Перечислим основные преимущества и достоинства лазеров с вертикальным резонатором, которые непосредственно определяются конфигурацией этих излучателей:
1) Малая расходимость излучения, симметричная диаграмма направленности излучения за счет относительно больших и симметричных апертур лазеров. Эффективность ввода излучения ЛВР в оптическое волокно может превышать 90% за счет хорошего согласования параметров излучения лазера с числовой апертурой волокна.
2) Низкие пороговые и рабочие токи за счет малого объема резонатора. ЛВР являются наиболее миниатюрными лазерными источниками.
3) Сверхвысокие частоты токовой модуляции за счет сверхмалой длины и малого объема лазерного резонатора. Уровень достигнутый к настоящему времени составляет ~20ГГц.
4) Одномодовый режим работы, определяемый большим межмодовым расстоянием, что задается сверхмалой длиной резонатора.
5) Высокая температурная стабильность длины волны генерации, что определяется малым температурным коэффициентом изменения положения резонанса Фабри-Перо. Типичное для ЛВР значение dl/dT »0.06нм/градус, что в пять раз ниже в сравнении с аналогичным параметром для полосковых полупроводниковых лазеров.
6) Возможность создания линеек и матриц ЛВР с большим числом элементов, что может быть использовано в быстродействующих оптических системах передачи и обработки информации.
7) Использование стандартных микроэлектронных технологических процессов в изготовлении ЛВР, возможность автоматизированного тестирования и разбраковки лазеров на пластине до ее разделения на чипы и до корпусирования.
Следует отметить, что на ряду с перечисленными достоинствами, данный тип лазеров характеризуется одним существенным «недостатком». Этот «недостаток» заключается в том, что для создания ЛВР необходимо использовать очень сложные многослойные гетероструктуры. Исходные структуры для ЛВР относятся к числу наиболее сложных, многослойных и прецизионных полупроводниковых структур, освоенных к настоящему времени. Рост таких структур является предельно сложной задачей даже для современных технологий молекулярно-лучевой эпитаксии и эпитаксии из металло-органических соединений. Количество различных слоев лазерной структуры может составлять сотни и в ряде случаев превышать тысячу, при этом требуемая точность задания толщины слоев составляет около 1%.
В таблице 1 приведен пример полной лазерной структуры, используемой для создания коммерческих ЛВР с длиной волны генерации 850нм. Структура выращивается на n-GaAs и содержит в общей сложности 262 различных слоя. Нижнее брэгговское зеркало селективно легируется Si и через него осуществляется инжекция электронов в активную область, верхнее (выходное) зеркало селективно легируется C (или Be), через него осуществляется инжекция дырок. Период брэгговского зеркала содержит слои AlGaAs с относительно высоким показателем преломления (слой с составом по Al x=0.15) и относительно низким показателем преломления (слой с составом по Al x=0.92). Между этими слоями размещены высоколегированные градиентные слои с переменным составом, которые используются для снижения омического сопротивления зеркал. Период зеркала имеет толщину l/2 . Между зеркалами расположена нелегированная область толщиной l. Она содержит 3 квантовые ямы GaAs, образующие активную область лазера. Над активной областью находится 53нм слой AlGaAs с составом по Al x=0.98, после частичного селективного окисления этот слой формирует оксидную апертуру лазера. Верхний сильнолегированный слой GaAs используется в качестве контактного слоя.
В приведенном примере полной лазерной структуры для снижения омического сопротивления зеркал используются слои имеющие линейный градиент по составу Al. Идеальным с точки зрения снижения омического сопротивления зеркала является градиентный слои с бипараболической координатной зависимостью ширины запрещенной зоны. На практике такая зависимость аппроксимируется путем выращивания нескольких (например 8) тонких (2нм) слоев нужного состава, в этом случае каждый период зеркала содержит уже не 4 различных слоя, а 18 слоев, и общее число различных слоев в полной лазерной структуре достигает одной тысячи.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.