RU2611555C1 - Semiconductor vertically-emitting laser with intracavity contacts - Google Patents

Semiconductor vertically-emitting laser with intracavity contacts Download PDF

Info

Publication number
RU2611555C1
RU2611555C1 RU2015154065A RU2015154065A RU2611555C1 RU 2611555 C1 RU2611555 C1 RU 2611555C1 RU 2015154065 A RU2015154065 A RU 2015154065A RU 2015154065 A RU2015154065 A RU 2015154065A RU 2611555 C1 RU2611555 C1 RU 2611555C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
type
layer
layers
contact layer
laser according
Prior art date
Application number
RU2015154065A
Other languages
Russian (ru)
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 RU2015154065A priority Critical patent/RU2611555C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2611555C1 publication Critical patent/RU2611555C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction 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
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Landscapes

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

Abstract

FIELD: physics, instrument-making.
SUBSTANCE: invention can be used to make semiconductor vertically-emitting lasers operating in the near-infrared range. The semiconductor vertically-emitting laser with intracavity contacts comprises a semiconductor substrate (1) made of GaAs, a buffer layer (2) made of GaAs, a lower undoped distributed Bragg reflector (3), an n-type contact layer (4), an n-type electric contact (5), an n-type composite grating (6), an undoped optical cavity (7), containing an active medium based on a least three layers (8) of quantum wells, a p-type composite grating (9), comprising at least one oxide current aperture (10), a p-type contact layer (11), a p-type phase-correcting contact layer (12), a p-type electric contact (13) and an upper dielectric distributed Bragg reflector (14). The laser according to the invention has a low threshold current, high differential efficiency and low electrical resistance with small lateral dimensions of the current aperture (less than 10 mcm).
EFFECT: invention enables to create semiconductor vertically-emitting lasers with high differential efficiency and low electrical resistance.
15 cl, 3 ex, 6 dwg

Description

Изобретение относится электронной технике, а более конкретно, к полупроводниковым лазерам с лучеиспускающей поверхностью (se-лазеры) и преимущественно к лазерам с вертикальным резонатором (vcse-лазеры), и может быть использовано для создания полупроводниковых вертикально-излучающих лазеров, работающих в ближнем ИК-диапазоне.The invention relates to electronic equipment, and more particularly, to semiconductor lasers with a radiating surface (se-lasers) and mainly to lasers with a vertical resonator (vcse-lasers), and can be used to create semiconductor vertically emitting lasers operating in the near infrared range.

Полупроводниковые вертикально-излучающие лазеры широко применяют в высокоскоростных системах локальной оптической связи, различных типах оптических датчиков и сенсоров. Основным элементом конструкции вертикально-излучающего лазера является вертикальный оптический резонатор, содержащий светоизлучающую активную область, расположенную между верхним и нижним зеркалами в виде распределенных брэгговских отражателей (РБО) на основе чередующихся полупроводниковых или диэлектрических слоев с разными показателями преломления. В случае, когда оба РБО являются легированными (т.е. токопроводящими), обеспечивается относительная простота планарной технологии изготовления кристаллов, но требуется сложная конструкция эпитаксиальной структуры, обеспечивающая компромисс между низким пороговым током и малым сопротивлением приборов. Более того, ряд особенностей синтеза эпитаксиальных структур вертикально-излучающих лазеров методом молекулярно-пучковой эпитаксии не позволяет реализовывать легированные зеркала с высоким коэффициентом отражения в сочетании с низкими потерями на поглощение на свободных носителях, что ведет либо к сильному саморазогреву с током из-за низкой проводимости зеркал или высокого теплового сопротивления многослойных РБО (так как для компенсации падения отражательной способности легированного зеркала приходится увеличивать количество пар четвертьволновых слоев), либо к росту порогового тока из-за возрастания поглощения на свободных носителях и рассеяния на сильнолегированных гетероинтерфейсах. Предложены альтернативные варианты конструкций вертикально-излучающих лазеров, в которых один или оба РБО не проводят ток (т.е. являются нелегированными полупроводниковыми или диэлектрическими). В этом случае электрические контакты формируют к относительно тонким контактным слоям p- или n-типа, расположенным внутри оптического резонатора (т.н. внутрирезонаторные контакты). Вертикально-излучающие лазеры с внутрирезонаторными контактами потенциально обеспечивают более низкие внутренние оптические потери за счет отсутствия поглощения света на свободных носителях в легированных РБО (особенно на длинах волн более 1100 нм), а также идеально подходят для управления поляризацией лазерного излучения или для монтажа методом перевернутого кристалла. Однако вертикально-излучающие лазеры с внутрирезонаторными контактами требуют более сложной планарной технологии изготовления, ввиду необходимости прецизионного вскрытия внутрирезонаторных контактных слоев. Кроме того, в этом случае контактные слои не могут быть сильно легированы во избежание роста внутренних оптических потерь, что приводит, с учетом их небольшой толщины, к проблеме возрастания последовательного электрического сопротивления.Semiconductor vertical-emitting lasers are widely used in high-speed local optical communication systems, various types of optical sensors and sensors. The main structural element of a vertically emitting laser is a vertical optical resonator containing a light emitting active region located between the upper and lower mirrors in the form of distributed Bragg reflectors (DBR) based on alternating semiconductor or dielectric layers with different refractive indices. In the case where both DBRs are doped (i.e., conductive), the relative simplicity of the planar crystal manufacturing technology is ensured, but a complex epitaxial structure is required, which provides a compromise between the low threshold current and low resistance of the devices. Moreover, a number of features of the synthesis of epitaxial structures of vertically emitting lasers by molecular beam epitaxy does not allow the realization of doped mirrors with a high reflection coefficient in combination with low absorption losses on free carriers, which leads either to strong self-heating with current due to low conductivity mirrors or high thermal resistance of multilayer DBRs (since to compensate for the drop in reflectivity of the doped mirror, it is necessary to increase the number of p quarter-wave layers), or to an increase in threshold current due to the increase in free carrier absorption and scattering on heavily heterointerface. Alternative designs of vertical-emitting lasers are proposed in which one or both of the DBRs do not conduct current (i.e., they are undoped semiconductor or dielectric). In this case, the electrical contacts form to the relatively thin p- or n-type contact layers located inside the optical resonator (the so-called intracavity contacts). Vertical-emitting lasers with intracavity contacts potentially provide lower internal optical losses due to the absence of light absorption on free carriers in doped DBRs (especially at wavelengths greater than 1100 nm), and are also ideally suited for controlling the polarization of laser radiation or for mounting using an inverted crystal method . However, vertically emitting lasers with intracavity contacts require a more complex planar manufacturing technology, due to the need for precision opening of intracavity contact layers. In addition, in this case, the contact layers cannot be heavily doped to avoid the growth of internal optical losses, which, taking into account their small thickness, leads to the problem of an increase in the series electrical resistance.

Известен полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами (см. патент US 5245622, МПК H01S 3/19, опубликован 14.09.1993), содержащий полуизолирующую подложку, нижний нелегированный полупроводниковый РБО, контактный слой n-типа (т.н. второй многослойный электрод), электрический контакт n-типа, оптический резонатор, содержащий активную область на основе квантовых ям и ионно-имплантированную токовую апертуру, контактный слой p-типа (т.н. первый многослойный электрод), электрический контакт p-типа, и верхний диэлектрический РБО. Контактные слои содержит последовательность из четырех чередующихся слоев с низким (уровень легирования до 1018 см-3) и высоким (уровень легирования до 1020 см-3), при этом соседние слои могут иметь разную ширину запрещенной зоны.Known semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts (see patent US 5245622, IPC H01S 3/19, published 09/14/1993), containing a semi-insulating substrate, a lower undoped semiconductor DBR, an n-type contact layer (the so-called second multilayer electrode ), an n-type electrical contact, an optical resonator containing an active region based on quantum wells and an ion-implanted current aperture, a p-type contact layer (the so-called first multilayer electrode), a p-type electrical contact, and an upper dielectric RB ABOUT. The contact layers contain a sequence of four alternating layers with a low (doping level up to 10 18 cm -3 ) and high (doping level up to 10 20 cm -3 ), while the adjacent layers can have different bandgaps.

Недостатком известного полупроводникового вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами является наличие сильнолегированных слоев обоих типов с толщиной (0,125÷0,25)⋅от длины волны вертикально-излучающего лазера непосредственно в излучающей области лазера (т.е. в пределах апертуры), что ведет к высоким оптическим потерям на свободных носителях и росту порогового тока. Кроме того, при формировании токовой апертуры методом ионной имплантации образуется большое количество радиационных дефектов, безизлучательная рекомбинация на которых приводит к резкому росту порогового тока с уменьшением апертуры, что не позволяет реализовать эффективные лазеры с размером апертуры менее 10 мкм. Более того, схема расположения электрических контактов n-типа не оптимальна для обеспечения эффективного растекания тока по площади апертуры, в результате происходит концентрирование тока вблизи внешних краев токовой апертуры и, как следствие, рост внутренних оптических потерь на радиационных дефектах. Конструкция контактных слоев обоих типов, в случае применения слоев с разной шириной запрещенной зоны, не оптимизирована для снижения высоты потенциальных барьеров и, как следствие, не позволяет избежать роста сопротивления и рабочего напряжения. Модовый состав излучения лазеров с ионно-имплантированной токовой апертурой определяется пространственным выжиганием дырок и тепловыми эффектами, что может приводить к нежелательному переключению мод, изменению расходимости излучения и самопульсации.A disadvantage of the known semiconductor vertically emitting laser with intracavity contacts is the presence of heavily doped layers of both types with a thickness of (0.125 ÷ 0.25) ⋅ from the wavelength of the vertically emitting laser directly in the emitting region of the laser (i.e., within the aperture), which leads to to high optical losses on free carriers and an increase in the threshold current. In addition, when a current aperture is formed by ion implantation, a large number of radiation defects are formed, nonradiative recombination of which leads to a sharp increase in the threshold current with a decrease in aperture, which does not allow the implementation of efficient lasers with an aperture size of less than 10 μm. Moreover, the layout of n-type electrical contacts is not optimal for ensuring effective current spreading over the aperture area, as a result, the current is concentrated near the outer edges of the current aperture and, as a result, the internal optical loss due to radiation defects increases. The design of contact layers of both types, in the case of using layers with different forbidden gap widths, is not optimized to reduce the height of potential barriers and, as a result, does not allow an increase in resistance and operating voltage. The mode composition of the radiation from lasers with an ion-implanted current aperture is determined by spatial hole burning and thermal effects, which can lead to undesirable mode switching, a change in the radiation divergence, and self-pulsation.

Известен полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами (см. патент US 6169756, МПК H01S 5/187, опубликован 02.01.2001), содержащий подложку, нижний полупроводниковый РБО (т.н. первое зеркало), контактный слой n-типа (т.н. ток-возвращающий слой), электрический контакт n-типа, оптический резонатор, содержащий активную область на основе квантовых ям и ионно-имплантированную токовую апертуру, контактный слой p-типа (т.н. токоподводящий слой), электрический контакт p-типа, оптическую апертуру (т.н. латеральный волновод для оптического ограничения поперечных мод резонатора) и верхний диэлектрический РБО. Контактный слой p-типа содержит ионно-имплантированную токовую апертуру с латеральным размером, равным размеру оптической апертуры, и тонкий (менее 40 нм) сильнолегированный слой p-типа (уровень легирования до 1020 см-3) для улучшения контактного сопротивления.A semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts is known (see US patent 6169756, IPC H01S 5/187, published 02.01.2001) containing a substrate, a lower semiconductor RBO (the so-called first mirror), an n-type contact layer (t current-returning layer), an n-type electrical contact, an optical resonator containing an active region based on quantum wells and an ion-implanted current aperture, a p-type contact layer (the so-called current-conducting layer), p- electrical contact type, optical aperture (the so-called lateral waveguide for optical one limitation of the transverse cavity modes) and an upper dielectric DBR. The p-type contact layer contains an ion-implanted current aperture with a lateral size equal to the size of the optical aperture, and a thin (less than 40 nm) heavily doped p-type layer (doping level up to 10 20 cm -3 ) to improve contact resistance.

Недостатком известного полупроводникового вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами является концентрирование тока вблизи внешних краев ионно-имплантированной токовой апертуры вследствие особенности конструкции контактных слоев, что ведет к резкому росту порогового тока с уменьшением размеров токовой апертуры. В конструкции лазера рассогласование положения геометрических центров или отклонение латеральных размеров оптической апертуры и ионно-имплантированной токовой апертуры ведет к росту оптических потерь, обусловленных безизлучательной рекомбинацией носителей на радиационных дефектах в ионно-имплантированной области, или к неэффективной накачке активной области, что, в свою очередь, негативно сказывается на пороговом токе. Кроме того, наличие сильнолегированного слоя p-типа вблизи оптического резонатора также ведет к росту оптических потерь, обусловленных поглощением фотонов на свободных носителях.A disadvantage of the known semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts is the concentration of the current near the outer edges of the ion-implanted current aperture due to the design of the contact layers, which leads to a sharp increase in the threshold current with a decrease in the size of the current aperture. In the laser design, a mismatch in the position of the geometric centers or a deviation in the lateral dimensions of the optical aperture and the ion-implanted current aperture leads to an increase in optical losses due to nonradiative recombination of carriers on radiation defects in the ion-implanted region, or to inefficient pumping of the active region, which, in turn, negatively affects the threshold current. In addition, the presence of a heavily doped p-type layer near the optical cavity also leads to an increase in optical losses due to the absorption of photons on free carriers.

Известен полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами (см. патент US 6618414, МПК H01S 3/08, опубликован 09.09.2003), содержащий полуизолирующую подложку, нижний нелегированный полупроводниковый РБО, контактный слой n-типа, электрический контакт n-типа, оптический резонатор, содержащий активную область на основе квантовых ям и оксидную апертуру, контактный слой p-типа, фазокорректирующий диэлектрический слой (т.н. разделительный слой) и верхний диэлектрический РБО. Контактный слой p-типа, наряду с модулированным профилем легирования, содержит сильнолегированный слой p-типа (уровень легирования 1⋅1019 см-3 3-2⋅1020 см-3) непосредственно для уменьшения контактного сопротивления и улучшения растекания тока по площади апертуры. Фазокорректирующий диэлектрический слой предназначен только для согласования набега фазы при распространении света в полупроводниковой части оптического резонатора лазера с набегом фазы в диэлектрической части резонатора.Known semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts (see patent US 6618414, IPC H01S 3/08, published 09.09.2003) containing a semi-insulating substrate, a lower undoped semiconductor RBO, an n-type contact layer, an n-type electrical contact, an optical a cavity containing an active region based on quantum wells and an oxide aperture, a p-type contact layer, a phase-correcting dielectric layer (the so-called separation layer), and an upper dielectric RBO. The p-type contact layer, along with the modulated doping profile, contains a heavily doped p-type layer (doping level 1⋅10 19 cm -3 3-2⋅10 20 cm -3 ) directly to reduce contact resistance and improve current spreading over the aperture area . The phase-correcting dielectric layer is intended only for matching the phase incursion during the propagation of light in the semiconductor part of the laser optical resonator with the phase incursion in the dielectric part of the resonator.

Недостатком известного полупроводникового вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами является неэффективное растекание тока по площади апертуры из-за конструктивного недочета в схеме инжекции носителей в активную область, приводящего к неоднородной накачке активной области лазера и тенденции к многомодовой генерации через моды высшего порядка. Кроме того, расположение сильнолегированного слоя p-типа рядом с излучающей областью лазера обуславливает дополнительные оптические потери на свободных носителях.A disadvantage of the known semiconductor vertically emitting laser with intracavity contacts is the inefficient spreading of current over the aperture area due to a design flaw in the scheme of carrier injection into the active region, which leads to inhomogeneous pumping of the laser active region and a tendency to multimode generation through higher-order modes. In addition, the location of a heavily doped p-type layer near the emitting region of the laser causes additional optical losses on free carriers.

Известен полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами (см. заявка US 6906353, МПК H01L 33/00, H01S 3/08, опубликована 14.06.2005), содержащий полуизолирующую подложку, нижний нелегированный полупроводниковый РБО, контактный слой n-типа, электрический контакт n-типа, оптический резонатор, содержащий активную среду на основе квантовых ям и ионно-имплантированную токовую апертуру, композиционную решетку p-типа, контактный слой p-типа, электрический контакт p-типа и верхний диэлектрический РБО. Композиционная решетка p-типа содержит 1-5 пар чередующихся слоев AlGaAs p-типа с высоким и низким составом по AI.Known semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts (see application US 6906353, IPC H01L 33/00, H01S 3/08, published 06/14/2005) containing a semi-insulating substrate, a lower undoped semiconductor RBO, an n-type contact layer, an electrical contact n-type, an optical resonator containing an active medium based on quantum wells and an ion-implanted current aperture, a p-type composite lattice, a p-type contact layer, a p-type electrical contact and an upper dielectric RBO. The p-type composite lattice contains 1-5 pairs of alternating p-type AlGaAs layers with high and low AI composition.

Конструкция известного полупроводникового вертикально-излучающего не позволяет уменьшить долю энергии электромагнитного поля оптической моды резонатора в слоях p-типа и тем самым понизить оптические потери на свободных носителях. В известном лазере не обеспечивается эффективное растекание электронов по площади апертуры, что ведет к концентрированию тока вблизи внешних краев ионно-имплантированной токовой апертуры, росту порогового тока с уменьшением размера апертуры и нежелательной генерации через моды высшего порядка. Кроме того, наличие сильнолегированных слоев p-типа в излучающей области лазера дополнительно усугубляет ситуацию за счет внесения дополнительных оптических потерь на свободных носителях.The design of the known vertical semiconductor emitting does not allow to reduce the fraction of the electromagnetic field energy of the optical mode of the resonator in p-type layers and thereby reduce the optical loss on free carriers. In the known laser, efficient spreading of electrons over the aperture area is not ensured, which leads to a concentration of the current near the outer edges of the ion-implanted current aperture, an increase in the threshold current with a decrease in the size of the aperture, and unwanted generation through higher-order modes. In addition, the presence of heavily doped p-type layers in the laser emitting region further aggravates the situation by introducing additional optical losses on free carriers.

Наиболее близким к настоящему техническому решению по совокупности существенных признаков является полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами (см. патент US 8488644, МПК H01S 5/00, опубликован 16.07.2013), принятый за прототип. Лазер-прототип содержит полуизолирующую подложку, нижний нелегированный полупроводниковый РБО, контактный слой n-типа, электрический контакт n-типа, оптический резонатор, содержащий активную область на основе квантовых ям и оксидную токовую апертуру, контактный слой p-типа, электрический контакт p-типа, фазокорректирующий диэлектрический слой и верхний диэлектрический РБО. Фазокорректирующий диэлектрический слой предназначен только для согласования набега фазы при распространении света в полупроводниковой части оптического резонатора лазера с набегом фазы в диэлектрической части резонатора. В лазере-прототипе важную роль играет то обстоятельство, что между сильнолегированным (уровень легирования акцепторами до 1⋅1020 см-3) слоем p-типа толщиной 15-30 нм и электрическим контактом p-типа на основе Ti/Pt-содержащей металлизации расположен дополнительный слой p-типа с легированием акцепторами не менее 2⋅1019 см-3 и толщиной 10-20 нм. Утверждается, что, в отличие от классической схемы расположения контактных слоев, когда электрический контакт p-типа сформирован непосредственно на сильнолегированном слое p-типа, наличие этого дополнительного слоя p-типа позволяет избежать флуктуации величины контактного сопротивления к слоям p-типа и падения напряжения на приборе вследствие диффузии титана при формировании оксидной токовой апертуры сквозь дополнительный слой p-типа и формирования надежного p-контакта.The closest to this technical solution for the combination of essential features is a semiconductor vertically emitting laser with intracavity contacts (see patent US 8488644, IPC H01S 5/00, published July 16, 2013), adopted as a prototype. The prototype laser contains a semi-insulating substrate, a lower undoped semiconductor DBR, an n-type contact layer, an n-type electrical contact, an optical cavity containing a quantum well active region and an oxide current aperture, a p-type contact layer, a p-type electrical contact , phase-correcting dielectric layer and upper dielectric RBO. The phase-correcting dielectric layer is intended only for matching the phase incursion during the propagation of light in the semiconductor part of the laser optical resonator with the phase incursion in the dielectric part of the resonator. An important role in the prototype laser is played by the fact that between the heavily doped (doping level of acceptors up to 1⋅10 20 cm -3 ) p-type layer with a thickness of 15-30 nm and the p-type electrical contact based on Ti / Pt-containing metallization an additional p-type layer with doping with acceptors of at least 2⋅10 19 cm -3 and a thickness of 10-20 nm. It is argued that, in contrast to the classical arrangement of the contact layers, when the p-type electrical contact is formed directly on the heavily doped p-type layer, the presence of this additional p-type layer avoids fluctuations in the contact resistance to the p-type layers and the voltage drop across due to diffusion of titanium during the formation of an oxide current aperture through an additional p-type layer and the formation of a reliable p-contact.

Недостатком известного полупроводникового вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами является наличие вблизи оптического резонатора двух сильнолегированных слоев p-типа в пределах излучающей области лазера, что обуславливает дополнительные оптические потери на свободных носителях. Более того, для лазеров с длиной волны излучения менее 900 нм применение слоев GaAs ведет к значительному росту внутренних оптических потерь, обусловленных поглощением на межзонных переходах. При этом применение слоев AlGaAs, легированных акцепторами на такие высокие уровни, сопряжено с корругацией поверхности и ростом оптических потерь на рассеянии. Кроме того, металлизация на базе Ti/Pt не обеспечивает низкое сопротивление к слоям AlxGa1-xAs p-типа при x>0,1. Также следует отметить, что конструкция контактных слоев и расположение электрического контакта n-типа не обеспечивает эффективное растекание тока по площади апертуры, что ведет к неоднородной инжекции носителей в активную область и падению оптического усиления для основной поперечной моды оптического резонатора.A disadvantage of the known semiconductor vertically emitting laser with intracavity contacts is the presence near the optical resonator of two heavily doped p-type layers within the emitting region of the laser, which leads to additional optical losses on free carriers. Moreover, for lasers with a radiation wavelength of less than 900 nm, the use of GaAs layers leads to a significant increase in the internal optical losses due to absorption at interband transitions. In this case, the use of AlGaAs layers doped with acceptors at such high levels is associated with surface corrugation and an increase in optical scattering losses. In addition, Ti / Pt-based metallization does not provide low resistance to p-type Al x Ga 1-x As layers at x> 0.1. It should also be noted that the design of the contact layers and the location of the n-type electrical contact does not provide effective current spreading over the aperture area, which leads to inhomogeneous injection of carriers into the active region and a decrease in optical gain for the main transverse mode of the optical resonator.

Задачей настоящего решения является создание такого полупроводникового вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами ближнего ИК-диапазона (длина волны генерации в диапазоне 830-900 нм), который бы одновременно обеспечивал низкий пороговый ток, высокую дифференциальную эффективность и малое электрическое сопротивление приборов при малых латеральных размерах токовой апертуры (менее 10 мкм). Решение задачи связно с поиском компромисса между низкими внутренними оптическими потерями и высоким уровнем легирования контактных слоев.The objective of this solution is to create such a semiconductor vertically emitting laser with intracavity near-infrared contacts (lasing wavelength in the range of 830-900 nm), which would simultaneously provide a low threshold current, high differential efficiency and low electrical resistance of devices with small lateral dimensions current aperture (less than 10 microns). The solution to the problem is related to the search for a compromise between low internal optical losses and a high level of doping of the contact layers.

Поставленная задача достигается тем, что полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами содержит полуизолирующую подложку из GaAs, буферный слой из GaAs, нижний нелегированный РБО, контактный слой n-типа, электрический контакт n-типа, композиционную решетку n-типа, нелегированный оптический резонатор, содержащий активную область на основе квантовых ям, композиционную решетку p-типа, содержащую по меньшей мере одну оксидную токовую апертуру, контактный слой p-типа, фазокорректирующий контактный слой p-типа, электрический контакт p-типа и верхний диэлектрический РБО.The problem is achieved in that a semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts contains a semi-insulating GaAs substrate, a GaAs buffer layer, a lower undoped DBR, an n-type contact layer, an n-type electrical contact, an n-type composite grating, an undoped optical resonator containing an active region based on quantum wells, a p-type composite lattice containing at least one oxide current aperture, a p-type contact layer, a phase-correcting p-type contact layer, p-type electrical contact and upper dielectric RBO.

Новым в полупроводниковом вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами является применение легированных композиционных решеток и наличие фазокорректирующего контактного слоя p-типа непосредственно над периферийной частью апертуры. Композиционные решетки, наряду со схемой расположения электрических контактов, обеспечивают эффективное растекание тока по площади апертуры за счет наличия дополнительных гетерограниц (которые являются барьерами для вертикального транспорта носителей заряда), а также уменьшение оптического поглощения на свободных носителях в контактных слоях (особенно в p-типа) путем эффективного перераспределения электромагнитного поля оптической моды резонатора в лазере. Применение относительного толстого сильнолегированного фазокорректирующего контактного слоя p-типа способствует улучшению контактного сопротивление к слоям p-типа и снижению электрического сопротивления прибора, а расположение его за пределами излучающей области позволяет избежать поглощения на свободных носителях и понизить внутренние оптические потери.New in a semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts is the use of doped composite gratings and the presence of a phase-correcting p-type contact layer directly above the peripheral part of the aperture. Composite lattices, along with the arrangement of electrical contacts, ensure effective current spreading over the aperture area due to the presence of additional hetero-boundaries (which are barriers to the vertical transport of charge carriers), as well as a decrease in optical absorption on free carriers in contact layers (especially in p-type ) by efficiently redistributing the electromagnetic field of the optical cavity mode in the laser. The use of a relatively thick, heavily doped phase-correcting p-type contact layer improves contact resistance to p-type layers and reduces the electrical resistance of the device, and its location outside the emitting region avoids absorption on free carriers and reduces internal optical loss.

В полупроводниковом вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами нижний нелегированный РБО может содержать не менее 30 пар чередующихся полупроводниковых слоев с разными показателями преломления. В качестве полупроводниковых слоев с разными показателями преломления могут быть использованы слои твердого раствора AlxGa1-xAs и AlyGa1-yAs, где 0,85≤x≤0,95 и 0,1≤y≤0,25. При этом каждый слой может иметь толщину равную λ/4n, где n - показатель преломления соответствующего слоя, λ - резонансная длина волны вертикально-излучающего лазера. Такое выполнение позволяет снизить внутренние оптические потери в вертикально-излучающем лазере за счет отсутствия поглощения света на свободных носителях.In a semiconductor vertically emitting laser with intracavity contacts, the lower undoped DBR may contain at least 30 pairs of alternating semiconductor layers with different refractive indices. As semiconductor layers with different refractive indices, Al x Ga 1-x As and Al y Ga 1-y As solid solution layers can be used, where 0.85≤x≤0.95 and 0.1≤y≤0.25 . Moreover, each layer can have a thickness equal to λ / 4n, where n is the refractive index of the corresponding layer, λ is the resonant wavelength of a vertically emitting laser. This embodiment allows to reduce the internal optical loss in a vertically emitting laser due to the absence of light absorption on free carriers.

В полупроводниковом вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами контактный слой n-типа может быть выполнен из твердого раствора AlyGa1-yAs, где 0,1≤y≤0,25, толщиной, кратной (2k-1)λ/4n, где k - натуральное число. Контактный слой n-типа может быть в среднем легирован донорами на уровень N (8⋅1017-2⋅1018) см-3 и иметь периодический профиль легирования по толщине слоя с периодом равным λ/2n, при среднем уровне легирования N (8⋅1017-2⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования в начале каждого периода, равном (2-3)⋅N. Такое выполнение позволяет не только уменьшить поглощение света на свободных носителях в легированных областях, но и сформировать эффективный электрический контакт к полупроводниковым слоям n-типа для инжекции электронов в активную среду.In a semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts, the n-type contact layer can be made of Al y Ga 1-y As solid solution, where 0.1≤y≤0.25, with a thickness multiple of (2k-1) λ / 4n where k is a natural number. The n-type contact layer can, on average, be doped with donors to a level of N (8⋅10 17 -2⋅10 18 ) cm -3 and have a periodic doping profile over the thickness of the layer with a period equal to λ / 2n, with an average doping level of N (8 ⋅10 17 -2⋅10 18 ) cm -3 and the maximum doping level at the beginning of each period is (2-3) ⋅N. This embodiment allows not only to reduce the absorption of light on free carriers in doped regions, but also to form an effective electrical contact to n-type semiconductor layers for injection of electrons into the active medium.

В полупроводниковом вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами композиционная решетка n-типа может содержать 2-5 пар чередующихся полупроводниковых слоев с разными показателями преломления и градиентными гетероинтерфейсами. В качестве полупроводниковых слоев с разными показателями преломления могут использованы слои твердого раствора AlxGa1-xAs и AlyGa1-yAs, где 0,85≤x≤0,95 и 0,1≤y≤0,25, с градиентным изменением состава на гетерограницах по линейному или би-параболическому закону. При этом каждая пара слоев может иметь общую толщину, равную λ/2n*, где n* - усредненное значение показателя преломления для слоев композиционной решетки. Композиционная решетка n-типа может быть в среднем легирована донорами на уровень N (1⋅1018-2⋅1018) см-3, а на гетерограницах с возрастанием состава (расположены в минимумах электромагнитного поля оптической моды резонатора) уровень легирования может быть увеличен в 2-3 раза. Такое выполнение позволяет уменьшить высоту потенциальных барьеров для инжектируемых электронов (для снижения рабочего напряжения) и обеспечить эффективное растекание тока по площади апертуры в слоях n-типа при сохранении низких внутренних оптических потерь.In a vertical-emitting semiconductor laser with intracavity contacts, an n-type composite lattice can contain 2-5 pairs of alternating semiconductor layers with different refractive indices and gradient heterointerfaces. As semiconductor layers with different refractive indices, Al x Ga 1-x As and Al y Ga 1-y As solid solution layers can be used, where 0.85≤x≤0.95 and 0.1≤y≤0.25, with a gradient change in composition at heteroboundaries according to a linear or bi-parabolic law. Moreover, each pair of layers can have a total thickness equal to λ / 2n * , where n * is the average value of the refractive index for the layers of the composite lattice. The n-type composite lattice can, on average, be doped with donors to the level N (1⋅10 18 -2⋅10 18 ) cm -3 , and at the heteroboundaries with increasing composition (located at the minima of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator), the doping level can be increased 2-3 times. This embodiment allows to reduce the height of potential barriers for injected electrons (to reduce the operating voltage) and to ensure effective current spreading over the aperture area in n-type layers while maintaining low internal optical losses.

В полупроводниковом вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами нелегированный оптический резонатор может быть выполнен толщиной, кратной kλ/n*, где k - натуральное число, и состоять из слоя из AlyGa1-yAs, где 0,15≤y≤0,4, в центре которого расположена активная область. Активная область может содержать по меньшей мере три слоя квантовых ям, которые могут быть расположены в максимуме (т.н. пучности) электромагнитного поля оптической моды резонатора. Слои квантовых ям могут быть выполнены из InxGa1-xAs, где 0,05≤x≤0,1, толщиной 3-10 нм и отделены друг от друга барьерными слоями из AlyGa1-yAs, где 0.15≤y≤0.4, толщиной 5-10 нм. Такое выполнение позволяет сместить максимум спектра усиления активной области в спектральный диапазон 830-900 нм, повысить перекрытие квантовых ям с электромагнитным полем оптической моды резонатора (т.н. фактор оптического ограничения, Г-фактор) и подавить тепловой выброс носителей из квантовых ям.In a vertical-emitting semiconductor laser with intracavity contacts, the undoped optical resonator can be made a multiple of kλ / n * , where k is a natural number, and can consist of a layer of Al y Ga 1-y As, where 0.15≤y≤0 , 4, in the center of which is located the active region. The active region may contain at least three layers of quantum wells, which can be located at the maximum (the so-called antinodes) of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator. The layers of quantum wells can be made of In x Ga 1-x As, where 0.05≤x≤0.1, 3-10 nm thick and separated from each other by barrier layers of Al y Ga 1-y As, where 0.15≤ y≤0.4, 5-10 nm thick. This embodiment allows you to shift the maximum of the gain spectrum of the active region to the spectral range of 830-900 nm, increase the overlap of quantum wells with the electromagnetic field of the optical mode of the resonator (the so-called optical limiting factor, G-factor) and suppress the thermal emission of carriers from quantum wells.

В полупроводниковом вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами композиционная решетка p-типа может содержать 3-8 пар чередующихся полупроводниковых слоев с разными показателями преломления и градиентными гетероинтерфейсами. В качестве полупроводниковых слоев с разными показателями преломления могут использованы слои твердого раствора AlxGa1-xAs и AlyGa1-yAs, где 0.85≤x≤0.95 и 0.1≤y≤0,25, с градиентным изменением состава на гетерограницах по линейному или би-параболическому закону. При этом каждая пара слоев может иметь общую толщину, равную λ/2n*, где n* - усредненное значение показателя преломления для данных слоев. Композиционная решетка p-типа может быть в среднем легирована донорами на уровень P (1⋅1018-2⋅1018) см-3, а на гетерограницах с возрастанием состава (расположены в минимумах электромагнитного поля оптической моды резонатора) уровень легирования может быть увеличен в 2-3 раза. По меньшей мере из AlxGa1-xAs p-типа может быть использован для создания оксидной токовой апертуры, где центральная часть состоит твердого раствора AlxGa1-xAs, где 0,97≤x≤1, а периферийная часть состоит из Al2O3. Такое выполнение позволяет уменьшить высоту потенциальных барьеров для инжектируемых дырок (для снижения рабочего напряжения) и обеспечить эффективное растекание тока по площади апертуры в слоях p-типа при сохранении низких внутренних оптических потерь. Кроме того, применение оксидной токовой апертуры позволяет обеспечить одновременно эффективное токовое и оптическое ограничение, и, как следствие, понизить величину порогового тока при малых латеральных размерах токовой апертуры.In a vertical-emitting semiconductor laser with intracavity contacts, a p-type composite lattice can contain 3-8 pairs of alternating semiconductor layers with different refractive indices and gradient heterointerfaces. As semiconductor layers with different refractive indices, Al x Ga 1-x As and Al y Ga 1-y As solid solution layers can be used, where 0.85≤x≤0.95 and 0.1≤y≤0.25, with a gradient composition change at heterointerfaces according to linear or bi-parabolic law. Moreover, each pair of layers can have a total thickness equal to λ / 2n * , where n * is the average value of the refractive index for these layers. The p-type composite lattice can, on average, be doped with donors to the level P (1⋅10 18 -2⋅10 18 ) cm -3 , and at the heteroboundaries with increasing composition (located at the minima of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator), the doping level can be increased 2-3 times. At least p-type Al x Ga 1-x As can be used to create an oxide current aperture, where the central part consists of Al x Ga 1-x As solid solution, where 0.97≤x≤1, and the peripheral part from Al 2 O 3 . This embodiment allows to reduce the height of potential barriers for injected holes (to reduce the operating voltage) and to ensure effective current spreading over the aperture area in p-type layers while maintaining low internal optical losses. In addition, the use of an oxide current aperture allows both effective current and optical limitation to be ensured, and, as a result, a decrease in the threshold current with small lateral dimensions of the current aperture.

В полупроводниковом вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами контактный слой p-типа может быть выполнен из твердого раствора AlyGa1-yAs, где 0,1≤y≤0,25, толщиной, кратной (2k-1)λ/4n, где k>3 - натуральное число. Контактный слой p-типа может быть в среднем легирован акцепторами на уровень P (1⋅1018-3⋅1018) см-3 и иметь периодические (период равен λ/2n) вставки с повышенным в 2-3 раза уровнем легирования, которые располагаются в минимуме электромагнитного поля оптической моды резонатора. Такое выполнение позволяет не только уменьшить поглощение света на свободных носителях в легированных областях p-типа, и одновременно снизить последовательное сопротивление прибора.In a semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts, the p-type contact layer can be made of Al y Ga 1-y As solid solution, where 0.1≤y≤0.25, with a thickness multiple of (2k-1) λ / 4n where k> 3 is a natural number. The p-type contact layer can, on average, be doped with acceptors to the level P (1⋅10 18 -3⋅10 18 ) cm -3 and have periodic (period equal to λ / 2n) inserts with a 2-3-fold increase in doping level, which are located at a minimum of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator. This embodiment allows not only to reduce the absorption of light on free carriers in doped p-type regions, and at the same time reduce the series resistance of the device.

В полупроводниковом вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами фазокорректирующий контактный слой p-типа может располагаться над периферийной частью оксидной токовой апертуры. Фазокорректирующий контактный слой p-типа содержать нижний субслой, выполняющий роль стоп-слоя при селективном травлении, и сильнолегированный верхний субслой. Нижний субслой может быть выполнен из твердого раствора AlxGa1-xAs, где 0.85≤x≤0.95, толщиной 2-5 нм и уровнем легирования акцепторами (1⋅1018-4⋅1018) см-3. Верхний субслой может быть выполнен из GaAs толщиной равной λ/4n и уровнем легирования акцепторами (2⋅1019-1⋅1020) см-3. Такое выполнение позволяет не только снизить контактное сопротивление и сформировать эффективный омический контакт к полупроводниковым слоя p-типа для инжекции дырок в активную среду, но и избежать поглощения света на свободных носителях в сильнолегированный областях p-типа.In a semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts, a p-type phase-correcting contact layer can be located above the peripheral part of the oxide current aperture. The p-type phase-correcting contact layer contains a lower sublayer, which acts as a stop layer for selective etching, and a heavily doped upper sublayer. The lower sublayer can be made of Al x Ga 1-x As solid solution, where 0.85≤x≤0.95, a thickness of 2-5 nm and a doping level of acceptors (1⋅10 18 -4⋅10 18 ) cm -3 . The upper sublayer can be made of GaAs with a thickness equal to λ / 4n and doping level with acceptors (2⋅10 19 -1⋅10 20 ) cm -3 . This embodiment allows not only to reduce contact resistance and form an effective ohmic contact to the p-type semiconductor layer for injection of holes into the active medium, but also to avoid light absorption on free carriers in heavily doped p-type regions.

В полупроводниковом вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами верхний диэлектрический РБО может располагаться на поверхности контактного слоя p-типа непосредственно над центральной частью токовой оксидной апертуры. Верхний диэлектрический РБО может содержать не менее 5 пар чередующихся диэлектрических слоев с разными показателями преломления. В качестве диэлектрических слоев с разными показателями преломления могут быть использованы слои SiO2 и TiO2, или слои SiO2 и SixNy, или другие диэлектрики с высоким контрастом показателей преломления и низким уровнем поглощения в требуемом спектральном диапазоне. При этом каждый слой может иметь толщину λ/4n в этом материале. Такое выполнение позволяет снизить внутренние оптические потери в вертикально-излучающем лазере за счет отсутствия поглощения света на свободных носителях в легированных областях.In a semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts, the upper dielectric RBO can be located on the surface of the p-type contact layer directly above the central part of the current oxide aperture. The upper dielectric DBR may contain at least 5 pairs of alternating dielectric layers with different refractive indices. As dielectric layers with different refractive indices, SiO 2 and TiO 2 layers, or SiO 2 and Si x N y layers, or other dielectrics with a high contrast of the refractive indices and a low absorption level in the required spectral range can be used. Moreover, each layer may have a thickness of λ / 4n in this material. This embodiment allows to reduce the internal optical loss in a vertically emitting laser due to the absence of light absorption on free carriers in doped regions.

Настоящее техническое решение поясняется чертежом, где:This technical solution is illustrated in the drawing, where:

на фиг. 1 приведено схематичное изображение поперечного сечения настоящего вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами;in FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a true vertical-emitting laser with intracavity contacts;

на фиг. 2 представлено сравнение характеристик электрических контактов p-типа для конструкции контактного слоя в соответствии с настоящим изобретением (КС-1) и классической конструкции (КС-2) контактного слоя, отличающийся от конструкции КС-1 отсутствием фазокорректирующего контактного слоя p-типа;in FIG. 2 shows a comparison of the characteristics of p-type electrical contacts for the design of the contact layer in accordance with the present invention (KS-1) and the classical design (KS-2) of the contact layer, which differs from the design of KS-1 by the absence of a phase-correcting p-type contact layer;

на фиг. 3 представлено сравнение вольт-амперных характеристик для двух вариантов конструкций вертикально-излучающих лазеров с внутрирезонаторными контактами: лазер в соответствии с настоящим изобретением (ВИЛ-1) и лазер (ВИЛ-2), отличающийся от конструкции ВИЛ-1 применением верхнего полупроводникового РБО вместо диэлектрического зеркала и отсутствием фазокорректирующего контактного слоя p-типа;in FIG. 3 shows a comparison of the current-voltage characteristics for two designs of vertically emitting lasers with intracavity contacts: a laser in accordance with the present invention (VIL-1) and a laser (VIL-2), which differs from the design of VIL-1 by using an upper semiconductor RBO instead of dielectric mirrors and the absence of a phase-correcting p-type contact layer;

на фиг. 4 приведены спектры лазерной генерации для вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами по настоящему изобретению при разных токах и температурах (C1 - спектр при токе 3 мА и температуре 20°C, C2 - спектр при токе 8 мА и температуре 20°C);in FIG. 4 shows laser generation spectra for a vertically emitting laser with intracavity contacts of the present invention at different currents and temperatures (C1 is a spectrum at a current of 3 mA and a temperature of 20 ° C, C2 is a spectrum at a current of 8 mA and a temperature of 20 ° C);

на фиг. 5 представлены спектры лазерной генерации для вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами по настоящему изобретению при разных токах и температурах (C3 - спектр при токе 2 мА и температуре 20°C, C4 - спектр при токе 2 мА и температуре 90°C);in FIG. 5 shows laser generation spectra for a vertically emitting laser with intracavity contacts of the present invention at different currents and temperatures (C3 is a spectrum at a current of 2 mA and a temperature of 20 ° C, C4 is a spectrum at a current of 2 mA and a temperature of 90 ° C);

на фиг. 6 приведены вольт-амперные (слева) и ватт-амперные (справа) характеристики вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами по настоящему изобретению при разных температуре 20°C (сплошные линии) и температуре 90°C (точечная линия).in FIG. 6 shows the current-voltage (left) and current-watt (right) characteristics of a vertical-emitting laser with intracavity contacts of the present invention at different temperatures of 20 ° C (solid lines) and a temperature of 90 ° C (dotted line).

Настоящий полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами показан на фиг 1. Лазер содержит полуизолирующую подложку 1 из GaAs, буферный слой 2 из GaAs, нижний нелегированный РБО 3, контактный слой 4 n-типа, электрический контакт 5 n-типа, композиционную решетку 6 n-типа, нелегированный оптический резонатор 7, содержащий активную среду на основе по меньшей мере трех слоев 8 квантовых ям, композиционную решетку 9 p-типа, содержащую по меньшей мере одну оксидную токовую апертуру 10, контактный слой 11 p-типа, фазокорректирующий контактный слой 12 p-типа, электрический контакт p-типа 13 и верхний диэлектрический РБО 14.The present semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts is shown in FIG. 1. The laser contains a semi-insulating substrate 1 of GaAs, a buffer layer 2 of GaAs, a lower undoped RBO 3, a contact layer 4 of n-type, an electrical contact 5 of n-type, a composite lattice 6 n-type, undoped optical resonator 7 containing an active medium based on at least three layers of 8 quantum wells, a p-type composite lattice 9 containing at least one oxide current aperture 10, a p-type contact layer 11, phase-correcting p-type contact layer 12, p-type electrical contact 13 and upper dielectric RBO 14.

Нижний нелегированный РБО 3 может содержать по меньшей мере 30 пар чередующихся слоев 15, 16 соответственно из AlxGa1-xAs и AlyGa1-yAs, где 0,85≤x≤0,95 и 0,1≤y≤0,25, каждый слой 15, 16 имеет толщину λ/4n, где n - показатель преломления соответствующего слоя, λ - резонансная длина волны вертикального оптического резонатора.The lower unalloyed RBO 3 may contain at least 30 pairs of alternating layers 15, 16 of Al x Ga 1-x As and Al y Ga 1-y As, respectively, where 0.85≤x≤0.95 and 0.1≤y ≤0.25, each layer 15, 16 has a thickness λ / 4n, where n is the refractive index of the corresponding layer, λ is the resonant wavelength of the vertical optical resonator.

Контактный слой 4 n-типа может быть выполнен толщиной, кратной (2k-1)λ/4n, где k>3 - натуральное число, и состоит из и AlyGa1-yAs, где 0,1≤y≤0,25, n-типа с периодическим профилем легирования по толщине слоя с периодом, равным λ/2n, при среднем уровне легирования N (8⋅1017-2⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования в начале каждого периода, равном (2-3)⋅N. Для инжекции электронов в активную среду на контактном слое 4 n-типа сформирован электрический контакт 5 n-типа.The n-type contact layer 4 can be made in a multiple of (2k-1) λ / 4n, where k> 3 is a natural number, and consists of and Al y Ga 1-y As, where 0.1≤y≤0, 25, n-type with a periodic doping profile over the thickness of the layer with a period equal to λ / 2n, with an average doping level of N (8⋅10 17 -2⋅10 18 ) cm -3 and a maximum doping level at the beginning of each period equal to ( 2-3) ⋅N. For electron injection into the active medium, an n-type electrical contact 5 is formed on the n-type contact layer 4.

Композиционная решетка 6 n-типа может содержать 2-5 пар чередующихся слоев 17, 18 из соответственно AlxGa1-xAs n-типа и AlyGa1-yAs n-типа, где 0,85≤x≤0,95 и 0,1≤y≤0,25, с градиентным изменением состава на гетерограницах по линейному или би-параболическому закону, с периодическим профилем легирования по толщине слоя с периодом легирования, равном λ/2n*, при среднем уровне легирования N (1⋅1018-2⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования на гетерогранице с возрастанием состава, равном (2-3)⋅N, при этом каждая пара слоев выполнена толщиной, равной λ/2n*, где n* - усредненное значение показателя преломления для данных слоев.Composite lattice 6 n-type may contain 2-5 pairs of alternating layers 17, 18 of, respectively, Al x Ga 1-x As n-type and Al y Ga 1-y As n-type, where 0,85≤x≤0, 95 and 0.1≤y≤0.25, with a gradient change in the composition at heterointerfaces according to a linear or bi-parabolic law, with a periodic doping profile over the layer thickness with a doping period equal to λ / 2n * , with an average doping level N (1 ⋅10 18 -2⋅10 18 ) cm -3 and the maximum doping level at the heterointerface with increasing composition equal to (2-3) ⋅N, with each pair of layers being made with a thickness equal to λ / 2n * , where n * is the the unified value of the refractive index for these layers.

Нелегированный оптический резонатор 7 может быть выполнен толщиной, кратной kλ/n*, где k - натуральное число, и состоит из слоя 19 из AlyGa1-yAs, где 0.15≤y≤0.4, в центре которого расположена активная область 8.The undoped optical resonator 7 can be made in a multiple of kλ / n * , where k is a natural number, and consists of a layer 19 of Al y Ga 1-y As, where 0.15≤y≤0.4, in the center of which the active region 8 is located.

Активная среда 8 может содержать по меньшей мере три слоя квантовых ям 20 толщиной 3-10 нм из InxGa1-xAs, где 0,05≤x≤0,1, и отделенных друг от друга слоями 21 из AlyGa1-yAs, где 0,15≤y≤0,4, толщиной 5-10 нм.The active medium 8 may contain at least three layers of quantum wells 20 with a thickness of 3-10 nm from In x Ga 1-x As, where 0.05≤x≤0.1, and separated from each other by layers 21 of Al y Ga 1 -y As, where 0.15≤y≤0.4, 5-10 nm thick.

Композиционная решетка 9 p-типа может быть выполнена из 3-8 пар чередующихся слоев 22, 23, из AlxGa1-xAs p-типа и AlyGa1-yAs p-типа, где 0,85≤x≤0,95 и 0,1≤y≤0,25, с градиентным изменением состава на гетерограницах по линейному или би-параболическому закону, с периодическим профилем легирования по толщине слоя с периодом легирования, равном λ/2n*, при среднем уровне легирования P (1⋅1018-2⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования на гетерогранице с возрастанием состава, равном (2-3)⋅P, при этом каждая пара слоев выполнена толщиной, равной λ/2n*, где n* - усредненное значение показателя преломления для данных слоев.The p-type composite lattice 9 can be made of 3-8 pairs of alternating layers 22, 23, of p-type Al x Ga 1-x As and p-type Al y Ga 1-y As, where 0.85≤x≤ 0.95 and 0.1≤y≤0.25, with a gradient change in the composition at the heteroboundaries according to a linear or bi-parabolic law, with a periodic doping profile over the layer thickness with a doping period equal to λ / 2n * , with an average doping level P (1⋅10 18 -2⋅10 18 ) cm -3 and the maximum doping level at the heterointerface with an increase in composition equal to (2-3) ⋅P, with each pair of layers being made with a thickness equal to λ / 2n * , where n * - averaged e is the refractive index value for these layers.

При этом в композиционной решетке p-типа по меньшей мере один слой из AlxGa1-xAs p-тип может являться оксидной токовой апертурой 10 и в латеральном направлении состоять из центральной части 24, выполненной из AlxGa1-xAs, где 0,97≤x≤1, и периферийной части 25, выполненной из A2O3.Moreover, in the p-type composite lattice, at least one layer of Al x Ga 1-x As p-type may be an oxide current aperture 10 and consist in the lateral direction of the central part 24 made of Al x Ga 1-x As, where 0.97≤x≤1, and the peripheral part 25 made of A 2 O 3 .

Контактный слой 11 p-типа может содержать слой AlyGa1-yAs, где 0,1≤y≤0,25, p-типа толщиной, кратной (2k-1)λ/4n, где k>3 - натуральное число, с периодическим профилем легирования по толщине слоя, с периодом равным λ/2n, при среднем уровне легирования P (1⋅1018-3⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования в конце периода, (2-3)⋅P.The p-type contact layer 11 may contain an Al y Ga 1-y As layer, where 0.1≤y≤0.25, p-type thickness multiple of (2k-1) λ / 4n, where k> 3 is a natural number , with a periodic doping profile over the layer thickness, with a period equal to λ / 2n, with an average doping level P (1⋅10 18 -3⋅10 18 ) cm -3 and a maximum doping level at the end of the period, (2-3) 2-3P .

Фазокорректирующий контактный слой 12 p-типа может быть расположен над периферийной частью оксидной токовой апертуры 25, то есть за пределами излучающей области, и содержать нижний субслой 26 AlxGa1-xAs, где 0,85≤x≤0,95, p-типа с уровнем легирования (1⋅1018-4⋅1018) см-3 толщиной 2-5 нм, и верхний субслой 27 из GaAs p-типа с уровнем легирования (2⋅1019-1⋅1020) см-3 и толщиной λ/4n. Для инжекции дырок в активную среду на фазокорректирующем контактном слое 12 p-типа может быть сформирован электрический контакт 13 p-типа.The p-type phase-correcting contact layer 12 can be located above the peripheral part of the oxide current aperture 25, that is, outside the emitting region, and contain a lower sublayer 26 Al x Ga 1-x As, where 0.85≤x≤0.95, p -type with a doping level (1 1810 18 -4⋅10 18 ) cm -3 2-5 nm thick, and the upper sublayer 27 of p-type GaAs with a doping level (2⋅10 19 -1 2010 20 ) cm - 3 and with a thickness of λ / 4n. For injecting holes into the active medium, a p-type electrical contact 13 can be formed on the phase-correcting contact layer 12 of the p-type.

Верхний диэлектрический РБО 14 может примыкать к контактному слою p-типа 11 непосредственно над центральной частью оксидной токовой апертуры и содержать, например, не менее 5 пар чередующихся диэлектрических слоев 28, 29 соответственно из SiO2 и TiO2, где каждый слой имеет толщину λ/4n. Альтернативным вариантом является использование слоев SiO2 и SixNy.The upper dielectric RBO 14 can adjoin the p-type contact layer 11 directly above the central part of the oxide current aperture and contain, for example, at least 5 pairs of alternating dielectric layers 28, 29 of SiO 2 and TiO 2 , respectively, where each layer has a thickness λ / 4n. An alternative is to use SiO 2 and Si x N y layers.

Длина волны лазерной генерации в основном определяется спектральным положением резонансной длины волны вертикального оптического резонатора, поэтому путем выбора толщин и состава слоев длину волны генерации лазера можно варьировать в спектральном диапазоне 830-900 нм.The wavelength of laser generation is mainly determined by the spectral position of the resonant wavelength of the vertical optical resonator, therefore, by choosing the thickness and composition of the layers, the laser generation wavelength can be varied in the spectral range of 830-900 nm.

Важным фактором, обуславливающим преимущество полупроводникового вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами, является наличие легированных композиционных решеток на пути носителей заряда, инжектируемых в активную среду. Конструкция композиционных решеток содержит несколько гетерограниц AlxGa1-xAs-AlyGa1-yAs (где x≠y), которые создают барьеры для вертикального транспорта носителей заряда, тем самым обеспечивая эффективное растекание тока по площади апертуры. Чтобы избежать роста рабочего напряжения и последовательного сопротивления лазера высота барьеров минимизирована путем применения градиентного профиля изменения состава в сочетании с модулированным-легированием. Кроме того, одновременное применение легированных композиционных решеток обоих типов позволяет эффективного управлять распределением электромагнитного поля оптической моды резонатора в лазере и уменьшить уровень поглощения света на свободных носителях в легированных контактных слоях, особенно в слоях p-типа. Другим важным фактором настоящей конструкции лазера является применение сильнолегированного фазокорректирующего контактного слоя p-типа непосредственно над периферийной частью оксидной токовой апертуры. Это позволяет обеспечить низкое контактное сопротивление к полупроводниковым слоям p-типа без внесения дополнительных оптических потерь, обусловленных поглощением света на свободных носителях в сильнолегированном слое p-типа.An important factor determining the advantage of a semiconductor vertically emitting laser with intracavity contacts is the presence of doped composite gratings in the path of charge carriers injected into the active medium. The design of composite gratings contains several Al x Ga 1-x As-Al y Ga 1-y As heterointerfaces (where x ≠ y), which create barriers for the vertical transport of charge carriers, thereby ensuring effective current spreading over the aperture area. In order to avoid an increase in the operating voltage and the series resistance of the laser, the height of the barriers is minimized by applying the gradient profile of the composition change in combination with modulated doping. In addition, the simultaneous use of doped composite gratings of both types can effectively control the distribution of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator in the laser and reduce the level of light absorption on free carriers in doped contact layers, especially in p-type layers. Another important factor in the present laser design is the use of a heavily doped phase-correcting p-type contact layer directly above the peripheral part of the oxide current aperture. This makes it possible to provide low contact resistance to p-type semiconductor layers without introducing additional optical losses due to light absorption on free carriers in a heavily doped p-type layer.

Важной особенностью настоящей конструкции вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами является расположение сильнолегированного верхнего субслоя из GaAs p-типа непосредственно на поверхности. Это позволяет существенно снизить контактное сопротивление и существенно упростить технологию формирования p-контакта, поскольку исчезает необходимость прецизионного вскрытия внутрирезонаторного контактного слоя p-типа. Другой важной особенностью является наличие нижнего субслоя из твердого раствора AlxGa1-xAs, который может быть использован для прецизионного удаления верхнего субслоя в пределах излучающей области, что обеспечивает снижение оптических потерь и точное фазовое согласования между полупроводниковой частью оптического резонатора и вверхним диэлектрическим РБО.An important feature of the present design of a vertical-emitting laser with intracavity contacts is the location of the heavily doped p-type GaAs upper sublayer directly on the surface. This makes it possible to significantly reduce the contact resistance and significantly simplify the technology of p-contact formation, since the need for precision opening of the p-type intracavity contact layer disappears. Another important feature is the presence of a lower sublayer from Al x Ga 1-x As solid solution, which can be used for the precision removal of the upper sublayer within the emitting region, which ensures a reduction in optical losses and exact phase matching between the semiconductor part of the optical resonator and the upper dielectric RBO .

Настоящий вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами работает следующим образом. При приложении к лазеру прямого смещения (т.е. отрицательное напряжение подают на электрический контакт 5 n-типа, а положительное напряжение подают на электрический контакт 13 p-типа) происходит инжекция электронов и дырок в нелегированный оптический резонатор 7. В результате в активной области 8 одновременно появляются электроны и дырки, которые захватываются в квантовые ямы 19. Слои 21, окружающие квантовые ямы 19, подавляют обратный процесс - тепловой выброс носителей из квантовых ям. В зависимости от толщины и состава квантовых ям 19 эффективная излучательная рекомбинация через основное состояние квантовой ямы может наблюдаться в спектральном диапазоне 830-900 нм. С ростом тока накачки в квантовых ямах 19 создается избыточная (по отношению к равновесной) концентрация носителей заряда, т.е. возникает инверсия заселенности активной области 8. При этом фотон, рожденный в результате рекомбинации электрона и дырки на основном состоянии квантовой ямы 19 в режиме спонтанного излучения, стимулирует рождение нового фотона со свойствами налетевшего фотона (т.н. вынужденное излучение) и запускает процесс лавинного умножения фотонов (т.н. оптическое усиление). Нижний нелегированный РБО 3 и верхний диэлектрический РБО 14 создают выделенное направление распространения света и формируют положительную обратную связь, необходимую для поддержания лазерной генерации. Фазокорректирующий контактный слой 12 p-типа согласовывает набег фазы при распространении света в полупроводниковой части оптического резонатора лазера с набегом фазы в диэлектрическом РБО. Так как характерная длина резонатора вертикально-излучающего лазера не превышает нескольких микрон, то межмодовый интервал для продольных мод обычно больше, чем ширина спектра усиления активной области 8. В этой связи параметры квантовых ям 19 выбирают так, чтобы согласовать максимум спектра усиления активной области 8 с резонансной длиной волны вертикально-излучающего лазера. С ростом тока накачки оптическое усиление вблизи резонансной длины волны растет, однако лазерная генерация возникает только тогда, когда усиление становится равным сумме потерь на вывод излучения и внутренних оптических потерь (пороговый ток). Оксидная токовая апертура 10 ограничивает область инжекции носителей заряда в латеральном направлении и увеличивает плотность тока в активной области 8, а легированные композиционные решетки 6 и 9 обеспечивают эффективное растекание тока в пределах области возбуждения (т.е. по площади оксидной токовой апертуры 10). Благодаря сильному скачку показателя преломления периферийной части 25 относительно центральной части 24, оксидная токовая апертура 10 также формирует эффективный латеральный волновод, который локализует поперечные оптические моды резонатора в области возбуждения, что позволяет получать эффективную лазерную генерацию при малым размерах токовой апертуры. Лазерное излучение выводится через верхнее диэлектрическое РБО 14. Конструкция фазокорректирующего контактного слоя 12 p-типа также обеспечивает эффективный омический контакт к полупроводниковым слоя p-типа и способствует снижению последовательного сопротивления лазера.This vertical-emitting laser with intracavity contacts operates as follows. When a direct bias is applied to the laser (i.e., a negative voltage is applied to the n-type electrical contact 5, and a positive voltage is applied to the p-type electrical contact 13), electrons and holes are injected into the undoped optical resonator 7. As a result, in the active region 8, electrons and holes appear simultaneously, which are trapped in the quantum wells 19. The layers 21 surrounding the quantum wells 19 suppress the reverse process — the thermal emission of carriers from the quantum wells. Depending on the thickness and composition of the quantum wells 19, effective radiative recombination through the ground state of the quantum well can be observed in the spectral range of 830-900 nm. With increasing pump current in the quantum wells 19, an excess (with respect to the equilibrium) concentration of charge carriers is created, i.e. an inversion of the active region population occurs 8. In this case, a photon generated as a result of the recombination of an electron and a hole in the ground state of a quantum well 19 in the spontaneous emission mode stimulates the production of a new photon with the properties of an incident photon (the so-called stimulated emission) and starts the process of avalanche multiplication photons (the so-called optical gain). The lower undoped RBO 3 and the upper dielectric RBO 14 create a distinguished direction of light propagation and form the positive feedback necessary to maintain laser generation. The p-type phase-correcting contact layer 12 matches the phase incursion during the propagation of light in the semiconductor part of the laser optical resonator with the phase incidence in the dielectric DBR. Since the characteristic cavity length of a vertically emitting laser does not exceed several microns, the intermode interval for longitudinal modes is usually greater than the width of the gain spectrum of the active region 8. In this connection, the parameters of the quantum wells 19 are chosen so as to match the maximum of the gain spectrum of the active region 8 s resonant wavelength of a vertically emitting laser. With an increase in the pump current, the optical gain near the resonance wavelength increases, however, laser generation occurs only when the gain becomes equal to the sum of the losses due to radiation output and internal optical losses (threshold current). The oxide current aperture 10 restricts the injection region of charge carriers in the lateral direction and increases the current density in the active region 8, and the doped composite lattices 6 and 9 provide effective current spreading within the excitation region (i.e., over the area of the oxide current aperture 10). Due to the strong jump in the refractive index of the peripheral part 25 relative to the central part 24, the oxide current aperture 10 also forms an effective lateral waveguide that localizes the transverse optical modes of the resonator in the excitation region, which makes it possible to obtain efficient laser generation at small sizes of the current aperture. Laser radiation is output through the upper dielectric RBO 14. The design of the phase-correcting p-type contact layer 12 also provides effective ohmic contact to the p-type semiconductor layer and helps to reduce the series resistance of the laser.

Пример 1. В данном примере представлено сравнение характеристик электрических контактов p-типа для двух вариантов конструкции контактного слоя p-типа. Эпитаксиальные гетероструктуры были изготовлены методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Была изготовлена полупроводниковая структура, содержащая контактный слой p-типа и фазокорректирующий контактный слой p-типа в соответствии с настоящим изобретением (далее КС-1). Контактный слой p-типа был выполнен из твердого раствора Al 0.2 Ga 0. 8 As толщиной равной 1.75 резонансной длины волны вертикального оптического резонатора в этом материале. Контактный слой p-типа был в среднем легирован акцепторами на уровень 1⋅1018 см-3 и содержал три сильнолегированные (около 6⋅1018 см-3) вставки толщиной 20 нм, которые были расположены в минимуме электромагнитного поля оптической моды резонатора. Фазокорректирующий контактный слой p-типа содержал нижний субслой, выполненный из твердого раствора Al 0 .9 Ga 0 .1 As толщиной 2 нм, и верхний субслой из GaAs p-типа с уровнем легирования 5⋅1019 см-3. В КC-1 для формирования электрических контактов к полупроводниковым слоя p-типа использовалась металлизация Ti/Pt/Au, обеспечивающая низкое сопротивление к сильно легированным слоям GaAs p-типа и высокую надежность. Для сравнения была изготовлена полупроводниковая структура, содержащая только контактный слой p-типа аналогичной конструкции (далее КС-2), представляющая собой классический вариант контакта p-типа, используемый в вертикально-излучающих лазерах с внутрирезонаторными контактами. Поскольку металлизация Ti/Pt/Au не обеспечивает формирование нормального омического контакта к слоям из твердого раствора Al 0 .15 Ga 0 .85 As, легированным p-типом, в КС-2 для формирования контактов использовалась металлизация ZnAu, обеспечивающая формирование омических контактов к легированным слоям Al 0 .15 Ga 0 .85 As p-типа, но не оптимальная с точки зрения долговременной надежности. Было проведено сравнение последовательного сопротивления контактного сопротивления в полупроводниковой структуре контакта p-типа, сформированной в соответствии с настоящим изобретением, и в полупроводниковой структуре контакта p-типа классической конструкции (фиг. 2). Контроль величины контактного сопротивления проводился методом длинной линии с использованием стандартных соотношений: R=Rs⋅L/W+2⋅Rc, и ρc=Rs⋅Lt 2, где 2⋅Rs - контактное сопротивление двух контактов, между которыми пропускают ток, Rc - погонное контактное сопротивление, ρc - удельное контактное сопротивление контакта, W - ширина прямоугольного контакта (в нашем случае 100 мкм), L - интервалы между контакта, Lt - длина переноса тока от края в глубь контакта. Из анализа приведенных данных следует, что настоящая конструкция контакта p-типа обеспечивает снижение величины удельного контактного сопротивления примерно в полтора раза (до уровня менее 1⋅10-5 Ом⋅см-2). При этом величина погонного контактного сопротивления уменьшается примерно в пять раз (от 0,8 Ом⋅мм до 0,15 Ом⋅мм), что свидетельствует о существенном улучшении растекания тока за счет наличия сильнолегированного субслоя GaAs p-типа. В результате, как показано в примере 2, существенно уменьшается общая величина последовательного сопротивления лазера.Example 1. In this example, a comparison is made of the characteristics of p-type electrical contacts for two p-type contact layer designs. Epitaxial heterostructures were fabricated by molecular beam epitaxy. A semiconductor structure was made containing a p-type contact layer and a phase-correcting p-type contact layer in accordance with the present invention (hereinafter KS-1). The p-type contact layer was made of solid solution.Al 0.2 Ga 0. 8 As a thickness equal to 1.75 of the resonant wavelength of the vertical optical resonator in this material. The p-type contact layer was on average doped with acceptors to the level of 1⋅10eighteen cm-3 and contained three heavily doped (about 6⋅10eighteen cm-3) inserts with a thickness of 20 nm, which were located at the minimum of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator. The p-type phase-correcting contact layer contained a lower sublayer made of solid solutionAl 0 .9 Ga 0 .one As 2 nm thick, and the upper sublayer of p-type GaAs with a doping level of 5⋅1019 cm-3. In KC-1, Ti / Pt / Au metallization was used to form electrical contacts to the p-type semiconductor layer, providing low resistance to heavily doped p-type GaAs layers and high reliability. For comparison, a semiconductor structure was made containing only a p-type contact layer of a similar design (hereinafter KS-2), which is a classic version of the p-type contact used in vertically emitting lasers with intracavity contacts. Since the metallization of Ti / Pt / Au does not provide the formation of normal ohmic contact to the layers from the solid solutionAl 0 .fifteen Ga 0 .85 Asdoped with p-type, in KS-2, ZnAu metallization was used to form contacts, which ensures the formation of ohmic contacts to doped layersAl 0 .fifteen Ga 0 .85 As p-type, but not optimal in terms of long-term reliability. A comparison was made of the series resistance of the contact resistance in the p-type semiconductor contact structure formed in accordance with the present invention and in the p-type semiconductor contact structure of the classical design (Fig. 2). Contact resistance was monitored using the long line method using standard ratios: R = Rs⋅L / W + 2⋅Rc, and ρc= Rs⋅Lt 2where 2⋅Rs - contact resistance of two contacts between which a current is passed, Rc - linear contact resistance, ρc is the specific contact resistance of the contact, W is the width of the rectangular contact (in our case, 100 μm), L is the interval between the contact, Lt - the length of the current transfer from the edge into the depth of contact. From the analysis of the data given, it follows that the present p-type contact design provides a decrease in the specific contact resistance by about one and a half times (to a level of less than 1⋅10-5 Ohmcm-2) The linear contact resistance decreases by about five times (from 0.8 Ohm разmm to 0.15 Ohm⋅mm), which indicates a significant improvement in current spreading due to the presence of a heavily doped p-type GaAs sublayer. As a result, as shown in Example 2, the total value of the series resistance of the laser is significantly reduced.

Пример 2. В данном примере представлено сравнение вольт-амперных характеристик для двух вариантов конструкции вертикально-излучающих лазеров с внутрирезонаторными контактами спектрального диапазона 850 нм. Эпитаксиальные гетероструктуры лазеров были изготовлены методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Был изготовлен полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами в соответствии с настоящим изобретением (далее ВИЛ-1 на фиг. 3). Нижний нелегированный РБО содержал 31 пару чередующихся слоев Al 0 .9 Ga 0 .1 As и Al 0 .15 Ga 0 .85 As, каждый толщиной равной 1/4 резонансной длины волны вертикально-излучающего лазера. Контактный слой n-типа был выполнен из твердого раствора Al0,15Ga0,85As толщиной равной 1,75 резонансной длины волны вертикально-излучающего лазера. Контактный слой n-типа был в среднем легирован донорами на уровень 1⋅1018 см-3 и содержал три сильнолегированные (около 6⋅1018 см-3) вставки толщиной 20 нм, которые были расположены в минимуме электромагнитного поля оптической моды резонатора. Композиционная решетка n-типа содержала 5 пар чередующихся слоев Al0,9Ga0,1As и Al0,15Ga0,85As p-типа, с градиентным изменением состава на гетерограницах по би-параболическому закону протяженностью 19 нм. Композиционная решетка n-типа была в среднем легирована донорами на уровень 1,5⋅1018 см-3 с двукратным повышением уровня легирования на гетерогранице с возрастанием состава. Композиционная решетка p-типа содержала 6 пар чередующихся слоев Al0,9Ga0,1As и Al0,15Ga0,85As p-типа, с градиентным изменением состава на гетерограницах по би-параболическому закону протяженностью 19 нм. Композиционная решетка p-типа была в среднем легирована акцепторами на уровень 2⋅1018 см-3 с двукратным повышением уровня легирования на гетерогранице с возрастанием состава. При этом один слой AlGaAs с высоким составом по Al служит для формирования оксидной токовой апертуры. Контактный слой p-типа был выполнен из твердого раствора Al0,15Ga0.85As толщиной равной 1,75 резонансной длины волны вертикального оптического резонатора в этом материале. Контактный слой p-типа был в среднем легирован акцепторами на уровень 1⋅1018 см-3 и содержал три сильнолегированные (около 6⋅1018 см-3) вставки толщиной 20 нм, которые были расположены в минимуме электромагнитного поля оптической моды резонатора. Фазокорректирующий контактный слой p-типа содержал нижний субслой, выполненный из твердого раствора Al0,9Ga0,1As толщиной 2 нм, и верхний субслой из GaAs p-типа с уровнем легирования 5⋅1019 см-3. Верхний диэлектрический РБО содержал 6 пар чередующихся слоев SiO2 и TiO2, каждый толщиной равной λ/4n. Также был изготовлен полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами, отличающийся от конструкции ВИЛ-1 применением верхнего полупроводникового РБО вместо диэлектрического зеркала и отсутствием фазокорректирующего контактного слоя p-типа (далее ВИЛ-2). В обоих вариантах лазеров для формирования электрических контактов к полупроводниковым слоя p-типа использовалась металлизация MgAg/Ni/Au, обеспечивающая формирование омических контактов к умеренно и сильно легированным слоям p-типа при слабой диффузии, а для формирования электрических контактов к полупроводниковым слоя n-типа использовалась металлизация AuGe/Ni/Au. Методом селективного окисления в парах воды в обоих вариантах лазеров были сформированы оксидные токовые апертуры размером 2-3 мкм. Было проведено сравнение вольт-амперных характеристик описанных выше вертикально-излучающих лазеров с внутрирезонаторными контактами (фиг. 3). Из анализа приведенных данных следует, что предложенная конструкция вертикально-излучающих лазеров с внутрирезонаторными контактами (ВИЛ-1) обеспечивает снижение последовательного дифференциального сопротивления (с 270-300 Ом до 170-200 Ом) и уменьшение падения напряжение примерно на 0,5 B по сравнению с лазером ВИЛ-2, что можно объяснить существенным снижением сопротивления омического контакта p-типа и улучшением однородности растекания носителей заряда по площади токовой апертуры (особенно в слоях p-типа, где подвижность дырок мала). Следует отметить, что полученные значения последовательного сопротивления и рабочего напряжения заметно ниже даже по сравнению с типичными значениями данных параметров для выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 980 нм с легированными РБО и аналогичным размером токовой апертуры, где омический контакт формируется к слоям сильно легированного p-GaAs, (A. Mutig, et al., «Temperature-Dependent Small-Signal Analysis of High-Speed High-Temperature Stable 980-nm VCSELs», J. Sel. Topics Quantum Electron. 15, 679-686, 2009). Более того, достигнутые значения последовательного сопротивления и рабочего напряжения сравнимы со значениями данных параметров для вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 850 нм с легированными РБО и аналогичным размером токовой апертуры, выращенных методом газофазной эпитаксии из паров металлорганических соединений (J.A. Lott, et al. «Arrays of 850 nm photodiodes and vertical cavity surface emitting lasers for 25 to 40 Gbit/s optical interconnects», Phys. Status Solidi С 9, 292, 2011).Example 2. In this example, a comparison of the current-voltage characteristics for two design options of vertical-emitting lasers with intracavity contacts of a spectral range of 850 nm is presented. Epitaxial laser heterostructures were fabricated by molecular beam epitaxy. A semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts was made in accordance with the present invention (hereinafter VIL-1 in FIG. 3). The lower DBR undoped contained 31 pairs of alternating layers of Al 0 .9 Ga 0 .1 As and Al 0 0 .15 Ga .85 As, thickness equal to each quarter of the resonance wavelength VCSELs. The n-type contact layer was made of Al 0.15 Ga 0.85 As solid solution with a thickness equal to 1.75 of the resonant wavelength of a vertically emitting laser. The n-type contact layer was, on average, doped with donors at a level of 1 × 10 18 cm -3 and contained three heavily doped (about 6 × 10 18 cm -3 ) inserts 20 nm thick, which were located at the minimum of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator. The n-type composite lattice contained 5 pairs of alternating layers of Al 0.9 Ga 0.1 As and Al 0.15 Ga 0.85 As p-type, with a gradient composition change at the heteroboundaries according to the bi-parabolic law with a length of 19 nm. The n-type composite lattice was on average doped with donors at a level of 1.5 × 18 18 cm -3 with a twofold increase in the level of doping at the heterointerface with an increase in composition. The p-type composite lattice contained 6 pairs of alternating layers of Al 0.9 Ga 0.1 As and Al 0.15 Ga 0.85 As p-type, with a gradient composition change at the heteroboundaries according to the bi-parabolic law with a length of 19 nm. The p-type composite lattice was, on average, doped with acceptors to a level of 2⋅10 18 cm -3 with a twofold increase in the level of doping at the heterointerface with an increase in the composition. In this case, one AlGaAs layer with a high Al composition serves to form an oxide current aperture. The p-type contact layer was made of an Al 0.15 Ga 0.85 As solid solution with a thickness equal to 1.75 of the resonant wavelength of the vertical optical resonator in this material. The p-type contact layer was, on average, doped with acceptors to a level of 1 × 10 18 cm -3 and contained three heavily doped (about 6 × 10 18 cm -3 ) inserts with a thickness of 20 nm, which were located at the minimum of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator. The p-type phase-correcting contact layer contained a lower sublayer made of a solid solution of Al 0.9 Ga 0.1 As 2 nm thick and an upper sublayer of p-type GaAs with a doping level of 5-10 19 cm -3 . The upper dielectric DBR contained 6 pairs of alternating layers of SiO 2 and TiO 2 , each with a thickness equal to λ / 4n. A semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts was also made, which differs from the VIL-1 design by the use of an upper semiconductor RBO instead of a dielectric mirror and the absence of a p-type phase-correcting contact layer (hereinafter VIL-2). In both laser variants, MgAg / Ni / Au metallization was used to form electrical contacts to the p-type semiconductor layer, providing ohmic contacts to moderately and heavily doped p-type layers with weak diffusion, and to form electrical contacts to the n-type semiconductor layer metallization AuGe / Ni / Au was used. Using selective oxidation in water vapor, oxide current apertures of 2–3 μm in size were formed in both laser variants. A comparison was made of the current – voltage characteristics of the above vertically emitting lasers with intracavity contacts (Fig. 3). From the analysis of the data presented, it follows that the proposed design of vertical-emitting lasers with intracavity contacts (VIL-1) provides a decrease in the series differential resistance (from 270-300 Ohms to 170-200 Ohms) and a decrease in the voltage drop by about 0.5 V compared with a VIL-2 laser, which can be explained by a significant decrease in the resistance of the p-type ohmic contact and an improvement in the uniformity of the spreading of charge carriers over the area of the current aperture (especially in p-type layers, where the hole mobility is small). It should be noted that the obtained values of the series resistance and operating voltage are noticeably lower even compared to typical values of these parameters for 980 nm vertically emitting lasers grown by molecular beam epitaxy with doped DBRs and a similar current aperture size, where the ohmic contact forms highly doped p-GaAs layers, (A. Mutig, et al., “Temperature-Dependent Small-Signal Analysis of High-Speed High-Temperature Stable 980-nm VCSELs”, J. Sel. Topics Quantum Electron. 15, 679- 686, 2009). Moreover, the achieved values of the series resistance and operating voltage are comparable with the values of these parameters for vertically emitting lasers of the spectral range of 850 nm with doped RBOs and a similar size of the current aperture grown by gas-phase epitaxy from vapors of organometallic compounds (JA Lott, et al. "Arrays of 850 nm photodiodes and vertical cavity surface emitting lasers for 25 to 40 Gbit / s optical interconnects ", Phys. Status Solidi (9, 292, 2011).

Пример 3. Был изготовлен опытный образец полупроводникового вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами спектрального диапазона 850 нм в соответствии с настоящим изобретением с размером оксидной токовой апертуры 4-5 мкм. Конструкция данного вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами аналогична описанию лазера ВИЛ-1, приведенному в примере 2, за исключением размера оксидной токовой апертуры. Эпитаксиальная гетероструктура лазера была синтезирована методом молекулярно-пучковой эпитаксии. В качестве активной среды были использованы пять квантовых ям InxGa1-xAs с концентрацией In порядка 10%. Толщины квантовых ям и высота барьеров были выбраны так, чтобы пик спектра фотолюминесценции (фактически совпадает с максимумом спектра усиления) был смещен в коротковолновую сторону относительно проектного значения резонансной длины волны вертикального оптического резонатора на 15 нм для повышения температурной стабильности характеристик лазеров. Лазерные диоды продемонстрировали многомодовую лазерную генерацию в непрерывном режиме с пороговым током менее 1,5 мА и дифференциальной эффективностью более 0,6 Вт/A в диапазоне температуре 20-90°C (фиг. 4). Последовательное дифференциальное сопротивление на линейном участке ватт-амперной характеристики составило 100-130 Ом. Пороговое напряжение (напряжение при пороговом токе) лежит в диапазоне 1.8-1.9 В. Длина волны излучения лазеров варьировалась в диапазоне длин волн 845-860 нм при изменении рабочего тока и/или температуры (фиг. 5, фиг. 6). Следует отметить, что пороговый ток и дифференциальная эффективность взаимосвязаны через потери на вывод излучения, поэтому повышение дифференциальной эффективности ведет к росту порогового тока.Example 3. A prototype semiconductor vertically emitting laser with intracavity contacts of a spectral range of 850 nm was manufactured in accordance with the present invention with an oxide current aperture size of 4-5 μm. The design of this vertical-emitting laser with intracavity contacts is similar to the description of the VIL-1 laser given in Example 2, except for the size of the oxide current aperture. The epitaxial laser heterostructure was synthesized by molecular beam epitaxy. Five In x Ga 1-x As quantum wells with an In concentration of about 10% were used as an active medium. The thicknesses of the quantum wells and the height of the barriers were chosen so that the peak of the photoluminescence spectrum (actually coincides with the maximum of the gain spectrum) was shifted to the short-wavelength direction relative to the design value of the resonance wavelength of the vertical optical resonator by 15 nm to increase the temperature stability of the laser characteristics. Laser diodes demonstrated multimode laser generation in continuous mode with a threshold current of less than 1.5 mA and a differential efficiency of more than 0.6 W / A in the temperature range of 20-90 ° C (Fig. 4). The serial differential resistance in the linear section of the watt-ampere characteristic was 100-130 Ohms. The threshold voltage (voltage at the threshold current) lies in the range of 1.8-1.9 V. The wavelength of the laser radiation varied in the wavelength range of 845-860 nm with a change in the operating current and / or temperature (Fig. 5, Fig. 6). It should be noted that the threshold current and differential efficiency are interconnected through losses on the output of radiation, therefore, an increase in the differential efficiency leads to an increase in the threshold current.

Для сравнения технического уровня предложенного решения был выбран вертикально-излучающий лазер спектрального диапазона 980 нм с двумя внутрирезонаторными контактами и двумя нелегированными полупроводниковыми РБО (Y.M. Song et al., «Low thermal resistance, high-speed 980 nm asymmetric intracavity-contacted oxide-aperture VCSEL», Phys. Status Solidi A 206, 1631 (2009)). Известно, что вертикально-излучающие лазеры спектрального диапазона 980 нм обладают наилучшими характеристиками среди лазеров такого типа ближнего ИК-диапазона. Рассматриваемая конструкция лазера позволяет использовать металлизацию Pt/Ti/Pt/Au для формирования омического контакта к слоям p-GaAs. Лазерные диоды демонстрируют многомодовую генерацию в непрерывном режиме. Длина волны излучения лазеров с размером токовой апертуры 7 мкм варьировалась в диапазоне длин волн 970-985 нм при изменении рабочего тока и/или температуры. С ростом температуры пороговый ток стремительно увеличивается с 0.8 мА при температуре 20°C до 2 мА при температуре 90°C, а дифференциальная эффективность падает от величины 0.39 Вт/A при температуре 20°C до уровня 0.25 Вт/A при температуре 90°C. Таким образом, разработанный вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами в соответствии с настоящим изобретением обладает меньшим значением последовательного сопротивления и порогового напряжения, повышенной температурной стабильностью, более высокой дифференциальной эффективностью и пониженным пороговым током. Более того, достигнутые показатели по ряду позиций не уступают характеристикам вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 850 нм с полностью легированными РБО и идентичным размером токовой апертуры, синтезированным методом газофазной эпитаксии из паров металлорганических соединений на промышленном оборудовании (S.A. Blokhin, et al. «850 nm Optical Components for 25 Gb/s Optical Fiber Data Communication Links over 100 m at 85°C», Proc. of SPIE-OSA-IEEE 8308, 830819, 2011). Дальнейшее улучшение характеристик вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, связано с применением технологии плазмохимического осаждения из паровой газовой фазы для формирования диэлектрического зеркала, что обеспечит улучшения точности контроля толщины и показателя преломления слоев.To compare the technical level of the proposed solution, a 980 nm vertical-emitting laser with two intracavity contacts and two undoped semiconductor RBOs was chosen (YM Song et al., “Low thermal resistance, high-speed 980 nm asymmetric intracavity-contacted oxide-aperture VCSEL "Phys. Status Solidi A 206, 1631 (2009)). It is known that vertically emitting lasers of the spectral range of 980 nm have the best characteristics among lasers of this type of near-infrared. The laser design under consideration makes it possible to use Pt / Ti / Pt / Au metallization to form an ohmic contact to p-GaAs layers. Laser diodes demonstrate multimode lasing in cw mode. The radiation wavelength of lasers with a current aperture size of 7 μm varied in the wavelength range of 970–985 nm with a change in the operating current and / or temperature. With increasing temperature, the threshold current rapidly increases from 0.8 mA at 20 ° C to 2 mA at 90 ° C, and differential efficiency decreases from 0.39 W / A at 20 ° C to 0.25 W / A at 90 ° C . Thus, the developed vertical-emitting laser with intracavity contacts in accordance with the present invention has a lower value of series resistance and threshold voltage, increased temperature stability, higher differential efficiency and lower threshold current. Moreover, the achieved indices in a number of positions are not inferior to those of vertically emitting lasers of the spectral range of 850 nm with completely doped RBOs and the identical size of the current aperture synthesized by gas-phase epitaxy from vapors of organometallic compounds in industrial equipment (SA Blokhin, et al. "850 nm Optical Components for 25 Gb / s Optical Fiber Data Communication Links over 100 m at 85 ° C ”, Proc. Of SPIE-OSA-IEEE 8308, 830819, 2011). Further improvement of the characteristics of a vertical-emitting laser with intracavity contacts made in accordance with the present invention is associated with the use of plasma-chemical vapor deposition technology to form a dielectric mirror, which will provide improved accuracy in controlling the thickness and refractive index of the layers.

Claims (15)

1. Полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами, включающий полуизолирующую подложку из GaAs, буферный слой из GaAs, нижний нелегированный распределенный брэгговский отражатель (РБО), контактный слой n-типа, электрический контакт n-типа, композиционную решетку n-типа, нелегированный оптический резонатор, содержащий активную область на основе квантовых ям, композиционную решетку p-типа, содержащую по меньшей мере одну оксидную токовую апертуру, контактный слой p-типа, фазокорректирующий контактный слой p-типа, электрический контакт p-типа и верхний диэлектрический РБО.1. A semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts, including a semi-insulating GaAs substrate, a GaAs buffer layer, a lower undoped distributed Bragg reflector (DBR), an n-type contact layer, an n-type electrical contact, an n-type composite lattice, unalloyed an optical resonator containing an active region based on quantum wells, a p-type composite lattice containing at least one oxide current aperture, a p-type contact layer, a p-type phase-correcting contact layer Electrical contact p-type and an upper dielectric DBR. 2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что нижний нелегированный РБО содержит по меньшей мере 30 пар чередующихся слоев соответственно из AlxGa1-xAs и AlyGa1-yAs, где 0,85≤x≤0,95 и 0,1≤y≤0,25, 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 30 pairs of alternating layers of Al x Ga 1-x As and Al y Ga 1-y As, respectively, where 0.85≤x≤0, 95 and 0.1≤y≤0.25, each layer has a thickness of 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 контактный слой n-типа выполнен толщиной, кратной (2k-1)λ/4n, где k - натуральное число, и состоит из AlyGa1-yAs, где 0,1≤у≤0,25, n-типа с периодическим профилем легирования по толщине слоя с периодом, равным λ/2n, при среднем уровне легирования N (8⋅1017-2⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования в начале каждого периода, равном (2-3)⋅N.3. The laser according to claim 1, characterized in that the n-type contact layer is made a multiple of (2k-1) λ / 4n, where k is a natural number, and consists of Al y Ga 1-y As, where 0, 1≤y≤0.25, n-type with a periodic doping profile across the layer thickness with a period equal to λ / 2n, with an average doping level of N (8⋅10 17 -2⋅10 18 ) cm -3 and a maximum doping level of the beginning of each period equal to (2-3) ⋅N. 4. Лазер по п. 3, отличающийся тем, что на 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 contact layer. 5. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что композиционная решетка n-типа содержит 2-5 пар чередующихся слоев соответственно из AlxGa1-xAs n-типа и AlyGa1-yAs n-типа, где 0,85≤x≤0,95 и 0,1≤y≤0,25, с градиентным изменением состава на гетерограницах по линейному или би-параболическому закону, с периодическим профилем легирования по толщине слоя с периодом легирования, равным λ/2n*, при среднем уровне легирования N (1⋅1018-2⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования на гетерогранице с возрастанием состава, равном (2-3)⋅N, 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 2-5 pairs of alternating layers of n-type Al x Ga 1-x As and n-type Al y Ga 1-y As, where 0 , 85≤x≤0.95 and 0.1≤y≤0.25, with a gradient change in the composition at the heteroboundaries according to a linear or bi-parabolic law, with a periodic doping profile along the layer thickness with a doping period equal to λ / 2n * , with an average doping level N (1⋅10 18 -2⋅10 18) cm -3 and a maximum doping level at a heterojunction structure with an increase equal to (2-3) ⋅N, wherein each pair of layers formed overall the schinoy equal λ / 2n *, where n * - average value of the index of refraction for the layers of the composite grating. 6. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что нелегированный оптический резонатор выполнен толщиной, кратной kλ/n*, где k - натуральное число, и состоит из слоя из AlyGa1-yAs, где 0,15≤y≤0,4, в центре которого расположена активная область.6. The laser according to claim 1, characterized in that the undoped optical resonator is a multiple of kλ / n * , where k is a natural number, and consists of a layer of Al y Ga 1-y As, where 0.15≤y≤ 0.4, in the center of which the active region is located. 7. Лазер по п. 6, отличающийся тем, что слой активная область содержит по меньшей мере три слоя квантовых ям из InxGa1-xAs, где 0,05≤x≤0,1, толщиной 3-10 нм, отделенных друг от друга слоями из AlyGa1-yAs, где 0,15≤y≤0,4, толщиной 5-10 нм.7. The laser according to claim 6, characterized in that the active region layer contains at least three layers of quantum wells from In x Ga 1-x As, where 0.05≤x≤0.1, thickness 3-10 nm, separated from each other by layers of Al y Ga 1-y As, where 0.15≤y≤0.4, 5-10 nm thick. 8. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что композиционная решетка p-типа выполнена из 3-8 пар чередующихся слоев соответственно из AlxGa1-xAs p-типа и AlyGa1-yAs p-типа, где 0,85≤x≤0,95 и 0,1≤y≤0,25, с градиентным изменением состава на гетерограницах по линейному или би-параболическому закону, с периодическим профилем легирования по толщине слоя с периодом легирования, равным λ/2n*, при среднем уровне легирования P (1⋅1018-2⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования на гетерогранице с возрастанием состава, равном (2-3)⋅Р, при этом каждая пара слоев выполнена общей толщиной, равной λ/2n*, где n* - усредненное значение показателя преломления для данных слоев.8. The laser according to claim 1, characterized in that the p-type composite grating is made of 3-8 pairs of alternating layers of p-type Al x Ga 1-x As and p-type Al y Ga 1-y As, where 0.85≤x≤0.95 and 0.1≤y≤0.25, with a gradient change in the composition at the heteroboundaries according to a linear or bi-parabolic law, with a periodic doping profile over the layer thickness with a doping period equal to λ / 2n * , with an average doping level of P (1⋅10 18 -2⋅10 18 ) cm -3 and a maximum doping level at the heterointerface with an increase in the composition equal to (2-3) ⋅Р, with each pair of layers being made generally th thickness equal to λ / 2n * , where n * is the average value of the refractive index for these layers. 9. Лазер по п. 8, 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, выполненной из AlxGa1-xAs, где 0,97≤x≤1, и периферийной части, выполненной из Al2O3.9. The laser according to claim 8, characterized in that at least one p-type Al x Ga 1-x As layer of the p-type composite lattice is an oxide current aperture and in the lateral direction consists of a central part made of Al x Ga 1-x As, where 0.97≤x≤1, and the peripheral part made of Al 2 O 3 . 10. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что контактный слой p-типа содержит слой AlyGa1-yAs, где 0,1≤y≤0,25, p-типа толщиной, кратной (2k-1)λ/4n, где k>3 - натуральное число, с периодическим профилем легирования по толщине слоя, с периодом, равным λ/2n, при среднем уровне легирования P (1⋅1018-3⋅1018) см-3 и максимальном уровне легирования в конце периода (2-3)⋅Р.10. The laser according to claim 1, characterized in that the p-type contact layer contains an Al y Ga 1-y As layer, where 0.1≤y≤0.25, p-type thickness, a multiple of (2k-1) λ / 4n, where k> 3 is a natural number, with a periodic doping profile over the layer thickness, with a period equal to λ / 2n, with an average doping level P (1⋅10 18 -3⋅10 18 ) cm -3 and a maximum doping level at the end of the period (2-3) ⋅Р. 11. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что фазокорректирующий контактный слой p-типа содержит нижний субслой AlxGa1-xAs, где 0,85≤x≤0,95, p-типа с уровнем легирования (1⋅1018-4⋅1018) см-3 толщиной 2-5 нм, и верхний субслой из GaAs p-типа с уровнем легирования (2⋅1019-1⋅1020) см-3 и толщиной λ/4n, расположенный над периферийной частью оксидной токовой апертуры.11. The laser according to claim 1, characterized in that the p-type phase-correcting contact layer contains a lower sublayer Al x Ga 1-x As, where 0.85≤x≤0.95, p-type with a doping level (1⋅10 18 -4⋅10 18 ) cm -3 2-5 nm thick, and the upper p-type GaAs sublayer with a doping level (2⋅10 19 -1⋅10 20 ) cm -3 and a λ / 4n thickness located above the peripheral part of the oxide current aperture. 12. Лазер по п. 11, отличающийся тем, что на фазокорректирующем контактном слое p-типа сформирован электрический контакт p-типа.12. The laser according to claim 11, characterized in that a p-type electrical contact is formed on the phase-correcting contact layer of the p-type. 13. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что верхний диэлектрический РБО примыкает к контактному слою p-типа непосредственно над центральной частью оксидной токовой апертуры и содержит не менее 5 пар чередующихся диэлектрических слоев, при этом каждый слой имеет толщину λ/4n.13. The laser according to claim 1, characterized in that the upper dielectric RBO is adjacent to the p-type contact layer directly above the central part of the oxide current aperture and contains at least 5 pairs of alternating dielectric layers, each layer having a thickness of λ / 4n. 14. Лазер по п. 13, отличающийся тем, что верхний диэлектрический РБО сформирован из чередующихся диэлектрических слоев соответственно из SiO2 и SixNy.14. The laser according to claim 13, characterized in that the upper dielectric DBR is formed of alternating dielectric layers of SiO 2 and Si x N y, respectively. 15. Лазер по п. 13, отличающийся тем, что верхний диэлектрический РБО сформирован из чередующихся диэлектрических слоев соответственно из SiO2 и TiO2.15. The laser according to claim 13, characterized in that the upper dielectric DBR is formed of alternating dielectric layers of SiO 2 and TiO 2, respectively.
RU2015154065A 2015-12-17 2015-12-17 Semiconductor vertically-emitting laser with intracavity contacts RU2611555C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154065A RU2611555C1 (en) 2015-12-17 2015-12-17 Semiconductor vertically-emitting laser with intracavity contacts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154065A RU2611555C1 (en) 2015-12-17 2015-12-17 Semiconductor vertically-emitting laser with intracavity contacts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2611555C1 true RU2611555C1 (en) 2017-02-28

Family

ID=58459085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015154065A RU2611555C1 (en) 2015-12-17 2015-12-17 Semiconductor vertically-emitting laser with intracavity contacts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2611555C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU197331U1 (en) * 2019-12-24 2020-04-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) VERTICAL-RADIATING LASER HETEROSTRUCTURE
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
RU2761318C1 (en) * 2021-06-02 2021-12-07 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Emitting visible light semiconductor laser device and method for its manufacture

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5245622A (en) * 1992-05-07 1993-09-14 Bandgap Technology Corporation Vertical-cavity surface-emitting lasers with intra-cavity structures
US8193019B2 (en) * 2004-10-01 2012-06-05 Finisar Corporation Vertical cavity surface emitting laser having multiple top-side contacts
US8451875B2 (en) * 2004-10-01 2013-05-28 Finisar Corporation Vertical cavity surface emitting laser having strain reduced quantum wells
US8488644B2 (en) * 2008-12-10 2013-07-16 Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor laser element and manufacturing method thereof
RU2554302C2 (en) * 2013-11-06 2015-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования и науки Санкт-Петербургский Академический университет - научно-образовательный центр нанотехнологий Российской академии наук Vertically emitting laser with bragg mirrors and intracavity metal contacts

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5245622A (en) * 1992-05-07 1993-09-14 Bandgap Technology Corporation Vertical-cavity surface-emitting lasers with intra-cavity structures
US8193019B2 (en) * 2004-10-01 2012-06-05 Finisar Corporation Vertical cavity surface emitting laser having multiple top-side contacts
US8451875B2 (en) * 2004-10-01 2013-05-28 Finisar Corporation Vertical cavity surface emitting laser having strain reduced quantum wells
US8488644B2 (en) * 2008-12-10 2013-07-16 Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor laser element and manufacturing method thereof
RU2554302C2 (en) * 2013-11-06 2015-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования и науки Санкт-Петербургский Академический университет - научно-образовательный центр нанотехнологий Российской академии наук Vertically emitting laser with bragg mirrors and intracavity metal contacts

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU197331U1 (en) * 2019-12-24 2020-04-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) VERTICAL-RADIATING LASER HETEROSTRUCTURE
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
RU2761318C1 (en) * 2021-06-02 2021-12-07 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Emitting visible light semiconductor laser device and method for its manufacture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6697413B2 (en) Tunable vertical-cavity surface-emitting laser with tuning junction
KR101409656B1 (en) Red light laser
US6931042B2 (en) Long wavelength vertical cavity surface emitting laser
US6771680B2 (en) Electrically-pumped, multiple active region vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL)
KR100523484B1 (en) Method for fabricating semiconductor optical devices having current-confined structure
US9917421B2 (en) P-type isolation regions adjacent to semiconductor laser facets
US7960743B2 (en) Multi-electrode light emitting device
US9923338B2 (en) Interband cascade lasers with low-fill-factor top contact for reduced loss
CA2477541A1 (en) Hybrid vertical cavity laser with buried interface
US8514902B2 (en) P-type isolation between QCL regions
JP2009518833A (en) Laser light source with broadband spectral emission
JP2010541195A (en) Optoelectronic components
RU2611555C1 (en) Semiconductor vertically-emitting laser with intracavity contacts
US7907653B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser device and vertical cavity surface emitting laser array
JP2008172188A (en) Multi-wavelength quantum dot laser device
RU2703922C2 (en) Long-wave vertical-emitting laser with intracavity contacts
US20090041075A1 (en) Surface-emitting type semiconductor optial device and method for manufacturing a surface-emitting type semiconductor optical device
US9735545B1 (en) Vertical cavity surface emitting laser with composite reflectors
KR20110093839A (en) Surface-emitting semiconductor laser component having a vertical emission direction
JP2004031925A (en) N-type semiconductor distributed bragg reflector, plane emission semiconductor laser device, plane emission laser array, plane emission laser module optical interconnection system, and optical communication system
US5206877A (en) Distributed feedback laser diodes with selectively placed lossy sections
JPWO2008078595A1 (en) Surface emitting laser
JP2004063634A (en) Semiconductor distributed bragg reflector, surface emitting laser element, surface emitting laser array, optical communication system, and optical interconnection system
RU2704214C1 (en) Vertical-emitting laser with intracavity contacts and dielectric mirror
US8481350B2 (en) Asymmetric DBR pairs combined with periodic and modulation doping to maximize conduction and reflectivity, and minimize absorption

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190731

Effective date: 20190731