RU2704214C1

RU2704214C1 - Vertical-emitting laser with intracavity contacts and dielectric mirror

Info

Publication number: RU2704214C1
Application number: RU2016148713A
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Блохин; Николай Анатольевич Малеев; Александр Георгиевич Кузьменков; Алексей Петрович Васильев; Юрий Михайлович Задиранов; Виктор Михайлович Устинов
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2019-10-24

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to semiconductor engineering. Semiconductor vertical-emitting laser with intracavity contacts comprises semi-insulating substrate (1) of GaAs, a lower undoped DBR (2), an intracavity contact layer (3) of n-type, an n-type composite lattice (5), optical resonator (6) comprising active region (7) based on at least three layers of In(Al)GaAs quantum wells (8), a p-type composite grid (9) comprising at least one oxide current aperture (10), p-type intracavity contact layer (11), high-alloy p-type phase-corrective contact layer (12) and upper dielectric DBR (14) based on SiO₂/Ta₂O₅.

EFFECT: technical result consists in reduction of electric resistance and threshold current at improvement of differential efficiency.

14 cl, 5 dwg

Description

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

Полупроводниковые вертикально-излучающие лазеры ближнего ИК-диапазона (780-1100 нм) широко используют для сверхскоростного меж- и внутрисистемного обмена данными в локальных сетях и информационно-вычислительных системах, для создания датчиков различного типа (таких, как датчики перемещения, атомные часы, магнитометрические датчики, дальномеры), а также датчиков для области спектрометрии (газовые сенсоры). Конструктивно вертикально-излучающий лазер представляет собой полупроводниковый вертикальный оптический микрорезонатор с квантово-размерной активной областью, помещенный между двумя высокодобротными распределенными брэгговскими отражателями (РБО). Инжекцию носителей в активную область осуществляют либо через полупроводниковые РБО, либо через полупроводниковые внутрирезонаторные контакты. В настоящее время для синтеза эпитаксиальной структуры вертикально-излучающих лазеров широко применяют молекулярно-пучковую эпитаксию и газофазную эпитаксию из металлоорганических соединений, а для изготовления приборов применяют планарную технологию производства полупроводниковых приборов. Выращивание токопроводящих РБО методом молекулярно-пучковой эпитаксии, обладающих одновременно низкими внутренними потерями и малым электрическим сопротивлением, сопряжено с рядом технологических трудностей, обуславливающих необходимость применения сложных профилей легирования и изменения состава на гетерограницах. Частичное решение задачи связано с применением геометрии лазера с внутрирезонаторными контактами, однако проблема снижения последовательного сопротивления лазеров при обеспечении низкого порогового тока и высокой дифференциальной эффективности до сих пор актуальна. В первую очередь, это обусловлено сложностью получения омического контакта к слоям р-типа при сохранении низких внутренних оптических потерь в легированных слоях p-типа. Во-вторых, в конструкции лазера с внутрирезонаторными контактами достаточно сложно обеспечить однородную инжекцию носителей в активную область, что негативно сказывается на пороговом токе, динамических характеристиках и сроке службы лазера.Semiconductor vertical-emitting near-infrared lasers (780-1100 nm) are widely used for ultra-high-speed inter- and intra-system data exchange in local networks and information and computing systems, to create various types of sensors (such as displacement sensors, atomic clocks, magnetometric sensors, rangefinders), as well as sensors for the field of spectrometry (gas sensors). Structurally, a vertical-emitting laser is a semiconductor vertical optical microresonator with a quantum-dimensional active region, placed between two high-quality distributed Bragg reflectors (RBO). Injection of carriers into the active region is carried out either through semiconductor RBOs or through semiconductor intracavity contacts. Currently, molecular-beam epitaxy and gas-phase epitaxy from organometallic compounds are widely used to synthesize the epitaxial structure of vertically emitting lasers, and planar technology for the production of semiconductor devices is used to manufacture devices. The growth of conductive RBOs by molecular beam epitaxy, which simultaneously have low internal losses and low electrical resistance, is associated with a number of technological difficulties that necessitate the use of complex doping profiles and composition changes at heteroboundaries. A partial solution to the problem is associated with the use of the geometry of a laser with intracavity contacts, however, the problem of reducing the series resistance of lasers while providing a low threshold current and high differential efficiency is still relevant. First of all, this is due to the difficulty of obtaining ohmic contact to p-type layers while maintaining low internal optical loss in p-type doped layers. Secondly, in the design of a laser with intracavity contacts, it is rather difficult to ensure uniform injection of carriers into the active region, which negatively affects the threshold current, dynamic characteristics, and laser life.

Известен вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами (см. патент US 7801198, МПК H01S 5/00, опубликован 21.09.2010), содержащий полуизолирующую подложку, нижний полупроводниковый РБО на основе слоев AlAs/GaAs, внутрирезонаторный контактный слой n-типа, электрический контакт n-типа, оптический резонатор, содержащий активную область на основе квантовых ям InGaAsN и оксидную апертуру, внутрирезонаторный контактный слой p-типа, электрический контакт p-типа и верхний диэлектрический РБО на основе слоев SiO₂/SiN или SiO₂/Si.Known vertical-emitting laser with intracavity contacts (see patent US 7801198, IPC H01S 5/00, published 09/21/2010), containing a semi-insulating substrate, a lower semiconductor DBR based on AlAs / GaAs layers, an n-type intracavity contact layer, an electrical contact n-type, an optical cavity containing an active region based on InGaAsN quantum wells and an oxide aperture, a p-type intracavity contact layer, a p-type electrical contact, and an upper dielectric DBR based on SiO ₂ / SiN or SiO ₂ / Si layers.

Недостатком известного вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами является отсутствие эффективного растекания тока в пределах площади токовой апертуры, приводящее к росту плотности тока на краях токовой апертуры, что, в свою очередь, обуславливает рост порогового тока и тенденцию к многомодовой генерации через моды высшего порядка. Кроме того, применение квантовых ям InGaAsN в качестве активной области, использование бинарного раствора GaAs (поглощение света при длинах волне менее 900 нм) и диэлектрических слоев Si в РБО (поглощение света при длинах волн менее 1100 нм) в конструкции лазера не позволяет реализовать лазерную генерацию в диапазоне длин волн 780-1000 нм. Более того, относительно небольшой контраст показателей преломления диэлектриков, с учетом реальной шероховатости поверхности диэлектрика, требует большего количества пар в верхнем РБО.A disadvantage of the known vertical-emitting laser with intracavity contacts is the lack of effective current spreading within the current aperture area, which leads to an increase in the current density at the edges of the current aperture, which, in turn, leads to an increase in the threshold current and a tendency to multimode generation through higher-order modes. In addition, the use of InGaAsN quantum wells as an active region, the use of a GaAs binary solution (light absorption at wavelengths less than 900 nm) and Si dielectric layers in DBR (light absorption at wavelengths less than 1100 nm) in laser design does not allow laser generation in the wavelength range of 780-1000 nm. Moreover, the relatively small contrast of the refractive indices of dielectrics, taking into account the real roughness of the surface of the dielectric, requires more pairs in the upper DBR.

Известен вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами (см. патент US 5245622, МПК H01S 3/19, опубликован 14.09.1993), содержащий подложку (например, GaAs), нижний полупроводниковый РБО, внутрирезонаторный контактный слой n-типа, электрический контакт n-типа, оптический резонатор, содержащий активную область на основе квантовых ям, внутрирезонаторный контактный слой p-типа, содержащий ионно-имплантированную токовую апертуру, электрический контакт p-типа и верхний РБО. Внутрирезонаторные контактные слои содержат последовательность из чередующихся слоев с низким (до 10¹⁸ см^-3) уровнем легирования и толщиной не менее λ/4n, и высоким (до 10²⁰ см^-3) уровнем легирования и толщиной не более λ/4n, где n - показатель преломления соответствующего слоя, λ - резонансная длина вертикального оптического резонатора). Более того, чередующиеся слои внутрирезонаторного контактного слоя p-типа могут иметь разную ширину запрещенной зоны. Верхний РБО может быть реализован как на основе полупроводниковых слоев, например, твердого раствора AlGaAs, так и на основе диэлектрических слоев, например, SiO₂ и TiO₂.Known vertical-emitting laser with intracavity contacts (see patent US 5245622, IPC H01S 3/19, published 09/14/1993), containing a substrate (for example, GaAs), lower semiconductor DBR, n-type intracavity contact layer, n- electrical contact type, an optical resonator containing an active region based on quantum wells, a p-type intracavity contact layer containing an ion-implanted current aperture, a p-type electrical contact, and an upper RBO. The intracavity contact layers contain a sequence of alternating layers with a low (up to 10 ¹⁸ cm ^-3 ) doping level and a thickness of at least λ / 4n, and a high (up to 10 ²⁰ cm ^-3 ) doping level and a thickness of not more than λ / 4n, where n is the refractive index of the corresponding layer, λ is the resonance length of the vertical optical resonator). Moreover, alternating layers of the p-type intracavity contact layer can have different bandgaps. The upper DBR can be realized both on the basis of semiconductor layers, for example, AlGaAs solid solution, and on the basis of dielectric layers, for example, SiO ₂ and TiO ₂ .

Недостатком известного вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами является неоптимальная схема легирования внутрирезонаторных контактных слоев, а именно использование относительно толстых слоев с высоким уровнем легирования вблизи резонатора, что обуславливает рост порогового тока и падение дифференциальной эффективности лазера вследствие высокого уровня поглощения на свободных носителях. Более того, предложенные конструкции внутрирезонаторных контактных слоев не обеспечивают эффективное растекание носителей заряда обоих типов по площади токовой апертуры, а также снижения высоты потенциальных барьеров и, как следствие, снижения сопротивления и рабочего напряжения лазеров. Кроме того, легирование акцепторами твердых растворов AlGaAs до уровня 10²⁰ см^-3 в ряде случаев (например, примесью углерода) сопряжено с деформацией корругацией поверхности, тогда как легирование донорами на такой уровень технически сложно (для части примесей, например, для кремния, невозможно). Другим недостатком известного лазера является применение метода ионной имплантации для формирования токовой апертуры, что сопряжено с ростом безызлучательной рекомбинации на радиационных дефектах вблизи апертуры и невозможностью создания эффективных лазеров с размером апертуры менее 10 мкм. Кроме того, ионно-имплантированная токовая апертура обеспечивает лишь электронное ограничение, а модовый состав излучения таких лазеров нестабилен и зависит от тепловых эффектов, эффектов спектрального и пространственного выжигание дыр.A disadvantage of the known vertical-emitting laser with intracavity contacts is the non-optimal pattern of doping of intracavity contact layers, namely the use of relatively thick layers with a high doping level near the resonator, which leads to an increase in the threshold current and a decrease in the differential efficiency of the laser due to the high level of absorption on free carriers. Moreover, the proposed designs of intracavity contact layers do not provide effective spreading of charge carriers of both types over the area of the current aperture, as well as reducing the height of potential barriers and, as a result, reducing the resistance and operating voltage of the lasers. In addition, alloying AlGaAs solid solutions with acceptors to a level of 10 ²⁰ cm ^-3 in some cases (for example, an admixture of carbon) is associated with deformation by surface corrugation, while doping with donors to this level is technically difficult (for some impurities, for example, for silicon, it is impossible ) Another disadvantage of the known laser is the use of the ion implantation method for forming a current aperture, which is associated with an increase in nonradiative recombination on radiation defects near the aperture and the inability to create effective lasers with an aperture size of less than 10 μm. In addition, the ion-implanted current aperture provides only electronic confinement, and the mode composition of the radiation from such lasers is unstable and depends on thermal effects, spectral and spatial hole burning effects.

Известен вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами (см. патент ЕР 0926786, МПК H01S 5/183, опубликован 08.06.2005), содержащий подложку (например, GaAs), нижний полупроводниковый РБО, внутрирезонаторный контактный слой n-типа, электрический контакт n-типа, оптический резонатор, содержащий активную область на основе квантовых ям (например, InGaAs), внутрирезонаторный контактный слой p-типа, содержащий ионно-имплантированную токовую апертуру, электрический контакт p-типа, оптическую апертуру и верхний диэлектрический РБО на основе слоев MgF₂-CaF₂ и ZnS. Для улучшения контактного сопротивления к слою p-типа внутрирезонаторный контактный слой p-типа содержит от одного до трех тонких (около 10-30 нм) сильнолегированных слоев p-типа (до 10²⁰ см^-3), которые располагают в минимумах электромагнитного поля оптической моды резонатора. Внешний диаметр оптической апертуры должен быть больше внутреннего диаметра токовой апертуры.Known vertical-emitting laser with intracavity contacts (see patent EP 0926786, IPC H01S 5/183, published 08.06.2005) containing a substrate (for example, GaAs), lower semiconductor RBO, intracavity contact layer n-type, electrical contact n- type, an optical resonator containing a quantum well-based active region (e.g., InGaAs), a p-type intracavity contact layer containing an ion-implanted current aperture, a p-type electrical contact, an optical aperture and an upper dielectric RBO based on MgF ₂ layers CaF ₂ and ZnS. To improve the contact resistance to the p-type layer, the p-type intracavity contact layer contains from one to three thin (about 10-30 nm) heavily doped p-type layers (up to 10 ²⁰ cm ^-3 ), which are located in the minima of the electromagnetic field of the optical mode resonator. The outer diameter of the optical aperture must be larger than the inner diameter of the current aperture.

Недостатком известного вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами является раздельное применение ионно-имплантированной токовой апертуры для электронного ограничения и оптической апертуры в виде локального латерального волновода для оптического ограничения, что не позволяет реализовать одномодовые эффективные лазеры, так как размеры токовой апертуры меньше размера оптической апертуры. Более того, применение ионной имплантации для формирования токовой апертуры сопряжено с ростом внутренних оптических потерь на радиационных дефектах, а использование высокотемпературного отжига (~500°С) для удаления мелких ловушек сопряжено с нежелательным эффектом диффузии In в квантовой яме. Другим важным недостатком является предложенная схема инжекции носителей заряда в активную область, ведущая к эффекту концентрирования тока вблизи внешних краев токовой апертуры, что, в свою очередь, негативно сказывается на пороговом токе и модовом составе лазера. Кроме того, применение сильнолегированных слоев p-типа вблизи оптического резонатора обуславливает дополнительные внутренние оптические потери и рост порового тока лазера. Более того, многослойные РБО на основе MgF₂-CaF₂/ZnS подвержены механическому разрушению из-за высоких растягивающих напряжений в диэлектрических слоях MgF₂, а также оптически неоднородны из-за пол и кристалличности MgF₂.A disadvantage of the known vertical-emitting laser with intracavity contacts is the separate use of an ion-implanted current aperture for electronic restraint and an optical aperture in the form of a local lateral waveguide for optical restraint, which does not allow the implementation of single-mode effective lasers, since the size of the current aperture is smaller than the size of the optical aperture. Moreover, the use of ion implantation to form a current aperture is associated with an increase in internal optical losses due to radiation defects, and the use of high-temperature annealing (~ 500 ° С) to remove small traps is associated with the undesirable effect of In diffusion in a quantum well. Another important drawback is the proposed scheme of injection of charge carriers into the active region, leading to the effect of concentration of the current near the outer edges of the current aperture, which, in turn, negatively affects the threshold current and mode composition of the laser. In addition, the use of heavily doped p-type layers near the optical resonator causes additional internal optical losses and an increase in the pore current of the laser. Moreover, multilayer DBFs based on MgF ₂ -CaF ₂ / ZnS are susceptible to mechanical failure due to high tensile stresses in the dielectric layers of MgF ₂ , and are also optically inhomogeneous due to the floor and crystallinity of MgF ₂ .

Известен вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами (см. заявка WO 2003084005, МПК H01S 3/08, опубликована 09.10.2003), содержащий подложку (например, GaAs), нижний полупроводниковый нелегированный РБО (например, на основе GaAs и AlAs), внутрирезонаторный контактный слой n-типа, электрический контакт n-типа, оптический резонатор, содержащий активную область на основе квантовых ям и оксидную апертуру, внутрирезонаторный контактный слой p-типа, фазокорректирующий диэлектрический слой и верхний диэлектрический РБО. Внутрирезонаторные контактные слои выполнены из бинарного соединения GaAs и в среднем легированы акцепторами на уровень 5⋅10¹⁶ см^-3-1⋅10¹⁸ см^-3 и донорами на уровень 5⋅10¹⁷ см^-3-3⋅10¹⁸ см^-3, при этом с периодичностью λ/2n содержит сильнолегированные вставки толщиной до 30 нм, где уровень легирования увеличивается до 2⋅10¹⁹-2⋅10²⁰ см^-3 для слоев p-типа и до 5⋅10¹⁸-1⋅10¹⁹ см^-3 для слоев n-типа. Электрический контакт p-типа формируют непосредственно на сильнолегированной вставке p-типа, а фазокорректирующий диэлектрический слой согласует набег фазы полупроводниковой части лазера с диэлектрической. Диэлектрическое РБО может быть сформировано из SiO₂/SiN, MgO/MgF₂, SiO₂/TiO₂.Known vertical-emitting laser with intracavity contacts (see application WO 2003084005, IPC H01S 3/08, published 09.10.2003) containing a substrate (for example, GaAs), a lower semiconductor undoped DBR (for example, based on GaAs and AlAs), intracavity an n-type contact layer, an n-type electrical contact, an optical cavity containing an active region based on quantum wells and an oxide aperture, a p-type intracavity contact layer, a phase-correcting dielectric layer, and an upper dielectric RBO. The intracavity contact layers are made of a GaAs binary compound and, on average, are doped with acceptors at the level of 5⋅10 ¹⁶ cm ^-3 -1⋅10 ¹⁸ cm ^-3 and with donors at the level of 5⋅10 ¹⁷ cm ^-3 -3⋅10 ¹⁸ cm ^-3 , at the same time, with a frequency of λ / 2n, it contains heavily doped inserts up to 30 nm thick, where the doping level increases to 2 увеличивается10 ¹⁹ -2⋅10 ²⁰ cm ^-3 for p-type layers and to 5⋅10 ¹⁸ -1⋅10 ¹⁹ cm ^{- 3} for n-type layers. The p-type electrical contact is formed directly on the heavily doped p-type insert, and the phase-correcting dielectric layer matches the phase incursion of the semiconductor part of the laser with the dielectric. The dielectric DBR can be formed from SiO ₂ / SiN, MgO / MgF ₂ , SiO ₂ / TiO ₂ .

Недостатком известного вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами является неоднородная инжекция носителей тока в активную область по площади апертуры вследствие конструктивного недочета в конструкциях внутрирезонаторных слоев. Кроме того, применение относительно толстых сильнолегированных вставок вблизи резонатора ведет к росту уровня внутренних оптических потерь из-за поглощения на свободных носителях, несмотря на их расположение в минимумах электромагнитного поля оптической моды резонатора. Еще одним недостатком известного лазера является предлагаемые системы материалов для формирования диэлектрического РБО, поскольку для пленок MgF₂ характерны высокие растягивающие напряжения и неоднородность по толщине, для пленок MgO - низкая стабильность и деградация поверхности во внешней среде, для пленок TiO₂ - поликристалличность, а для пленок SiN - относительно низкий показатель преломления. Кроме того, известная конструкция не позволяет реализовать лазер с длиной волны излучения менее 900 нм вследствие применения бинарных слоев GaAs (оптически-непрозрачен в данном спектральном диапазоне).A disadvantage of the known vertical-emitting laser with intracavity contacts is the inhomogeneous injection of current carriers into the active region over the aperture area due to a design flaw in the designs of intracavity layers. In addition, the use of relatively thick heavily doped inserts near the resonator leads to an increase in the level of internal optical losses due to absorption on free carriers, despite their location at the minima of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator. Another disadvantage of the known laser is the proposed material systems for the formation of dielectric DBR, since MgF ₂ films are characterized by high tensile stresses and heterogeneity in thickness, MgO films have low stability and surface degradation in the external medium, polycrystallinity for TiO ₂ films, and for SiN films - a relatively low refractive index. In addition, the known design does not allow the implementation of a laser with a radiation wavelength of less than 900 nm due to the use of binary GaAs layers (optically opaque in this spectral range).

Наиболее близким к настоящему техническому решению по совокупности существенных признаков является вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом (см. патент US 6906353, МПК H01L 33/00, H01S 3/08, опубликован 14.06.2005), принятый за прототип. Лазер-прототип содержит полуизолирующую подложку GaAs, нижний нелегированный полупроводниковый РБО, внутрирезонаторный контактный слой из AlGaAs n-типа, электрический контакт n-типа, оптический резонатор из AlGaAs, содержащий активную область на основе квантовых ям InGaAlAs и ионно-имплантированную токовую апертуру, композиционную решетку p-типа, внутрирезонаторный контактный слой из AlGaAs p-типа, электрический контакт p-типа и верхний диэлектрический РБО. Нелегированный полупроводниковый РБО сформирован из слоев AlGaAs с разным составом по Al. Композиционная решетка p-типа содержит несколько пар чередующихся слоев AlGaAs p-типа с низким и высоким составом по Al для уменьшения глубины и контроля профиля имплантации ионов при формировании токовой апертуры. Диэлектрическое зеркало в виде РБО может быть сформировано из слоев SiO₂/TiO₂ или MgF₂/ZnSe.The closest to this technical solution for the combination of essential features is a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror (see patent US 6906353, IPC H01L 33/00, H01S 3/08, published June 14, 2005), adopted as a prototype. The prototype laser contains a semi-insulating GaAs substrate, a lower undoped semiconductor DBR, an n-type AlGaAs intracavity contact layer, an n-type electrical contact, an AlGaAs optical cavity containing an active region based on InGaAlAs quantum wells and an ion-implanted current aperture, a composite grating p-type, p-type AlGaAs intracavity contact layer, p-type electrical contact and upper dielectric RBO. An undoped semiconductor DBR is formed from AlGaAs layers with different Al compositions. The p-type composite lattice contains several pairs of alternating p-type AlGaAs layers with low and high Al composition in order to reduce the depth and control the ion implantation profile during the formation of the current aperture. A dielectric mirror in the form of DBR can be formed from layers of SiO ₂ / TiO ₂ or MgF ₂ / ZnSe.

Недостатком известного вертикально-излучающего лазера-прототипа является неоптимальная схема инжекции электронов в активную область, которая не обеспечивает эффективное растекание электронов по площади апертуры, что ведет к неоднородной прокачке активной области и, совместно с эффектом выжигания дыр, способствует появлению нестабильности модового состава лазера и связанных с ним негативных эффектов. Кроме того, конструкция внутрирезонаторных контактных слоев не способствует снижению уровня поглощения на свободных носителях и одновременному достижению низких пороговых токов при высокой дифференциальной эффективности. Более того, применение ионно-имплантированной токовой апертуры сопряжено усугубляет ситуацию за счет появления большого количества радиационных дефектов, что, с учетом отсутствия сильного оптического ограничения, ведет к нежелательной генерации через моды высшего порядка и стремительному росту порогового тока при уменьшении размера токовой апертуры (менее 10 мкм). В результате, реализация низкопорогового и высокоэффективного вертикально-излучающего лазера с малым потреблением электрической мощности невозможна. Другим важным недостатком лазера-прототипа является предложения конструкция диэлектрического РБО, поскольку для слоев MgF₂ и TiO₂ характерны высокие растягивающие напряжения и поликристалличность, что обуславливает плохую механическая стабильность и низкую оптическую однородность зеркал. Кроме того, показатель преломления слоев TiO₂ сильно зависит от технологических режимов осаждения.A disadvantage of the known vertical-emitting laser prototype is the non-optimal scheme of electron injection into the active region, which does not provide effective electron spreading over the aperture area, which leads to inhomogeneous pumping of the active region and, together with the hole burning effect, contributes to the instability of the laser mode composition and the associated with it negative effects. In addition, the design of intracavity contact layers does not contribute to a decrease in the absorption level on free carriers and at the same time to achieve low threshold currents with high differential efficiency. Moreover, the use of an ion-implanted current aperture conjugates the situation due to the appearance of a large number of radiation defects, which, given the absence of a strong optical limitation, leads to unwanted generation through higher-order modes and a rapid increase in the threshold current with a decrease in the size of the current aperture (less than 10 μm). As a result, the implementation of a low-threshold and high-efficiency vertical-emitting laser with low power consumption is impossible. Another important disadvantage of the prototype laser is the design of the dielectric DBR, since MgF ₂ and TiO ₂ layers are characterized by high tensile stresses and polycrystallinity, which leads to poor mechanical stability and low optical uniformity of the mirrors. In addition, the refractive index of TiO ₂ layers strongly depends on the technological deposition regimes.

Задачей настоящего решения является создание вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом ближнего ИК-диапазона (длина волны генерации в диапазоне 780-1100 нм) который бы одновременно обеспечивал низкий пороговый ток, высокую дифференциальную эффективность и малое электрическое сопротивление приборов при малых латеральных размерах токовой апертуры (менее 10 мкм).The objective of this solution is to create a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a near-infrared dielectric mirror (lasing wavelength in the range of 780-1100 nm), which would simultaneously provide a low threshold current, high differential efficiency and low electrical resistance of devices with small lateral dimensions current aperture (less than 10 microns).

Поставленная задача достигается тем, что вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом содержит полуизолирующую подложку GaAs, нижний нелегированный РБО, внутрирезонаторный контактный слой n-типа, композиционную решетку n-типа, оптический резонатор, содержащий активную область на основе по меньшей мере трех слоев In(Al)GaAs квантовых ям, композиционную решетку p-типа, содержащую по меньшей мере одну оксидную токовую апертуру, внутрирезонаторный контактный слой p-типа, сильнолегированный фазокорректирующий контактный слой p-типа и верхний диэлектрический РБО на основе SiO₂/Ta₂O₅.This object is achieved in that the vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror contains a semi-insulating GaAs substrate, a lower undoped DBR, an n-type intracavity contact layer, an n-type composite lattice, and an optical cavity containing an active region based on at least three layers of In (Al) GaAs quantum wells, p-type composite lattice containing at least one oxide current aperture, p-type intracavity contact layer, highly doped phase correction iruyuschy contact layer of p-type and an upper dielectric DBR based SiO ₂ / Ta ₂ O _5.

Новым в вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом является применение легированных композиционных решеток, наличие сильнолегированного фазокорректирующего контактного слоя p-типа непосредственно над периферийной частью токовой апертуры и применение системы материалов SiO₂/Ta₂O₅ в диэлектрическом РБО.New in a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror is the use of doped composite gratings, the presence of a heavily doped phase-correcting p-type contact layer directly above the peripheral part of the current aperture, and the use of the SiO ₂ / Ta ₂ O ₅ material system in dielectric RBO.

Использование схемы инжекции носителей заряда в активную область через внутрирезонаторные контакты и композиционные решетки позволяет обеспечить эффективное растекание как дырок, так и электронов по площади токовой апертуры за счет применения тонких вставок с повышенным легированием в контактных слоях и наличия дополнительных потенциальных барьеров для вертикального транспорта носителей на гетерограницах композиционных решеток, а также снизить уровень поглощения на свободных носителях в легированных слоях (особенно в слоях p-типа) за счет уменьшение доли электромагнитного поля оптической моды резонатора в контактных слоях. Использование сильнолегированного фазокорректирующего контактного слоя p-типа только над периферийной частью токовой апертуры способствует не только снижению электрического сопротивления лазера за счет формирования омических контактов с низким контактным сопротивлением, но сохранить низкий уровень внутренних оптических потерь за счет отсутствия этого слоя в светоизлучающей части вертикального резонатора. Применение диэлектрических слоев SiO₂ и Ta₂O₅ позволяет сформировать верхнее РБО с высокой отражательной способностью при меньшем количестве пар, снизить оптические потери на шероховатостях интерфейсов и оптических неоднородностях слоев, повысить температурную и механическую стабильность зеркала, а также использовать взрывную технологию локального формирования диэлектрического зеркала.Using the scheme of injection of charge carriers into the active region through intracavity contacts and composite gratings allows efficient spreading of both holes and electrons over the area of the current aperture due to the use of thin inserts with increased doping in the contact layers and the presence of additional potential barriers for vertical carrier transport at heterointerfaces composite lattices, as well as reduce the level of absorption on free carriers in doped layers (especially in p-type layers ) by reducing the proportion of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator in the contact layers. The use of a heavily doped phase-correcting p-type contact layer only above the peripheral part of the current aperture not only reduces the laser electrical resistance due to the formation of ohmic contacts with low contact resistance, but also maintains a low level of internal optical losses due to the absence of this layer in the light-emitting part of the vertical resonator. The use of SiO ₂ and Ta ₂ O ₅ dielectric layers makes it possible to form an upper RBO with high reflectivity with fewer pairs, reduce optical losses on interface roughness and optical layer inhomogeneities, increase the temperature and mechanical stability of the mirror, and use explosive technology for local formation of the dielectric mirror .

В вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом нижний нелегированный РБО может содержать не менее 30 пар чередующихся полупроводниковых слоев с разными показателями преломления. В качестве полупроводниковых слоев с разными показателями преломления могут быть использованы, например, слои твердого раствора Al_xGa_1-xAs и Al_yGa_1-yAs, где 0,85≤x≤0,95 и у не более 0,3, при этом каждый слой может иметь толщину λ/4n, где n - показатель преломления соответствующего слоя, λ - резонансная длина вертикального оптического резонатора. Такое выполнение позволяет избежать поглощения на свободных носителях в легированных слоях, а также обеспечить высокую отражательную способность и теплопроводность нижнего РБО (т.к. наличие градиентов по составу ведет к падению вертикальной компоненты коэффициента теплопроводности и снижению коэффициента отражения зеркала).In a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, the lower undoped DBR can contain at least 30 pairs of alternating semiconductor layers with different refractive indices. As semiconductor layers with different refractive indices, for example, Al _x Ga _1-x As and Al _y Ga _1-y As solid solution layers, where 0.85≤x≤0.95 and no more than 0.3 wherein each layer can have a thickness of λ / 4n, where n is the refractive index of the corresponding layer, λ is the resonance length of the vertical optical resonator. This embodiment allows avoiding absorption on free carriers in alloyed layers, as well as ensuring high reflectivity and thermal conductivity of the lower DBR (since the presence of gradients in composition leads to a decrease in the vertical component of the thermal conductivity coefficient and a decrease in the reflection coefficient of the mirror).

В вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом внутрирезонаторный контактный слой n-типа может быть выполнен из твердого раствора Al_yGa_1-yAs, где у не более 0,3, и иметь толщину (2k-1)λ/4n, где 3≤k≤6 - натуральное число. Внутрирезонаторный контактный слой n-типа может быть в среднем легирован донорами на уровень (8⋅10¹⁷-2⋅10¹⁸) см^-3, но с периодичностью кратной λ/2n в середине каждого периода уровень легирования увеличивается в (2-3) раза на протяжении 10-20 нм. Такое выполнение способствует получению омического контакта n-типа с низкими удельным и погонным контактными сопротивлениями при относительно малом уровне внутренних оптических потерь, обусловленных поглощением света на свободных носителях в легированных слоях.In a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, the n-type intracavity contact layer can be made of Al _y Ga _1-y As solid solution, where у is not more than 0.3, and have a thickness (2k-1) λ / 4n where 3≤k≤6 is a natural number. The n-type intracavity contact layer can, on average, be doped with donors at a level of (8⋅10 ¹⁷ -2⋅10 ¹⁸ ) cm ^-3 , but with a frequency multiple of λ / 2n in the middle of each period, the doping level increases (2-3) times over 10-20 nm. This embodiment contributes to obtaining an n-type ohmic contact with low specific and linear contact resistances at a relatively low level of internal optical losses due to absorption of light on free carriers in doped layers.

На внутри резонаторном контактном слое n-типа может быть сформирован электрический контакт n-типа.An n-type electrical contact may be formed on the inside of the n-type resonator contact layer.

В вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом композиционная решетка n-типа может содержать 2-5 пар чередующихся легированных полупроводниковых слоев твердого раствора Al_xGa_1-xAs и Al_yGa_1-yAs, где 0,85≤x≤0,95 и у не более 0,3. В композиционной решетке n-типа на гетерограницах может быть использовано градиентное изменение состава по линейному или би-параболическому закону. В композиционной решетке n-типа каждая пара чередующихся слоев может иметь общую толщину, равную λ/2n^*, где n^* - усредненное значение показателя преломления для слоев композиционной решетки n-типа. Композиционная решетка n-типа может быть в среднем легирована донорами на уровень (1-2)⋅10¹⁸ см^-3, но на гетерограницах, где с возрастает мольная доля Al (в направлении от подложки), и которые находятся в минимумах электромагнитного поля оптической моды резонатора, легирование увеличено в (2-3) раза. Такое выполнение позволяет улучшить латеральное растекание электронов по площади токовой апертуры и снизить последовательное сопротивление при сохранении низких внутренних оптических потерь.In a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, an n-type composite lattice can contain 2-5 pairs of alternating doped semiconductor layers of an Al _x Ga _1-x As and Al _y Ga _1-y As solid solution, where 0.85≤x ≤0.95 and no more than 0.3. In an n-type composite lattice at heteroboundaries, a gradient change in composition can be used according to a linear or bi-parabolic law. In an n-type composite lattice, each pair of alternating layers can have a total thickness equal to λ / 2n ^* , where n ^* is the average refractive index for the layers of the n-type composite lattice. The n-type composite lattice can, on average, be doped with donors at a level of (1-2) ⋅10 ¹⁸ cm ^-3 , but at heteroboundaries, where the molar fraction of Al increases (in the direction from the substrate), and which are at the minima of the electromagnetic field of the optical resonator modes, doping is increased by (2-3) times. This embodiment improves the lateral spreading of electrons over the area of the current aperture and reduces the series resistance while maintaining low internal optical loss.

В вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом оптический резонатор может быть выполнен из Al_yGa_1-yAs, где у не более 0,4, и иметь толщину kλ/n^**, где 3≤k≤6 - натуральное число, n^** - усредненное значение показателя преломления для слоев оптического резонатора. В центре оптического резонатора располагается активная область.In a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, the optical resonator can be made of Al _y Ga _1-y As, where y is not more than 0.4, and have a thickness kλ / n ^** , where 3≤k≤6 is natural number, n ^** is the average value of the refractive index for the layers of the optical resonator. The active region is located in the center of the optical cavity.

Активная область может содержать по меньшей мере три слоя квантовых ям из Al_xGa_1-xAs, где x не более 0,15, толщиной 7-10 нм, которые могут быть разделены друг от друга слоями из Al_yGa_1-yAs, где 0,25≤y≤0,4, толщиной 7-12 нм. Активная область может содержать по меньшей мере три слоя квантовых ям из In_xGa_1-xAs, где 0,05≤x≤0,20, толщиной 3-15 нм, которые могут быть разделены друг от друга слоями из Al_yGa_1-yAs, где у не более 0,4, толщиной 5-12 нм. Такое выполнение оптического резонатора позволяет активной области перекрыть спектральный диапазон от 780 нм до 1100 нм, а также повысить фактор оптического ограничения (долю электромагнитным полем оптической моды резонатора, приходящаяся на активную область) и подавить термический выброс носителей из квантовых ям.The active region may contain at least three layers of Al _x Ga _1-x As quantum wells, where x is not more than 0.15, 7-10 nm thick, which can be separated from each other by Al _y Ga _1-y As layers where 0.25≤y≤0.4, a thickness of 7-12 nm. The active region may contain at least three layers of In _x Ga _1-x As quantum wells, where 0.05≤x≤0.20, thickness 3-15 nm, which can be separated from each other by layers of Al _y Ga _{1 -y} As, where at no more than 0.4, 5-12 nm thick. This embodiment of the optical resonator allows the active region to cover the spectral range from 780 nm to 1100 nm, as well as to increase the optical confinement factor (the fraction of the optical mode of the resonator in the active region by the electromagnetic field) and suppress the thermal emission of carriers from quantum wells.

В вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом композиционная решетка p-типа может содержать 3-8 пар чередующихся легированных полупроводниковых слоев твердого раствора Al_xGa_1-xAs и Al_yGa_1-yAs, где 0,85≤x≤0,95 и у не более 0,3. В композиционной решетке p-типа на гетерограницах может быть использовано градиентное изменение состава по линейному или би-параболическому закону. В композиционной решетке p-типа каждая пара чередующихся слоев может иметь общую толщину, равную λ/2n^***, где n^*** - усредненное значение показателя преломления для слоев композиционной решетки p-типа. Композиционная решетка p-типа может быть в среднем легирована акцепторами на уровень (1-3)⋅10¹⁸ см^-3, но на гетерограницах, где понижена мольная доля Al (в направлении от подложки), которые находятся в минимумах электромагнитного поля оптической моды резонатора, легирование увеличено в (2-3) раза.In a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, the p-type composite lattice can contain 3-8 pairs of alternating doped semiconductor layers of Al _x Ga _1-x As and Al _y Ga _1-y As solid solutions, where 0.85≤x ≤0.95 and no more than 0.3. In a p-type composite lattice at heteroboundaries, a gradient change in composition can be used according to a linear or bi-parabolic law. In a p-type composite lattice, each pair of alternating layers can have a total thickness equal to λ / 2n ^*** , where n ^*** is the average refractive index for the p-type composite lattice layers. The p-type composite lattice can, on average, be doped with acceptors to a level of (1-3) ⋅10 ¹⁸ cm ^-3 , but at heteroboundaries where the molar fraction of Al is lowered (in the direction from the substrate), which are at the minima of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator , doping increased by (2-3) times.

В композиционной решетке p-типа по меньшей мере один слой из Al_xGa_1-xAs p-типа может быть использован для формирования оксидной токовой апертурой, которая в латеральном направлении состоит из центральной части, выполненной из Al_xGa_1-xAs, где 0,97≤x≤1,0, и периферийной части, выполненной из Al₂O₃. Такое выполнение позволяет улучшить латеральное растекание дырок по площади токовой апертуры, снизить последовательное сопротивление, а также сформировать эффективное электронное и оптическое ограничение при сохранении низких внутренних оптических потерь.In the p-type composite lattice, at least one p-type Al _x Ga _1-x As layer can be used to form an oxide current aperture, which in the lateral direction consists of a central part made of Al _x Ga _1-x As, where 0.97≤x≤1.0, and the peripheral part made of Al ₂ O ₃ . This embodiment allows to improve the lateral spreading of holes over the area of the current aperture, to reduce the series resistance, and also to form an effective electronic and optical limitation while maintaining low internal optical losses.

В вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом внутрирезонаторный контактный слой p-типа может быть выполнен из твердого раствора Al_yGa_1-yAs, где у не более 0,3, и иметь толщину (2k-1)κ/4n, где 3≤k≤6 - натуральное число. Внутрирезонаторный контактный слой p-типа может быть в среднем легирован акцепторами на уровень (8⋅10¹⁷-3⋅10¹⁸) см^-3, но с периодичностью кратной λ/2n в середине каждого периода уровень легирования увеличивается (2-3) раза на протяжении 10-20 нм. Такое выполнение позволяет одновременно снизить последовательное сопротивление прибора и уровень поглощения света на свободных носителях в легированных областях p-типа.In a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, the p-type intracavity contact layer can be made of Al _y Ga _1-y As solid solution, where u is not more than 0.3, and have a thickness (2k-1) κ / 4n where 3≤k≤6 is a natural number. The p-type intracavity contact layer can, on average, be doped with acceptors to the level of (8⋅10 ¹⁷ -3⋅10 ¹⁸ ) cm ^-3 , but with a frequency multiple of λ / 2n in the middle of each period, the doping level increases (2-3) times by over 10-20 nm. This embodiment can simultaneously reduce the series resistance of the device and the level of light absorption on free carriers in doped p-type regions.

В вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом сильнолегированный фазокорректирующий контактный слой p-типа может содержать нижний субслой, выполняющий роль стоп-слоя при селективном травлении, и сильнолегированный верхний субслой, на котором формируют электрический контакт p-типа. Сильнолегированный фазокорректирующий контактный слой p-типа может иметь общую толщину не менее λ/4n. Нижний субслой может быть выполнен из твердого раствора Al_xGa_1-xAs p-типа, где 0,85≤x≤0,95, толщиной 3-5 нм и уровнем легирования акцепторами (1-4)⋅10¹⁸ см^-3. Верхний субслой может быть выполнен из GaAs p-типа с уровнем легирования акцепторами (2⋅10¹⁹-1⋅10²⁰) см^-3. Сильнолегированный фазокорректирующий контактный слой p-типа может располагаться только над периферийной частью оксидной токовой апертуры.In a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, the heavily doped phase-correcting p-type contact layer may contain a lower sublayer acting as a stop layer for selective etching, and a heavily doped upper sublayer on which a p-type electrical contact is formed. A heavily doped phase-correcting p-type contact layer can have a total thickness of at least λ / 4n. The lower sublayer can be made of p-type Al _x Ga _1-x As solid solution, where 0.85≤x≤0.95, a thickness of 3-5 nm and a doping level of acceptors of (1-4) ⋅10 ¹⁸ cm ^-3 . The upper sublayer can be made of p-type GaAs with a doping level of acceptors (2⋅10 ¹⁹ -1⋅10 ²⁰ ) cm ^-3 . The heavily doped phase-correcting p-type contact layer can be located only above the peripheral part of the oxide current aperture.

Такое выполнение способствует получению омического контакта p-типа с удельным контактным сопротивлением менее 1⋅10^-5 Ом⋅см^-2 и эффективным растеканием тока без внесения дополнительных оптических потерь в сильнолегированных слоях.This embodiment contributes to the production of a p-type ohmic contact with a specific contact resistance of less than 1⋅10 ^-5 Ohm⋅cm ^-2 and effective current spreading without introducing additional optical losses in heavily doped layers.

На сильнолегированном фазокорректирующем контактном слое p-типа может быть сформирован электрический контакт p-типа.A p-type electrical contact can be formed on the heavily doped phase-correcting p-type contact layer.

В вертикально-излучающем лазере с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом верхний диэлектрический РБО может располагаться непосредственно на поверхности внутрирезонаторного контактного слоя p-типа над центральной частью оксидной токовой апертуры. Верхний диэлектрический РБО может содержать не менее 5 пар чередующихся диэлектрических слоев с низким показателем преломления из SiO₂ и высоким показателем преломления из Ta₂O₅, где каждый слой имеет толщину λ/4n.In a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, the upper dielectric RBO can be located directly on the surface of the p-type intracavity contact layer above the central part of the oxide current aperture. The upper dielectric DBR may contain at least 5 pairs of alternating dielectric layers with a low refractive index of SiO ₂ and a high refractive index of Ta ₂ O ₅ , where each layer has a thickness of λ / 4n.

Такое выполнение позволяет повысить контраст показателей преломления слоев РБО при сохранении низкого уровня оптических потерь в заданном спектральном диапазоне, снизить рассеяние на оптических неоднородностях и шероховатостях границ слоев, и обеспечить высокую отражательную способность верхнего РБО.This embodiment makes it possible to increase the contrast of the refractive indices of the DBR layers while maintaining a low level of optical loss in a given spectral range, reduce scattering by optical inhomogeneities and roughnesses of the layer boundaries, and provide a high reflectivity of the upper DBR.

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

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

на фиг. 2 приведены вольт-амперные (слева) и ватт-амперные (справа) характеристики вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом спектрального диапазона 850-900 нм (ВИЛ-1) по настоящему изобретению с различной площадью токовой апертуры при комнатной температуре;in FIG. 2 shows the current-voltage (left) and watt-current (right) characteristics of a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror of the spectral range 850-900 nm (VIL-1) of the present invention with different area of the current aperture at room temperature;

на фиг. 3 приведены спектры лазерной генерации для вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом спектрального диапазон 850-900 нм (ВИЛ-1) по настоящему изобретению при разных токах с фиксированной площадью токовой апертуры при комнатной температуре;in FIG. 3 shows laser generation spectra for a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, the spectral range of 850-900 nm (VIL-1) of the present invention at different currents with a fixed current aperture area at room temperature;

на фиг. 4 приведены вольт-амперные (слева) и ватт-амперные (справа) характеристики вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом спектрального диапазона 950-990 нм (ВИЛ-2) по настоящему изобретению при комнатной температуре;in FIG. 4 shows the current-voltage (left) and watt-current (right) characteristics of a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror of the spectral range 950-990 nm (VIL-2) of the present invention at room temperature;

на фиг. 5 приведены спектры лазерной генерации для вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом спектрального диапазона 950-990 нм (ВИЛ-2) по настоящему изобретению при разных токах с фиксированной площадью токовой апертуры при комнатной температуре.in FIG. 5 shows laser generation spectra for a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror of the spectral range 950-990 nm (VIL-2) of the present invention at different currents with a fixed area of the current aperture at room temperature.

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

Нижний нелегированный РБО 2 может содержать по меньшей мере 30 пар чередующихся слоев 15, 16 соответственно из Al_xGa_1-xAs и из Al_yGa_1-yAs, где 0,85≤x≤0,95 и 0≤y≤0.3, а каждый слой 15, 16 имеет толщину λ/4n, где n - показатель преломления соответствующего слоя, λ - резонансная длина волны вертикального оптического резонатора.The lower unalloyed DBR 2 may contain at least 30 pairs of alternating layers 15, 16, respectively, of Al _x Ga _1-x As and Al _y Ga _1-y As, where 0.85≤x≤0.95 and 0≤y≤ 0.3, and each layer 15, 16 has a thickness λ / 4n, where n is the refractive index of the corresponding layer, λ is the resonant wavelength of the vertical optical resonator.

Внутрирезонаторный контактный слой 3 n-типа может быть выполнен из Al_yGa_1-yAs, где у не более 0,3, толщиной (2k-1)λ/4n, где 3≤k≤6 - натуральное число, и иметь средний уровень легирования донорами (8⋅10¹⁷-2⋅10¹⁸) см^-3 с периодическим (период λ/2n) увеличением уровеня легирования в (2-3) раза на протяжении 10-20 нм в середине каждого периода. Для инжекции электронов в активную область на внутрирезонаторном контактном слое 3 n-типа сформирован электрический контакт 4 n-типа.The n-type intracavity contact layer 3 can be made of Al _y Ga _1-y As, where у is not more than 0.3, with a thickness of (2k-1) λ / 4n, where 3≤k≤6 is a natural number, and have an average donor doping level (8⋅10 ¹⁷ -2⋅10 ¹⁸ ) cm ^-3 with periodic (period λ / 2n) increase in doping level (2-3) times over 10-20 nm in the middle of each period. For electron injection into the active region, an n-type electrical contact 4 is formed on the intracavity contact layer 3 of the n-type.

Композиционная решетка 5 n-типа может содержать 2-5 пар чередующихся слоев 17, 18 соответственно из Al_xGa_1-xAs n-типа и из Al_yGa_1-yAs n-типа, где 0,85≤x≤0,95 и у не более 0,3, а каждая пара слоев может иметь общую толщину равной λ/2n^*, где n^* - усредненное значение показателя преломления для слоев композиционной решетки n-типа. На гетерограницах слоев 17 и 18 может изменяться состав по линейному или би-параболическому закону. Композиционная решетка 5 n-типа может иметь средний уровень легирования донорами (1-2)⋅10¹⁸ см^-3 с периодическим (период λ/2n^*) увеличением уровня легирования в (2-3) раза на гетерограницах с возрастанием состава (в направлении от подложки).The n-type composite lattice 5 may contain 2-5 pairs of alternating layers 17, 18 of n-type Al _x Ga _1-x As and n-type Al _y Ga _1-y As, respectively, where 0.85≤x≤0 95 and y no more than 0.3, and each pair of layers can have a total thickness equal to λ / 2n ^* , where n ^* is the average value of the refractive index for layers of an n-type composite lattice. At the heterointerfaces of layers 17 and 18, the composition can vary according to a linear or bi-parabolic law. The n-type composite lattice 5 can have an average donor doping level of (1-2) ⋅10 ¹⁸ cm ^-3 with a periodic (period λ / 2n ^* ) increase of the doping level by (2-3) times at heterointerfaces with increasing composition (in the direction from the substrate).

Оптический резонатор 6 может быть выполнен толщиной kλ/n^**, где 3≤k≤6 - натуральное число, n^** - усредненное значение показателя преломления для слоев оптического резонатора, и состоять из слоя 19 из Al_yGa_1-yAs, где у не более 0.4, в центре которого расположена активная область 7. Активная область 7 может содержать по меньшей мере три слоя 8 из In(Al)GaAs квантовых ям. Каждый слой 8 из In(Al)GaAs квантовой ямы может состоять из слоя 20 из Al_xGa_1-xAs, где x не более 0,15, толщиной 7-10 нм, и окруженной с обоих сторон слоями 21 из Al_yGa_1-yAs, где 0,25≤y≤0,4, толщиной 7-12 нм. Слой 20 может быть выполнен из In_xGa_1-xAs, где 0,05≤x≤0,2, толщиной 3-15 нм, а слой 21 из Al_yGa_1-yAs, где у не более 0,4, толщиной 5-12 нм.The optical resonator 6 can be made of thickness kλ / n ^** , where 3≤k≤6 is a natural number, n ^** is the average value of the refractive index for the layers of the optical resonator, and consist of a layer 19 of Al _y Ga _1-y As, where y is not more than 0.4, in the center of which is located the active region 7. The active region 7 can contain at least three layers 8 of In (Al) GaAs quantum wells. Each layer of In (Al) GaAs quantum well may consist of a layer 20 of Al _x Ga _1-x As, where x is not more than 0.15, 7-10 nm thick, and surrounded on both sides by layers 21 of Al _y Ga _1-y As, where 0.25≤y≤0.4, thickness 7-12 nm. Layer 20 can be made of In _x Ga _1-x As, where 0.05≤x≤0.2, thickness 3-15 nm, and layer 21 of Al _y Ga _1-y As, where y is not more than 0.4 , 5-12 nm thick.

Композиционная решетка 9 p-типа может быть выполнена из 3-8 пар чередующихся слоев 22, 23, из Al_xGa_1-xAs p-типа и Al_yGa_1-yAs p-типа, где 0,85≤x≤0,95 и у не более 0,3, а каждая пара слоев 22, 23 может иметь общую толщину равной λ/2n^***, где n^*** - усредненное значение показателя преломления для слоев композиционной решетки p-типа. На гетерограницах слоев 17 и 18 может изменяться состав по линейному или би-параболическому закону. Композиционная решетка p-типа 9 может иметь средний уровень легирования акцепторами (1⋅10¹⁸-3⋅10¹⁸) см^-3 с периодическим (период λ/2n^***) увеличением легирования в (2-3) раза на гетерограницах с понижением состава (в направлении от подложки). При этом в композиционной решетке 9 p-типа по меньшей мере один слой из Al_xGa_1-xAs p-типа может использоваться для формирования оксидной токовой апертурой 10. Оксидная токовая апертура 10 в латеральном направлении может состоять из центральной части 24, выполненной из Al_xGa_1-xAs, где 0,97≤x≤1, и периферийной части 25, выполненной из A₂O₃.The p-type composite lattice 9 can be made of 3-8 pairs of alternating layers 22, 23, of p-type Al _x Ga _1-x As and p-type Al _y Ga _1-y As, where 0.85≤x≤ 0.95 and y no more than 0.3, and each pair of layers 22, 23 can have a total thickness equal to λ / 2n ^*** , where n ^*** is the average value of the refractive index for the layers of the p-type composite lattice. At the heterointerfaces of layers 17 and 18, the composition can vary according to a linear or bi-parabolic law. The p-type composite lattice 9 can have an average level of doping with acceptors (1 1810 ¹⁸ -3⋅10 ¹⁸ ) cm ^-3 with a periodic (period λ / 2n ^*** ) increase in doping (2-3) times at the heterointerfaces with a decrease composition (away from the substrate). Moreover, in the p-type composite lattice 9, at least one p-type Al _x Ga _1-x As layer can be used to form an oxide current aperture 10. The oxide current aperture 10 in the lateral direction can consist of a central part 24 made of Al _x Ga _1-x As, where 0.97≤x≤1, and a peripheral portion 25 made of A ₂ O ₃ .

Внутрирезонаторный контактный слой 11 p-типа может быть выполнен из Al_yGa_1-yAs, где у не более 0,3, толщиной (2k-1)λ/4n, где 3≤k≤6 - натуральное число, и иметь средний уровень легирования акцепторами (8⋅10¹⁷-3⋅10¹⁸) см^-3 с периодическим (период λ/2n) увеличением уровеня легирования в (2-3) раза на протяжении 10-20 нм в середине каждого периода.The p-type intracavity contact layer 11 can be made of Al _y Ga _1-y As, where y is not more than 0.3, with a thickness of (2k-1) λ / 4n, where 3≤k≤6 is a natural number, and have an average acceptor doping level (8 (10 ¹⁷ -3 1710 ¹⁸ ) cm ^-3 with periodic (period λ / 2n) increase in doping level (2-3) times over 10-20 nm in the middle of each period.

Сильнолегированный фазокорректирующий контактный слой 12 p-типа может иметь толщину λ/4n и содержать нижний субслой 26 из Al_xGa_1-xAs p-типа, где 0,85≤x≤0,95, с уровнем легирования акцепторами (1-4)⋅10¹⁸ см^-3 и толщиной 3-5 нм, и верхний субслой 27 из GaAs p-типа с уровнем легирования (2⋅10¹⁹-1⋅10²⁰) см^-3. Сильнолегированный фазокорректирующий контактный слой 12 p-типа может быть расположен непосредственно над периферийной частью оксидной токовой апертуры 25. Для инжекции дырок в активную область 7 на сильнолегированном фазокорректирующем контактном 12 слое p-типа сформирован электрический контакт 13 p-типа.The heavily doped phase-correcting p-type contact layer 12 can have a λ / 4n thickness and contain a lower sublayer 26 of p-type Al _x Ga _1-x As, where 0.85≤x≤0.95, with a doping level of acceptors (1-4 ) ⋅10 ¹⁸ cm ^-3 and a thickness of 3-5 nm, and the upper sublayer 27 of p-type GaAs with a doping level (2⋅10 ¹⁹ -1⋅10 ²⁰ ) cm ^-3 . A heavily doped phase-correcting p-type contact layer 12 can be located directly above the peripheral part of the oxide current aperture 25. To inject holes into the active region 7, a p-type electrical contact 13 is formed on the strongly doped phase-correcting contact 12 p-type layer.

Верхний диэлектрический РБО 14 может примыкать к сильнолегированному фазокорректирующему контактному слою 11 p-типа непосредственно над центральной частью оксидной токовой апертуры 10 и содержать не менее 5 пар чередующихся диэлектрических слоев 28, 29 соответственно из SiO₂ и Ta₂O₅, где каждый слой имеет толщину λ/4n.The upper dielectric RBO 14 can adjoin the heavily doped phase-correcting p-type contact layer 11 directly above the central part of the oxide current aperture 10 and contain at least 5 pairs of alternating dielectric layers 28, 29 of SiO ₂ and Ta ₂ O ₅ , respectively, where each layer has a thickness λ / 4n.

Длина волны лазерной генерации в основном определяется спектральным положением резонансной длины волны вертикального оптического резонатора, а параметры активной области 7 подбирают так, чтобы пик основного излучательного перехода квантовой ямы (по спектру фотолюминесценции) был смещен в коротковолновую сторону (в среднем на 10-20 нм) относительно резонансной длины волны вертикального оптического резонатора. Изменяя толщину и состав слоев вертикального оптического резонатора можно варьировать длину волны генерации лазера в спектральном диапазоне 780-1100 нм.The wavelength of laser generation is mainly determined by the spectral position of the resonant wavelength of the vertical optical resonator, and the parameters of the active region 7 are selected so that the peak of the main radiative transition of the quantum well (according to the photoluminescence spectrum) is shifted to the short-wavelength side (on average, 10-20 nm) relative to the resonant wavelength of the vertical optical resonator. By changing the thickness and composition of the layers of the vertical optical resonator, one can vary the wavelength of the laser generation in the spectral range of 780-1100 nm.

Важным фактором, обуславливающим преимущество вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом, является применение схемы инжекции носителей заряда в активную область 7 через внутрирезонаторные контактные слои 3, 11 и композиционные решетки 5, 9. Гетерограницы композиционных решеток 5, 9, с одной стороны, формируют потенциальные барьеры для вертикального транспорта носителей заряда, что способствует более эффективной инжекции носителей заряда по площади апертуры, а с другой стороны, градиентное изменение состава и повышение легирования ведут к снижению высоты потенциальных барьеров, что способствует снижению рабочего напряжения и сопротивления лазера. Кроме того, композиционные решетки 5, 9 перераспределяют электромагнитное поле оптической моды резонатора в структуре и с учетом модулированного профиля легирования внутрирезонаторных контактных слоев 3, 11 позволяет снизить внутренние оптические потери в легированных слоях, что способствует достижению условий лазерной генерации при меньшей плотности носителей. Более того, расположение сильнолегированного фазокорректирующего контактного слоя 12 p-типа только над периферийной частью оксидной токовой апертуры 10 позволяет улучшить латеральное растекание дырок и сформировать эффективный омический контакт к слоям p-типа (особенно в случае, когда применение слоев GaAs во внутрирезонаторных контактных слоях 3, 11 невозможно) без увеличения уровня внутренних оптических потерь в структуре. Сильнолегированный верхний субслой 27 GaAs p-типа является приповерхностных слоем (т.е. расположен непосредственно на поверхности структуры), что позволяет упростить технологию формирования p-контакта в вертикально-излучающих лазеров с внутрирезонаторными контактами, а его последующее селективное удаление над центральной частью 24 оксидной токовой апертуры 10 способствует согласованию набега фазы в полупроводниковой части лазера с диэлектрической частью. Другим важным фактором настоящей конструкции лазера является применение системы материалов SiO₂/Ta₂O₅ в диэлектрическом РБО 14, что позволяет применять «взрывную» технологию локального формирования диэлектрических брэгговских отражателей 14 и обеспечить высокую отражательную способность при низком уровне оптических потерь в зеркале.An important factor that determines the advantage of a vertically emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror is the use of the injection of charge carriers into the active region 7 through intracavity contact layers 3, 11 and composite gratings 5, 9. Heterobounds of composite gratings 5, 9, on the one hand form potential barriers for the vertical transport of charge carriers, which contributes to a more efficient injection of charge carriers over the aperture area, and, on the other hand, gradient a change in composition and an increase in doping lead to a decrease in the height of potential barriers, which helps to reduce the operating voltage and laser resistance. In addition, composite gratings 5, 9 redistribute the electromagnetic field of the optical mode of the resonator in the structure and, taking into account the modulated doping profile of the intracavity contact layers 3, 11, can reduce internal optical losses in the doped layers, which helps to achieve laser generation conditions at a lower carrier density. Moreover, the arrangement of a heavily doped phase-correcting p-type contact layer 12 only above the peripheral part of the oxide current aperture 10 allows one to improve lateral spreading of holes and form an effective ohmic contact to p-type layers (especially in the case when the use of GaAs layers in intracavity contact layers 3, 11 is impossible) without increasing the level of internal optical losses in the structure. The heavily doped upper p-type GaAs sublayer 27 is a near-surface layer (i.e., located directly on the surface of the structure), which simplifies the technology of p-contact formation in vertically emitting lasers with intracavity contacts, and its subsequent selective removal over the central part 24 of the oxide the current aperture 10 helps to match the phase incursion in the semiconductor part of the laser with the dielectric part. Another important factor of the present laser design is the use of the SiO ₂ / Ta ₂ O ₅ material system in the dielectric RBO 14, which makes it possible to use the “explosive” technology for the local formation of dielectric Bragg reflectors 14 and to provide high reflectivity with a low level of optical losses in the mirror.

Настоящий вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом работает следующим образом. При подаче отрицательного напряжения на электрический контакт 4 n-типа и положительного - на электрический контакт 13 p-типа в оптический резонатор 6 происходит инжекция электронов и дырок через внутрирезонаторные контактные слои 3, 11 и композиционные решетки 5, 9. Оксидная токовая апертура 10 служит одновременно для электронного ограничения области инжекции носителей заряда в латеральном направлении (центральная часть 24) и увеличивает плотность тока в активной области 7, поскольку периферийная часть 25 токовой апертуры 10 не проводит ток. Композиционные решетки 5 и 9 обеспечивают эффективное носителей заряда в пределах центральной части 24 оксидной токовой апертуры 10. В результате в активной области 7 одновременно появляются электроны и дырки, которые захватываются в квантовые ямы 8. Слой 19 служит для локализации носителей в активной области 7. Увеличение тока накачки ведет к росту плотности носителей в активной области 7 и возникновению инверсной заселенности, т.е. избыточной концентрации носителей заряда в квантовых ямах 8. При этом процессы излучательной рекомбинации начинают доминировать над процессами безызлучатальной рекомбинации в активной области 7. Нижний нелегированный РБО 2 и верхний диэлектрический РБО 14 формируют положительную обратную связь в вертикальном направлении и способствует запуску процесса лавинного умножения фотонов в режиме вынужденного излучения (т.н. оптическое усиление). Сильнолегированный фазокорректирующий контактный слой 12 p-типа служит не только для формирования электрического контакта 13 p-типа, но и согласовывает набег фазы при распространении света в полупроводниковой части вертикального оптического резонатора лазера с набегом фазы в диэлектрическом РБО 14. В отличие от случая классических Фабри-Перо лазеров, в вертикально-излучающих лазерах реализуется режим микрорезонатора, когда межмодовый интервал для продольных мод больше, чем ширина спектра усиления активной области 7, поэтому толщины и состав слоев 20, 21 выбирают так, чтобы длина волны излучательной рекомбинации через основной переход квантовой ямы 8 была меньше резонансной длины волны оптического резонатора 6 на 10-20 нм. При достижении баланса между оптическим усилением активной области 7 и суммарными оптическими потерями в лазере (внутренние оптические потери и потери на вывод излучения) возникнет лазерная генерация в заданном спектральном диапазоне. Суммарный коэффициент отражения нижнего полупроводникового РБО 2 и композиционной решетки n-типа 5 выше суммарного коэффициента отражения композиционной решетки p-типа 9 и верхнего диэлектрического РБО 14, поэтому лазерное излучение выводится через диэлектрическое зеркало, т.е. реализуется режим генерации с выводом излучения вверх. Большой контраст (~1,3-1,5) в показателях преломления периферийной части 25 оксидной токовой апертуры 10 и центральной части 24 оксидной токовой апертуры 10 обеспечивает сильное оптическое ограничение в плоскости лазера, что фиксирует модовый состав, способствует эффективной локализации поперечных оптических мод резонатора в области возбуждения и, как следствие, снижению порогового тока лазера.This vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror operates as follows. When a negative voltage is applied to the n-type electrical contact 4 and the p-type electrical contact 13 to the optical resonator 6, electrons and holes are injected through the intracavity contact layers 3, 11 and the composite gratings 5, 9. The oxide current aperture 10 serves simultaneously to electronically limit the injection region of the charge carriers in the lateral direction (central part 24) and increases the current density in the active region 7, since the peripheral part 25 of the current aperture 10 does not conduct current. Composite lattices 5 and 9 provide effective charge carriers within the central part 24 of the oxide current aperture 10. As a result, electrons and holes appear simultaneously in the active region 7 and are trapped in quantum wells 8. The layer 19 serves to localize the carriers in the active region 7. Zoom of the pump current leads to an increase in the carrier density in the active region 7 and the appearance of an inverse population, i.e. an excess concentration of charge carriers in quantum wells 8. In this case, the processes of radiative recombination begin to dominate the processes of nonradiative recombination in the active region 7. The lower undoped RBO 2 and the upper dielectric RBO 14 form positive feedback in the vertical direction and helps to trigger the process of avalanche multiplication of photons in the mode stimulated emission (the so-called optical gain). The heavily doped phase-correcting p-type contact layer 12 serves not only to form the p-type electrical contact 13, but also matches the phase incidence during light propagation in the semiconductor part of the vertical optical laser cavity with the phase incidence in the dielectric RBO 14. In contrast to the case of classical Fabry The laser lasers, in vertical-emitting lasers, the microcavity mode is realized when the intermode interval for longitudinal modes is larger than the width of the gain spectrum of the active region 7, therefore, the thickness and These layers of layers 20, 21 are chosen so that the wavelength of radiative recombination through the main transition of the quantum well 8 is less than the resonant wavelength of the optical cavity 6 by 10-20 nm. When a balance is reached between the optical gain of the active region 7 and the total optical losses in the laser (internal optical losses and losses due to radiation output), laser generation will occur in a given spectral range. The total reflection coefficient of the lower semiconductor RBO 2 and the n-type composite lattice 5 is higher than the total reflection coefficient of the p-type 9 composite lattice and the upper dielectric RBO 14, therefore, the laser radiation is output through a dielectric mirror, i.e. the generation mode is implemented with the radiation output up. The large contrast (~ 1.3-1.5) in the refractive indices of the peripheral part 25 of the oxide current aperture 10 and the central part 24 of the oxide current aperture 10 provides a strong optical restriction in the laser plane, which fixes the mode composition, and facilitates the effective localization of transverse optical modes of the cavity in the field of excitation and, as a consequence, a decrease in the threshold laser current.

Пример 1. В данном примере приведены результаты экспериментальной апробации настоящего изобретения в спектральном диапазоне 850-900 нм. Эпитаксиальная гетероструктура для вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом в соответствии с настоящим изобретением была синтезирована методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Эпитаксиальная гетероструктура лазера содержала полуизолирующую подложку GaAs, нижний нелегированный РБО на основе 36 пары чередующихся слоев Al_0.16Ga_0.84As и Al_0.9Ga_0.1As, внутрирезонаторный контактный слой Al_0.16Ga_0.84As n-типа толщиной равной 1,75⋅λ/n, композиционную решетку n-типа на основе 5 пар чередующихся слоев A1_0.16Ga_0.84As и Al_0.9Ga_0.1As p-типа с градиентным изменением состава на гетерограницах по би-параболическому закону протяженностью 19 нм, оптический резонатор Al_0.16Ga_0.84As с активной областью на основе пяти In_0,08Ga_0,92As/Al_0.16Ga_0.84As квантовых ям, композиционную решетку p-типа на основе 6 пар чередующихся слоев Al_0.16Ga_0.84As и Al_0.9Ga_0.1As p-типа с градиентным изменением состава на гетерограницах по би-параболическому закону протяженностью 19 нм и включающий один апертурный слой, внутрирезонаторный контактный слой Al_0.16Ga_0.84As p-типа толщиной равной 1,75⋅λ/n, сильнолегированный фазокорректирующий контактный слой p-типа, включающий нижний субслой Al_0.9Ga_0.1As p-типа 4⋅10¹⁸ см^-3 и толщиной 3 нм, и верхний субслой из GaAs p-типа с уровнем легирования 5⋅10¹⁹ см^-3 и толщиной 56 нм. Контактный слой n-типа (p-типа) в среднем легирован донорами (акцепторами) на уровень соответственно 1,3⋅10¹⁸ см^-3 (2⋅10¹⁸ см^-3) и содержит три вставки толщиной 20 нм и уровнем легирования 4⋅10¹⁸ см^-3 (6⋅10¹⁸ см^-3), которые расположены в минимуме электромагнитного поля оптической моды резонатора. Композиционная решетка n-типа (p-типа) в среднем легирована донорами (акцепторами) на уровень 1,5⋅10¹⁸ см^-3 с двукратным повышением уровня легирования на гетерогранице с возрастанием (понижением) состава. Толщины слоев выбраны так, чтобы получить резонансную длину волны вертикального оптического резонатора вблизи 890 нм, тогда как толщины квантовых ям и потенциальных барьеров выбраны так, чтобы пик спектра фотолюминесценции (соответствует основному переходу ямы и совпадает с максимумом спектра усиления) был смещен в коротковолновую сторону на 10 нм относительно проектного значения резонансной длины (т.е. вблизи 880 нм). Применение металлизации Ti/Pt/Au к слоям GaAs p-типа позволило получить электрический контакт p-типа с удельным контактным сопротивлением ~2⋅10^-6 Ом⋅см^-2 и погонным контактным сопротивлением ~0,13 Ом⋅мм. Для электрических контактов к легированным слоям Al_0.15Ga_0.85As n-типа использовалась металлизация AuGe/Ni/Au (удельное контактное сопротивление ~1⋅10^-6 Ом⋅см^-2 и погонное контактное сопротивление ~0,03 Ом⋅мм). После селективного удаления сильнолегированного фазокорректирующего контактного слоя в светоизлучающей области было осаждено верхнее диэлектрическое РБО на основе четвертьволновых SiO₂ и Ta₂O₅. Апертурный слой был подвергнут селективному окисления в парах воды для получения оптического и токового ограничения. Приборы с площадью оксидной токовой апертуры ~2,3 мкм² (размером апертуры 2,4 мкм) продемонстрировали лазерную генерацию в непрерывном режиме при комнатной температуре с пороговым током менее 0,4 мА и дифференциальной эффективностью более 0,84 Вт/А (фиг. 2). Максимальная выходная оптическая мощность составила 3,2 мВт при токе насыщения 5,7 мА. Дифференциальное сопротивление на линейном участке вольт-амперной характеристики (диапазон токов 1-6 мА) составило 220-250 Ом. Напряжение при пороговом токе, так называемое пороговое напряжение, лежало в диапазоне 1.5-1.6 В. Длина волны излучения лазеров варьировалась в диапазоне длин волн 892-897 нм при изменении рабочего тока (фиг. 3). Тепловое сопротивление прибора составило 6,4 К/мВт. В случае прибора с большей площадью токовой апертуры (~6,5 мкм², размер апертуры 4 мкм) пороговый ток увеличился до 0,4 мА без изменения дифференциальной эффективности, при этом максимальная мощность возросла до 5,3 мВт (при токе 9,2 мА), дифференциальное сопротивление упало до 130-150 Ом, а тепловое сопротивление снизилось до 4.6 К/мВт.Example 1. This example shows the results of experimental testing of the present invention in the spectral range of 850-900 nm. The epitaxial heterostructure for a vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror in accordance with the present invention was synthesized by molecular beam epitaxy. The epitaxial laser heterostructure contained a semi-insulating GaAs substrate, a lower undoped DBR based on 36 pairs of alternating layers of Al _0.16 Ga _0.84 As and Al _0.9 Ga _0.1 As, an intracavity n _0.16 Ga _0.84 As Al _0.16 Ga / n contact layer, An n-type composite lattice based on 5 pairs of alternating layers of A1 _0.16 Ga _0.84 As and Al _0.9 Ga _0.1 As p-type with a gradient composition change at the heteroboundaries according to the bi-parabolic law with a length of 19 nm, an Al _0.16 Ga _0.84 As optical resonator with an active region on the basis of five in _0.08 Ga _0.92 As / Al _0.16 Ga _0.84 As quantum wells, the composition onnuyu lattice p-type based on six pairs of alternating layers of Al _0.16 Ga _0.84 As and Al _0.9 Ga _0.1 As p-type with a gradient change in composition at the heterojunctions of bi-parabolic length of 19 nm and comprising one aperture layer intracavity contact layer of Al _0.16 Ga _0.84 As p-type with a thickness equal to 1.75⋅λ / n, a heavily doped phase-correcting contact layer of p-type, including the lower sublayer Al _0.9 Ga _0.1 As p-type 4⋅10 ¹⁸ cm ^-3 and a thickness of 3 nm, and the upper sublayer of p-type GaAs with a doping level of 5 × 10 ¹⁹ cm ^-3 and a thickness of 56 nm. The n-type (p-type) contact layer is on average doped with donors (acceptors) to a level of 1.3⋅10 ¹⁸ cm ^-3 (2⋅10 ¹⁸ cm ^-3 ), respectively, and contains three inserts with a thickness of 20 nm and a doping level of 4⋅ 10 ¹⁸ cm ^-3 (6⋅10 ¹⁸ cm ^-3 ), which are located at the minimum of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator. The n-type (p-type) composite lattice is on average doped with donors (acceptors) to a level of 1.5 × ^{18 18} cm ^-3 with a twofold increase in the doping level at the heterointerface with an increase (decrease) in the composition. The layer thicknesses were chosen so as to obtain the resonance wavelength of the vertical optical resonator near 890 nm, while the thicknesses of the quantum wells and potential barriers were chosen so that the peak of the photoluminescence spectrum (corresponding to the main transition of the well and coinciding with the maximum of the gain spectrum) was shifted toward the short-wavelength side by 10 nm relative to the design value of the resonance length (i.e., near 880 nm). The application of Ti / Pt / Au metallization to p-type GaAs layers made it possible to obtain a p-type electrical contact with a specific contact resistance of ~ 2⋅10 ^-6 Ohm⋅cm ^-2 and linear contact resistance of ~ 0.13 Ohm⋅mm. For electrical contacts to doped Al _0.15 Ga _0.85 As n-type layers, AuGe / Ni / Au metallization was used (specific contact resistance ~ 1⋅10 ^-6 Ohm⋅cm ^-2 and linear contact resistance ~ 0.03 Ohm⋅mm). After selective removal of the heavily doped phase-correcting contact layer in the light-emitting region, an upper dielectric DBR based on quarter-wave SiO ₂ and Ta ₂ O ₅ was deposited. The aperture layer was subjected to selective oxidation in water vapor to obtain optical and current limits. Devices with an oxide current aperture area of ~ 2.3 μm ² (aperture size of 2.4 μm) demonstrated continuous-wave laser generation at room temperature with a threshold current of less than 0.4 mA and a differential efficiency of more than 0.84 W / A (Fig. 2). The maximum output optical power was 3.2 mW at a saturation current of 5.7 mA. The differential resistance on the linear portion of the current-voltage characteristic (current range 1-6 mA) was 220-250 Ohms. The voltage at the threshold current, the so-called threshold voltage, lay in the range of 1.5-1.6 V. The wavelength of the laser radiation varied in the wavelength range of 892-897 nm with a change in the operating current (Fig. 3). The thermal resistance of the device was 6.4 K / mW. In the case of a device with a larger current aperture (~ 6.5 μm ² , aperture size 4 μm), the threshold current increased to 0.4 mA without changing the differential efficiency, while the maximum power increased to 5.3 mW (at a current of 9.2 mA), the differential resistance dropped to 130-150 Ohms, and the thermal resistance dropped to 4.6 K / mW.

Пример 2. Был изготовлен опытный образец полупроводникового вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами спектрального диапазона 950-990 нм в соответствии с настоящим изобретением. Эпитаксиальная гетероструктура лазера была изготовлена методом молекулярно-пучковой эпитаксии и включала в себя полуизолирующую подложку GaAs, нижний нелегированный РБО на основе 31 пары чередующихся слоев GaAs и Al_0.9Ga_0.1As, внутрирезонаторный контактный слой GaAs n-типа толщиной равной 1,75⋅λ/n, композиционную решетку n-типа на основе 5 пар чередующихся слоев GaAs и Al_0.9Ga_0.1As p-типа с градиентным изменением состава на гетерограницах по би-параболическому закону протяженностью 22 нм, оптический резонатор Al_0,15Ga_0,85As с активной областью на основе трех In_0,18Ga_0,82As/GaAs квантовых ям, композиционную решетку p-типа на основе 6 пар чередующихся слоев GaAs и Al_0.9Ga_0.1As p-типа с градиентным изменением состава на гетерограницах по би-параболическому закону протяженностью 22 нм и включающий один апертурный слой, внутрирезонаторный контактный слой GaAs p-типа толщиной равной 1,75⋅λ/n, сильнолегированный фазокорректирующий контактный слой p-типа, включающий нижний субслой Al_0.9Ga_0.1As p-типа 4⋅10¹⁸ см^-3 и толщиной 3 нм, и верхний субслой из GaAs p-типа с уровнем легирования 5⋅10¹⁹ см^-3 и толщиной 68 нм. Контактный слой n-типа (p-типа) в среднем легирован донорами (акцепторами) на уровень 1,3⋅10¹⁸ см^-3(1⋅10¹⁸ см^-3) и содержит три вставки толщиной 20 нм и уровнем легирования соответственно 4⋅10¹⁸ см^-3 (6⋅10¹⁸ см^-3), которые расположены в минимуме электромагнитного поля оптической моды резонатора. Композиционная решетка n-типа (p-типа) в среднем легирована донорами (акцепторами) на уровень 1.5⋅10¹⁸ см^-3 с двукратным повышением уровня легирования на гетерогранице с возрастанием (понижением) состава. Толщины квантовых ям и барьеров выбраны для получения длины волны основного перехода квантовой ямы вблизи 970 нм, тогда как остальные толщины выбраны так, чтобы резонансная длины волны вертикального оптического резонатора была смещена в длинноволновую сторону на 10 нм (то есть вблизи 980 нм). Для формирования оптического и токового ограничения апертурный слой композиционной решетки p-типа был селективно окислен. Использована металлизация AuGe/Ni/Au и Ti/Pt/Au для формирования электрических контактов n-типа (удельное контактное сопротивление ~1,5⋅10^-6 Ом⋅см^-2 и погонное контактное сопротивление ~0,03 Ом⋅мм) и p-типа (удельное контактное сопротивление ~2⋅10^-6 Ом⋅см^-2 и погонное контактное сопротивление ~0,1 Ом⋅мм), соответственно. Верхнее диэлектрическое РБО было сформировано с помощью магнетронного напыления 5 пар чередующихся слоев SiO₂ и Ta₂O₅, каждый толщиной равной λ/4n. Приборы с площадью оксидной токовой апертуры ~4 мкм² (размером апертуры 3 мкм) продемонстрировали лазерную генерацию в непрерывном режиме при комнатной температуре с пороговым током менее 0,25 мА и дифференциальной эффективностью более 0,82 Вт/А (фиг. 4). Максимальная выходная оптическая мощность составила 3,6 мВт при токе насыщения 6,5 мА. Дифференциальное сопротивление на линейном участке вольт-амперной характеристики (диапазон токов 2,5-7 мА) составило 200-230 Ом. Напряжение при пороговом токе, так называемое пороговое напряжение, лежит в диапазоне 1.4-1,5 В. Длина волны излучения лазеров варьировалась в диапазоне длин волн 982-985 нм при изменении рабочего тока (фиг. 5). Одномодовый режим генерации с фактором подавления мод более 30 дБ реализуется вплоть до 4,5 мА.Example 2. A prototype semiconductor vertically emitting laser with intracavity contacts of a spectral range of 950-990 nm was manufactured in accordance with the present invention. The epitaxial laser heterostructure was fabricated by molecular beam epitaxy and included a semi-insulating GaAs substrate, a lower undoped DBR based on 31 pairs of alternating GaAs and Al _0.9 Ga _0.1 As layers, an n-type intracavity GaAs contact layer with a thickness of 1.75⋅λ / n, an n-type composite lattice based on 5 pairs of alternating layers of GaAs and Al _0.9 Ga _0.1 As p-type with a gradient composition at the heteroboundaries according to the bi-parabolic law with a length of 22 nm, an Al _0.15 Ga _0.85 As optical resonator with active region based on three In _0.18 Ga _0.82 As / GaAs quantum wells, a p-type composite lattice based on 6 pairs of alternating layers of GaAs and Al _0.9 Ga _0.1 p-type As with a gradient composition change at heteroboundaries according to a bi-parabolic law with a length of 22 nm and including one aperture layer, p-type GaAs intracavity contact layer with a thickness of 1.75⋅λ / n, heavily doped phase-correcting p-type contact layer, including the lower sublayer Al _0.9 Ga _0.1 As p-type 4⋅10 ¹⁸ cm ^-3 and a thickness of 3 nm, and the upper sublayer of p-type GaAs with a doping level of 5 × 10 ¹⁹ cm ^-3 and a thickness of 68 nm. The n-type (p-type) contact layer is on average doped with donors (acceptors) to a level of 1.3⋅10 ¹⁸ cm ^-3 (1⋅10 ¹⁸ cm ^-3 ) and contains three inserts with a thickness of 20 nm and a doping level of 4⋅ 10 ¹⁸ cm ^-3 (6⋅10 ¹⁸ cm ^-3 ), which are located at the minimum of the electromagnetic field of the optical mode of the resonator. The n-type (p-type) composite lattice is on average doped with donors (acceptors) to a level of 1.5 × ^{18 18} cm ^-3 with a twofold increase in the level of doping at the heterointerface with an increase (decrease) in the composition. The thicknesses of the quantum wells and barriers were chosen to obtain the wavelength of the main transition of the quantum well near 970 nm, while the remaining thicknesses were chosen so that the resonance wavelength of the vertical optical resonator was shifted to the long-wavelength side by 10 nm (i.e., near 980 nm). To form optical and current limitations, the aperture layer of the p-type composite lattice was selectively oxidized. The metallization AuGe / Ni / Au and Ti / Pt / Au was used to form n-type electrical contacts (specific contact resistance ~ 1.5⋅10 ^-6 Ohm⋅cm ^-2 and linear contact resistance ~ 0.03 Ohm⋅mm) and p-type (specific contact resistance ~ 2⋅10 ^-6 Ohm⋅cm ^-2 and linear contact resistance ~ 0.1 Ohm⋅mm), respectively. The upper dielectric DBR was formed by magnetron sputtering of 5 pairs of alternating layers of SiO ₂ and Ta ₂ O ₅ , each with a thickness equal to λ / 4n. Devices with an oxide current aperture area of ~ 4 μm ² (aperture size of 3 μm) demonstrated continuous-wave laser generation at room temperature with a threshold current of less than 0.25 mA and a differential efficiency of more than 0.82 W / A (Fig. 4). The maximum output optical power was 3.6 mW at a saturation current of 6.5 mA. The differential resistance on the linear portion of the current-voltage characteristic (current range 2.5-7 mA) was 200-230 Ohms. The voltage at the threshold current, the so-called threshold voltage, lies in the range 1.4-1.5 V. The wavelength of the laser radiation varied in the wavelength range of 982-985 nm with a change in the operating current (Fig. 5). Single-mode lasing with a mode rejection factor of more than 30 dB is realized up to 4.5 mA.

Для сравнения технического уровня настоящего решения были выбраны вертикально-излучающий лазеры двух спектральных диапазонов 850-900 нм (далее ВИЛ-1) и 950-990 нм (далее ВИЛ-2). В данных ВИЛ применена классическая геометрия оптического резонатора с инжекцией носителей через легированные брэгговские отражатели. Поскольку латеральный профиль оксидной апертуры может различаться (благодаря сильной композиционной зависимости скорости окисления, анизотропии окисления и влияния технологических режимов на процесс окисления), то для адекватного сравнения лазеров анализировались приборы с идентичной площадью токовой апертуры.To compare the technical level of this solution, we selected vertical-emitting lasers of two spectral ranges of 850–900 nm (hereinafter VIL-1) and 950-990 nm (hereinafter VIL-2). In the VIL data, the classical geometry of the optical cavity with the injection of carriers through doped Bragg reflectors is used. Since the lateral profile of the oxide aperture can vary (due to the strong compositional dependence of the oxidation rate, oxidation anisotropy, and the influence of technological conditions on the oxidation process), for an adequate comparison of lasers, devices with the same current aperture area were analyzed.

Эпитаксиальная структура ВИЛ-1 выращена методом молекулярно-пучковой эпитаксии на полуизолирующей подложке GaAs и включает в себя нижний легированный РБО n-типа на основе 38.5 пар Al_0.2Ga_0.8As/Al_0.9Ga_0.1As, AlGaAs оптический резонатор с активной областью на основе трех InGaAs/Al_0.27Ga_0.73As квантовых ям (состав по In ~4-6%), верхний легированный РБО p-типа на основе 28 пар Al_0.2Ga_0.8As/Al_0.9Ga_0.1As, включающий в себя один апертурный слой и контактный слой GaAs p-типа (A. Al-Samaneh, «VCSELs for Cesium-Based Miniaturized Atomic Clocks», Books On Demand, 216 (2015)). В приборной конструкции ВИЛ-1 для формирования омического контакта к слоям n-GaAs и p-GaAs использована металлизация AuGe/Ni/Au и Ti/Pt/Au, соответственно. Приборы с площадью токовой апертуры ~6,1 мкм² (диаметр апертуры 2,8 мкм) при комнатной температуре обладают следующими статическими характеристиками: длина волны генерации 893-897 нм, пороговый ток 0,3 мА, дифференциальная эффективность 0,5 Вт/А, максимальная выходная мощность ~2 мВт при токе насыщения 5.8 мА, дифференциальное сопротивление 380 Ом при токе 0,6-0.8 от тока насыщения (саморазогрев лазера ярко выражен), тепловое сопротивление ~5,5 К/мВт.The VIL-1 epitaxial structure was grown by molecular-beam epitaxy on a GaAs semi-insulating substrate and includes a lower doped n-type DBR based on 38.5 pairs of Al _0.2 Ga _0.8 As / Al _0.9 Ga _0.1 As, an AlGaAs optical resonator with an active region based on three InGaAs / Al _0.27 Ga _0.73 As quantum wells (composition in In ~ 4-6%), the upper doped p-type DBR based on 28 pairs of Al _0.2 Ga _0.8 As / Al _0.9 Ga _0.1 As, including one aperture layer and a contact p-type GaAs layer (A. Al-Samaneh, “VCSELs for Cesium-Based Miniaturized Atomic Clocks”, Books On Demand, 216 (2015)). In the instrument design of VIL-1, metallization AuGe / Ni / Au and Ti / Pt / Au, respectively, was used to form an ohmic contact to the n-GaAs and p-GaAs layers. Devices with a current aperture area of ~ 6.1 μm ² (aperture diameter of 2.8 μm) at room temperature have the following static characteristics: generation wavelength 893-897 nm, threshold current 0.3 mA, differential efficiency 0.5 W / A , the maximum output power is ~ 2 mW at a saturation current of 5.8 mA, the differential resistance is 380 Ohms at a current of 0.6-0.8 of the saturation current (laser self-heating is pronounced), the thermal resistance is ~ 5.5 K / mW.

Эпитаксиальная структура ВИЛ-2 выращена методом молекулярно-пучковой эпитаксии на легированной подложке GaAs n-типа и включает в себя нижний легированный РБО n-типа на основе 33 пар GaAs/Al_0.9Ga_0.1As, AlGaAs оптический резонатор с активной областью на основе трех слоев квантовых ям InGaAs/GaAs (синтез в субмонослойном режиме), верхний легированный РБО p-типа на основе 20 пар GaAs/Al_0.9Ga_0.1As (A. Mutig, «High Speed VCSELs for Optical Interconnects», Springer Theses XIV, 169 (2011)). В приборной конструкции ВИЛ-2 для токового и оптического ограничения использована одна оксидная апертура, а также применена металлизация AuGe/Ni/Au и Ti/Pt/Au для формирования омического контакта к слоям n-GaAs и p-GaAs, соответственно. Приборы с площадью токовой апертуры ~3 мкм² (диаметр апертуры 2 мкм) при комнатной температуре обладают следующими статическими характеристиками: длина волны генерации 985-990 нм, пороговый ток 0.26 мА, дифференциальная эффективность 0,63 Вт/А, максимальная выходная мощность ~2 мВт при токе насыщения 5 мА, дифференциальное сопротивление 380 Ом при токе 0.6-0,8 от тока насыщения (когда проявляется сильный саморазогрев лазера), тепловое сопротивление ~5 К/мВт.The VIL-2 epitaxial structure was grown by molecular-beam epitaxy on an n-type GaAs doped substrate and includes a lower doped n-type DBR based on 33 GaAs / Al _0.9 Ga _0.1 As pairs, an AlGaAs optical resonator with an active region based on three layers InGaAs / GaAs quantum wells (submonolayer synthesis), top doped p-type DBR based on 20 pairs of GaAs / Al _0.9 Ga _0.1 As (A. Mutig, High Speed VCSELs for Optical Interconnects, Springer Theses XIV, 169 (2011 )). In the VIL-2 instrument design, for current and optical limitation, one oxide aperture was used, and AuGe / Ni / Au and Ti / Pt / Au metallization was used to form an ohmic contact to n-GaAs and p-GaAs layers, respectively. Devices with a current aperture area of ~ 3 μm ² (aperture diameter of 2 μm) at room temperature have the following static characteristics: generation wavelength 985-990 nm, threshold current 0.26 mA, differential efficiency 0.63 W / A, maximum output power ~ 2 mW at a saturation current of 5 mA, differential resistance of 380 Ohms at a current of 0.6-0.8 of the saturation current (when strong self-heating of the laser is manifested), thermal resistance ~ 5 K / mW.

Необходимо отметить, что повышение дифференциальной эффективности сопряжено с ростом порогового тока, поскольку дифференциальная эффективность взаимосвязана с величиной порогового тока через потери на вывод излучения. Кроме того, повышение выходной мощности при фиксированной дифференциальной эффективности требует понижения электрического и теплового сопротивлений прибора, так как саморазогрев прибора током насыщения ограничивает ток насыщения. Тем не менее, разработанный вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом в соответствии с настоящим изобретением обладает меньшим значением электрического и теплового сопротивлений, более высокой дифференциальной эффективностью при низком пороговом токе. Следует отметить, что достигнутые параметры не только не уступают, но и по ряду позиций превосходят статические характеристики вертикально-излучающих лазеров в классической конструкции, синтезированных методом газофазной эпитаксии из паров металлорганических соединений на промышленном оборудовании, при идентичных размерах площади токовой апертуры (P. Moser et al., «Energy Efficiency of Directly Modulated Oxide-Confined High Bit Rate 850-nm VCSELs for Optical Interconnects», IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 19 (4), 1702212 (2013); H. Li et al., «Temperature-Stable, Energy-Efficient, and High-Bit Rate Oxide-Confined 980-nm VCSELs for Optical Interconnects», IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 21 (6), 1700409, 2015).It should be noted that the increase in differential efficiency is associated with an increase in the threshold current, since the differential efficiency is interconnected with the value of the threshold current through losses on the output of radiation. In addition, increasing the output power at a fixed differential efficiency requires lowering the electrical and thermal resistances of the device, since self-heating of the device by the saturation current limits the saturation current. However, the developed vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror in accordance with the present invention has a lower value of electric and thermal resistances, higher differential efficiency at a low threshold current. It should be noted that the achieved parameters are not only inferior, but also surpass in some respects the static characteristics of vertical-emitting lasers in a classical design, synthesized by vapor-phase epitaxy from organometallic vapors on industrial equipment, with identical size of the current aperture area (P. Moser et al., "Energy Efficiency of Directly Modulated Oxide-Confined High Bit Rate 850-nm VCSELs for Optical Interconnects", IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 19 (4), 1702212 (2013); H. Li et al., “Temperature-Stable, Energy-Efficient, and High-Bit Rate Oxide-Confined 980-nm VCSELs for Optical Interconnects,” IEEE J. Sel. Topics Qu antum Electron. 21 (6), 1700409, 2015).

Claims

1. A vertical-emitting laser with intracavity contacts and a dielectric mirror, including a GaAs semi-insulating substrate, a lower undoped distributed Bragg reflector (RBO), an n-type intracavity contact layer, an n-type composite lattice, an optical resonator containing an active region based on at least at least three layers of In (Al) GaAs quantum wells, a p-type composite lattice containing at least one oxide current aperture, a p-type intracavity contact layer, highly doped phase corrector p-type rectifying contact layer and upper dielectric RBO based on SiO ₂ / Ta ₂ O ₅ .

2. The laser according to claim 1, characterized in that the lower unalloyed DBR contains at least 30 pairs of alternating layers of Al _x Ga _1-x As and Al _y Ga _1-y As, respectively, where 0.85≤x≤0, 95 and y no more than 0.3, each layer has a thickness λ / 4n, where n is the refractive index of the corresponding layer, λ is the resonance length of the vertical optical resonator.

3. The laser according to claim 1, characterized in that the n-type intracavity contact layer is made of thickness (2k-1) λ / 4n, where 3≤k≤6 is a natural number, consists of Al _y Ga _1-y As n- type, where y is not more than 0.3, and has a periodic profile of doping with donors over the layer thickness with a period equal to λ / 2n, when in the middle of each period over 10-20 nm the doping level increases (2-3) times with an average doping level (8⋅10 ¹⁷ -2⋅10 ¹⁸ ) cm ^-3 .

4. The laser according to claim 1, characterized in that an n-type electrical contact is formed on the n-type intracavity contact layer.

5. The laser according to claim 1, characterized in that the n-type composite lattice contains 2-5 pairs of alternating layers of n-type Al _x Ga _1-x As and n-type Al _y Ga _1-y As, where 0 , 85≤x≤0.95 and for no more than 0.3, with a gradient composition change at the heteroboundaries according to a linear or bi-parabolic law, with a periodic doping profile by donors along the layer thickness with a doping period equal to λ / 2n ^* , with an average doping level (1-2) ⋅10 ¹⁸ cm ^-3, and at the heterojunctions with increasing mole fraction of Al (in a direction away from the substrate) is increased doping in (2-3) times, each ara layers is formed with a total thickness equal to λ / 2n ^*, where n ^* - average value of the refractive index of the composite layers of the lattice n-type.

6. The laser according to claim 1, characterized in that the optical resonator is made of thickness kλ / n ^* , where 3≤k≤6 is a natural number, and consists of a layer of Al _y Ga _1-y As, where y is not more than 0, 4, in the center of which the active region is located.

7. The laser according to claim 6, characterized in that the active region contains at least three layers of quantum wells of Al _x Ga _1-x As, where x is not more than 0.15, 7-10 nm thick, and separated from each other layers of Al _y Ga _1-y As, where 0.25≤y≤0.4, thickness 7-12 nm.

8. The laser according to claim 6, characterized in that the active region contains at least three layers of quantum wells from In _x Ga _1-x As, where 0.05≤x≤0.2, thickness 3-15 nm, and separated from each other by layers of Al _y Ga _1-y As, where y is not more than 0.4, with a thickness of 5-12 nm.

9. The laser according to claim 1, characterized in that the p-type composite lattice is made of 3-8 pairs of alternating layers of p-type Al _x Ga _1-x As and p-type Al _y Ga _1-y As, where 0.85≤x≤0.95 and not more than 0.3, with a gradient composition change at the heteroboundaries according to a linear or bi-parabolic law, with a periodic doping profile by acceptors along the layer thickness with a doping period equal to λ / 2n ^** , at an average doping level of (1-3) ⋅10 ¹⁸ cm ^-3 , and at heterointerfaces with a decrease in the molar fraction of Al (in the direction from the substrate), doping is increased by (2-3) times, while each pair of layers was made with a total thickness equal to λ / 2n ^** , where n ^** is the average value of the refractive index of the p-type composite lattice layers.

10. The laser according to claim 9, characterized in that at least one p-type Al _x Ga _1-x As layer of the p-type composite lattice is an oxide current aperture and in the lateral direction consists of a central part made of Al _x Ga _1-x As, where 0.97≤x≤1, and the peripheral part made of Al ₂ O ₃ .

11. The laser according to claim 1, characterized in that the intracavity p-type contact layer is made of thickness (2k-1) λ / 4, where 3≤k≤6 is a natural number, and consists of Al _y Ga _1-y As p -type, where у is not more than 0.3, and has a periodic doping profile by acceptors over the layer thickness with a period equal to λ / 2n, when in the middle of each period over 10-20 nm the doping level increases (2-3) times at the average doping level (8⋅10 ¹⁷ -3⋅10 ¹⁸ ) cm ^-3 .

12. The laser according to claim 1, characterized in that the heavily doped phase-correcting p-type contact layer contains a lower sublayer of Al _x Ga _1-x As p-type, where 0.85≤x≤0.95, with a doping level (1 ⋅10 ¹⁸ -4⋅10 ¹⁸ ) cm ^-3 with a thickness of 3-5 nm, and the upper sublayer of GaAs p-type with a doping level (2⋅10 ¹⁹ -1⋅10 ²⁰ ) cm ^-3 and a thickness of λ / 4n, located above the peripheral part of the oxide current aperture.

13. The laser according to claim 1, characterized in that a p-type electrical contact is formed on a heavily doped phase-correcting p-type contact layer.

14. The laser according to claim 1, characterized in that the upper dielectric RBO is adjacent to the inside of the p-type resonant contact layer directly above the central part of the oxide current aperture and contains at least 5 pairs of alternating dielectric layers of SiO ₂ and Ta ₂ O _5, respectively with each layer having a thickness of λ / 4n.