RU2685434C1 - Injection laser - Google Patents

Injection laser Download PDF

Info

Publication number
RU2685434C1
RU2685434C1 RU2018104231A RU2018104231A RU2685434C1 RU 2685434 C1 RU2685434 C1 RU 2685434C1 RU 2018104231 A RU2018104231 A RU 2018104231A RU 2018104231 A RU2018104231 A RU 2018104231A RU 2685434 C1 RU2685434 C1 RU 2685434C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
injection
laser
relief structure
wide
passive
Prior art date
Application number
RU2018104231A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Никита Александрович Пихтин
Александр Александрович Подоскин
Сергей Олегович Слипченко
Илья Сергеевич Шашкин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
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 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2018104231A priority Critical patent/RU2685434C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2685434C1 publication Critical patent/RU2685434C1/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

Abstract

FIELD: manufacturing technology.SUBSTANCE: invention can be used to create an injection laser. Essence of the invention lies in the fact that the injection laser includes a laser heterostructure grown on the substrate, having an active region enclosed between the first and second waveguide layers, to which on the outer side are respectively the p-type wide-band emitter layer and the n-type conductivity wide-band emitter layer, which are the limiting layers, a strip-by-ohmic contact adjoining the outer side of the wide-band p-type conductivity emitter, a solid ohmic contact adjoining the outer side of the substrate, injection region under strip-type ohmic contact, enclosed between passive regions, wherein in one of the passive regions there is a relief structure, the relief structure is made on the outer side of at least one passive region in the plane perpendicular to the layers of the heterostructure, at a distance from the nearest injection area boundary with the passive region of not less than 0.1 W, where W is width of injection area, mcm, value of amplitude of relief structure is not less than 10λ, where λ is the working wavelength of the injection laser in free space, mcm, and the ratio of amplitude of the relief structure to its period is equal to at least 2.EFFECT: possibility of simplifying the manufacturing technology while maintaining increased output optical power both in continuous and pulse modes of current pumping.6 cl, 1 tbl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к квантовой электронной технике, а точнее, к мощным полупроводниковым лазерам.The present invention relates to quantum electronics, and more specifically to high-power semiconductor lasers.

Мощные полупроводниковые лазеры находят широкое применение во многих отраслях науки и техники, например, их используют в качестве источника оптического излучения для накачки волоконных усилителей, волоконных и твердотельных лазеров, для генерации мощных лазерных импульсов в системах связи и передачи импульсной энергии в свободном пространстве и по оптическому волокну. Это требует, чтобы полупроводниковый лазер обеспечивал генерацию высокой мощности излучения, как в непрерывном, так и в импульсном режимах генерации. Однако, существуют негативные эффекты, которые ведут к насыщению ватт-амперной характеристики и падению максимальной выходной мощности излучения. Одни из таких эффектов связан с включением генерации замкнутых модовых структур. В результате часть или вся полезная мощность лазерного излучения не выводится из лазерного кристалла через зеркала Фабри-Перо резонатора, а остается внутри кристалла и расходуется на его разогрев.Powerful semiconductor lasers are widely used in many branches of science and technology, for example, they are used as a source of optical radiation for pumping fiber amplifiers, fiber and solid-state lasers, for generating high-power laser pulses in communication systems and transmitting pulsed energy in free space and through optical fiber. This requires a semiconductor laser to generate high-power radiation in both continuous and pulsed lasing modes. However, there are negative effects that lead to saturation of the watt-ampere characteristic and a drop in the maximum output radiation power. One of these effects is associated with the inclusion of the generation of closed mode structures. As a result, part or all of the useful laser power is not output from the laser crystal through the Fabry-Perot mirrors of the resonator, but remains inside the crystal and is used to warm it up.

Известен торцевой полупроводниковый лазерный чип (см. заявка WO 2010057455, МПК H01S 5/022, H01S 5/042, H01S 5/065, 27.05.2010), включающий полупроводниковое тело, которое содержит, по меньшей мере, одну активную область. На поверхности верхней стороны полупроводникового тела расположен, по меньшей мере, один контактный полосок. По обеим сторонам контактного полоска расположены, по меньшей мере, две ограничивающие структуры, предназначенные для ограничения распространения тока между контактным полоском и активной зоной.Known end semiconductor laser chip (see application WO 2010057455, IPC H01S 5/022, H01S 5/042, H01S 5/065, 05/27/2010), including a semiconductor body, which contains at least one active region. On the surface of the upper side of the semiconductor body is located at least one contact strips. On both sides of the contact strip are located at least two limiting structures designed to limit the propagation of current between the contact strip and the active zone.

Недостатки известного торцевого полупроводникового лазерного чипа связаны с насыщением ватт-амперной характеристики и невозможностью достижения максимальной выходной мощности излучения в связи с включением замкнутых модовых структур, а также с увеличением расходимости излучения в плоскости, параллельной р-n переходу, при использовании конструкций с ограничивающими структурами, попадающими в волноводный слой.The disadvantages of the known end semiconductor laser chip are associated with the saturation of the watt-ampere characteristic and the impossibility of achieving the maximum output radiation power due to the inclusion of closed mode structures, as well as an increase in the radiation divergence in the plane parallel to the pn junction when using structures with limiting structures, falling into the waveguide layer.

Известен инжекционный лазер (см. патент US 8634443, МПК H01S 5/00 от 21.01.2017), который включает структуры, каждая из которых обладает функцией рассеивания, поглощения или отражения света, неотносящегося к основным модам Фабри-Перо резонатора. Использование таких структур приводит к улучшению (сужению) расходимости излучения, в плоскости, параллельной слоям структуры. Структуры расположены в области вдоль оптической оси Фабри-Перо резонатора в пассивной части инжекционного лазера. Структуры представляют из себя отдельные области в виде отдельно вытравленных ямок (полостей) не связанных между собой, и, расположенных вдоль полоскового контакта в пассивной части кристалла инжекционного лазера, при этом в горизонтальном сечении ямки могут иметь различные формы (вытянутые прямоугольники, ромбы и т.д.). Недостатком данной конструкции является увеличенное число поверхностей, которые необходимо закрыть слоем диэлектрика. Кроме этого структуры сформированы в эмиттерных слоях, и не захватывают волноводные или активные слои, что существенно ухудшает эффективность при использовании таких структур в лазерных гетероструктурах для мощных полупроводниковых лазеров с расширенным волноводом и низкими оптическими потерями.Known injection laser (see US Patent 8634443, IPC H01S 5/00 dated 01/21/2017), which includes structures, each of which has the function of scattering, absorption or reflection of light, not related to the main modes of the Fabry-Perot resonator. The use of such structures leads to an improvement (narrowing) of the divergence of radiation, in a plane parallel to the layers of the structure. The structures are located in the region along the optical axis of the Fabry-Perot resonator in the passive part of the injection laser. The structures are separate areas in the form of separately etched pits (cavities) unrelated to each other, and located along the strip contact in the passive part of the injection laser crystal, while in a horizontal section the pits may have different shapes (elongated rectangles, rhombuses, etc.) d.) The disadvantage of this design is the increased number of surfaces that need to be covered with a dielectric layer. In addition, structures are formed in the emitter layers, and do not capture waveguide or active layers, which significantly impairs the efficiency when using such structures in laser heterostructures for high-power semiconductor lasers with an extended waveguide and low optical losses.

Известен инжекционный лазер (см. RU 2444101, МПК H01S 5/00, опубликован 27.02.2012), который включает первый волноводный слой, заключенный между широкозонными эмиттерами р- и n-типа проводимости, являющимися одновременно ограничительными слоями, активную область, состоящую, по меньшей мере, из одного квантово-размерного активного слоя, оптический Фабри-Перо резонатор и полосковый омический контакт, под которым расположена область инжекции. По меньшей мере, в первом волноводном слое вне области инжекции выполнена по меньшей мере одна легированная область, при этом фактор оптического ограничения замкнутой моды (ЗМ) в легированной области и концентрация свободных носителей заряда в легированной области удовлетворяет определенному соотношению.The injection laser is known (see RU 2444101, IPC H01S 5/00, published on 27.02.2012), which includes the first waveguide layer enclosed between wide-gap emitters of p and n-type conductivity, which are simultaneously limiting layers, an active region consisting of at least one quantum-size active layer, an optical Fabry-Perot resonator, and a strip ohmic contact, under which the injection region is located. At least in the first waveguide layer, at least one doped region is made outside the injection region, and the optical mode limitation factor of the closed mode (3M) in the doped region and the concentration of free charge carriers in the doped region satisfy a certain ratio.

Известный инжекционный лазер имеет повышенную выходную оптическую мощность как в непрерывном, так и в импульсном режимах токовой накачки, а также повышенную временную стабильность выходной оптической мощности. К недостаткам известного инжекционного лазера относится сложная технология изготовления его гетероструктуры, а также ухудшения электрических и оптических характеристик структуры в связи с отсутствием полной защиты от легирования в процессе ионной имплантации или диффузии. Требуются дополнительные достаточно сложные технологические операции, связанные с селективным легированием волноводных слоев вне области инжекции: ионная имплантация или высокотемпературная диффузия. Данные операции требуют использования дорогостоящего оборудования, а также дополнительных этапов постростовой обработки, связанных с формированием селективной маски, проведением процесса легирования и последующего отжига, удалением селективной маски.The known injection laser has an increased output optical power in both continuous and pulsed modes of current pumping, as well as an increased temporal stability of the output optical power. The disadvantages of the known injection laser include the complex manufacturing technology of its heterostructure, as well as the deterioration of the electrical and optical characteristics of the structure due to the lack of complete protection against doping in the process of ion implantation or diffusion. Additional rather complex technological operations are required associated with the selective doping of waveguide layers outside the injection region: ion implantation or high-temperature diffusion. These operations require the use of expensive equipment, as well as additional stages of post-growth processing associated with the formation of a selective mask, the process of doping and subsequent annealing, removal of the selective mask.

Известно опто-электронное устройство (см. заявка РСТ WO 2007000614, МПК H01S 5/042, H01S 5/16, опубликована 04.01.2007), которое относится к усовершенствованной конструкции одиночных лазерных диодов с широким полоском и высокой выходной мощностью света, обеспечивающее значительное уменьшение или исключение деградации таких лазерных диодов при очень высоких выходных мощностях путем регулирования потока тока в лазерном диоде определенным образом. Минимизация или предотвращение деградации зеркал резонатора таких лазерных диодов значительно увеличивает долговременную стабильность по сравнению с конструкциями предшествующего уровня техники. Это достигается путем управления инжекцией носителей в лазерный диод вблизи его граней так, что удается избежать резких пиков тока инжекции. Для этого на его кромке или границе формируется изолирующий слой, блокирующий ток, в виде неровной частично прерывистой структуры, что приводит к уменьшению эффективной изоляции к краю упомянутого изолирующего слоя, обеспечивая тем самым по существу, некрутой или даже почти непрерывный переход между изолированными и неизолированными областями.An opto-electronic device is known (see PCT application WO 2007000614, IPC H01S 5/042, H01S 5/16, published 04/01/2007), which refers to an improved design of single laser diodes with a wide stripe and high output light power, providing a significant reduction in or to avoid the degradation of such laser diodes at very high output powers by controlling the current flow in the laser diode in a certain way. Minimizing or preventing the degradation of the resonator mirrors of such laser diodes significantly increases the long-term stability compared with the designs of the prior art. This is achieved by controlling the injection of carriers into the laser diode near its faces so that it is possible to avoid sharp peaks of the injection current. To do this, an insulating layer that blocks the current is formed on its edge or border in the form of an uneven, partially interrupted structure, which leads to a decrease in the effective insulation to the edge of the said insulating layer, thereby providing a substantially uncoiled or even almost continuous transition between insulated and non-insulated areas .

К недостаткам предлагаемого инжекционного лазера относится отсутствие технических решений для подавления генерации замкнутой моды, т.к. предложенная структура сформирована в контактной области и не взаимодействует с излучением лазерных мод. В результате выходная оптическая мощность предлагаемого полупроводникового лазера не достигает максимально возможного значения.The disadvantages of the proposed injection laser is the lack of technical solutions to suppress the generation of a closed mode, because The proposed structure is formed in the contact region and does not interact with the radiation of laser modes. As a result, the output optical power of the proposed semiconductor laser does not reach the maximum possible value.

Известен инжекционный лазер (см. патент RU 2259620, МПК H01S 5/32, опубликован 27.08.2005). Инжекционный лазер содержит гетероструктуру раздельного ограничения, включающую многомодовый волновод, ограничительные слои которого одновременно являются эмиттерами р- и n-типа проводимости с одинаковыми показателями преломления, активную область, состоящую, по меньшей мере, из одного квантово-размерного активного слоя, расположение которой в волноводе и толщина волновода удовлетворяют соотношениюKnown injection laser (see patent RU 2259620, IPC H01S 5/32, published 27.08.2005). An injection laser contains a heterogeneous structure of a separate limitation, including a multimode waveguide, the limiting layers of which are simultaneously emitters of p- and n-type conductivity with the same refractive indices, the active region consisting of at least one quantum-size active layer, which is located in the waveguide and the thickness of the waveguide satisfy the relation

Г0 QW/Гm QW>1,7;G 0 QW / G m QW >1.7;

где Г0 QW и Гm QW - факторы оптического ограничения для активной области нулевой моды и моды m (m=1, 2, 3 …), соответственно. Инжекционный лазер содержит также отражатели, оптические грани, омические контакты и оптический резонатор. Активная область размещена в дополнительном слое, показатель преломления которого больше показателя преломления волновода, а толщина и расположение в волноводе определяются из условия выполнения упомянутого соотношения, причем расстояния от активной области до р- и n- эмиттеров не превышают длин диффузии дырок и электронов в волноводе соответственно. Известный инжекционный лазер имеет небольшую расходимость излучения при сохранении высокого значения КПД и выходной мощности излучения.where G 0 QW and G m QW are the optical limiting factors for the active region of the zero mode and the mode m (m = 1, 2, 3 ...), respectively. The injection laser also contains reflectors, optical faces, ohmic contacts, and an optical resonator. The active region is located in the additional layer, the refractive index of which is greater than the waveguide's refractive index, and the thickness and location in the waveguide are determined from the condition of the above relation, and the distances from the active region to the p- and n-emitters do not exceed the length of the diffusion of holes and electrons in the waveguide respectively . Known injection laser has a small divergence of radiation while maintaining a high value of efficiency and output radiation power.

Недостатком известного лазера является наличие оптической связи с областями боковыми относительно мезаполоски. Отсутствие в инжекционном лазере дополнительных технических решений, увеличивающих внутренние оптические потери в боковых областях, ведет к выполнению пороговых условий генерации замкнутых мод и снижению выходной оптической мощности.A disadvantage of the known laser is the presence of optical communication with the side regions with respect to the mesa strip. The absence of additional technical solutions in the injection laser, which increase the internal optical losses in the side regions, leads to the fulfillment of the threshold conditions for the generation of closed modes and a decrease in the output optical power.

Известен инжекционный лазер с широкой мезаполосковой структурой (JPH 03293790, МПК H01S-005/00 H01S-005/10 H01S-005/12 H01S-005/22, 25.12.1991), в которой происходит инжекция носителей заряда и генерация лазерного излучения. В боковой поверхности мезаполосковой структуры сформирован периодический рельеф, обеспечивающий подавление не Фабри-Перо мод за счет рассеивания лучей, распространяющихся под углами к оси Фабри-Перо резонатора.A well-known injection laser with a wide mesa strip structure (JPH 03293790, IPC H01S-005/00 H01S-005/10 H01S-005/12 H01S-005/22, 12.25.1991), in which charge carriers are injected and laser radiation is generated. A periodic relief is formed in the lateral surface of the mesa-strip structure, providing non-Fabry-Perot mode suppression due to scattering of rays propagating at angles to the Fabry-Perot axis of the resonator.

Недостатком предлагаемой конструкции является то, что структура сформирована непосредственно на боковой поверхности мезаполосковой структуры, которая в свою очередь выполняет также функцию продольного волновода. При недостаточной глубине мезаполосковой структуры низкая эффективность взаимодействия сформированной периодической структуры с модами поперечного волновода лазерной гетероструктуры. В результате эффект подавления замкнутых мод не наблюдается. При глубине мезаполосковой структуры, когда эффективность взаимодействия сформированной периодической структуры с модами поперечного волновода лазерной гетероструктуры достаточна для подавления замкнутых мод, также существенно усиливается продольный волновод. В результате выполняются условия для формирования высокодобротных мод продольного волновода, распространяющихся в Фабри-Перо резонаторе и расходимость поля в плоскости параллельной слоям структуры существенно расширяется, что заметно снижает эффективность ввода лазерного излучения в оптическое волокно.The disadvantage of the proposed design is that the structure is formed directly on the side surface of the mega-strip structure, which in turn also performs the function of a longitudinal waveguide. With an insufficient depth of the mesa strip structure, the low efficiency of the interaction of the formed periodic structure with the transverse waveguide modes of the laser heterostructure. As a result, the effect of suppressing closed modes is not observed. When the depth of the mesa-strip structure, when the efficiency of the interaction of the formed periodic structure with the transverse-waveguide modes of the laser heterostructure is sufficient to suppress closed modes, the longitudinal waveguide is also significantly enhanced. As a result, the conditions are met for the formation of high-Q modes of a longitudinal waveguide propagating in a Fabry-Perot resonator and the divergence of the field in a plane parallel to the layers of the structure expands significantly, which significantly reduces the efficiency of introducing laser radiation into the optical fiber.

Известен инжекционный лазер (см. патент RU 2443044, МПК H01S 5/042, H01S 5/065, H01S 5/32, опубликован 20.02.2012), который включает широкозонные эмиттеры р- и n-типа проводимости являющиеся одновременно ограничительными слоями, первый и второй волноводы, заключенные между широкозонными эмиттерами р- и n-типа проводимости, при этом первый волновод примыкает к широкозонному эмиттеру р-типа проводимости, а второй волновод примыкает к широкозонному эмиттеру n-типа проводимости, активную область, состоящую, по меньшей мере, из одного квантово-размерного активного слоя и заключенного между первым и вторым волноводным слоем, оптический Фабри-Перо резонатор и полосковый омический контакт, под которым расположена область инжекции. В волноводном слое вне области инжекции выполнена, по меньшей мере, одна область полупроводникового материала с шириной запрещенной зоны, меньшей ширины запрещенной зоны активной области, при этом фактор оптического ограничения замкнутой моды области полупроводникового материала удовлетворяет определенному соотношению.Known injection laser (see patent RU 2443044, IPC H01S 5/042, H01S 5/065, H01S 5/32, published 02/20/2012), which includes wide-gap emitters of p- and n-type conductivity which are simultaneously restrictive layers, the first and the second waveguide, enclosed between the wide-gap emitters of p- and n-type conductivity, while the first waveguide is adjacent to the wide-gap emitter of p-type conductivity, and the second waveguide is adjacent to the wide-gap emitter of n-type conductivity, the active region consisting of at least single quantum-size active layer and concluded between the first and second waveguide layer, the optical Fabry-Perot resonator and strip ohmic contact, under which the injection region is located. In the waveguide layer outside the injection region, at least one region of the semiconductor material is made with a forbidden band width smaller than the forbidden zone width of the active region, and the optical limiting factor of the closed mode of the semiconductor material region satisfies a certain relationship.

Инжекционный лазер имеет повышенную выходную оптическую мощность как в непрерывном, так и в импульсном режимах токовой накачки, а также повышенную временную стабильность выходной оптической мощности. К недостаткам предлагаемого инжекционного лазера относится сложная технология изготовления предлагаемой гетероструктуры. Требуются дополнительные достаточно сложные технологические операции, связанные с многостадийным ростом лазерной гетероструктуры, включающим операции селективного травления волноводных слоев вне области инжекции и последующего заращивания. Данные операции усложняют и удлиняют процесс изготовления полупроводниковых лазеров. Кроме этого высокие оптические мощности способны просветлить узкозонные слои, в результате снижается эффективность данного решения при генерации мощных лазерных импульсов.The injection laser has an increased output optical power in both continuous and pulsed modes of current pumping, as well as an increased temporal stability of the output optical power. The disadvantages of the proposed injection laser is a complex manufacturing technology of the proposed heterostructure. Additional rather complex technological operations are required associated with the multistage growth of the laser heterostructure, including the operations of selective etching of the waveguide layers outside the injection area and subsequent overgrowing. These operations complicate and lengthen the manufacturing process of semiconductor lasers. In addition, high optical powers are able to brighten up narrow-gap layers, as a result, the effectiveness of this solution is reduced when generating high-power laser pulses.

Наиболее близким по технической сущности и по совокупности существенных признаков является инжекционный лазер-прототип (см. патент RU 2230410, МПК H01S 5/042, опубликован 10.06.2004), включающий лазерную гетероструктуру, содержащую активную область, заключенную между первым и вторым волноводными слоями, к которым с внешней стороны примыкают соответственно широкозонный эмиттер р-типа проводимости и широкозонный эмиттер n-типа проводимости, являющиеся ограничительными слоями, полосковый омический контакт, примыкающий к внешней стороне широкозонного эмиттера р-типа проводимости, область инжекции, расположенную под полосковым омическим контактом, заключенную между пассивными областями. По меньшей мере, часть основания каждой пассивной области является рельефной структурой, примыкающей к области инжекции, имеющей в направлении, перпендикулярном продольной оси резонатора, протяженность, превышающую расстояние, обеспечивающее рассеяние излучения, распространяющегося в направлении, перпендикулярном продольной оси резонатора. Каждая рельефная структура имеет амплитуду не менее 0,1 мкм и отдалена от границы ограничительного слоя на расстояние, не превышающее 0,5 мкм.The closest in technical essence and set of essential features is an injection laser prototype (see patent RU 2230410, IPC H01S 5/042, published 10.06.2004), including a laser heterostructure containing an active region enclosed between the first and second waveguide layers, which, on the outer side, adjoin, respectively, a wide-gap emitter of p-type conductivity and a wide-gap emitter of n-type conductivity, which are limiting layers, a strip ohmic contact, adjacent to the outer side of a wide-gap emitter of p-type conductivity, the injection area, located under the strip ohmic contact, concluded between the passive areas. At least part of the base of each passive area is a relief structure adjacent to the injection area, having in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the resonator, a length greater than the distance that provides scattering of radiation propagating in the direction perpendicular to the longitudinal axis of the resonator. Each relief structure has an amplitude of at least 0.1 μm and is distant from the boundary of the restrictive layer by a distance not exceeding 0.5 μm.

Известный инжекционный лазер имеет увеличенную выходную мощность излучения, суженную и улучшенную пространственную диаграмму выходного излучения в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры, до одномодовой, улучшенный спектр излучения до одночастотного, а также стабильные параметры ввиду увеличения эффективности поглощения нежелательных мод высокого порядка и замкнутых мод (кольцевых мод), оптимизации величины бокового оптического ограничения.The known injection laser has an increased output radiation power, a narrowed and improved spatial pattern of output radiation in a plane parallel to the layers of the heterostructure, to single-mode, improved emission spectrum to single-frequency, as well as stable parameters due to increased absorption efficiency of unwanted high-order modes and closed modes (ring modes ), optimization of the lateral optical limiting value.

При этом предлагаемая конструкция известного инжекционного лазера обладает рядом недостатков. Рельефные структуры расположены только в ограничительном слое. В результате имеет место слабое взаимодействие рельефной структуры с модой поперечного волновода в современных мощных полупроводнковых лазерах с расширенным волноводом и сверхнизкими оптическими потерями, для которых доля поля моды в ограничительных слоях, существенно меньше 1%. Рельефные структуры расположены ниже уровня полоскового омического контакта, что усложняет технологию изготовления таких структур. Кроме этого, использование рельефных структур с размером одиночного элемента 0,25-1,50 мкм (при периоде 0,5-3,0 мкм) предъявляет повышенные требования к технологическим процессам формирования фоторезистивных масок и их экспонирования, что усложняет технологию изготовления. Расположение рельефной структуры в пассивной области в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры, приводит к тому что значительная часть пассивной области находится ниже уровня полоскового омического контакта. Это заметно снижает эффективность отвода тепла от инжекционного лазера, что может ухудшать его мощностные характеристики при высоких токах накачки.In this case, the proposed design of the famous injection laser has a number of disadvantages. Relief structures are located only in the restrictive layer. As a result, there is a weak interaction of the relief structure with the transverse waveguide mode in modern high-power semiconductor lasers with an extended waveguide and ultralow optical losses, for which the fraction of the mode field in the confining layers is substantially less than 1%. The relief structures are located below the level of the strip ohmic contact, which complicates the manufacturing technology of such structures. In addition, the use of relief structures with a single element size of 0.25-1.50 microns (with a period of 0.5-3.0 microns) imposes increased requirements on the technological processes of the formation of photoresistive masks and their exposure, which complicates the manufacturing technology. The location of the relief structure in the passive region in a plane parallel to the layers of the heterostructure leads to the fact that a significant part of the passive region is below the level of the strip ohmic contact. This significantly reduces the efficiency of heat removal from the injection laser, which can degrade its power characteristics at high pump currents.

Задачей заявляемого технического решения является разработка такой конструкции инжекционного лазера, которая бы обеспечивала упрощение технологии изготовления при сохранении увеличенной выходной оптической мощности как в непрерывном, так и в импульсном режимах токовой накачки, улучшенной диаграммы направленности в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры.The objective of the proposed technical solution is the development of such a design of an injection laser that would simplify the manufacturing technology while maintaining the increased optical output power in both continuous and pulsed current pumping modes, an improved radiation pattern in a plane parallel to the layers of the heterostructure.

Поставленная задача решается тем, что инжекционный лазер, включающий выращенную на подложке лазерную гетероструктуру, содержащую активную область, заключенную между первым и вторым волноводными слоями. К волноводным слоям с внешней стороны примыкают соответственно слой широкозонного эмиттера р-типа проводимости и слой широкозонного эмиттера n-типа проводимости, которые являются ограничительными слоями. К внешней стороне широкозонного эмиттера р-типа проводимости примыкает полосковый омический контакт. К внешней стороне подложки примыкает сплошной омический контакт. Область инжекции расположена под полосковым омическим контактом и заключена между пассивными областями. В одной из пассивных областей расположена рельефная структура. Новым в инжекционном лазере является то, что рельефная структура выполнена на внешней стороне по меньшей мере одной пассивной области в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры, на расстоянии от ближайшей границы области инжекции с пассивной областью не менее 0,1 W, где W - ширина области инжекции, мкм, при этом величина амплитуды рельефной структуры равна не менее 10λ, где λ - рабочая длина волны инжекционного лазера в свободном пространстве, мкм, а отношение амплитуды рельефной структуры к ее периоду равно не менее 2.The problem is solved in that an injection laser, including a laser-grown heterostructure grown on a substrate, contains an active region enclosed between the first and second waveguide layers. From the outer side, the waveguide layers are respectively adjacent to a p-type wide-gap emitter layer and an n-type wide-gap emitter layer, which are restrictive layers. A strip ohmic contact is adjacent to the outer side of a wide-gap emitter of p-type conductivity. A solid ohmic contact adjoins the outer side of the substrate. The injection region is located under the strip ohmic contact and lies between the passive regions. In one of the passive areas is a relief structure. New in the injection laser is that the relief structure is made on the outer side of at least one passive region in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure, at a distance from the nearest boundary of the injection region with a passive region of at least 0.1 W, where W is the width of the injection region , μm, while the amplitude of the relief structure is not less than 10λ, where λ is the working wavelength of the injection laser in free space, μm, and the ratio of the amplitude of the relief structure to its period is not less than 2.

В инжекционном лазере рельефная структура может быть выполнена на внешней стороне двух пассивных областей.In the injection laser, the relief structure can be performed on the outside of two passive areas.

Рельефная структура может быть выполнена в широкозонном эмиттере р-типа проводимости и первом волноводном слое.The relief structure can be made in a wide-gap emitter of p-type conductivity and the first waveguide layer.

Рельефная структура может быть выполнена в широкозонном эмиттере р-типа проводимости, первом и втором волноводных слоях.The relief structure can be made in a wide-gap emitter of p-type conductivity, the first and second waveguide layers.

Рельефная структура может быть выполнена в широкозонном эмиттере р-типа проводимости, первом и втором волноводных слоях и в широкозонном эмиттере n-типа проводимости.The relief structure can be made in a wide-gap emitter of p-type conductivity, the first and second waveguide layers and in a wide-gap e-type emitter of conductivity.

В инжекционном лазере рельефная структура может быть выполнена из повторяющихся призм, сечение которых имеет форму равнобедренных треугольников, основанием которых является сторона, ближайшая к области инжекции.In the injection laser, the relief structure can be made of repetitive prisms, the cross section of which has the shape of isosceles triangles, the base of which is the side closest to the injection area.

Заявляемый инжекционный лазер обеспечивает упрощение технологии изготовления при сохранении увеличенной выходной оптической мощности как в непрерывном, так и в импульсном режимах токовой накачки, улучшенной диаграммы направленности в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры.The claimed injection laser provides a simplified manufacturing technology while maintaining an increased optical output power in both continuous and pulsed current pumping modes, an improved radiation pattern in a plane parallel to the layers of the heterostructure.

Упрощение технологии изготовления заявляемого инжекционного лазера, при сохранении высоких выходных характеристик, обеспечивается за счет выполнения рельефной структуры на внешней стороне по меньшей мере одной пассивной области в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры, на расстоянии от ближайшей границы области инжекции с пассивной областью не менее 0,1 W, где W - ширина области инжекции, мкм. Удаление рельефной структуры на расстояние не менее 0,1 W от ближайшей границы области инжекции с пассивной областью не приводит к усилению продольного волновода, а значит, не приводит к выполнению пороговых условий для высокодобротных мод продольного волновода, распространяющихся в Фабри-Перо резонаторе, которые ухудшают диаграмму направленности в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры (приводят к увеличению расходимости излучения в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры). Это позволяет сохранить высокое качество диаграммы направленности в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры. Максимального расстояние от ближайшей границы области инжекции с пассивной областью, на котором расположена рельефная структура, может быть выбрано исходя из принципа технологичности изготовления и использования инжекционных лазеров. Типично это расстояние определяется шириной пассивных областей и составляет 100-200 мкм. При технологической необходимости, определяемой спецификой использования и монтажа инжекционных лазеров, эта величина может быть увеличена или уменьшена относительно указанного максимального расстояния. Величина амплитуды рельефной структуры, равная не менее 10λ, где λ - рабочая длина волны инжекционного лазера в свободном пространстве, мкм, и периодом не более 5λ, (величина периода получена из требования к величине отношения амплитуды рельефной структуры к ее периоду, которое должно быть не менее 2). Требуемая минимальная величина амплитуды рельефной структуры определяется условием достаточности потерь излучения, направленного в сторону пассивных областей из области инжекции, при котором отсутствует обратная связь для замкнутых модовых структур. Максимальная амплитуда рельефной структуры может быть выбрана, исходя из принципа технологичности изготовления и использования инжекционных лазеров, и может составлять 100λ. Большие амплитуды могут быть использованы в случаях технологической необходимости, определяемой спецификой использования и монтажа инжекционных лазеров. Минимальные требования к технологии изготовления реализуются при изготовлении рельефных структур с минимальной величиной периода больше, чем λ. Указанные геометрические размеры рельефной структуры могут быть реализованы с использованием доступных фотолитографических процессов, известных из существующего уровня техники, и не требующих дополнительного дорогостоящего оборудования. Формирование таких рельефных структур приводит к увеличению оптических потерь для замкнутых модовых структур за счет сниженного коэффициента отражения и увеличенных оптических потерь при многократном отражении на элементах сформированных рельефных структур, и, таким образом, обеспечивает подавление генерации ЗМ, что позволяет сохранить увеличенную выходную оптическую мощность как в непрерывном, так и в импульсном режимах токовой накачки.Simplification of the manufacturing technology of the proposed injection laser, while maintaining high output characteristics, is achieved by performing a relief structure on the outer side of at least one passive region in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure, at a distance from the nearest border of the injection region with a passive region of at least 0.1 W, where W is the width of the injection area, μm. Removing the relief structure at a distance of not less than 0.1 W from the nearest boundary of the injection region with the passive region does not enhance the longitudinal waveguide, and therefore does not fulfill the threshold conditions for high-Q longitudinal waveguide modes propagating in the Fabry-Perot resonator that degrade radiation pattern in a plane parallel to the layers of the heterostructure (leads to an increase in the divergence of radiation in a plane parallel to the layers of the heterostructure). This allows preserving the high quality of the radiation pattern in a plane parallel to the layers of the heterostructure. The maximum distance from the nearest boundary of the injection region with the passive region, on which the relief structure is located, can be selected on the basis of the manufacturability principle and the use of injection lasers. Typically, this distance is determined by the width of the passive areas and is 100-200 microns. If the technological need is determined by the specifics of the use and installation of injection lasers, this value can be increased or decreased relative to the specified maximum distance. The amplitude of the relief structure is not less than 10λ, where λ is the working wavelength of the injection laser in free space, μm, and a period of not more than 5λ, (the period value is obtained from the requirement for the ratio of the amplitude of the relief structure to its period, which should not be less than 2). The required minimum amplitude of the relief structure is determined by the condition of sufficiency of radiation losses directed toward the passive regions from the injection region, at which there is no feedback for closed mode structures. The maximum amplitude of the relief structure can be selected on the basis of the principle of manufacturability and the use of injection lasers, and can be 100λ. Large amplitudes can be used in cases of technological need, determined by the specifics of the use and installation of injection lasers. The minimum requirements for manufacturing technology are implemented in the manufacture of relief structures with a minimum period value greater than λ. These geometric dimensions of the relief structure can be implemented using available photolithographic processes, known from the current level of technology, and not requiring additional expensive equipment. The formation of such relief structures leads to an increase in optical losses for closed mode structures due to a reduced reflection coefficient and increased optical losses during multiple reflections on the elements of the formed relief structures, and thus provides suppression of the generation of PM, which allows you to save the increased output optical power as in continuous and pulsed current pumping modes.

Настоящий инжекционный лазер поясняется чертежом, гдеThis injection laser is illustrated in the drawing, where

на фиг. 1 показан в аксонометрии настоящий инжекционный лазер, для которого рельефные структуры выполнены на внешних сторонах обеих пассивных областей;in fig. 1 is a perspective view of a real injection laser, for which relief structures are made on the outer sides of both passive regions;

на фиг. 2 показаны типичные зависимости выходной оптической мощности, выходящей через грань с нанесенным просветляющим покрытием, при непрерывном токе накачки (для первого-седьмого вариантов исполнения настоящего инжекционного лазера - кривая 13, для восьмого варианта исполнения настоящего инжекционного лазера - кривая 14, для известного инжекционного лазера - кривая 15);in fig. 2 shows typical dependences of the output optical power exiting through a face with a coated anti-reflection coating with a continuous pump current (curve 13 for the first and seventh variants of the present injection laser; curve 14 for the eighth version of the present injection laser; curve 15);

на фиг. 3 показаны типичные зависимости выходной оптической мощности, выходящей через грань с нанесенным просветляющим покрытием, при импульсном токе накачки (для первого-седьмого вариантов исполнения настоящего инжекционного лазера - кривая 16, для восьмого варианта исполнения настоящего инжекционного лазера - кривая 17, для известного инжекционного лазера - кривая 18);in fig. 3 shows typical dependences of the output optical power exiting through a face coated with an antireflection coating, with a pulsed pumping current (curve 16 for the first and seventh variants of the present injection laser, curve 17 for the eighth version of the present injection laser, curve 18);

на фиг. 4 показаны типичные диаграммы направленности, измеренные в непрерывном токе накачки 4 А, в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры, для первого-седьмого вариантов настоящего инжекционного лазера (кривая 19) и известного инжекционного лазера (кривая 20).in fig. 4 shows typical radiation patterns measured in a continuous pump current of 4 A, in a plane parallel to the heterostructure layers, for the first to seventh variants of the present injection laser (curve 19) and the known injection laser (curve 20).

Настоящий инжекционный лазер (см. фиг. 1) включает выращенную на подложке 1 лазерную гетероструктуру, содержащую активную область 2, заключенную между первым волноводным слоем 3 и вторым волноводным слоем 4, к которым с внешней стороны примыкают соответственно слой широкозонного эмиттера 5 р-типа проводимости и слой широкозонного эмиттера 6 n-типа проводимости, являющиеся ограничительными слоями, полосковый омический контакт 7, примыкающий к внешней стороне широкозонного эмиттера 5 р-типа проводимости, сплошной омический контакт 8, примыкающий к внешней стороне подложки 1, область инжекции 9 под полосковым омическим контактом 7, заключенную между пассивными областями 10. Настоящий инжекционный лазер включает резонатор Фабри-Перо, который образован двумя параллельными гранями (в общем случае естественносколотыми гранями, что известно из существующего уровня техники) с нанесенным на одну грань просветляющим покрытием и нанесенным на вторую грань отражающим покрытием (на фиг. 1 не указаны). В одной из пассивных областей 10 расположена рельефная структура 11, которая выполнена на внешней стороне по меньшей мере одной пассивной области 10 в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры, на расстоянии D, мкм, от ближайшей границы 12 (показана пунктирной линией) области инжекции 9 с пассивной областью 10 не менее 0,1 W, где W - ширина области инжекции 7, мкм, при этом величина амплитуды Н рельефной структуры равна не менее 10λ, где λ - рабочая длина волны инжекционного лазера в свободном пространстве, мкм, а отношение амплитуды Н рельефной структуры Н к ее периоду Т равно не менее 2.The present injection laser (see FIG. 1) includes a laser heterostructure grown on a substrate 1 containing an active region 2 enclosed between the first waveguide layer 3 and the second waveguide layer 4, to which, on the outside, are respectively p-type emitter layer 5 and a n-type wide-gap emitter layer 6, which are restrictive layers, a strip ohmic contact 7 adjacent to the outer side of a wide-gap emitter of 5 p-type conductivity, a continuous ohmic contact 8 adjoining To the outer side of the substrate 1, the injection area 9 under the strip ohmic contact 7, enclosed between the passive areas 10. This injection laser includes a Fabry-Perot resonator, which is formed by two parallel faces (in the general case, the fractured faces, which is known from the prior art) with an antireflection coating applied on one face and a reflective coating applied to the second face (not shown in Fig. 1). In one of the passive regions 10, there is a relief structure 11, which is formed on the outer side of at least one passive region 10 in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure, at a distance D, μm, from the nearest border 12 (shown by a dashed line) of the injection region 9 with a passive region 10 is not less than 0.1 W, where W is the width of the injection region 7 μm, while the magnitude of the amplitude H of the relief structure is not less than 10λ, where λ is the working wavelength of the injection laser in free space, μm, and the ratio of the amplitude H of the reliefthe structure of H to its period T is at least 2.

Упрощение технологии при сохранении высоких выходных характеристик настоящего инжекционного лазера обеспечивается за счет использования рельефных структур 11, которые не требуют усложнения технологических операций за счет использования планарной поверхности, отсутствия необходимости формирования фоторезистивных масок с размером единичного элемента менее 1 мкм, отсутствия дополнительных требований по точности воспроизведения рисунка, его однородности и точности глубины травления, так как отсутствует необходимость формировать протяженные двухмерные рисунки, покрывающие всю поверхность пассивной области 10. При этом настоящий инжекционный лазер обеспечивает подавление генерации ЗМ. Для инжекционных лазеров характерна модовая структура излучения, которая рассчитывается с помощью волнового уравнения [Х.Кейси, М.Паниш. - Лазеры на гетероструктурах. - Москва, Мир, 1981; L.A. Coldren, S.W. Corzine. - Diode lasers and photonic integrated circuits. (N.Y., JohnWiley&Sons, 1995).]. Можно выделить два типа модовых структур. Первый - это моды Фабри-Перо резонатора (ФПМ). Для таких мод характерно распространение излучения вдоль оптической оси резонатора под углами к нормали относительно зеркал резонатора (функцию зеркал Фабри-Перо резонатора выполняют естественно сколотая грань с нанесенным просветляющим покрытием и, параллельная ей грань с нанесенным отражающим покрытием, что известно из существующего уровня техники) меньшими, чем угол полного внутреннего отражения. В результате для ФПМ характерны отличные от нуля потери на выход излучения из резонатора. Именно это излучение является полезным при использовании инжекционных лазеров как источников оптического излучения. Структуры мод Фабри-Перо резонатора определяют волноводы, сформированные волноводными 3, 4 и эмиттерными (ограничительными) слоями 5, 6 гетероструктуры, полосковым омическим контактом 7. Второй тип модовых структур - это ЗМ. Для таких мод характерно распространение излучения под углами к нормалям относительно зеркал резонатора и внешним сторонам пассивных областей большими, чем угол полного внутреннего отражения. В результате для ЗМ характерны нулевые потери на выход излучения из резонатора. Структуры ЗМ определяют волноводы, сформированные волноводным и эмиттерными (ограничительными) слоями 3, 4, 5, 6 гетероструктуры, полосковым омическим контактом 7, зеркалами Фабри-Перо резонатора и формой внешних сторон пассивных областей 10. Выполнение пороговых условий генерации для ФПМ или ЗМ определяет режим работы инжекционного лазера. Когда порог генерации выполнен только для ФПМ, достигается максимальная полезная выходная эффективность и соответственно выходная оптическая мощность растет. При выполнении пороговых условий генерации для ЗМ часть лазерного излучения не выходит наружу и остается внутри инжекционного лазера. Как следствие, происходит частичное или полное падение выходной оптической мощности и снижение эффективности. В инжекционном лазере порог генерации лазерных мод достигается при выполнении двух условий: равенство модального усиления суммарным оптическим потерям и наличие обратной связи. Первое условие выполняется за счет тока инжекции, протекающего через полосковый омический контакт 7 и создающего инверсную заселенность носителями заряда активной области 2 под полосковым омическим контактом 7. Таким образом, в активной области 2 под полосковым омическим контактом 7 созданы условия для усиления оптического излучения, и эта часть активной области 2 называется областью инжекции 9 в которой происходит усиление лазерного излучения. Для частей активной области 2, расположенных в пассивных областях 10, условия для усиления не созданы, т.к. они электрически изолированы от тока инжекции. Однако остается оптическая связь между частями активной области 2, расположенными в пассивных областях 10 и частью активной области 2 в области инжекции 9, распложенной под омическим контактом 7. Эта связь реализована через общие волноводные слои 3, 4. Второе условие лазерной генерации (обратная связь) для инжекционных лазеров выполняется за счет резонатора, сформированного естественно сколотыми гранями. Естественно сколотые грани формируют два типа резонаторов: резонатор Фабри-Перо образован двумя зеркалами (параллельно сколотыми гранями), резонатор ЗМ образован двумя зеркалами резонатора Фабри-Перо и ортогональными им внешними поверхностями пассивных областей 10. В общем случае внешние поверхности пассивных областей 10 получают при изготовлении инжекционного лазера путем раскалывания гетероструктуры, что известно из существующего уровня техники. Подавление генерации ЗМ в настоящем инжекционном лазере обеспечено за счет подавления обратной связи в резонаторе ЗМ. Обратная связь в резонаторе ЗМ подавлена за счет рельефной структуры 11, которая выполнена на внешней стороне по меньшей мере одной пассивной области 10 в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры, на расстоянии D от ближайшей границы 12 области инжекции 9 с пассивной областью 10 не менее 0,1 W, где W - ширина области инжекции, мкм, при этом величина амплитуды Н рельефной структуры равна не менее 10λ, где λ - рабочая длина волны инжекционного лазера в свободном пространстве, мкм, а отношение амплитуды рельефной структуры к ее периоду Т равно не менее 2. Указанные условия обеспечивают поглощение и вывод спонтанного излучения, распространяющегося из части активной области 2, расположенной в области инжекции 9, в пассивные области 10.Simplification of the technology while maintaining high output characteristics of the present injection laser is provided by using relief structures 11, which do not require complication of technological operations due to the use of a planar surface, no need to form photoresistive masks with a single element size less than 1 micron, no additional requirements on the accuracy of the pattern its homogeneity and accuracy of etching depth, since there is no need to form pro heavy two-dimensional patterns covering the entire surface of the passive region 10. At the same time, a real injection laser suppresses the generation of PM. For injection lasers, the mode structure of radiation is characteristic, which is calculated using the wave equation [H. Cayce, M. Panish. - Lasers on heterostructures. - Moscow, Mir, 1981; L.A. Coldren, S.W. Corzine. - Diode lasers and photonic integrated circuits. (N.Y., JohnWiley & Sons, 1995).]. There are two types of mode structures. The first is the Fabry-Perot resonator modes (MTF). Such modes are characterized by the propagation of radiation along the optical axis of the resonator at angles to the normal relative to the resonator mirrors (the function of the Fabry-Perot mirrors of the resonator is performed by a naturally cleaved face with an applied anti-reflective coating and, parallel to it, by a reflective coating, as is known in the prior art) than the angle of total internal reflection. As a result, nonzero losses at the output of the radiation from the resonator are characteristic of FPM. It is this radiation that is useful when using injection lasers as sources of optical radiation. The structures of the Fabry-Perot resonator modes determine the waveguides formed by waveguide 3, 4 and emitter (restrictive) layers 5, 6 of the heterostructure, a strip ohmic contact 7. The second type of mode structure is 3M. Such modes are characterized by the propagation of radiation at angles to the normals relative to the resonator mirrors and to the outer sides of passive regions larger than the angle of total internal reflection. As a result, ZM is characterized by zero output loss from the resonator. ZM structures determine the waveguides formed by the waveguide and emitter (restrictive) layers of 3, 4, 5, 6 heterostructures, strip ohmic contact 7, Fabry-Perot resonator mirrors and the shape of the outer sides of passive regions 10. Fulfillment of the threshold generation conditions for FPM or ZM determines the mode injection laser operation. When the generation threshold is made only for FPM, the maximum useful output efficiency is reached and, accordingly, the output optical power increases. When the threshold conditions of generation for 3M are fulfilled, part of the laser radiation does not go outside and remains inside the injection laser. As a result, there is a partial or complete drop in optical output power and a decrease in efficiency. In an injection laser, the laser mode generation threshold is achieved when two conditions are met: the modal gain is equal to the total optical loss and the presence of feedback. The first condition is satisfied by the injection current flowing through the strip ohmic contact 7 and creating inverse population of active region 2 charge carriers under the strip ohmic contact 7. Thus, in the active region 2 under the strip ohmic contact 7, conditions are created for amplifying optical radiation, and this the part of the active region 2 is called the injection region 9 in which the laser radiation is amplified. For parts of the active region 2 located in the passive regions 10, the conditions for amplification are not created, because they are electrically isolated from the injection current. However, the optical coupling between the parts of the active region 2 located in the passive regions 10 and part of the active region 2 in the injection region 9 located under the ohmic contact 7 remains. This coupling is realized through common waveguide layers 3, 4. Second lasing condition (feedback) for injection lasers it is performed by a resonator formed by naturally chopped edges. Naturally cleaved edges form two types of resonators: the Fabry-Perot resonator is formed by two mirrors (parallel to cleaved faces), the ZM resonator is formed by two mirrors of the Fabry-Perot resonator and the outer surfaces of the passive regions 10 orthogonal to them. injection laser by splitting the heterostructure, which is known from the current level of technology. The suppression of 3M generation in a real injection laser is ensured by suppressing feedback in a 3M resonator. Feedback in the resonator ZM is suppressed due to the relief structure 11, which is made on the outer side of at least one passive region 10 in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure, at a distance D from the nearest boundary 12 of the injection region 9 with a passive region 10 of at least 0.1 W, where W is the width of the injection region, μm, while the magnitude of the amplitude H of the relief structure is not less than 10λ, where λ is the working wavelength of the injection laser in free space, μm, and the ratio of the amplitude of the relief structure to its period T is equal to n e less than 2. These conditions ensure the absorption and output of spontaneous radiation propagating from a part of the active region 2 located in the injection region 9 into the passive region 10.

Для подавления обратной связи в резонаторе ЗМ, установлено, что рельефные структуры 11 должны быть выполнены на внешней стороне по меньшей мере одной пассивной области 10 в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры, на расстоянии от ближайшей границы 12 области инжекции 9 с пассивной областью 10 не менее 0,1 W, где W - ширина области инжекции, мкм, при этом величина амплитуды Н рельефной структуры равна не менее 10λ, где λ - рабочая длина волны инжекционного лазера в свободном пространстве, мкм, а отношение амплитуды рельефной структуры к ее периоду Т равно не менее 2. Указанные условия обеспечивают поглощение и вывод спонтанного излучения, распространяющегося из части активной области, расположенной в области инжекции 9, в пассивные области 10. В противном случае лучи ЗМ возвращаются из пассивной области 10 в область инжекции 9, где происходит их усиление. Это приводит к выполнению пороговых условий для ЗМ и падению излучаемой мощности инжекционного лазера. Установленные размеры и расположение рельефных структур обеспечивает упрощение технологии изготовление инжекционного лазера при сохранении увеличенной выходной оптической мощности как в непрерывном, так и в импульсном режимах токовой накачки, улучшенной диаграммы направленности в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры.To suppress feedback in the ZM resonator, it is established that relief structures 11 must be performed on the outer side of at least one passive region 10 in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure, at a distance from the nearest boundary 12 of the injection region 9 with the passive region 10 of at least 0 , 1 W, where W is the width of the injection area, μm, while the magnitude of the amplitude H of the relief structure is not less than 10λ, where λ is the working wavelength of the injection laser in free space, μm, and the ratio of the amplitude of the relief structure to its the period T is at least 2. These conditions ensure the absorption and output of spontaneous radiation propagating from a part of the active region located in the injection region 9 into the passive region 10. Otherwise, the PM rays return from the passive region 10 to the injection region 9, where their gain. This leads to the fulfillment of the threshold conditions for the PM and a drop in the radiated power of the injection laser. The established dimensions and location of the relief structures simplifies the technology of manufacturing the injection laser while maintaining the increased optical output power in both continuous and pulsed current pumping modes, an improved radiation pattern in a plane parallel to the layers of the heterostructure.

Настоящий инжекционный лазер работает следующим образом. Через полосковый контакт 7 инжекционного лазера (см. фиг. 1) в направлении, перпендикулярном слоям гетероструктуры, пропускают электрический ток, причем режим работы инжекционного лазера соответствует прямому смещению р-n перехода. При превышении тока, пропускаемого через инжекционный лазер, порогового значения, через естественно сколотую грань - зеркало с нанесенным просветляющим покрытием выходит лазерное излучение Фабри-Перо моды. Заявляемый инжекционный лазер работает как в непрерывном, так и в импульсном режимах токовой накачки. Это связано с тем, что в непрерывном режиме накачки существенную роль играет тепловой разогрев, тогда как в импульсном режиме накачки увеличение внутренних оптических потерь в области инжекции, что известно из существующего уровня техники. Мощность выходящего излучения, помимо параметров структуры, зависит от величины пропускаемого через лазерную гетероструктуру тока. Спонтанное излучение, выходящее в пассивные области 10, выводится наружу или поглощается за счет сформированных рельефных структур 11 (см. фиг. 1). Это подавляет обратную связь для замкнутой моды. В результате сохраняется генерация только мод Фабри-Перо резонатора, что ведет к сохранению увеличенной выходной оптической мощности как в непрерывном, так и в импульсном режимах токовой накачки. Расположение рельефных структур 11 на внешней стороне по меньшей мере одной пассивной области 10 в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры, на расстоянии D от ближайшей границы 12 области инжекции 9 с пассивной областью 10 не менее 0,1 W, где W - ширина области инжекции, обеспечивает сохранение улучшенной диаграммы направленности в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры.This injection laser works as follows. An electric current is passed through a strip contact 7 of the injection laser (see Fig. 1) in the direction perpendicular to the layers of the heterostructure, and the operating mode of the injection laser corresponds to the forward displacement of the pn junction. When the current passed through the injection laser exceeds the threshold value, the Fabry-Perot laser radiation comes out through a naturally cleaved face - a mirror with a coated anti-reflection coating. The inventive injection laser operates in continuous and pulsed modes of current pumping. This is due to the fact that in a continuous pumping mode, thermal heating plays a significant role, whereas in a pulsed pumping mode, the increase in internal optical losses in the injection region is known from the prior art. The power of the outgoing radiation, in addition to the parameters of the structure, depends on the magnitude of the current transmitted through the laser heterostructure. Spontaneous radiation emerging into the passive regions 10 is brought out or absorbed by the relief structures 11 formed (see Fig. 1). This suppresses feedback for a closed mode. As a result, generation of only Fabry-Perot resonator modes is maintained, which leads to preservation of increased output optical power in both continuous and pulsed current pumping modes. The location of the relief structures 11 on the outer side of at least one passive region 10 in the plane perpendicular to the heterostructure layers at a distance D from the nearest border 12 of the injection region 9 with the passive region 10 is not less than 0.1 W, where W is the width of the injection region, provides maintaining an improved radiation pattern in a plane parallel to the layers of the heterostructure.

Пример. Были проведены сравнительные испытания известного инжекционного лазера и настоящего инжекционного лазера. Был изготовлен известный инжекционный лазер на основе гетероструктуры включающей волноводный слой Al0.3Ga0.7As толщиной 1 мкм, заключенный между широкозонным эмиттером Al0.4Ga0.6As р-типа проводимости толщиной 1,5 мкм и широкозонным эмиттером Al0.4Ga0.6As n-типа проводимости толщиной 1,5 мкм, активную область, состоящую из одного квантово-размерного активного слоя GaAs толщиной 12 нм, что обеспечивало рабочую длину волны излучения инжекционного лазера в свободном пространстве 0,85 мкм, оптический Фабри-Перо резонатор длинной 2 мм, образованный естественно сколотой гранью с нанесенным просветляющим покрытием, имеющим коэффициент отражения 5% и гранью с нанесенным отражающим покрытием, имеющим коэффициент отражения 95%, полосковый омический контакт шириной W=100 мкм, примыкающий к внешней стороне широкозонного эмиттера р-типа проводимости.Example. Comparative tests of the known injection laser and the present injection laser were carried out. A well-known injection laser was fabricated based on a heterostructure including a waveguide layer of Al 0.3 Ga 0.7 As with a thickness of 1 μm, enclosed between a wide-gap emitter Al 0.4 Ga 0.6 As of p-type conductivity 1.5 μm thick and a wide-gap emitter Al 0.4 Ga 0.6 As of n-type conductivity 1.5 μm thick, active region consisting of a single quantum-sized active GaAs layer 12 nm thick, which provided an operating radiation wavelength of an injection laser in the free space of 0.85 μm, an optical Fabry-Perot resonator 2 mm long formed naturally on the cleaved facet with the applied antireflective coating having a reflectance of 5% and a face coated with a reflective coating having a reflection coefficient of 95%, an ohmic contact strip width W = 100 mm, adjacent to the outer side of the wide-emitter p-type conductivity.

Настоящий инжекционный лазер был изготовлен на основе такой же гетероструктуры, как и известный инжекционный лазер. Однако в настоящем инжекционном лазере на внешней стороне пассивной области была выполнена рельефная структура. Гетероструктура настоящего инжекционного лазера включала волноводный слой Al0.3Ga0.7As толщиной 1 мкм, заключенный между широкозонным эмиттером Al0.4Ga0.6As р-типа проводимости толщиной 1,5 мкм и широкозонным эмиттером Al0.4Ga0.6As n-типа проводимости толщиной 1,5 мкм, активную область, состоящую из одного квантово-размерного активного слоя GaAs толщиной 12 нм, что обеспечивало рабочую длину волны излучения инжекционного лазера в свободном пространстве 0,85 мкм, оптический Фабри-Перо резонатор длинной 2 мм, образованный естественно сколотой гранью с нанесенным просветляющим покрытием, имеющим коэффициент отражения 5% и гранью с нанесенным отражающим покрытием, имеющим коэффициент отражения 95%, полосковый омический контакт шириной W, примыкающий к внешней стороне широкозонного эмиттера р-типа проводимости. Было рассмотрено восемь вариантов выполнения инжекционных лазеров, отличающихся параметрами выполненных рельефных структур. Варианты с первого по седьмой были выполнены на основе одинаковых гетероструктур. В восьмом варианте настоящего инжекционного лазера в конструкции гетероструктуры была изменена активная области для реализации условий генерации на другой рабочей длине волны.This injection laser was made on the basis of the same heterostructure as the famous injection laser. However, in the present injection laser, a relief structure was made on the outer side of the passive area. The heterostructure of the present injection laser included a waveguide layer of Al 0.3 Ga 0.7 As with a thickness of 1 μm, enclosed between a wide-gap emitter Al 0.4 Ga 0.6 As p-type conductivity 1.5 μm thick and a wide-gap emitter Al 0.4 Ga 0.6 As n-type conductivity 1.5 μm, the active region consisting of one quantum-sized active GaAs layer 12 nm thick, which provided an operating radiation wavelength of the injection laser in the free space of 0.85 μm, an optical Fabry-Perot resonator 2 mm long formed by a naturally broken face with nan hay antireflection coating having a reflectance of 5% and a face coated with a reflective coating having a reflection coefficient of 95%, an ohmic contact strip width W, adjacent to the outer side of the wide-emitter p-type conductivity. Eight embodiments of injection lasers with different parameters of embossed structures were considered. The variants from the first to the seventh were made on the basis of the same heterostructures. In the eighth version of the present injection laser, the active region was changed in the heterostructure design to realize the generation conditions at a different working wavelength.

В первом варианте использовали полосковый омический контакт шириной W=100 мкм, при этом рельефные структуры были выполнены на внешней стороне обеих пассивных областей, в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры. Расстояние D от рельефной структуры до ближайшей границы области инжекции с пассивной областью равно 10 мкм. Рельефная структура имела амплитуду Н=10 мкм, период Т рельефной структуры был 5 мкм. Рельефная структура была выполнена в широкозонном эмиттере р-типа проводимости и первом волноводном слое.In the first variant, a strip ohmic contact with a width of W = 100 μm was used, while the relief structures were made on the outer side of both passive regions, in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure. The distance D from the relief structure to the nearest boundary of the injection region with the passive region is 10 μm. The relief structure had an amplitude of H = 10 μm, the period T of the relief structure was 5 μm. The relief structure was made in a wide-gap emitter of p-type conductivity and the first waveguide layer.

Для второго варианта использовали полосковый омический контакт шириной W=100 мкм, при этом, по сравнению с первым вариантом, было увеличено расстояние D от рельефной структуры до ближайшей границы области инжекции с пассивной областью, которое составило 20 мкм, при этом остальные характеристики рельефной структуры были такие же как в первом варианте. Рельефная структура имела амплитуду Н=10 мкм, период Т рельефной структуры был 5 мкм. Рельефные структуры были выполнены на внешней стороне обеих пассивных областей, в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры. Рельефные структуры была выполнены в широкозонном эмиттере р-типа проводимости и первом волноводном слое.For the second variant, a strip ohmic contact with a width of W = 100 μm was used; in this case, compared with the first option, the distance D from the relief structure to the nearest border of the injection region with the passive region, which was 20 μm, was increased, while the other characteristics of the relief structure were Same as in the first version. The relief structure had an amplitude of H = 10 μm, the period T of the relief structure was 5 μm. The relief structures were made on the outer side of both passive regions, in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure. Relief structures were made in a wide-gap emitter of p-type conductivity and the first waveguide layer.

В третьем варианте использовали полосковый омический контакт шириной W=100 мкм. Расстояние D от рельефной структуры до ближайшей границы области инжекции с пассивной областью было таким же, как в первом варианте D=10 мкм, однако была увеличена амплитуда Н рельефной структуры до 20 мкм и период Т рельефной структуры был равен 10 мкм, остальные характеристики рельефной структуры были такие же, как в первом варианте. Рельефные структуры были выполнены на внешней стороне обеих пассивных областей, в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры. Рельефные структуры была выполнены в широкозонном эмиттере р-типа проводимости и первом волноводном слое.In the third variant, a strip ohmic contact with a width of W = 100 μm was used. The distance D from the relief structure to the nearest border of the injection region with the passive region was the same as in the first variant D = 10 μm, however, the amplitude H of the relief structure was increased to 20 μm and the period T of the relief structure was 10 μm, the other characteristics of the relief structure were the same as in the first version. The relief structures were made on the outer side of both passive regions, in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure. Relief structures were made in a wide-gap emitter of p-type conductivity and the first waveguide layer.

В четвертом варианте использовали полосковый омический контакт шириной W=100 мкм. По сравнению с третьим вариантом было увеличено отношение амплитуды рельефной структуры к периоду до 4 за счет уменьшения периода до 5 мкм, при этом остальные параметры были такие же как в третьем варианте: расстояние D от рельефной структуры до ближайшей границы области инжекции с пассивной областью составляло 10 мкм, амплитуда Н рельефной структуры равна 20 мкм. Рельефные структуры были выполнены на внешней стороне обеих пассивных областей, в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры. Рельефные структуры была выполнены в широкозонном эмиттере р-типа проводимости и первом волноводном слое.In the fourth embodiment, a strip ohmic contact with a width of W = 100 μm was used. Compared to the third option, the ratio of the amplitude of the relief structure to the period was increased to 4 by reducing the period to 5 microns, while the remaining parameters were the same as in the third variant: the distance D from the relief structure to the nearest border of the injection region with the passive region was 10 μm, the amplitude H of the relief structure is 20 μm. The relief structures were made on the outer side of both passive regions, in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure. Relief structures were made in a wide-gap emitter of p-type conductivity and the first waveguide layer.

В пятом варианте была изменена ширина полоскового омического контакта. Полосковый омический контакт имел ширину W=200 мкм. Расстояние от рельефной структуры до ближайшей границы области инжекции с пассивной областью D=20 мкм. Остальные параметры рельефной структуры были такие же как в первом варианте. Рельефная структура имела амплитуду Н=10 мкм, период Т рельефной структуры был 5 мкм. Рельефные структуры были выполнены на внешней стороне обеих пассивных областей, в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры. Рельефные структуры была выполнены в широкозонном эмиттере р-типа проводимости и первом волноводном слое.In the fifth variant, the width of the strip ohmic contact was changed. The strip ohmic contact had a width of W = 200 μm. The distance from the relief structure to the nearest boundary of the injection region with the passive region D = 20 μm. The remaining parameters of the relief structure were the same as in the first embodiment. The relief structure had an amplitude of H = 10 μm, the period T of the relief structure was 5 μm. The relief structures were made on the outer side of both passive regions, in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure. Relief structures were made in a wide-gap emitter of p-type conductivity and the first waveguide layer.

В шестом варианте использовали полосковый омический контакт шириной W=100 мкм, однако рельефная структура была выполнена на внешней стороне только одной пассивной области. Остальные характеристики рельефной структуры были такие же, как в первом варианте. Расстояние D от рельефной структуры до ближайшей границы области инжекции с пассивной областью было равно 10 мкм. Рельефная структура имела амплитуду Н=10 мкм, период Т рельефной структуры был 5 мкм. Рельефная структура была выполнена в широкозонном эмиттере р-типа проводимости и первом волноводном слое.In the sixth variant, a strip ohmic contact with a width of W = 100 μm was used, however, the relief structure was made on the outer side of only one passive area. The remaining characteristics of the relief structure were the same as in the first embodiment. The distance D from the relief structure to the nearest boundary of the injection region with the passive region was 10 μm. The relief structure had an amplitude of H = 10 μm, the period T of the relief structure was 5 μm. The relief structure was made in a wide-gap emitter of p-type conductivity and the first waveguide layer.

В седьмом варианте использовали полосковый омический контакт шириной W=100 мкм, при этом рельефная структура была выполнена в широкозонном эмиттере р-типа проводимости, первом и втором волноводных слоях и широкозонном эмиттере n-типа проводимости. Остальные характеристики рельефной структуры были такие же, как в первом варианте. Указанные рельефные структуры были выполнены на внешней стороне обеих пассивных областей, в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры (см. фиг. 1). Расстояние D от рельефной структуры до ближайшей границы области инжекции с пассивной областью составляло 10 мкм. Рельефная структура имела амплитуду Н=10 мкм, период Т рельефной структуры был 5 мкм. Рельефная структура была выполнена в широкозонном эмиттере р-типа проводимости и первом волноводном слое.In the seventh variant, a strip ohmic contact with a width of W = 100 μm was used, and the relief structure was made in a wide-gap p-type emitter, the first and second waveguide layers, and a wide-gap n-type emitter. The remaining characteristics of the relief structure were the same as in the first embodiment. These relief structures were made on the outer side of both passive regions, in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure (see Fig. 1). The distance D from the relief structure to the nearest boundary of the injection region with the passive region was 10 μm. The relief structure had an amplitude of H = 10 μm, the period T of the relief structure was 5 μm. The relief structure was made in a wide-gap emitter of p-type conductivity and the first waveguide layer.

Для реализации восьмого варианта использовали гетероструктуру с активной областью на одного квантово-размерного активного слоя GaInAs, толщиной 10 нм, что обеспечивало рабочую длину волны излучения инжекционного лазера в свободном пространстве 1,06 мкм. Остальные параметры гетероструктуры и инжекционного лазера остались неизменными. Гетероструктура включала волноводный слой Al0.3Ga0.7As толщиной 1 мкм, заключенный между широкозонным эмиттером Al0.4Ga0.6As р-типа проводимости толщиной 1,5 мкм и широкозонным эмиттером Al0.4Ga0.6As n-типа проводимости толщиной 1,5 мкм, активную область, состоящую из одного квантово-размерного активного слоя GaInAs толщиной 10 нм. Оптический Фабри-Перо резонатор длинной 2 мм, образованный естественно сколотой гранью с нанесенным просветляющим покрытием, имеющим коэффициент отражения 5% и гранью с нанесенным отражающим покрытием, имеющим коэффициент отражения 95%, полосковый омический контакт шириной W=100 мкм, примыкающий к внешней стороне широкозонного эмиттера р-типа проводимости. Рельефные структуры были выполнены на внешней стороне обеих пассивных областей, в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры (см. фиг. 1). Расстояние D от рельефной структуры до ближайшей границы области инжекции с пассивной областью составляло 10 мкм. Рельефная структура имела амплитуду Н=20 мкм, период Т рельефной структуры был 10 мкм. Рельефная структура была выполнена в широкозонном эмиттере р-типа проводимости и первом волноводном слое.To implement the eighth variant, a heterostructure with the active region on a single quantum-size active GaInAs layer, 10 nm thick, was used, which provided an operating radiation wavelength of the injection laser in the free space of 1.06 μm. The remaining parameters of the heterostructure and injection laser remained unchanged. The heterostructure included a waveguide layer of Al 0.3 Ga 0.7 As 1 μm thick enclosed between a wide-gap emitter Al 0.4 Ga 0.6 As of p-type conductivity 1.5 μm thick and a wide-gap emitter Al 0.4 Ga 0.6 As n-type conductivity 1.5 μm thick, active the region consisting of a single quantum-sized active layer GaInAs with a thickness of 10 nm. Optical Fabry-Perot resonator 2 mm long, formed by a naturally chopped face with an applied anti-reflective coating having a reflection coefficient of 5% and a side coated with a reflective coating having a reflection coefficient of 95%, a strip ohmic contact with a width of W = 100 μm, adjacent to the outer side of the wide-gap emitter of p-type conductivity. Relief structures were made on the outer side of both passive regions, in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure (see Fig. 1). The distance D from the relief structure to the nearest boundary of the injection region with the passive region was 10 μm. The relief structure had an amplitude of H = 20 μm, the period T of the relief structure was 10 μm. The relief structure was made in a wide-gap emitter of p-type conductivity and the first waveguide layer.

Основные параметры настоящего инжекционного лазера для различных вариантов его изготовления приведены в таблице, приведенной ниже.The main parameters of the present injection laser for various variants of its manufacture are shown in the table below.

Figure 00000001
Figure 00000001

Через полосковый омический контакт всех вариантов исполнения инжекционных лазеров в направлении, перпендикулярном слоям гетероструктуры, пропускали электрический ток, причем режим работы инжекционного лазера (лазерного диода) соответствовал прямому смещению р-n перехода. В первом режиме накачки пропускали непрерывный ток, во втором режиме накачки пропускали импульсный ток с длительностью импульсов тока 100 нс. Для первого-седьмого вариантов исполнения инжекционных лазеров зависимости оптической мощности, выходящей через грань с нанесенным просветляющим покрытием, от непрерывного тока накачки отличий не наблюдалось, поэтому на фиг. 2 (кривая 13) показана типичная непрерывная зависимость выходной оптической мощности от тока накачки для первого-седьмого вариантов исполнения настоящих инжекционных лазеров. Восьмой вариант инжекционного лазера проходил также измерения зависимостей выходной мощности от тока накачки в непрерывном режиме, как это было сделано для первого-седьмого вариантов. На фиг. 2 (кривая 14) показана типичная непрерывная зависимость выходной оптической мощности от тока накачки для восьмого варианта исполнения настоящего инжекционного лазера. Известный инжекционный лазер проходил также измерения зависимостей выходной мощности от тока накачки в непрерывном и импульсном режимах, как это было сделано для вариантов реализации настоящих инжекционных лазеров. На фиг. 2 (кривая 15) показана типичная непрерывная зависимость выходной оптической мощности от тока накачки для известного инжекционного лазера. Максимальное значение выходной оптической мощности при непрерывном токе накачки достигало 8 Вт для первого-седьмого вариантов исполнения настоящего инжекционного лазера, 6,9 Вт для восьмого варианта исполнения настоящего инжекционного лазера и 3,6 Вт для известного инжекционного лазера. Резкое снижение оптической мощности для известного инжекционного лазера свидетельствует о включении ЗМ. Разная оптическая мощность между первым-седьмым и восьмым вариантами исполнения связана с разной энергией фотона, определяемой длиной волны генерации.Through a strip ohmic contact of all variants of injection lasers in the direction perpendicular to the layers of the heterostructure, an electric current was passed, and the operating mode of the injection laser (laser diode) corresponded to the forward displacement of the pn junction. In the first pumping mode, a continuous current was passed, in the second pumping mode, a pulse current with a current duration of 100 ns was passed. For the first to seventh variants of injection lasers, the dependence of the optical power going through the face with the coated anti-reflection coating on the continuous pumping current was not observed, therefore, in FIG. Figure 2 (curve 13) shows the typical continuous dependence of the output optical power on the pump current for the first to seventh variants of real injection lasers. The eighth variant of the injection laser also measured the dependences of the output power on the pump current in a continuous mode, as was done for the first and seventh variants. FIG. 2 (curve 14) shows a typical continuous dependence of the output optical power on the pump current for the eighth version of the present injection laser. The well-known injection laser also measured the dependences of the output power on the pump current in continuous and pulsed modes, as was done for the options for realizing these injection lasers. FIG. Figure 2 (curve 15) shows a typical continuous dependence of the output optical power on the pump current for a known injection laser. The maximum output optical power at a continuous pump current reached 8 W for the first to seventh versions of the present injection laser, 6.9 W for the eighth version of the present injection laser, and 3.6 W for the known injection laser. A sharp decrease in optical power for a known injection laser indicates the inclusion of a PM. Different optical power between the first-seventh and eighth variants of execution is associated with different photon energy, determined by the wavelength of generation.

Для первого-седьмого вариантов исполнения настоящих инжекционных лазеров зависимости пиковой оптической мощности, выходящей через грань с нанесенным просветляющим покрытием, от амплитуды импульсного тока накачки отличий не наблюдалось, поэтому на фиг. 3 (кривая 16) показана типичная импульсная зависимость пиковой выходной оптической мощности от амплитуды тока накачки для первого-седьмого вариантов исполнения настоящих инжекционных лазеров. Восьмой вариант настоящего инжекционного лазера проходил также измерения зависимостей выходной мощности от тока накачки в импульсном режиме, как это было сделано для первого-седьмого вариайтов. На фиг. 3 (кривая 17) показана типичная импульсная зависимость пиковой выходной оптической мощности от амплитуды тока накачки для восьмого варианта исполнения настоящего инжекционного лазера. Известный инжекционный лазер проходил также измерения зависимостей выходной мощности от тока накачки в импульсном режиме, как это было сделано для вариантов реализации настоящих инжекционных лазеров. На фиг. 3 (кривая 18) показана типичная импульсная зависимость пиковой выходной оптической мощности от амплитуды тока накачки для известного инжекционного лазера. Максимальное значение выходной оптической мощности при импульсном токе накачки достигало 45 Вт для первого-седьмого вариантов исполнения настоящего инжекционного лазера, 37 Вт для восьмого варианта исполнения настоящего инжекционного лазера и 18,6 Вт для известного инжекционного лазера. Резкое снижение оптической мощности для известного инжекционного лазера свидетельствует о включении ЗМ. Разная оптическая мощность между первым-седьмым и восьмым вариантами исполнения связана с разной энергией фотона, определяемой длиной волны генерации.For the first to seventh versions of real injection lasers, the dependence of the peak optical power going through the coated edge of the anti-reflective coating on the amplitude of the pulsed pumping current was not observed, therefore, in FIG. 3 (curve 16) shows the typical impulse dependence of the peak output optical power on the amplitude of the pump current for the first to seventh variants of real injection lasers. The eighth version of the present injection laser also measured the dependences of the output power on the pump current in a pulsed mode, as was done for the first and seventh options. FIG. Figure 3 (curve 17) shows the typical impulse dependence of the peak output optical power on the amplitude of the pump current for the eighth version of the present injection laser. The well-known injection laser also measured the dependences of the output power on the pump current in a pulsed mode, as was done for the variants of real injection lasers. FIG. Figure 3 (curve 18) shows a typical pulse dependence of the peak output optical power on the amplitude of the pump current for a known injection laser. The maximum output optical power at a pulsed pumping current reached 45 W for the first to seventh versions of the present injection laser, 37 W for the eighth version of the present injection laser, and 18.6 W for the known injection laser. A sharp decrease in optical power for a known injection laser indicates the inclusion of a PM. Different optical power between the first-seventh and eighth variants of execution is associated with different photon energy, determined by the wavelength of generation.

Значения максимальной выходной оптической мощности, полученные для настоящего инжекционного лазера в непрерывном и импульсном режимах накачки выше максимальных значений оптической мощности для известного инжекционного лазера. Это значит, что выполненные рельефные структуры достаточно эффективны для подавления обратной связи в ЗМ и сохранения сохранении увеличенной выходной оптической мощности как в непрерывном, так и в импульсном режимах токовой накачки.The values of the maximum output optical power obtained for the present injection laser in continuous and pulsed pumping modes are higher than the maximum values of the optical power for a known injection laser. This means that the made relief structures are sufficiently effective for suppressing feedback in the ZM and preserving the preservation of the increased output optical power in both continuous and pulsed current pumping modes.

Результаты измерения диаграммы направленности в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры показаны на фиг. 4. Видно, что в настоящем инжекционном лазере удается сохранить улучшенную диаграмму направленности в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры.The results of measuring the radiation pattern in a plane parallel to the layers of the heterostructure are shown in FIG. 4. It can be seen that in the present injection laser it is possible to maintain an improved radiation pattern in a plane parallel to the layers of the heterostructure.

Для изготовления настоящего инжекционного лазера использовали стандартную технологию, которая не требовала использования дополнительного оборудования, а также усложнения технологического маршрута, связанного с изготовлением прецизионных масок из фоторезиста, дополнительного контроля формы рельефных структур. Это связано с использованием достаточно крупных рельефных структур, а также необходимостью формирования рельефных структур только на внешней стороне пассивных областей в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры. Таким образом, настоящий инжекционный лазер позволяет сохранять повышенные мощностные характеристики в непрерывном и импульсном режиме, а также обладает улучшенной диаграммы направленности в плоскости, параллельной слоям гетероструктуры, при упрощении технологии изготовления.For the manufacture of the present injection laser, standard technology was used, which did not require the use of additional equipment, as well as complication of the technological route associated with the manufacture of precision masks from photoresist, additional control of the shape of the relief structures. This is due to the use of rather large relief structures, as well as the need to form relief structures only on the outer side of the passive regions in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure. Thus, the present injection laser allows you to save increased power characteristics in continuous and pulsed mode, and also has an improved radiation pattern in a plane parallel to the layers of the heterostructure, while simplifying the manufacturing technology.

Claims (6)

1. Инжекционный лазер, включающий выращенную на подложке лазерную гетероструктуру, содержащую активную область, заключенную между первым и вторым волноводными слоями, к которым с внешней стороны примыкают соответственно слой широкозонного эмиттера p-типа проводимости и слой широкозонного эмиттера n-типа проводимости, являющиеся ограничительными слоями, полосковый омический контакт, примыкающий к внешней стороне широкозонного эмиттера p-типа проводимости, сплошной омический контакт, примыкающий к внешней стороне подложки, область инжекции под полосковым омическим контактом, заключенную между пассивными областями, при этом в одной из пассивных областей расположена рельефная структура, отличающийся тем, что рельефная структура выполнена на внешней стороне по меньшей мере одной пассивной области в плоскости, перпендикулярной слоям гетероструктуры, на расстоянии от ближайшей границы области инжекции с пассивной областью не менее 0,1W, где W - ширина области инжекции, мкм, при этом величина амплитуды рельефной структуры равна не менее 10λ, где λ - рабочая длина волны инжекционного лазера в свободном пространстве, мкм, а отношение амплитуды рельефной структуры к ее периоду равно не менее 2.1. Injection laser, comprising a laser-grown heterostructure grown on a substrate, containing an active region enclosed between the first and second waveguide layers, to which, on the outer side, respectively, a p-type wide-gap emitter layer and an n-type wide-gap emitter layer are adjacent , a strip ohmic contact adjacent to the outer side of a wide-gap emitter of p-type conductivity, a continuous ohmic contact adjacent to the outer side of the substrate, the injection region under the strip ohmic contact, concluded between the passive areas, while in one of the passive areas is a relief structure, characterized in that the relief structure is made on the outer side of at least one passive area in a plane perpendicular to the layers of the heterostructure, at a distance from the nearest border injection area with a passive area of not less than 0.1W, where W is the width of the injection area, μm, while the amplitude of the relief structure is not less than 10λ, where λ is the working wavelength of the injection free laser in microns, and the ratio of the amplitude of the relief structure to its period is at least 2. 2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что рельефная структура выполнена на внешней стороне двух пассивных областей.2. The laser under item 1, characterized in that the relief structure is made on the outer side of the two passive areas. 3. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что рельефная структура выполнена в широкозонном эмиттере p-типа проводимости и первом волноводном слое.3. The laser under item 1, characterized in that the relief structure is made in a wide-gap emitter of p-type conductivity and the first waveguide layer. 4. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что рельефная структура выполнена в широкозонном эмиттере p-типа проводимости, первом и втором волноводных слоях.4. The laser under item 1, characterized in that the relief structure is made in a wide-gap emitter of p-type conductivity, the first and second waveguide layers. 5. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что рельефная структура выполнена в широкозонном эмиттере p-типа проводимости, первом и втором волноводных слоях и широкозонном эмиттере n-типа проводимости.5. The laser under item 1, characterized in that the relief structure is made in a wide-gap emitter of p-type conductivity, the first and second waveguide layers and wide-gap emitter of n-type conductivity. 6. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что рельефная структура выполнена из повторяющихся призм, сечение которых имеет форму равнобедренных треугольников, основанием которых является сторона, ближайшая к области инжекции.6. The laser according to claim 1, characterized in that the relief structure is made of repetitive prisms, the cross section of which has the shape of isosceles triangles, the base of which is the side closest to the injection area.
RU2018104231A 2018-02-05 2018-02-05 Injection laser RU2685434C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104231A RU2685434C1 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Injection laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104231A RU2685434C1 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Injection laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2685434C1 true RU2685434C1 (en) 2019-04-18

Family

ID=66168292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018104231A RU2685434C1 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Injection laser

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2685434C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2230410C1 (en) * 2002-12-23 2004-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха Injection laser and laser diode strip
WO2010057455A2 (en) * 2008-11-21 2010-05-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Edge-emitting semiconductor laser chip
RU2443044C1 (en) * 2010-11-02 2012-02-20 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Injection laser
US8634443B2 (en) * 2008-12-05 2014-01-21 Renesas Electronics Corporation Laser diode and method of manufacturing the same
RU2540233C1 (en) * 2013-10-09 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Injection laser having multiwave modulated emission
RU2549553C2 (en) * 2013-07-30 2015-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Новолюм" Injection laser

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2230410C1 (en) * 2002-12-23 2004-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха Injection laser and laser diode strip
WO2010057455A2 (en) * 2008-11-21 2010-05-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Edge-emitting semiconductor laser chip
US8634443B2 (en) * 2008-12-05 2014-01-21 Renesas Electronics Corporation Laser diode and method of manufacturing the same
RU2443044C1 (en) * 2010-11-02 2012-02-20 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Injection laser
RU2549553C2 (en) * 2013-07-30 2015-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Новолюм" Injection laser
RU2540233C1 (en) * 2013-10-09 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Injection laser having multiwave modulated emission

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4574009B2 (en) Side anti-waveguide high-power semiconductor with reduced lateral optical confinement
JP5717726B2 (en) DFB laser diode with lateral coupling for high output power
US11437780B2 (en) Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and welding laser light source system
JPS59144193A (en) Semiconductor laser
US9158057B2 (en) Semiconductor light source free from facet reflections
US9502861B2 (en) Semiconductor laser
US10790637B2 (en) Method for making quantum cascade laser with angled active region
Koyama et al. Multiple-quantum-well GaInAs/GaInAsP tapered broad-area amplifiers with monolithically integrated waveguide lens for high-power applications
US5420880A (en) Low threshold vertical cavity surface emitting laser
JP2009528683A (en) Semiconductor laser device
RU2391756C2 (en) Diode laser, integrated diode laser and integrated semiconductor optical amplifier
US20070290191A1 (en) Resonant cavity optoelectronic device with suppressed parasitic modes
JP2004281826A (en) Semiconductor laser device and light pickup device using the same
RU2685434C1 (en) Injection laser
RU2443044C1 (en) Injection laser
JPS6140159B2 (en)
RU2259620C1 (en) Injection laser
RU192784U1 (en) SINGLE-FREQUENCY QUANTUM-CASCADE LASER OF THE MIDDLE INFRARED RANGE
KR102103515B1 (en) Laser diode structure and manufacturing method
RU2444101C1 (en) Injection laser
CN112290384A (en) Edge-emitting high-power laser and manufacturing method thereof
CN115280609A (en) Optical device
RU2361343C2 (en) Impulse injection laser
CN220138931U (en) Semiconductor laser and optical chip comprising same
CN220042577U (en) Semiconductor laser and optical chip comprising same

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210520

Effective date: 20210520