Шалаөткізгіштің құрылымы және әрекеттік ұстанымы гетероструктурамен

Экономикалық көрсеткіштің технико үйлесімді құрамымен шалаөткізгіштің лазерлері ие болады, гетероструктура қолданысындағы. Гетероструктурлы энергетикалық диаграммалары түлі кедергілермен сипатталады, қарама қарсы электрондар, бұл зарядтың тасығышының біржақты инжекциясін бағытталған базаға шақыртады. Бұл ретте инжекциялы тасығыштың шоғырлануы базаға бірнеше разрядтық мағынаны эмиттер облысында асырады. Гетероструктураның эмиттер қабатының оптикалық қасиеті ерекшеленеді, себебі эмиттірдің тыйым салынған зонасы бірталай базаның кеңірек тыйым салынған зонасы, ал n көрсеткіші тыйым салынған зонаның енінен тәуелді болады. Концентрациясы биік құрылымдық ортаның облысы нәтижесінде инжекциянің деңгейіне жетеді. Легирования деңгейінің сәулелі емес рекомбинацияны төмен кемуінің және ішкі кванттық тиімділіктің көтермелейді.

Бірінші инжекция лазерлерде тығыздық бастапқы токта болатын, шамамен және 300 К, сол себептен үздіксіз бөлме режимінде жұмыс істей алмайтын. Оларда p-n белсенді өткелінде шалаөткізгіштің қабаты мен тыйым салынған зонаның үлкен енімен және кіші көрсеткішімен үшін шектеуінің және оптикалық сәулеленуге тиіс. Сол лазердің бастапқы кемуіне жеке гетероструктурасы бөлме температурасында дейін. Биік көрсеткіштермен лазерлер қос гетероструктурасы (ДГС) сипаттайды. ДГС лазері бөлменің температурасының тығыздығын барлық ток үшін1600 А/см2 жасалған.

Лазер негіз үш шалаөткізгіштің GaAlAs құралымда жасалған. Белсенді p типті GaAs қабатында жіңішке тыйым салынған зонамен 1 мкм қалыңдықтан кем және екі шектеулі жақтардың GaxAl1 қабаттарының - xAs кең тыйым салынған зонасында жасалған. Бастапқы геометрия жолағы азайтылған.

Жолақты жіңішке SiO2 қабаттында жасайды, шалаөткізгіштің кристаллына қарамастан және терезені байланыстырады. Осы тарту белсенділігінің арқасында облыстың жолақ бөлігі астында болады. Лазерді 400 мкм ұзындықпен қолданып, 13 мкм енімен жолақты, 300 мА бастапқы бөлме температурасын алады. Одан бөлек лазерлер жолақтық геометриямен ықтимал жұмысты бір көлденең мод алқындырды және бастапқы бір жиілікке, сол сияқты бірінші инжекция лазерлері многомодовтық спектрмен сипаттады.

Сурет 5.15

Шалаөткізгіш лазерінің

Гетероструктурасы

Ең қарапайым инжекция лазерінің белсенді қабаттың қалыңдығы толқынның ұзындығымен тең. Сол себептен фотондардың дифракциясынан туатын белсенді қабаты сәулеленуге әкеледі. Бұл көрініс қуаттылықты шұғыл азайтады, спектрді кеңейтеді және сәулеленуді нашарлатады. Гетероструктурторлы лазері, басқа белсенді қабаттың, 5.15 суретте бейнеленген, басқа белсенді қабаттың, мысалы GaAs қабаттарды ұстайды, және AlGaAs тыйым салынған қабаты.

Ынталандыру фотондары нәтижесінде белсендіде облыста сақталады және сәулеленудің тарту қуаттылығы және ең қарапайым лазерде, ауқымданады. Белсенді облыстың көрсеткіші көршілес тәрізді көрсеткіш биігі, сол себептен сәулеленудің белсенді облысында толық шағылыс оның ішкі шекараларынан туады, соңында қуаттылығы артып және сәулеленудің бұрышы азаяды. Сурет 5.15 шалаөткізгіштің сыртқы электроды лазердің(ППЛ) түрінде жіңішке жолақпен орындалады.Бұл белсенді қабатты толқынжүргізгішке айналдырады, шыға берісінде бірыңғай және өткірбағытты сәулелену болады. Мынадай сәулеленудің спектрі өте жіңішке және негізгі бір модты сақтайды, бұл лазер бірмодты OВ қуыты үшін қолданады.

Біржақты инжекция, гетероөтулерте тән, белсендi орта және облысында зарядталған жинақталу, олардың эмиттерге кiруi аз болып келедi. Сонымен бiрге толқындық керекті рөл ойнайды, сәулеленудiң толқынының шоғырландыруы мүмкiндiк орташа тығызыдықты туғызады, оптикалық құрылым қабаты iшiнде әсеретеді. Ақыр соңында гетеролазеры мен гомогенді салыстыру кезінде бастапқы тоқтың тығызды ондаған ретте ие болады және үлкенiрек КПД, үздiксiз генерация тәртiптi қамтамасыз етеді және бөлме температурасының сақтайды.

5.16-шы сурет лазер құрылғысы керi байланыспен. Лазерде қабаты 5.17-шi суретте көрсетілген. Лазерде толқынның төмен және жоғары дифракциясы пайдаланады.

Толқын лазерінің генерациясының мүмкiндiгi периодты құрылымы, 5.18-шi сурет көрсетілген. 5.18а суретінде Брэггтің шарты орындалады.

Мұндағы, сәулелену толқынының ваккумдегі ұзындығы; nэф— тиiмдi толқынның сыну көрсеткiш; N - дифракцияның ретi.

Мұндай толқын арнасы бойымен өтетiн жарық арқылы дифракция толқынының керегесiнiң барлық нүктелерiмен жүреді. N = 1 болғанда (бiрiншiсi рет) шашырату (солдан оңға және керiсiнше) жарық көлденең таралу бағытта болады, ал (екiншi рет) N = 2 болғанда - перпендикуляр бағытта. Жарық нүктелері көптеген қарама-қарсы бағыттарда азырақ таралады, бiрақ үлкен қарқындылықты шашырату бағыттайды. 5.18б суретте таралған керi байланыстың көмегiмен сұлба лазерінің тербелiстерiн туындатады.

Таралған керi байланыс лазерлерi үшiн материалдар:AlxGa1 x, InxGa1 x, AsyP1 y, PbSnxTe1 x және оларға ұқсас. Таралған керi байланыс беретiн құрылым сұйық газда эпитаксияның тәсiлiмен белсендi жiктерде тiкелей өсiредi. Эпитаксильді қабықшаға фоторезист жүргізеді, фотоүлгiсiнiң сапасында лазер жарығының интерференциясы пайдаланады. Лазерге өңдеу құрылымын жасайды, сұйықтықтық фазасының үстiнде эпитаксияның тәсiлiмен қабат жасайды. 5.16-шы суретте лазер үздiксiз сәуле шығаруды бередi. Дискреттi керi байланыс лазеріне қарама-қарсы, таралған керi байланыспен сәулелену, лазердің мультимодовты бiр модалы сәулеленудi бередi, және де жоғары толқын ұзындығымен. Одан басқа, толқын ұзындығы ток күшiнiң өзгеруi болмайды. Демек, толқын ұзындығы дискреттi керi байланыспен лазерде энергетикалық енмен анықталады, және температураға тәуелді болады. Толқын ұзындығы таралған керi байланыспен лазердің сыну көрсеткiшінде және температурада анықталған iс жүзiнде бағынышты болмайды.

Таралған керi байланыстың қолдануларының бiрi - бұл лазер. Брэгговски шағылысумен таралған бұл лазерi.

Таралған керi байланыспен және шағылысумен таралған брэгговски лазеріндегі бұл функцияны дәнекерленгендiктiң жазықтығы керi байланыс үшiн пайдаланады, толқын арнасы да, лазер де бiр мүмкiндiк пада болады. Мұндай құрылымдар оптикалық интегралды схемаларында жарық көзiн сапалы түрде қолдануға болады.

Қорытындыда гетеролазеровты ерекшелiгін санап шығамыз:

Біртекті инжекцияның әсері. Ток ,болғанда

(1966 ) Алферовтың күшті инжекциясының әсер - iшкi баптың сақтаушыларын шоғырландыру инжекциясы (жартылай өткiзгiштіктік потенциалы) iшкi шоғырландыру әлдеқайда басым түседі;

Оптикалық шектеу әсері (көрсетілген жартылай өткiзгiш n артық, n кеңзонасына қарағанда);

электрондық шектеулі әсер: белсендi облыстың шектерiнде гетероөтулердi пайдаланады;

терезенiң кең тапсырысты әсері: сәулелену терезе лазерінде кең тапсырыс арқылы еркiн шығарады, өйткенi iшкi тапсырысты алмайды.

5.8.