Инжекционный лазер с непланарным p-n-переходом.

Из всех типов лазеров инжекционные полупроводниковые квантовые генераторы стоят на последнем месте по мощности генерации как в импульсном, так и в непрерывном режиме работы. Этот серьезный недостаток в некоторых случаях сводит на нет все достоинства инжекционных и сдерживает их практическое применение. Поэтому поиски путей повышения мощности излучения полупроводниковых лазеров были и остаются одной из важнейших задач полупроводниковой квантовой электроники.

Для получения мощного лазерного луча в последнее время предложено несколько способов суммирования излучения большого числа маломощных Однако лазерные системы в виде стопы -переходов [687] или матрицы [688], состоящей из отдельных излучателей, дают в целом некогерентное излучение и могут применяться в тех случаях, когда решающее значение имеет только направленность и монохроматичность света, а не его когерентные свойства.

Некоторые новые возможности для повышения мощности когерентного луча открывают многолучевые лазеры, состоящие по существу из большого числа диодов, объединенных одной подложкой и связанных генерируемым излучением, которое частично проходит через все диоды [689, 690].

В принципе работу по увеличению мощности когерентного луча можно вести в двух направлениях. Во-первых, путзм улучшения качества лазера увеличивать съем энергии излучения с единицы объема активной среды и, во-вторых, увеличивать сам генерирующий объем.

В полупроводниковых лазерах возможности значительного увеличения удельной мощности генерации практически исчерпаны. Например, в инжекционном лазере с типичной площадью -перехода порядка и толщиной активной области уже при мощности генерируемого луча имеем Плотность выходящего потока излучения столь высока, что на зеркалах резонатора образуются выколки и наступает деградация всего объема активной области. По этой причине нецелесообразны значительное увеличение длины диода или разработка любых других конструкций, в которых будет достигаться более высокая плотность потока излучения. Остается единственный путь: увеличение площади -перехода за счет увеличения ширины диода и эксплуатации лазера в мягком режиме работы.

В инжекционных лазерах с плоским -переходом с увеличением ширины диода резко снижается порог генерации неаксиальных и замкнутых мод и создаются благоприятные условия для усиления люминесценции, распространяющейся в направлении, перпендикулярном к оси резонатора. Поэтому мощность генерации не только не увеличивается с увеличением ширины диода, но даже уменьшается. Для каждой заданной длины диода существует предельное значение его ширины такое, что если ширина диода больше то генерация аксиальных мод вообще невозможна [685, 691].

Это означает, что в лазерах с плоским -переходом существуют ограничения длины и ширины диода принципиального характера, которые нельзя преодолеть совершенствованием технологии получения слоя или повышением качества кристалла. Многократное увеличение площади генерирующего слоя может быть достигнуто только путем отказа от планарности -переходов, которая с момента появления ПКГ и до последнего времени считалась необходимым признаком хороших лазерных диодов.

В работе [692] предложена конструкция инжекционного лазера с поверхностью -перехода, близкой к цилиндрической поверхности, образующая которой перпендикулярна зеркалам резонатора, а направляющая напоминает синусоиду (рис. 124). Непланарный -переход был получен путем диффузии в пластину GaAs, легированную Те, полированная сторона которой имела форму цилиндрической поверхности. Радиус кривизны в каждой точке направляющей выбирался таким, чтобы подавить усиленную люминесценцию и генерацию [693] в боковом направлении. Форма образующей кривой может быть произвольной, за исключением гладких замкнутых прямых типа эллипса в окружности. Мощный лазер в виде кругового цилиндра сделать нельзя, поскольку

Рис. 124. Схема диода с непланарным -переходом

при большом радиусе не будет подавлен волноводный эффект, а при малом радиусе цилиндра будет мала площадь -перехода. Лазеры с непланарным -переходом открывают перспективный путь получения луча большой мощности. Опыты показывают, что порог генерации таких лазеров практически не зависит от ширины диода.