Полупроводниковый лазер

Изобретение относится к области полупроводниковой квантовой электроники и может быть использовано при создании приборов интегральной оптики, светодальнометрии, записи и обработки информации.Известен полупроводниковый лазер на основе разрезного диода,работающий в режиме генерации пульсаций излучения (А.с. СССР По. 1 614 056, 15.12.90, Н 01 5 3/18), где с целью уменьшения длительности генерируемых импульсов излучения между усиливающей и поглощающей секциями прикладывается дополнительная разность потенциалов таким образом, чтобы увеличить поток носителей заряда из поглотителя в усилитель. Однако в связи с тем, что в известном лазере усиливающая область возбуждается однородно, а максимум усиления из-за конструктивных особенностей лазера достигается на одной частоте световых квантов, генерация импульсов излучения осуществляется только на одной длине волны.Известен также полупроводниковый лазер, на основе гетероструктуры с квантоворазмерными слоями (Патент США По. 4 961 197, 210.90,Н 01 8 3/19), где пассивные области сформированы вне активной области по обе стороны заращенного гребневидного волновода. В указанном известном лазере также усиливающая область возбуждается однородно, а излучательные переходы связаны с одной парой уровней в активной области, поэтому генерация импульсов излучения осуществляется только на одной длине волны.Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению явля ется полупроводниковый лазер, имеющий активную область в виде мно же ства квантоворазмерных излучающих слоев с неоднородным возбуждением (Патент ЕПВ О 491 152, 24.06.92, Н 01 5 - 3/19), генерирующий одновременно излучение на двух длинах волн. Однако конфигурация ширины запрещенной зоны и профиль легирования активной области не обеспечивают условия неоднородного возбуждения, при которых происходит генерация периодических пульсаций излучения.В основу изобретения положена задача создания полупроводникового лазера, генерирующего периодические короткие импульсы излучения на двух длинах волн.Поставленная задача решается таким образом, что в полупроводниковом лазере, содержащем активную область, образованную, по крайней мере, двумя, излучающими на разных длинах волн квантоворазмерными слоями и барьерным слоем между ними, размещенную между слоями оптического ограничения с шириной запрещенной зоны, непрерывно убывающей от значений на границе с примыкающими к ним эмиттерными слоями р- и п-типа в направлении к излучающим квантоворазмерным слоям, квантоворазмсрный слой, излучающий на меньшей длине волны,выполнен с меньшей толщиной и/ или большей шириной запрещенной зоны по сравнению с квантоворазмерным слоем, излучающим на большей длине волны. Барьерный слой имеет проводимость того же типа, что и эмиттерный слой,расположенный со стороны квантоворазмерного слоя,излучающего на большей длине волны и примыкающего к барьерному слою, и выполнен с непрерывно убывающей шириной запрещенной зоны от центральной его части к границам с квантоворазмерными слоями.Объясняется это следующим образом. Для получения режима генерации регулярных импульсов излучения необходимо, чтобы в лазерномДИОДВ ИМВПИСЬ как ЗЖТИВНЪЯ, УСИПИВЕЪЮЩЗЯ ИЗЛУЧЕНИЕ, так И ПЗССИВНЕЪЯ, Опоглощающая излучение, области. В предлагаемом устройстве это достигается использованием в качестве квантовой ямы, усиливающей излучение меньшей длины волны, квантоворазмерного слоя меньшей толщины или большей ширины запрещенной зоны по сравнению с поглощающим это излучение слоем. Возможно также и одновременное отличие указанных слоев как по толщине, так и ширине запрещенной зоны. При этом квантоворазмерный слой, поглощающий излучение меньшей длины волны, одновременно усиливает излучение большей длины волны. Длина лазерного диода и коэффициенты отражения граней резонатора подбираются таким образом, чтобы усиление излучения в квантоворазмерных слоях обеспечивало лазерную генерацию.Для достижения неоднородного возбуждения квантоворазмерных слоев, при котором в них имеют место процессы усиления и поглощения излучения, в предлагаемом устройстве барьерный слой имеет проводимость того же типа, что и эмиттерный слой, расположенный со стороны квантоворазмерного слоя, излучающего на большей длине волны и примыкающего к барьерному слою. При легировании донорами в валентной зоне образуется потенциальный барьер, который затрудняет инжекцию носителей заряда в квантовую яму, находящуюся со стороны эмиттера п-типа, поэтому поглощающая квантовая яма располагается со стороны эмиттера п-типа, и наоборот, при легировании акцепторами потенциальный барьер образуется в зоне проводимости, и поглощающая квантовая яма располагается со стороны эмиттера р-типа. Подбором уровня легирования, толщины и состава барьерного слоя создается неоднородное возбуждение квантоворазмерных слоев, при котором пороговые значения токов для обеих длин волн генерации совпадают. Так как ширина запре щенной зоны барьерного слоя в данном случае получается близкой к пш рине запрещенной зоны эмиттерных слоев, то для снятия потенциальных барьеров, препятствующих инжекции носителей заряда в квантовую яму,излучающую на меньшей длине волны, и обеспечения быстрой релаксации носителей на дно квантовых ям, которая необходима для режима генерации пульсаций излучения, ширина запрещенной зоны барьерного слоя спадает при приближении к квантовым ямам.При генерации излучения населенность в поглощающей квантовой яме периодически подпитывается импульсами излучения меньшей длины волны и сбрасывается импульсом излучения большей длины волны. Это обеспечивает значительный диапазон изменения добротности диода для излучения меньшей длины волны, в результате чего достигается малая длительность и большая амплитуда генерируемых световых импульсов.Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фнг.1 показан общий вид полупроводникового лазера, генерирующего периодические импульсы излучения, на фиг.2 (а,б,в) представлены варианты пространственного распределения мольного состава а и соответствующие этому распределению зависимости энергии дна зоны проводимости. Е и энергии потолка валентной зоны Е, в слоях гетероструктуры от координаты 2 на примере системы 00.118 А 1 Са 1 А.-, на фиг.3 приведена зависимость энергии дна зоны проводимости Ес, энергии потолка валентх ной зоны Е и положения квазиуровней Ферми Е, и Е, от координаты 2 при приложении прямого напряжения, на фиг.4 показаны временные зависимости концентраций носителей щ, 11,2 в соответствующих квантовых ямах и плотностей фотонов генерирующих мод 1 и 2.Предлагаемый полупроводниковый лазер на основе системы аАз А 1 Оа 1,А имеет планарную конструкцию (фнг.1). Активная областьвключает квантоворазмерный слой 1, излучающий на большей длине волч