Патент на изобретение №2300826

(54) ИНЖЕКЦИОННЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Инжекционные излучатели используются в качестве высокоэффективных твердотельных источников излучения в широком диапазоне длин волн, в том числе и светодиодов. Технический результат изобретения: создание высокоэффективных и надежных инжекционных излучателей с поверхностным выводом излучения в виде множества выходных лучей. Сущность: излучатель включает полупроводниковую гетероструктуру, содержащую активный слой, волноводные и ограничительные слои, полупроводниковый слой втекания излучения и слои металлизации. В гетероструктуре вдоль продольной оптической оси сформирована последовательность из чередующихся областей генерации излучения и вывода излучения. В каждой области генерации две продольные наружные поверхности гетероструктуры и две ее продольные боковые стороны окружены веществами с минимально возможными значениями показателей преломления по отношению к эффективному показателю преломления гетероструктуры в области генерации и с максимально возможными значениями коэффициентов отражения излучения. В области вывода дополнительно к слоям гетероструктуры выполнен полупроводниковый слой втекания, возвышающийся над наружной поверхностью области генерации. В области вывода состав и толщина ограничительного слоя гетероструктуры, пограничного со слоем втекания, выбраны такими, при которых реализовано частичное ограничение излучения в гетероструктуре. Каждая из областей вывода с противоположных сторон ограничена выводными гранями, сформированными по отношению к наружной поверхности области генерации под определенными линейными углами наклона, отношение показателя преломления n_вт слоя втекания к эффективному показателю преломления n_эф гетероструктуры с включенным в нее слоем втекания больше единицы. 17 з.п. ф-лы, 14 ил.

Область техники

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно к эффективным, мощным и компактным полупроводниковым инжекционным излучателям, в том числе светодиодам.

Предшествующий уровень техники

Известны различные типы инжекционных излучателей: светодиоды – [S.Nakamura et al, Appl.Phys.Lett. v.76, 22, 2000], [S.Nakamura et al, IEEE Journ. Select. Topics Quantum Electron, v.7, 188, 2001], [Y.Narukawa, Optics & Photonics News, April 2004, pp.25-29], суперлюминесцентные излучатели – [Gerard A. Alfonse et al. JEEE Journal of Quantum Electronics, vol.24, No.12, Dec.1988, pp.2454-2457], [A.T.Semenov et al., Electronics Letters, 1993, vol.29, No.10, pp.854-857].

Наиболее близким по технической сущности и решаемой технической задачи является описанный в [В.И.Швейкин, Россия, Патент на изобретение №2142661, 29 декабря 1998 г.] и [V.I.Shveykin, USA, Patent No.US 6429462 B1, Aug. 6, 2004], инжекционный некогерентный излучатель, включающий гетероструктуру, содержащую активный слой, ограничительные слои, омические контакты и, по крайней мере с одной стороны активного слоя примыкающую к соответствующему ограничительному слою, по крайней мере одну и по крайней состоящую из одного слоя, прозрачную для излучения область выхода излучения, характеризуемую показателем преломления n_овq, коэффициентом оптических потерь излучения _овq, см^-1, толщиной d_овq, мкм, где q=1, 2, …р определены как целые числа, означающие порядковый номер слоя области выхода, исчисляемый от ее границы с гетероструктурой, а гетероструктура с присоединенной к ней областью выхода излучения охарактеризована эффективным показателем преломления n_эф, при этом величины эффективного показателя преломления n_эф и показателя преломления n_ов1 выбраны удовлетворяющими соотношениям:

arcos(n_эф/n_ов1)(n_{эф min}/n_ов1), причем n_{эф min} больше n_min,

где n_{эф min} – минимальное значение n_эф из всех возможных n_эф для представляющих практическую ценность множества гетероструктур с областями выхода излучения, a n_min – наименьший из показателей преломления в ограничительных слоях гетероструктуры.

Основным достоинством инжекционного излучателя-прототипа является возможность увеличения эффективности излучателя, достигаемое тем, что в объеме излучателя-прототипа определенная доля спонтанного излучения сформирована в виде направленного вытекающего излучения с последующим эффективным его выводом. Однако дальнейшее увеличение эффективности ограничено указанной долей направленного спонтанного излучения, определяемой предложенными вариантами конструкций излучателя-прототипа, в которых захват спонтанного излучения в волновод и вывод его в виде направленного вытекающего излучения пространственно совмещены.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения поставлена задача создания инжекционного излучателя (далее Излучатель) нового типа, работающего в известном широком диапазоне длин волн с контролируемым выводом излучения из активного слоя в виде множества выходных лучей. Поставленная задача включает увеличение эффективности преобразования электрической энергии, подводимой к Излучателю в выходное излучение (далее эффективность Излучателя), снижение зависимости эффективности Излучателя от плотности протекающего тока, от температуры и от его размеров, в том числе существенное уменьшение оптических потерь и устранение их зависимости от длины Излучателя, увеличение мощности выходного излучения в расчете на 1 мм² площади Излучателя, увеличение ресурса работы и надежности, существенное упрощение технологического процесса изготовления Излучателя.

В соответствии с изобретением поставленная техническая задача решается тем, что предложен инжекционный излучатель, включающий полупроводниковую гетероструктуру, содержащую активный слой, волноводные и ограничительные слои, состоящие по крайней мере из одного подслоя, а также полупроводниковый слой втекания излучения, продольную оптическую ось, слои металлизации, состоящие по крайней мере из одного подслоя, причем в гетероструктуре вдоль выбранной продольной оптической оси сформирована по крайней мере одна последовательность из чередующихся области генерации излучения, состоящей по крайней мере из одной подобласти, и области вывода излучения, состоящей по крайней мере из одной подобласти, для краткости именуемая далее функциональной линейкой. При этом в каждой области генерации две продольные наружные поверхности гетероструктуры и две ее продольные боковые стороны окружены веществами с минимально возможными значениями показателей преломления по отношению к эффективному показателю преломления гетероструктуры в области генерации и с максимально возможными величинами коэффициентов отражения излучения. В области вывода дополнительно к слоям гетероструктуры выполнен состоящий по крайней мере из одного подслоя полупроводниковый слой втекания, возвышающийся над наружной поверхностью области генерации, при этом в области вывода состав и толщина слоев гетероструктуры выбраны такими, при которых реализовано частичное ограничение излучения в гетероструктуре. Вдоль продольной оптической оси каждая из областей вывода с противоположных сторон ограничена выводными гранями, сформированными по отношению к плоскости наружной поверхности области генерации под определенными линейными углами наклона, соответственно ₁ и ₂, и отношение показателя преломления n_вт слоя втекания к эффективному показателю преломления n_эф гетероструктуры с включенным в нее слоем втекания определено числом большим единицы.

Существенное отличие предложенного Излучателя состоит в новом, неочевидном и эффективном подходе к решению поставленной задачи. Впервые предложено экстракцию излучения из Излучателя осуществлять в два этапа. На первом этапе спонтанное излучение, возникшее в активном слое, захватывается и распростроняется в двух противоположных направлениях вдоль продольной оптической оси жесткого объемного волновода, сформированного во введенной области генерации излучения. На втором этапе спонтанное и отчасти вынужденное излучение попадают в области вывода излучения, которые являются продолжением области генерации излучения. При этом состав, конструкция и размеры областей вывода излучения и их выводных граней таковы, что выход излучения реализуется в виде вытекающего излучения с контролируемой направленностью и расходимостью. Наилучшие параметры могут быть реализованы, когда соответствующих размеров ключевой компонент Излучателя (область генерации излучения – область вывода излучения) соответствующим образом распределен по площади Излучателя.

Поставленная техническая задача решается также тем, что в области генерации излучения состав и толщина ограничительного слоя гетероструктуры со стороны вывода излучения выбраны такими, при которых реализовано лишь частичное ограничение излучения в оптическом волноводе гетероструктуры. При этом со стороны вывода излучения на наружный слой гетероструктуры в области генерации излучения нанесен подслой металлизации с высоким коэффициентом отражения излучения. Этим достигается увеличение доли захвата излучения в оптический волновод областей генерации и эффективный вывод в виде вытекающего излучения через области вывода, и как следствие этого, увеличение эффективности, мощности излучения, ресурса работы и надежности Излучателя, а также снижение зависимости эффективности от плотности протекающего тока, от температуры, от размеров Излучателя, существенное уменьшение оптических потерь и устранение их зависимости от длины Излучателя при значительным упрощении технологического процесса изготовления Излучателя.

Та же цель достигается тем, что в области генерации излучения состав и толщина полупроводникового ограничительного слоя гетероструктуры с другой стороны, противоположной стороне вывода излучения, также выбраны такими, при которых реализовано частичное ограничение излучения в оптическом волноводе гетероструктуры. При этом в случае, когда гетероструктура выращена на подложке, величина ее показателя преломления выбрана существенно меньше эффективного показателя преломления гетероструктуры в области генерации излучения. В случае, когда подложка отсутствует, на гетероструктуру в области генерации излучения со стороны, противоположной стороне вывода излучения, присоединяют подслой металлизации с высоким коэффициентом отражения излучения.

Поставленная техническая задача решается также тем, что к наружной поверхности слоя втекания области вывода излучения присоединяют соответствующие слои металлизации. Это увеличивает выходную мощность излучения, снимаемую с единицы площади Излучателя.

Поставленная техническая задача по увеличению эффективности и выходной мощности Излучателя решается также тем, что каждая область генерации излучения разделена на ряд параллельно расположенных полосковых подобластей генерации излучения одинаковой длины, пространство между которыми заполняют непроводящим ток веществом с показателем преломления, меньшим по отношению к эффективному показателю преломления гетероструктуры в области генерации излучения.

Поставленная техническая задача решается также предложенными ниже вариантами исполнения области вывода излучения Излучателя.

Для упрощения технологии изготовления Излучателя углы наклонов выводных граней ₁ и ₂ выбраны с одинаковыми по абсолютной величине значениями, равными /2. Толщина слоя втекания в области вывода излучения при отсутствии просветляющих оптических покрытий выбирается по крайней мере не менее чем одна (а лучше две или три) длины области вывода излучения умноженной на тангенс угла вытекания . Отметим, что угол равен арккосинусу отношения n_эф к n_вт.

В следующем варианте углы ₁ и ₂ наклонов выводных граней выбраны с одинаковыми по абсолютной величине значениями, равными (/2)+(). В этом случае область вывода излучения в продольном сечении имеет форму трапеции. Для увеличения эффективности Излучателя на выходные грани областей вывода излучения наносят просветляющие оптические покрытия. Толщина слоя втекания в области вывода излучения выбирается не менее чем длина области вывода излучения умноженная на тангенс угла вытекания и деленная на единицу плюс квадрат тангенса угла вытекания .

В другом варианте углы ₁ и ₂ выбраны с одинаковыми по абсолютной величине значениями, равными (/4)+(/2). В этом случае область вывода излучения в продольном сечении имеет форму перевернутой трапеции, а выходное излучение выводится через наружную поверхность области вывода излучения при прямом падении на нее.

В следующем варианте углы ₁ и ₂ выбраны с одинаковыми по абсолютной величине значениями, равными (3/4)-(/2). В этом случае область вывода излучения в продольном сечении имеет форму трапеции, а выходное излучение выводится через подложку при прямом падении на нее. Для увеличения эффективности Излучателя на подложку по крайней мере в местах выхода излучения присоединяют просветляющие оптические покрытия.

Поставленная техническая задача увеличения эффективности для различных вариантов исполнения области вывода излучения Излучателя решается также тем, что на сторону вывода излучения проведена заливка эпоксидной смолы соответствующей формы с показателем преломления, близким к эффективному показателю преломления гетероструктуры в области вывода излучения.

Увеличение выходной мощности достигается тем, что Излучатель содержит по крайней мере две функциональные линейки, соединенные по току параллельно.

Поставленная техническая задача решается также тем, что Излучатель содержит по крайней мере две функциональные линейки, соединенные по току последовательно. Этим достигается увеличение мощности излучения Излучателя примерно в число раз, равное числу последовательно соединенных функциональных линеек за счет соответствующего увеличения напряжения, приложенного к Излучателю.

Существом настоящего изобретения является создание в интегральном исполнении нового типа Излучателя с поверхностным выводом излучения из активного слоя в виде множества лучей, основанном на предложенном, оригинальном, эффективном и неочевидном контролируемом способе вывода излучения, использующем свойства вытекающего излучения. Введенный и распределенный вдоль продольной оптической оси (или вдоль длины Излучателя, практически неограниченной) оригинальный и эффективный ключевой компонент Излучателя: область генерации излучения – область вывода излучения, обеспечивают эффективный захват (сбор) излучения в оптический волновод области генерации с последующим эффективным выводом из области вывода в виде вытекающего излучения с контролируемой направленностью и расходимостью. Излучатель характеризуется высокой эффективностью экстракции, низкими оптическими потерями, низкой плотностью мощности излучения на выводных гранях и, как следствие этого, высокую эффективность, низкую зависимость эффективности Излучателя от плотности протекающего тока, от температуры и от его размеров, в том числе устранение зависимости оптических потерь излучения от длины Излучателя, высокую мощность выходного излучения в расчете на 1 мм² площади Излучателя, увеличение ресурса работы и надежности, существенное упрощение технологического процесса изготовления Излучателя.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение поясняется фигурами 1-14.

На Фиг.1 схематически изображено продольное сечение предлагаемого Излучателя с чередующимися полосковыми областями генерации и областями вывода на сапфировой подложке, при этом выводные грани областей вывода перпендикулярны к наружной поверхности области генерации.

На Фиг.2 схематически изображен вид сверху Излучателя при снятом слое металлизации к областям генерации и примыкающим к ним боковым ограничительным областям, продольное сечение которого изображено на Фиг.1.

На Фиг.3 схематически изображено проходящее через область генерации поперечное сечение Излучателя, продольное сечение которого изображено на Фиг.1.

На Фиг.4 схематически изображено продольное сечение предлагаемого Излучателя, в котором со стороны, противоположной стороне вывода излучения, непосредственно к слою гетероструктуры областей генерации и областей вывода присоединены слой металлизации, токопроводящая пластина и теплоотводящее основание.

На Фиг.5 схематически изображено проходящее через область генерации поперечное сечение Излучателя, продольное сечение которого изображено на Фиг.4.

На Фиг.6 схематически изображено продольное сечение предлагаемого Излучателя через одну из трех подобластей генерации, при этом слои металлизации со стороны, вывода излучения и со стороны протипоположной ей, присоединены непосредственно к волноводным слоям гетероструктуры.

На Фиг.7 схематически изображен вид сверху Излучателя при снятом слое металлизации с областей генерации, продольное сечение которого изображено на Фиг.6.

На Фиг.8 схематически изображено проходящее через область генерации поперечное сечение Излучателя, продольное сечение которого изображено на Фиг.6.

На Фиг.9 схематически изображен вид сверху Излучателя с присоединенными слоями металлизации к областям вывода излучения, продольное сечение которого без указанных слоев металлизации совпадает с изображением на Фиг.6.

На Фиг.10 схематически изображен вид сверху Излучателя с тремя функциональными линейками, параллельно соединенными по току, продольное сечение которого вдоль одной из функциональных линеек совпадает с изображением на Фиг.1.

На Фиг.11-13 схематически изображены (без слоев металлизации) продольные сечения предлагаемых Излучателей с чередующимися областями генерации и областями вывода излучения, выводные грани которых наклонены и образуют с наружной поверхностью областей генерации линейные углы наклона

на Фиг.10 – равные (/2)+(),

на Фиг.11 – равные (/4)+(/2),

на Фиг.12 – равные (3/4)-(/2).

На Фиг.14 схематически изображено проходящее через область генерации поперечное сечение Излучателя с четырьмя функциональными линейками, соединенными по току последовательно.

Варианты осуществления изобретения

В дальнейшем изобретение поясняется вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи. Приведенные примеры модификаций Излучателя не являются единственными и предполагают наличие других реализаций, в том числе в известных диапазонах длин волн, особенности которых отражены в совокупности признаков формулы изобретения.

Предложенный Излучатель 1 (см. Фиг.1, Фиг.2) включает одну функциональную линейку и содержит на подложке 2 гетероструктуру на основе соединений AIGaInN с активным InGaN слоем 3, волноводными слоями 4, 5 и ограничительными слоями 6, 7 из AIGaN, соответственно со стороны вывода излучения и с противоположной ей стороны, со стороны подложки 2. В качестве подложки 2 использован непроводящий сапфир (Al₂O₃), имеющий показатель преломления 1,77. Длина волны лазерного излучения выбрана равной 0,45 мкм. Функциональная линейка Излучателя 1 выполнена полосковой и состоит из чередующейся вдоль продольной оптической оси последовательности области генерации излучения 8 и области вывода излучения 9. С боковых сторон указанные области 8 и 9 ограничены боковыми ограничительными областями 10, выполненными из диэлектрика Al₂О₃. При этом ширины областей генерации 8 и областей вывода 9 одинаковы и равны 10 мкм. В области генерации 8, как со стороны вывода излучения, так и со стороны подложки 2 составы и толщины соответственно ограничительных слоев 6 и 7 выбраны такими, при которых реализовано частичное ограничение излучения в гетероструктуре. Область вывода 9 в отличие от области генерации 8 содержит дополнительный полупроводниковый слой втекания излучения 11, выполненный из GaN, и его отличительной особенностью является то, что его показатель преломления n_вт превышает эффективный показатель преломления n_эф гетероструктуры с включенным в нее слоем втекания 11. Выводные грани 12, ограничивающие вдоль продольной оси область вывода 9, перпендикулярны к наружной поверхности области генерации, при этом линейные углы ₁ и ₂ по абсолютной величине одинаковы и равны 90°. В этом случае области вывода 9, возвышающиеся над наружными поверхностями областей усиления 8, имеют форму прямоугольного параллелепипеда. Толщина ограничительного слоя 6 в области вывода 9 и в области генерации 8 неодинаковы (см. Фиг.1). Со стороны вывода излучения как к области генерации 8 на р-типа легированный ограничительный слой 6, так и на боковые ограничительные области 10 вдоль всей длины функциональной линейки присоединен подслой металлизации 13, который состоит из серебра, имеющего коэффициент отражения при прямом падении излучения примерно 95%. Со стороны сапфировой подложки 2 так называемый “латериальный контакт” сформирован присоединением слоя металлизации 14 к легированному п-типа ограничительному слою 7. Длина Излучателя 1 выбрана равной 4010 мкм. Длины всех областей генерации 8 и областей вывода 9 выбраны соответственно равными 40 мкм и 10 мкм, при этом количество сформированных в функциональной линейке областей генерации 8 и областей вывода 9 соответственно равно 80 и 81 (на Фиг.1 приведено только две и три). Толщина слоя втекания 11 в области вывода 9 выполнена равной 4 мкм. Выходное излучение Излучателя 1 состоит из 160 лучей, половина из которых направлена в одном направлении вдоль продольной оптической оси, а другая половина – в обратном. Соответствующим подбором составов и толщин слоев гетероструктуры и слоя втекания 11 угол вытекания выбран равным 10°. При этом угол преломления на выводных гранях 11 выходных лучей был получен равным 25°. Выбранная толщина 4 мкм областей вывода излучения 9 примерно равна произведению длины области вывода излучения 9, умноженной на два тангенса угла вытекания . В этом случае расчетная доля вывода излучения при двукратном падении лучей на выводную грань 11 составляет примерно 93%. Дифракционная расходимость каждого луча равна 7,3°. Оценочная величина эффективности Излучателя 1 (без учета омических потерь) находится в пределах 70%-85%.

Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.4 и Фиг.5) отличалась от предыдущей тем, что известным способом [М.KneissI et al, IEEE Journ. Select. Topics Quant. Electron., v.7 p.188, 2001] удалена сапфировая подложка 2 и со стороны удаленной подложки 2 к ограничительному слою 7 присоединен подслой металлизации 15, который состоит из серебра. Далее Излучатель 1, присоединенный к токопроводящей пластине 16 с согласованным по отношению к GaN коэффициентом термического расширения, устанавливается на медное теплоотводящее осонование 17.

Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.6-8) отличалась от предыдущей тем, что каждая область генерации 8 состояла из 100 (на Фиг.6-8 приведены только три) полосковых подобластей генерации 18 шириной по 5 мкм каждая. При этом ширина областей вывода 9 была равна 1000 мкм. Боковые ограничительные области 10 (также шириной по 5 мкм) для подобластей генерации 18 практически на всю толщину гетероструктуры заполнены диэлектриком из Al₂О₃. Поверх подобластей генерации 18 и боковых ограничительных областей 10 нанесен подслой металлизации 13 (на Фиг.7 не показан). Другим отличием является то, что подслои металлизации 13 и 15 присоединены непосредственно к волноводным слоям 4 и 5 соответственно.

Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.9) отличалась от предыдущей, тем, что к слою втекания 11 областей вывода 9 были присоединены соответствующие слои металлизации 19. Параллельное соединение по току всех областей вывода 9 в функциональной линейке выполнено на уровне наружной поверхности слоя втекания 11 расширением слоев металлизации 19 на одну из боковых сторон Излучателя 1. При этом параллельное соединение по току всех областей генерации 8 выполнено нанесением подслоя металлизации 13 на противоположной боковой стороне Излучателя 1 (на Фиг.8 подслой металлизации 13 на областях генерации 8 не показан).

Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.10) отличалась от модификации, изображенной на Фиг.1 и Фиг.2 тем, что Излучатель 1 содержит 100 (на фигуре показано три) функциональных линеек, соединенных по току параллельно, в которых ширина областей вывода 9 была выполнена одинаковой с шириной областей генерации 8 и равной 5 мкм.

Предложенный Излучатель 1 (см. Фиг.11) отличался от модификации Излучателя 1, изображенной на Фиг.1 и Фиг.2, тем, что выводные грани 12, ограничивающие области вывода 9 вдоль продольной оптической оси, выполнены наклонными к наружной поверхности области генерации 8, при этом углы ₁ и ₂ одинаковы по абсолютной величине и равны 100°. Толщина областей вывода 9 с учетом незначительной дифракционной расходимости излучения равна 2,0 мкм. Для этой модификации каждый выходной луч излучения падает под прямым углом на наклонную выводную грань 12 и напрямую выводится из Излучателя 1. Со стороны вывода излучения на Излучатель 1 нанесена соответствующей и известной формы эпоксидная смола (не показана) с показателем преломления, близким к эффективному показателю преломления гетероструктуры в области вывода излучения.

Предложенный Излучатель 1 отличается от предыдущей модификации тем, что на выводные грани 12, выходное излучение из которых направлено в одном выбранном направлении вдоль продольной оптической оси, нанесены оптические покрытия (не показаны) с коэффициентом отражения 98%.

Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.12) отличалась от модификации Излучателя 1, изображенной на Фиг.4 и Фиг.5, тем, что выводные грани 12 выполнены наклонными к наружной поверхности области генерации 8, при этом углы ₁ и ₂ одинаковы по абсолютной величине и равны 50°. Толщина областей вывода 9 равна 2,2 мкм. Для этой модификации выходное излучение испытывает полное внутреннее отражение от наклонных выводных граней 12, меняет направление и выводится через наружные поверхности областей вывода 9 при прямом падении на них.

Следующая модификация Излучателя 1 (см. Фиг.13) отличалась от модификации Излучателя 1, изображенной на Фиг.1 и Фиг.2, тем, что выводные грани 12 выполнены наклонными к наружной поверхности области генерации 8, при этом углы ₁ и ₂ одинаковы по абсолютной величине и равны 130°. Толщина областей вывода 9 равна 1,7 мкм. Для этой модификации выходное излучение испытывает полное внутреннее отражение от наклонных выводных граней 11, меняет направление и выводится через прозрачную для излучения сапфировую подложку 2 при прямом падении на нее.

Следующая модификация (см.Фиг.14) отличалась от модификации Излучателя 1, изображенного на Фиг.6-8 (но с двумя подобластями генерации), тем, что содержит расположенные параллельно друг к другу и соединенные последовательно по току четыре функциональные линейки (ФЛ), размещенные со стороны, противоположной стороне вывода излучения на теплоотводящей керамической пластине 20 из нитрида алюминия с соответствующими тремя слоями металлизации 21, 22, 23. 1-я ФЛ через слои металлизации 21 и 15 присоединена к пластине 20. Со стороны вывода излучения 1-я ФЛ и 2-я ФЛ, а также 3-я ФЛ и 4-я ФЛ соединены между собой слоями металлизации 13. 2-я ФЛ и 3-я ФЛ на пластине 20 соединены через слои металлизации 22 и 15. Входной токовый контакт (минус) соединен со слоем металлизации 21, а выходной токовый контакт (плюс) – со слоем металлизации 23.

Промышленная применимость

Инжекционные излучатели применяются в качестве высокоэффективных твердотельных источников излучения в широком диапазоне длин волн, в том числе излучателей белого света для освещения.

Формула изобретения

1. Инжекционный излучатель, включающий полупроводниковую гетероструктуру, содержащую активный слой, волноводные и ограничительные слои, состоящие по крайней мере из одного подслоя, а также полупроводниковый слой втекания излучения, продольную оптическую ось, слои металлизации, состоящие по крайней мере из одного подслоя, отличающийся тем, что в гетероструктуре вдоль выбранной продольной оптической оси сформирована по крайней мере одна последовательность из чередующихся области генерации излучения, состоящей, по крайней мере, из одной подобласти, и области вывода излучения, состоящей, по крайней мере, из одной подобласти, для краткости именуемая далее функциональной линейкой, при этом в каждой области генерации две продольные наружные поверхности гетероструктуры и две ее продольные боковые стороны окружены веществами с минимально возможными значениями показателей преломления по отношению к эффективному показателю преломления гетероструктуры в области генерации и с максимально возможными значениями коэффициентов отражения излучения, в области вывода дополнительно к слоям гетероструктуры выполнен состоящий, по крайней мере, из одного подслоя полупроводниковый слой втекания, возвышающийся над наружной поверхностью области генерации, при этом в области вывода состав и толщина ограничительного слоя гетероструктуры, пограничного со слоем втекания, выбраны такими, при которых реализовано частичное ограничение излучения в гетероструктуре, вдоль продольной оптической оси каждая из областей вывода с противоположных сторон ограничена выводными гранями, сформированными по отношению к наружной поверхности области генерации под определенными линейными углами наклона, соответственно ₁ и ₂, и отношение показателя преломления n_вт слоя втекания к эффективному показателю преломления n_эф гетероструктуры с включенным в нее слоем втекания определено числом, большим единицы.

2. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что в области генерации со стороны вывода излучения состав и толщина ограничительного слоя гетероструктуры выбраны такими, при которых реализовано частичное ограничение излучения в гетероструктуре.

3. Инжекционный излучатель по п.2, отличающийся тем, что в области генерации со стороны вывода излучения к наружной поверхности гетероструктуры в области генерации присоединен подслой металлизации с высоким коэффициентом отражения излучения.

4. Инжекционный излучатель по п.3, отличающийся тем, что подслой металлизации присоединен к волноводному слою гетероструктуры.

5. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что в области генерации со стороны, противоположной стороне вывода излучения, состав и толщина ограничительного слоя гетероструктуры выбраны такими, при которых реализовано частичное ограничение излучения в гетероструктуре.

6. Инжекционный излучатель по п.5, отличающийся тем, что гетероструктура со стороны, противоположной стороне вывода излучения, выращена на подложке с показателем преломления, меньшим эффективного показателя преломления гетероструктуры в области генерации.

7. Инжекционный излучатель по п.5, отличающийся тем, что на гетероструктуру со стороны, противоположной стороне вывода излучения, присоединен подслой металлизации с высоким коэффициентом отражения излучения.

8. Инжекционный излучатель по п.7, отличающийся тем, что подслой металлизации присоединен к волноводному слою гетероструктуры.

9. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что области генерации вдоль продольной оптической оси разделены на ряд параллельно расположенных полосковых подобластей генерации одинаковой длины, пространство, между которыми заполнено веществом с показателем преломления, меньшим эффективного показателя преломления гетероструктуры в подобластях генерации излучения.

10. Инжекционный лазер по п.1, отличающийся тем, что к наружной поверхности слоя втекания области вывода излучения нанесены соответствующие омические слои металлизации.

11. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что линейные углы ₁ и ₂ одинаковы по абсолютной величине и равны /2.

12. Инжекционный излучатель по п.11, отличающийся тем, что в области вывода толщина слоя втекания выполнена большей длины, чем длина области вывода, умноженная на тангенс угла вытекания излучения из активного слоя в слой втекания, и угол определен как арккосинус (n_эф/n_вт).

13. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что линейные углы ₁ и ₂ одинаковы по абсолютной величине и равны (/2)+().

14. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что линейные углы ₁ и ₂ одинаковы по абсолютной величине и равны (/4)+(/2).

15. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что линейные углы ₁ и ₂ одинаковы по абсолютной величине и равны (3/4)-(/2).

16. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что на сторону вывода излучения произведена заливка эпоксидной смолы соответствующей формы с показателем преломления, близким к эффективному показателю преломления гетероструктуры в области вывода излучения.

17. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, две функциональные линейки, соединенные по току параллельно.

18. Инжекционный излучатель по п.1, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, две функциональные линейки, соединенные по току последовательно.

РИСУНКИ

PC4A – Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:

Швейкин Василий Иванович

(73) Патентообладатель:

ГЕНЕРАЛ НАНО ОРТИКС ЛИМИТЕД (CY)

Договор № РД0052378 зарегистрирован 09.07.2009

Извещение опубликовано: 20.08.2009 БИ: 23/2009