Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
Разность длин волн между двумя модами в направлении z обратно
пропорциональна L. Вследствие малой длины полупроводниковых лазеров
разность АЛ, в этих лазерах значительно больше, чем в газовых лазерах.
Используя уравнение (25), можно изучить температурную зави-, симость мод,
так как п также является функцией температуры. Дифференцируя уравнение
(25а) по температуре, получаем для данного значения q:
dK If dn\ \_dL_
К dT n \ dX )T dT ft [dT )x L dT'
Если член, выражающий линейное расширение с температурой, пренебрежимо
мал (обычно он имеет порядок 10~6), температурная зависимость мод
определяется только зависимостью коэффициента преломления от температуры,
и длины волны или 1 dK _ 1 / дп \ 1
К dT
KdTh
1
[дп\ V
'WrJ
(28)
Комбинируя уравнения (26) и (28), можно получить температурную
зависимость коэффициента преломления:
./ дп \ _ 1 / AMg \ Г \ d\ \_
\дТ Д 2 у Ш Д X dT )~
1 / Л2 V 1 ^
= ~2ДТлГ){~ТЗт) (29)
Таким образом, если известны X, дХ/дТ или АД из приведенных выше
уравнений можно получить (дп/дТ).
3. Инжекциоиные лазеры
Для достижения лазерного режима работы необходимо выполнение трех
основных требований:
1) осуществление возбуждения или накачки электронов с нижнего уровня на
верхний;
2) наличие большого числа инвертированных электронов для того, чтобы
интенсивность стимулированного излучения превышала потери;
3) наличие резонатора для обеспечения положительной обратной связи и
квантового усиления
Наиболее распространенным методом возбуждения в полупроводниковых лазерах
является инжекция электронов и дырок через
Рис. 7. Основная структура лазера с р-п переходом, имеющего форму
резонатора Фабри-Перо, две па р аллельные плоскости которого сколоты или
отполированы, а две другие грубо обработаны (направление тока указано
стрелкой).
t - грубо обработанная поверх ность (тыльная поверхность - такая же):
2 - контакт: 3 -
активная область; 4 - когерентное излучение: 5 - оптически
полированные параллельные поверхности.
р-п переход Наиболее широко изученным полупроводником является GaAs.
Наиболее широко применяемым резонатором является резонатор Фабри - Перо
]Л. 22], в котором две противоположные стороны сколоты или отполированы,
а две другие либо не обработаны после резки, либо обработаны грубо.
1. Изготовление прибора. Основная структура лазера с р-п переходом
представлена на рис. 7. Для обеспечения условий инверсной населенности
как р-, так и я-области сильно легируются (подобно тому, как это имеет
место в туннельных диодах, но обычно не так
сильно, как в последних), так что квазиуровни Ферми располагаются за
краями зоны проводимости и валентной зоны. Две боковые стороны,
перпендикулярные плоскости перехода, скалываются или полируются, две
другие обрабатываются грубо для того, чтобы исключить излучение в
направлениях, не совпадающих с главным. Такая структура называется
резонатором Фабри - Перо
Рис. 8. Т.ри структуры лазера с р-п переходом, отличающиеся от резонатора
Фабри-Перо.
а - цилиндрическая; б - треугольная; в - прямоугольная или ненаправленная
с четырмья отполированными сторонами.
Инжекциониые лазеры, имеющие другую структуру, такую, как цилиндрическая
IfJI. 23], треугольная 1[Л. 24], прямоугольная (Л. 24а] (так называемый
ненаправленный резонатор с четырьмя полированными сторонами), показанные
на рис. 8, менее широко изучены из-за трудности изготовления и худших
лазерных свойств.
Большинство лазеров с р-п переходами изготавливается диффузионным методом
'[Л. 25, 26]. Обычно лазерные переходы из GaAs изготавливаются диффузией
акцепторной примеси, например Zn, в материал я-типа с концентрацией
носителей в интервале от 1017 до 1019 cm~s. Глубина перехода может
меняться от 1 до 100 мкм
Рис. 9. GaAs-лазер с полосковыми контактами. Лазер смонтирован и укреплен
р+-областью на металлизированном алмазном теплоотводе, изготовленном из
алмаза II типа [Л. 27].
/ - нейлоновый винт; 2 - верхняя пружина; 3 - прокладка; 4- лазер; 5-
серебряная паста; 6-алмаз толщиной 1 мм; 7-винт термопары; 8- медная
плата (залуженная).
а)
Ti,Pt ,Ац а)
контакт
8
б)
в зависимости от времени и температуры диффузии. На рис. 9 представлена
интересная структура лазера, описанная в (Л. 27]. Прибор представляет
собой GaAs-лазер с полосковыми контактами и очень тонким диффузионным
слоем р-типа (около 2 мкм), смонтированный на теплоотводе из алмаза типа
II Этот лазер может работать в не прерывном режиме при температуре
теплоотвода, равной 200 °К, наиболее высокой температуре, известной в
настоящее время для .работы лазера в непрерывном режиме. Диффузия
проводится в атмосфере инертного газа, н; щенного GaAs, с 2%-ным
раствором Zn в Ga в честве источника. Диффузионный слой р-типа
"О "о
"Cs?
Рис. 10. Типичные этапы изготовления лазерного диода. Плоскостями скола
для соединений III-V групп являются плоскости (ПО) {Л. 30].
а - исходная пластина "-типа, ориентированная приближенно в плоскости
(111) или (100); б -скалывание плоскости (110); в - оптическая полировка
