[发明专利]电流注入式激光器

说明书

具有法布里-珀罗分布式反馈或分布的布列克反射型共振腔的电流注入式激光器是众所周知的。但通常它们是不便用切割或蚀刻的方法形成所需塑造的镜面的。

电流注入式激光器是几种众所周知的激光器中一种特殊形式的激光器，在许多科技文献中，例如H.C.Casey，Jr和M.B.Panish的文章“非均匀结构的激光器”（“Meterostructure    Laser”，Academic    Press，New    York，1978）中，都有所描述。Iga等人的文章“表面发射半导体激光器”（“Surfacl    Emitting    Semiconductor    Lasers”，IEEE    Jour-nal    of    Quanfum    Electronics，Vol.24，No.9，September    1988）专门描述了这类激光器。

本发明的目的在于提供一种改进的电流注入式激光器，该激光器可配置在单晶基片上的任何部位且易于制造。

本发明的一个方面提供具有下述结构的电流注入式激光器：即在具有某一折射率的单晶基片上依次配置有第一组取向生长单晶层形成的一个内反射器、一个共振腔层和由第二组取向生长单晶层形成的外反射器。该结构至少有一部分（即一层或一层以上的内反射器、基片和共振腔层）是导电的，而且或是P型导电或是n型导电，该结构的至少另一部分（即一层或一层以上的外反射器和共振腔层）是导电的，而且或是n型导电或是P型导电，但其导电类型与上述一部分不同。该结构还包括分别与其所述的一部分和所述的另一部分作电阻接触的第一和第二导电装置，因而给所述导电装置施加电压时，所述结构中就有电流通过，使该结构借助于激光作用产生相干光。所述各层包含这样一些反射器，致使其达到的合成周期具有/2或其奇数倍的光学厚度，其中是如此所产生的光的波长，而共振腔层的厚度d由以下关系式确定：

(2πNr（It）d)/(im) - (φ₁+φ₂)/2 ＝mπ

m＝0，1，2……

其中m是可能的工作波长，Nr（It）是电流为It时共振腔层的折射率，It则是在产生激光的临界点时通过激光器的电流，φ₁和φ₂由下列关系式确定：

r_i＝r₁exp（jφ₁）

其中r₁是包含在内反射器中各薄层的反射率的幅度，φ₁是该反射率下的相位移;

r₀＝r₂exp（jφ₂）

其中r₂是外反射器各层的反射率的幅度，φ₂是在该反射率下的相位移。本激光器的特征在于，m的值在0至10的范围内，m可以在所述范围内加以改变，以使激光器的特性（即临界电流密度和响应时间）对特定用途达到最佳状态。对某给定用途来说最合适的m值则视激光器实施方案的细节而定，这包括所采用的材料、实际尺寸、涂敷层、钝化情况、外激励电路的设计和工作温度等。

我们发现，m选取上述范围可使激光器有效地工作。

在一个实施方案中，上述合成周期是通过下述适当选择反射器中各薄层的厚度和折射率达到的，即厚度大致上选取1/4，折射率采用高低交替的折射率。在另一个实施方案中，反射器的组成（因而也就决定了反射器的折射率）可以连续地变化或以逐段形式变化。

一般说来，最大的光学增益是在接近制造共振腔层用的材料的发光强度中出现峰值（这经常是在产生激光的临界点以下发生的）时的波长值的工作波长g下获得的，因而：

m≈g

内反射器毗邻共振腔层的那一层折射率Nb和外反射器紧挨着共振腔层的那一层折射率Na，应与共振腔层在产生激光的临界点下电流流过激光器时的折射率Nr（It）具有以下关系：

若Na＜Nr（It），则Nb＜Nr（It），

或者    若Na＞Nr（It），则Nb＞Nr（It），

此外，在φ₁+φ₂＝2π

或 φ₁+φ₂＝0

的情况下（通常是这样），上述与m、m、Nr（It）和d有关的方程可简化为：

Nr（It）d＝ (m′im′)/2