Исследование инжекционного полупроводникового лазера, страница 2

Для уменьшения токовых и оптических потерь в полупроводнике были предложены гетеропереходы: p-n– и p-p–переходы различных полупроводников, отличающихся шириной запрещенной зоны. В односторонней гетероструктуре (ОГС) активная область из GaAs p-типа ограничена с одной стороны эмиттером из GaAs n-типа, а с другой –GaAs-GaAlAs – тройным соединением того же типа проводимости, что и активный слой (рис. 7.1). Наличие потенциального барьера на гетеропереходе обеспечивает локализацию электронов, инжектируемых из эмиттера в активный слой. Показатель преломления n у активного слоя выше, чем у окружающих слоев, а значит, возможно полное внутреннее отражение, и, следовательно, ОГС обладает волноводными свойствами.

 x                                                                   x                               x

   p-GaAs:Zn

           p-GaAlAs:Zn                    Гетерограница                         Δn₁

    p-GaAs:Zn        Активный слой              d

    n-GaAs,                             Гомограница                           Δn₂

     эмиттер

                                      y                                                                     n                          E     

Рис. 7.1. Односторонняя гетероструктура

Поскольку скачки показателя преломления на границах перехода не равны (Δn₁ ≠ Δn₂), образуется несимметричный волновод. Оптимальная толщина  активного  слоя  ОГС – порядка  2  мкм.  С  уменьшением  толщины  d

ОГС-слоя его волноводные свойства теряются; с увеличением d возрастает объем активности области и увеличивается пороговый ток I_пор, прямо пропорциональный d. ОГС используется в основном в импульсных лазерах, обеспечивая достаточно высокую (10...25 Вт) импульсную мощность. Характерные частоты повторения импульсов составляют доли–десятки килогерц.

Непрерывные инжекционные лазеры строятся на основе двойной гетероструктуры (ДГС), в которой по сравнению с ОГС введен дополнительный слой легированного полупроводника GaAlAs n-типа, расположенный между эмиттером и активным слоем. В результате скачки показателя преломления на границах выравниваются: Δn₁ = Δn₂. Формируется симметричный волновод, уменьшающий потери квантов. Оптимальная толщина d снижается до 0,25 мкм, и падает I_пор. Дальнейшее снижение I_пор достигается в полосковых лазерах (рис. 7.2) за счет уменьшения растекания тока по объему полупроводника. Ширина контактной полоски D составляет обычно единицы–десятки микрометров, в мощных ИППЛ  100 …50 мкм. Остальная часть верхнего кон такта изолирована от ДГС диэлектрическим покрытием.