллюстрирующий процесс изготовления соответствующего настоящему изобретению оптического усилителя поверхностного типа,
фиг.2 представляет схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию одного типичного примера традиционного оптического усилителя поверхностного типа,
фиг. 3 представляет другой типичный пример традиционного оптического усилителя поверхностного типа.Brief Description of the Drawings
1 (A) is a schematic view illustrating a configuration of one example of the present invention of a surface type optical amplifier,
FIG. 1 (B) is an explanatory view illustrating a manufacturing process of a surface type optical amplifier according to the present invention,
2 is a schematic view illustrating a configuration of one typical example of a conventional surface-type optical amplifier,
FIG. 3 is another representative example of a conventional surface-type optical amplifier.

Предпочтительный способ реализации изобретения
Теперь настоящее изобретение будет подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи.Preferred Embodiment
Now the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

На фиг.1(А) показана схематическая конфигурация одного примера оптического усилителя 10 поверхностного типа, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением. В настоящем изобретении участок 11 усиления света, включающий в себя структуру прокладывания между полупроводниковыми слоями 14 и 12 р-типа и n-типа активного слоя 13, который создает возбужденные носители, прикреплен посредством прозрачного связующего вещества 22 к прозрачной подложке 21, отличающейся от структурной подложки, на которой образован участок 11 усиления света. Другими словами, на фиг.1(А) показано состояние, в котором удалена структурная подложка. 1 (A) shows a schematic configuration of one example of a surface type optical amplifier 10 made in accordance with the present invention. In the present invention, a light amplification portion 11 including a structure between the p-type semiconductor layers 14 and 12 and the n-type active layer 13 that creates excited carriers is attached by means of a transparent binder 22 to a transparent substrate 21 that is different from the structural substrate on which the light amplification portion 11 is formed. In other words, figure 1 (A) shows the state in which the structural substrate is removed.

В сконфигурированном таким образом соответствующем настоящему изобретению оптическом усилителе 10 световой луч, формируемый на участке 11 усиления света, может проходить через прозрачную подложку 21, возрастает степень свободы для структурных улучшений на этом участке 11. Как описано выше, фиг. 1(А) раскрывает конфигурацию в одном предпочтительном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением. Однако можно обеспечить и другие различные оптические усилители поверхностного типа в соответствии с основной конструкцией настоящего изобретения. Материалом прозрачной подложки 21 могут быть стекло, пластмасса и так далее, имеющие очень высокую прозрачность в отношении колебания длины волны. Из этих материалов можно легко получить материал, имеющий коэффициент прохождения от 99% до 99,9% в отношении пропускания лучей в оптическом диапазоне длин волн. Однако следует отметить, что чем больше толщина, тем больше потери при передаче, даже когда передача является заметно высокой. Однако, как правило, толщина подложки, которая может физически поддерживать на себе участок 11 усиления света и может гарантировать достаточно высокую его прочность для предотвращения искажения участка, находится в диапазоне от сотен мкм до нескольких миллиметров, и в этом диапазоне прозрачность является вполне удовлетворительной. In the optical amplifier 10 configured in accordance with the present invention, the light beam generated in the light amplification section 11 can pass through the transparent substrate 21, and the degree of freedom for structural improvements in this section 11 increases. As described above, FIG. 1 (A) discloses a configuration in one preferred embodiment in accordance with the present invention. However, it is possible to provide various other surface-type optical amplifiers in accordance with the basic construction of the present invention. The material of the transparent substrate 21 may be glass, plastic, and so on, having very high transparency with respect to wavelength fluctuations. From these materials, it is easy to obtain a material having a transmission coefficient from 99% to 99.9% with respect to the transmission of rays in the optical wavelength range. However, it should be noted that the greater the thickness, the greater the transmission loss, even when the transmission is noticeably high. However, as a rule, the thickness of the substrate, which can physically support the light amplification section 11 and can guarantee its sufficiently high strength to prevent distortion of the region, ranges from hundreds of microns to several millimeters, and in this range the transparency is quite satisfactory.

В качестве прозрачного связующего вещества 22 можно использовать имеющийся в продаже полиимид и так далее. Поскольку такое связующее вещество имеет достаточно высокий коэффициент прозрачности и используется в виде тонкой пленки, проблема при использовании этого связующего вещества не возникает. Выравнивая поверхность (оптическая точность) прозрачной подложки 21 и равномерно нанося прозрачное связующее вещество 22, можно легко осуществлять крепление, используя любую известную технологию. Для избежания диффузионного отражения на поверхности прозрачной подложки 21, на границе раздела между прозрачной подложкой 21 и прозрачным связующим веществом и на границе раздела между прозрачным связующим веществом и участком 11 усиления света, на эти поверхности предварительно наносят антиотражательные покрытия 25, 24 и 23. Антиотражательные покрытия могут состоять из двухслойной ламинарной структуры из TiO₂ и SiO₂.As the transparent binder 22, a commercially available polyimide and so on can be used. Since such a binder has a sufficiently high transparency coefficient and is used in the form of a thin film, there is no problem using this binder. By leveling the surface (optical accuracy) of the transparent substrate 21 and uniformly applying the transparent binder 22, it is possible to easily mount using any known technology. To avoid diffusion reflection on the surface of the transparent substrate 21, at the interface between the transparent substrate 21 and the transparent binder and at the interface between the transparent binder and the light amplification section 11, antireflection coatings 25, 24 and 23 are preliminarily applied to these surfaces. may consist of a two-layer laminar structure of TiO ₂ and SiO ₂ .

В оптическом усилителе 10 поверхностного типа по настоящему изобретению, как показано на фиг.1(А), участок 11 усиления света имеет следующую конкретную структуру. К прозрачной подложке 21 крепят через прозрачное связующее вещество 22 и антиотражательное покрытие 23 плакирующий слой 12 n-типа, который может состоять, например, из слоя Al_xGa_1-xAs (х=0,3) n-типа, имеющего толщину порядка 2 мкм.In the surface type optical amplifier 10 of the present invention, as shown in FIG. 1 (A), the light amplification portion 11 has the following specific structure. An n-type cladding layer 12, which may consist, for example, of an n-type Al _x Ga _1-x As (x = 0.3) layer having an order thickness, is attached to the transparent substrate 21 through a transparent binder 22 and anti-reflection coating 23 2 microns.

На этом слое образуют активный слой 13, который является основной частью участка 11 усиления света и состоит из нелигированного слоя GaAs, имеющего толщину порядка 0,5 мкм. An active layer 13 is formed on this layer, which is the main part of the light amplification section 11 and consists of an unalloyed GaAs layer having a thickness of the order of 0.5 μm.

На активном слое 13 образуют многослойное отражательное зеркало 14 из полупроводника р-типа, которое является полупроводниковым слоем р-типа и состоит, например, из периодической повторяемой ламинарной структуры слоя Al_xGa_1-xAs (х=0,1) и слоя AlAs р-типа. Каждый слой имеет сравнительно маленькую толщину, а общая толщина структуры составляет примерно несколько микрометров (мкм). Однако, поскольку такое полупроводниковое многослойное отражательное зеркало само по себе известно, его можно создавать в соответствии с произвольной известной технологией.A multilayer reflective mirror 14 of a p-type semiconductor is formed on the active layer 13, which is a p-type semiconductor layer and consists, for example, of a periodic repeated laminar structure of an Al _x Ga _1-x As layer (x = 0.1) and an AlAs layer p-type. Each layer has a relatively small thickness, and the total thickness of the structure is approximately a few micrometers (μm). However, since such a semiconductor multilayer reflective mirror is known per se, it can be created in accordance with arbitrary known technology.

Как будет понятно из того, что полупроводниковое отражательное зеркало 14 используют в качестве полупроводникового слоя р-типа в показанном на фиг. 1(А) оптическом усилителе 10 поверхностного типа, устройство имеет такую структуру, что световой луч, формируемый на активном слое 13, отражается отражательным зеркалом 14 и излучается во внешнее пространство через плакировочный слой 12 n-типа и прозрачную подложку 21. Следовательно, в отличие от представленного на фиг.3 традиционного устройства, опирающегося на составную структуру резонатора, сконструированную вместе с резонатором, встроенным в усилитель, возможно обеспечить весь узел излучающего свет лазера с внешним отражательным зеркалом (не показано), с помощью размещения имеющегося в наличии высокоэффективного отражательного зеркала, например плоского диэлектрического многослойного отражательного зеркала, имеющего отражательную способность не менее 99% во внешнее пространство на протяжении пути излучения светового луча, устанавливая в случае необходимости соответствующую линзу между устройством и зеркалом. As will be understood from the fact that the semiconductor reflective mirror 14 is used as the p-type semiconductor layer in FIG. 1 (A) of a surface-type optical amplifier 10, the device has such a structure that a light beam formed on the active layer 13 is reflected by a reflective mirror 14 and is radiated into the outer space through an n-type cladding layer 12 and a transparent substrate 21. Therefore, in contrast from the traditional device shown in FIG. 3, based on the composite structure of the resonator constructed together with the resonator integrated in the amplifier, it is possible to provide the entire assembly of a light emitting laser with an external reflective mirror (not shown), by placing an available high-performance reflective mirror, for example a flat dielectric multilayer reflective mirror, having a reflectivity of at least 99% into the external space along the path of the light beam, establishing, if necessary, installing the appropriate lens between the device and the mirror.

Для формирования возбужденных носителей в активном слое 13 требуется инжектировать электрический ток в активный слой 13. Конфигурация для осуществления этого требования описана ниже, при этом принято эффективное размещение. For the formation of excited carriers in the active layer 13, it is required to inject an electric current into the active layer 13. The configuration for fulfilling this requirement is described below, and effective placement is adopted.

На многослойном отражательном зеркале 14 из полупроводника р-типа образуют защитное покрытие 15 из GaAs р-типа, имеющее толщину 3000 ангстрем (3-10^-7 м) и легированное цинком (Zn) высокой концентрации. В частности, эффективное размещение заключается в том, что множество разделенных электродов 16 для инжекции дырок выполняют на защитном покрытии. В показанном на фиг.1 варианте осуществления электроды 16 содержат дискообразный электрод в центре и множество кольцеобразных электродов, концентрических относительно центрального электрода и расположенных на предварительно определенных интервалах. При такой структуре плоскостным распределением дырок, инжектируемых от электродов в активный слой через защитное покрытие 15 р-типа и многослойное отражательное зеркало 14 из полупроводника р-типа, можно управлять до получения однородности посредством управления напряжением, подаваемым на отдельные электроды, а активное управление можно осуществлять при работе устройства.A p-type semiconductor protective coating 15 of p-type GaAs having a thickness of 3,000 angstroms (3-10 ^-7 m) and doped with high concentration zinc (Zn) is formed on the p-type multilayer reflective mirror 14. In particular, effective placement is that a plurality of divided hole injection electrodes 16 are provided on a protective coating. In the embodiment shown in FIG. 1, the electrodes 16 comprise a disk-shaped electrode in the center and a plurality of ring-shaped electrodes concentric with respect to the central electrode and arranged at predetermined intervals. With this structure, the planar distribution of holes injected from the electrodes into the active layer through the p-type protective coating 15 and the p-type multilayer reflective mirror 14 can be controlled until uniformity is achieved by controlling the voltage supplied to the individual electrodes, and active control can be carried out when the device is running.

Другими словами, хотя в традиционном устройстве дырочный поток через очень тонкий слой полупроводника р-типа с высоким сопротивлением в активный слой отклоняется, создавая препятствие равномерной инжекции дырок, показанная на чертеже структура делает возможным не только равномерно инжектировать дырки в активный слой 13, но также более точно управлять распределением тока инжекции с целью получения распределения усиления, подходящего для распределения света моды колебания и так далее. Когда, например, необходимо получить распределение света основной моды, имеющей единичный лепесток, величину подлежащего инжекции электрического тока в электроды устанавливают более высокой по направлению к центральному электроду. Можно далее получить стабильное и высокоточное излучение лазерной генерации, световой луч лазерной генерации требуемой диаграммы направленности в дальней зоне. In other words, although in a traditional device, the hole flow through a very thin p-type semiconductor layer with a high resistance into the active layer is deflected, creating an obstacle to uniform injection of holes, the structure shown in the drawing makes it possible not only to uniformly inject holes into the active layer 13, but also more precisely control the distribution of the injection current in order to obtain a gain distribution suitable for the distribution of the light of the oscillation mode and so on. When, for example, it is necessary to obtain a light distribution of the main mode having a single lobe, the magnitude of the electric current to be injected into the electrodes is set higher towards the central electrode. You can further obtain stable and high-precision laser radiation, a laser light beam of the desired radiation pattern in the far zone.

Разделенные электроды 16 не ограничиваются концентрическими электродами, как показано на фиг.1, а их можно произвольно выбирать из картины параллельного расположения полосок, предварительно определенной плоской картины точек, каждая из которых имеет круглую, прямоугольную или аналогичную форму и других картин. The divided electrodes 16 are not limited to concentric electrodes, as shown in FIG. 1, but they can be arbitrarily selected from a pattern of parallel arrangement of strips, a predefined flat pattern of dots, each of which has a round, rectangular or similar shape and other patterns.

С другой стороны, электрод для инжекции электронов в слой 12 полупроводника n-типа с относительно низким сопротивлением можно образовать гораздо проще. На фиг.1 кольцеобразный контактный слой 17 в контакте с нижней поверхностью полупроводникового слоя n-типа (плакировочного слоя) 12 образован по внешней периферии участка 11 усиления света, сформированного в предварительно определенную в целом твердую структуру (цилиндрическую форму на чертеже), и, следовательно, электрод 18 из сплава AuGe или подобного сплава, формируется на контактном слое, электрически соединенном посредством элемента 19 соединения электродов с монтажным проводом 20, образованным на поверхности прозрачной подложки 21 вокруг участка 11 усиления света. Контактный слой 17 имеет толщину порядка 1000 А (1-10^-7 м) и может быть изготовлен, например, из слоя GaAs n-типа. Элемент 19 соединения электродов может состоять из припоя In или AnSn. Монтажный провод 20 может состоять из Аu или подобного элемента.On the other hand, an electrode for injecting electrons into the n-type semiconductor layer 12 with a relatively low resistance can be formed much easier. 1, an annular contact layer 17 in contact with the lower surface of the n-type semiconductor layer (plating layer) 12 is formed on the outer periphery of the light amplification section 11 formed into a generally predefined solid structure (cylindrical shape in the drawing), and therefore , an electrode 18 of an AuGe alloy or similar alloy is formed on a contact layer electrically connected by an electrode connecting element 19 to a mounting wire 20 formed on the surface of the transparent substrate 21 around section 11 of light amplification. The contact layer 17 has a thickness of the order of 1000 A (1-10 ^-7 m) and can be made, for example, from an n-type GaAs layer. The electrode connection member 19 may consist of solder In or AnSn. The mounting wire 20 may consist of Au or the like.

Как кратко упоминалось выше, при использовании показанного на чертеже устройства, в качестве лазера поверхностного излучения света типа внешнего резонатора, резонатор можно конструировать из многослойного отражательного зеркала 14 в виде полупроводника р-типа и внешнего отражательного зеркала и линзы, которые на чертеже не показаны. Линзу располагают во внешнем пространстве напротив активного слоя 13, на стороне прозрачной подложки 21, а внешнее отражательное зеркало располагают на продолжении линии, соединяющей прозрачную подложку 21 и линзу. Другими словами, оптический усилитель 10 поверхностного типа располагают так, что подложка 21 обращена к внешнему отражательному зеркалу, с размещением линзы между ними. Оптический усилитель, линзу и внешнее отражательное зеркало располагают на столе с микрометрическим перемещением, способным обеспечивать оптические регулирование. Внешнее отражательное зеркало представляет собой отражательное зеркало плоского типа, отражающее свет, имеющий длину волны излучения с достаточно высокой отражательной способностью, например диэлектрическое многослойное отражательное зеркало, имеющее отражательную способность не менее 99%. As briefly mentioned above, when using the device shown in the drawing, as a laser surface radiation of light such as an external resonator, the resonator can be constructed from a multilayer reflective mirror 14 in the form of a p-type semiconductor and an external reflective mirror and lens, which are not shown in the drawing. The lens is located in the outer space opposite the active layer 13, on the side of the transparent substrate 21, and the external reflective mirror is located on the extension of the line connecting the transparent substrate 21 and the lens. In other words, the surface-type optical amplifier 10 is positioned so that the substrate 21 faces the external reflective mirror, with the lens placed between them. An optical amplifier, a lens and an external reflective mirror are placed on a table with micrometric movement capable of providing optical regulation. An external reflective mirror is a flat type reflective mirror that reflects light having a radiation wavelength with a sufficiently high reflectivity, for example, a dielectric multilayer reflective mirror having a reflectance of at least 99%.

Свет, отраженный многослойным отражательным зеркалом 14 из полупроводника р-типа в свою очередь усиливается на участке активного слоя 13, коллимируется линзой, снова отражается внешним отражательным зеркалом и возвращается в активный слой 13 и к отражательному зеркалу 14 из полупроводника р-типа. Эту последовательность повторяют с целью создания лазерного колебания. В это время используют механизм регулирования типа стола микрометрического перемещения для оптического регулирования оптического усилителя, линзы и внешнего отражательного зеркала для снижения потерь в резонаторе. Расстояние между внешним отражательным зеркалом и оптическим усилителем, то есть длину внешнего резонатора, конструируют достаточно маленькой для избежания влияния вибрации и т.д. The light reflected by the multilayer reflective mirror 14 from the p-type semiconductor is in turn amplified in the region of the active layer 13, collimated by the lens, again reflected by the external reflective mirror and returns to the active layer 13 and to the reflective mirror 14 from the p-type semiconductor. This sequence is repeated in order to create a laser oscillation. At this time, a control mechanism such as a table of micrometric movement is used to optically control an optical amplifier, a lens, and an external reflective mirror to reduce resonator losses. The distance between the external reflective mirror and the optical amplifier, that is, the length of the external resonator, is designed small enough to avoid the effects of vibration, etc.

Электрический ток подают к разделенным электродам 16 так, чтобы он оказался согласованным с распределением интенсивности света в основной моде единичного лепестка, а именно чтобы он протекал в основном через центральный электрод. Таким образом можно реализовать лазер поверхностного излучения света внешнего резонаторного типа с большой отдачей. Кроме того, электрический ток, подводимый к разделенным электродам 16, соответственным образом модулируется во время прохождения света в прямом и обратном направлениях по длине внешнего резонатора, причем модуляция осуществляется, например, на частоте 1 ГГц, где время прохождения света в прямом и обратном направлениях составляет 1 нс, в результате чего предполагается работа активного режима - блокирования с целью обеспечения возможности генерирования импульсов света. An electric current is supplied to the separated electrodes 16 so that it is consistent with the distribution of light intensity in the main mode of a single lobe, namely, that it flows mainly through the central electrode. Thus, it is possible to realize a laser of surface radiation of light of an external resonator type with a high return. In addition, the electric current supplied to the separated electrodes 16 is appropriately modulated during the passage of light in the forward and reverse directions along the length of the external resonator, and the modulation is carried out, for example, at a frequency of 1 GHz, where the passage time of light in the forward and reverse directions is 1 ns, as a result of which the operation of the active mode is assumed to be blocking in order to enable the generation of light pulses.

Оптический усилитель поверхностного типа, соответствующий настоящему изобретению, обозначенный позицией 10, показанной на фиг.1(А), можно изготавливать различными способами. Однако желательный процесс изготовления усилителя 10, показанного на фиг.1(А), можно пояснить примером, представленным на фиг.1(В). Как показано на этапе 101, имеющаяся в продаже подложка из GaAs с толщиной порядка 400 мкм, используется в качестве подложки для конструирования участка усиления света, и на подложке образуют слой Al_xGa_1-xAs (х= 0,6), имеющий толщину порядка

(3•10^-7 м), который функционирует в качестве слоя предотвращения травления на последующем этапе травления.The surface-type optical amplifier according to the present invention, indicated by 10, shown in FIG. 1 (A), can be manufactured in various ways. However, the desired manufacturing process of the amplifier 10 shown in FIG. 1 (A) can be illustrated by the example shown in FIG. 1 (B). As shown in step 101, a commercially available GaAs substrate with a thickness of about 400 μm is used as a substrate for constructing the light amplification portion, and an Al _x Ga _1-x As layer (x = 0.6) having a thickness is formed on the substrate of order

(3 • 10 ^-7 m), which functions as an etching prevention layer in the subsequent etching step.

На слое предотвращения травления конструируют слой 11 усиления света фиг. 1(А) в инвертированном состоянии, как показано на этапе 102. Следовательно, разделенные электроды 16 нельзя образовывать на этом этапе. Для точности, защитное покрытие 15 р-типа, многослойное отражательное зеркало из полупроводника р-типа 14, активный слой 13, плакировочный слой 12 n-типа и контактный слой 17 последовательно располагают в упомянутом порядке. Участок 11 усиления света в предварительно определенной трехмерной форме, типа формы столбцов, образуют посредством использования метода осаждения и литографии или подобной технологии вместе. Литографию точно также используют для удаления части контактного слоя 17, имеющегося на пути прохождения луча и обнаруживающего большие оптические потери. Если появится необходимость, то дополнительно образуют антиотражательное покрытие 23 посредством совместного использования техники покрытия и литографии. A light amplification layer 11 of FIG. 1 (A) in an inverted state, as shown in step 102. Therefore, divided electrodes 16 cannot be formed in this step. For accuracy, the p-type protective coating 15, the p-type multi-layer reflective mirror 14, the active layer 13, the n-type cladding layer 12 and the contact layer 17 are successively arranged in the order mentioned. The light amplification portion 11 in a predetermined three-dimensional shape, such as the shape of the columns, is formed by using the deposition method and lithography or the like technology together. Lithography is likewise used to remove part of the contact layer 17 present in the beam path and detecting large optical losses. If the need arises, they additionally form an antireflection coating 23 by sharing the coating technique and lithography.

Как показано на следующем этапе 103, к стороне плакировочного слоя 12 n-типа, открытой на внешнюю сторону, то есть на сторону антиотражательного покрытия 23 при образовании, крепят имеющую плоскую поверхность прозрачную подложку 21, типа стекла, посредством прозрачного связующего вещества или подобного вещества, равномерно нанесенного на эту сторону. As shown in the next step 103, to the side of the n-type cladding layer 12 open to the outside, that is, to the side of the antireflection coating 23 upon formation, a transparent substrate 21, such as glass, having a flat surface is fixed by means of a transparent binder or the like, evenly applied to this side.

Таким образом, заранее увеличивают физическую прочность участка 11 усиления света, чтобы не создавать никакого физического или оптического искажения. Затем сконструированную таким образом структуру подвергают этапу полирования подложки. Поскольку, как показано выше, толщина подложки составляет порядка 400 мкм, ее полируют, как показано на этапе 104, используя механический способ полирования, так что получаемая в результате толщина составляет примерно 30-100 мкм. Thus, the physical strength of the light amplification portion 11 is increased in advance so as not to create any physical or optical distortion. Then, the structure thus constructed is subjected to the step of polishing the substrate. Since, as shown above, the thickness of the substrate is about 400 μm, it is polished, as shown in step 104, using a mechanical polishing method, so that the resulting thickness is about 30-100 μm.

После полировки подложки до получения такой толщины ее протравливают при соответственной температуре надлежащим раствором, например, при температуре примерно 20^oС смешанным раствором из одной части аммиака и двадцати частей раствора пероксида, как показано на этапе 105. После образования на подложке в качестве слоя предотвращения травления вышеупомянутого слоя Al_xGa_1-xAs (x= 0,6) подложку можно травить до слоя предотвращения травления с высокой скоростью примерно 20 мкм/мин без строгого управления временем травления и можно останавливать травление. В качестве слоя предотвращения можно также использовать слой AlAs или подобного сплава.After polishing the substrate to obtain such a thickness, it is etched at an appropriate temperature with an appropriate solution, for example, at a temperature of about 20 ^{° C.} With a mixed solution of one part ammonia and twenty parts peroxide solution, as shown in step 105. After forming an etching prevention layer on the substrate of the aforementioned Al _x Ga _1-x As layer (x = 0.6), the substrate can be etched to an etching prevention layer at a high speed of about 20 μm / min without strict control of the etching time and it is possible to stop phenomenon. As the prevention layer, you can also use a layer of AlAs or a similar alloy.

Как показано на следующем этапе 106, слой предотвращения травления удаляют посредством травления его смешанным раствором фосфорной кислоты, раствора пероксида водорода и воды (Н₃РO₄:H₂O₂:H₂O=3:1:50) при температуре примерно 20^oС. Поскольку это травление осуществляют со скоростью примерно

(1•10^-7 м/мин), слой предотвращения травления можно легко удалять при управлении временем.As shown in the next step 106, the etching prevention layer is removed by etching it with a mixed solution of phosphoric acid, a solution of hydrogen peroxide and water (H ₃ PO ₄ : H ₂ O ₂ : H ₂ O = 3: 1: 50) at a temperature of about 20 ^o C. Since this etching is carried out at a speed of approximately

(1 • 10 ^-7 m / min), the etch prevention layer can be easily removed by time management.

При открывании на наружную сторону поверхности защитного покрытия 15 р-типа участка 11 усиления света образуют предварительно определенное количество разделенных электродов 16 для инжекции дырок в виде предварительно определенной картины расположения, как показано на этапе 107, путем нанесения сплава AuZn или аналогичного вещества на всю поверхность защитного покрытия, а затем применения литографии, или путем использования метода печатания после предварительной определенной картины. When the surface of the p-type protective coating 15 is opened onto the outer side of the light amplification section 11, a predetermined number of divided electrodes 16 for injecting holes is formed in the form of a predetermined arrangement, as shown in step 107, by depositing an AuZn alloy or the like on the entire surface of the protective coating, and then applying lithography, or by using the printing method after a predetermined pattern.

Электрические структурные части 17-20, подлежащие образованию на слое 12 полупроводника n-типа (плакировочном слое), подробно не описанные выше, можно изготавливать известным способом, содержащим соответственные этапы. The electrical structural parts 17-20 to be formed on the n-type semiconductor layer 12 (cladding layer), not described in detail above, can be produced in a known manner containing the appropriate steps.

Хотя выше описан предпочтительный вариант осуществления, можно осуществлять любые модификации в нем, если они не выходят за пределы сущности настоящего изобретения. Дополнительно к сплаву AlGaAs, используемому в качестве материала для участка 11 усиления света, можно также использовать InGaAsP, GaN и т.д., которые также входят в полупроводники группы III-V, и фотополупроводниковые материалы типа ZnSe, которые входят в полупроводники группы III-VI. Although the preferred embodiment has been described above, any modifications to it may be made if they do not depart from the gist of the present invention. In addition to the AlGaAs alloy used as the material for the light amplification portion 11, InGaAsP, GaN, etc., which are also included in group III-V semiconductors, and ZnSe type semiconductors, which are included in group III- semiconductors, can also be used. VI.

Промышленная применимость
В соответствии с настоящим изобретением, поскольку подложку, используемую для конструирования участка усиления света, можно удалять и поскольку свет можно передавать через прозрачную подложку, диапазон усовершенствования на участке усиления света значительно увеличивается.Industrial applicability
According to the present invention, since the substrate used to construct the light amplification portion can be removed, and since light can be transmitted through the transparent substrate, the range of improvement in the light amplification portion is significantly increased.

Когда электрод для инжекции дырок, подлежащий обеспечению на стороне слоя полупроводника р-типа, состоит из множества разделенных электродов в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, величиной электрического тока, подводимого к каждому из разделенных электродов, можно управлять с целью обеспечения распределения носителей в подлежащем активному управлению активном слое. В результате этого можно при изготовлении лазера поверхностного излучения света типа внешнего резонатора инжектировать носители в соответствии с распределением интенсивности света в основном режиме, имеющем единичный лепесток, с целью обеспечения работы в подлежащем стабилизации основном режиме. When the hole injection electrode to be provided on the side of the p-type semiconductor layer consists of a plurality of divided electrodes in accordance with a preferred embodiment of the present invention, the amount of electric current supplied to each of the divided electrodes can be controlled to ensure carrier distribution in the underlying active management of the active layer. As a result of this, it is possible to inject carriers in the manufacture of a surface light laser such as an external resonator in accordance with the distribution of light intensity in the main mode having a single lobe in order to ensure operation in the main mode to be stabilized.

Более того, когда в качестве стороны излучения света используют сторону прозрачной подложки, полупроводник р-типа функционирует как многослойное отражательное зеркало. Поэтому, из-за оптической стабильности многослойного отражательного зеркала р-типа, полученного посредством крепления его к прозрачной подложке, диапазон эффективной активной области можно увеличить с целью реализации лазера поверхностного излучения света типа внешнего резонатора инжектируемого ток типа с большой отдачей, усилителя, отражающего световой луч с большим диаметром и т.д. Вполне можно добиться генерирования луча света, имеющего диаметр несколько сотен мкм или больше. Само собой разумеется, что, поскольку оптический усилитель поверхностного типа по настоящему изобретению представляет собой тип инжекции тока, можно реализовать лазер поверхностного излучения, блокирующий активный режим внешнего резонатора. В этом случае можно генерировать высокую отдачу импульсов света. Moreover, when the transparent substrate side is used as the light emitting side, the p-type semiconductor functions as a multilayer reflective mirror. Therefore, due to the optical stability of the p-type multilayer reflective mirror obtained by attaching it to a transparent substrate, the range of the effective active region can be increased in order to realize a surface-emitting laser of light such as an external resonator of a high-efficiency injected current, an amplifier reflecting a light beam with a large diameter, etc. It is possible to achieve the generation of a ray of light having a diameter of several hundred microns or more. It goes without saying that since the surface-type optical amplifier of the present invention is a type of current injection, it is possible to realize a surface-radiation laser blocking the active mode of the external resonator. In this case, a high return of light pulses can be generated.

На фиг.1(В)
101 - Образование слоя предотвращения травления (А1_0,6Ga_0,4As) нa структурной подложке (GaAs) для образования участка усиления света.Figure 1 (B)
101 - Formation of an etch prevention layer (A1 _0.6 Ga _0.4 As) on a structural substrate (GaAs) to form a light amplification portion.

102 - Образование участка усиления света на слое предотвращения травления. 102 — Formation of a light amplification portion on an etch prevention layer.

103 - Крепление участка усиления света к прозрачной подложке. 103 - Attachment of the light amplification portion to a transparent substrate.

104 - Полирование структурной подложки до предварительно определенной толщины. 104 - Polishing the structural substrate to a predetermined thickness.

105 - Травление остальной части структурной подложки. 105 - Etching of the rest of the structural substrate.

106 - Удаление слоя предотвращения травления посредством травления. 106 - Removal of the etching prevention layer by etching.

107 - Образование разделенных электродов. 107 - The formation of separated electrodes.

Claims

1. A method of manufacturing a surface-type optical amplifier (10) containing a light amplification section (11) that includes an active layer structure (13) interposed between a p-type semiconductor layer (14) consisting of a reflective mirror from which holes are injected into the active layer, and an n-type semiconductor layer (12) from which electrons are injected into the active layer to emit a light beam at a given angle relative to the surface of the transparent support substrate (21), the method comprising the following tapas: form a p-type protective coating layer (15) on the structural substrate, form a light amplification section (11) on said p-type protective coating layer so that the p-type semiconductor layer (14) of the indicated portion (11) reinforcement contacted with the p-type protective coating layer (15), attach the transparent support substrate (21) to the n-type semiconductor layer (12), remove the structural substrate from the p-type protective coating layer (15), form the electrode (16) on a p-type protective coating layer (15) for injection of holes, and taper is formed on the surface of the supporting substrate (21), a conductor (20) connected to the electrode (18) for injecting electrons to form electrical conductivity with respect to the n-type semiconductor layer (12), while the light incident on the transparent supporting substrate (21) is amplified in the region ( 11) light amplification and passes through the specified supporting substrate (21).

2. The method according to claim 1, characterized in that said electrode (16) for injecting holes is made in the form of a plurality of divided electrodes.

3. The surface-type optical amplifier made according to the method according to claim 1 in the form of a multilayer structure containing a transparent support substrate (21), an n-type semiconductor layer (12), an p-type active layer (13), a p-type semiconductor layer (14) and a p-type protective coating layer (15) formed in series, wherein the n-type semiconductor layer (12), the active layer (13) and the semiconductor layer (14) form a light amplification section (11), an injection electrode (16) holes are formed on the p-type protective coating layer (15), and a conductor (20) connected to An electrode (18) for electron injection is formed on the surface of the transparent support substrate (21) with the possibility of providing electrical conductivity with respect to the n-type semiconductor layer (12), whereby the light incident on the support transparent substrate (21) passes through the specified support substrate (21) ) and is emitted through it.

4. The surface-type optical amplifier according to claim 3, characterized in that said hole injection electrode is made in the form of a plurality of separated electrodes.

5. A surface-type optical amplifier according to claim 3, characterized in that antireflective coatings are applied between the indicated light amplification section (11) and said transparent supporting substrate (21) (23, 24, 25).