Конструкция и изготовление инжекционных лазеров.

Инверсную населенность в инжекционном лазере с p-n переходом проще получить, если одна из областей данной структуры является вырожденной, т.е. содержит большую концентрацию соответствующих примесей. При прямом включении p-n перехода прямой ток состоит из двух составляющих – электронной и дырочной. Чем больший ток проходит через p-n переход, тем с большим запасом выполняется условие инверсной населенности. Минимальный ток, при котором происходит преимущественно вынужденная рекомбинация, называют пороговым током.

Если ток, проходящий через p-n переход, больше порогового, то p-n переход является усиливающей средой для света, распространяющегося в плоскости p-n перехода. Число актов вынужденной рекомбинации можно увеличить, если обеспечить прохождение каждого кванта света несколько раз в плоскости p-n перехода.

Для этого две противоположные грани монокристалла полупроводника делают строго параллельными и тщательно отполированными. Чтобы обеспечить необходимый коэффициент отражения от торцов, можно их не металлизировать, так как большой коэффициент преломления полупроводникового материала обеспечивает отражение от этих торцов до 35% квантов света.

После многократного отражения от полированных торцов и соответствующего многократного прохождения вдоль p-n перехода свет выходит из полупроводника (рис. 10.6.1). Кванты света, двигающиеся строго перпендикулярно торцам кристалла, могут много раз пройти через активную область с инверсной населенностью и тем самым создать большую лавину квантов света полупроводника.

.Две другие боковые грани должны быть скошены под некоторым углом, чтобы воспрепятствовать возникновению генерации света между ними (рис. 10.6.2).

 

Те кванты света, которые начали двигаться не вдоль p-n перехода и не перпендикулярно торцам кристалла, уходят из активной области с инверсной населенностью и не вызывают вынужденной рекомбинации.

Для изготовления инжекционных лазеров используют арсенид галлия, твердые растворы арсенид-фосфид галлия GaAs_xP_1-x, арсенид индия, фосфид индия и другие полупроводниковые материалы. Наибольшее распространение получили инжекционные лазеры из арсенида галлия. В качестве исходной заготовки для таких лазеров служит монокристалл арсенида галлия, по форме приближающийся к кубу или параллелепипеду, со сторонами длиной в несколько десятых долей миллиамперметра.

В арсениде галлия, легированном донорами (Te, Se и др.), p-n переход обычно создают путем диффузии акцепторов (Zn, Cd и др.). Области с электропроводностью p - и n - типа должны иметь концентрации соответствующих примесей, при которых энергетические состояния электронов и дырок близки к вырождению. Для создания невыпрямляющего контакта с n - областью монокристалл с диодной структурой припаивают к пластинке молибдена, покрытой слоем золота (рис. 10.6.2). На поверхность р - области наносят слой сплава золота с серебром.

Инверсную заселенность значительно проще можно создать в полупроводниковом инжекционном лазере с гетеропереходами (рис. 10.6.3).

 

Базовую область такой структуры делают из полупроводника с меньшей шириной запрещенной зоны и большей диэлектрической проницаемостью, чем у эмиттерных областей. Инжектированные в базу носители заряда оказываются в потенциальных ямах. Различие показателей преломления (диэлектрических проницаемостей) базовой и эмиттерной областей приводит к полному внутреннему отражению квантов света на гетеропереходах, т.е. область базы является по существу световодом. Все это обеспечивает значительно меньшие пороговые плотности токов и большие эффективности или КПД инжекционных лазеров с гетеропереходами.