Исследование свойств и оптимизация гетероструктур на подложках GaAs и разработка мощных лазеров на их основе: λ =0,78 - 1,3 мкм

Лившиц, Даниил Александрович

Исследование свойств и оптимизация гетероструктур на подложках GaAs и разработка мощных лазеров на их основе: λ =0,78 - 1,3 мкм тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Лившиц, Даниил Александрович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2000 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование свойств и оптимизация гетероструктур на подложках GaAs и разработка мощных лазеров на их основе: λ =0,78 - 1,3 мкм»

Автореферат диссертации на тему "Исследование свойств и оптимизация гетероструктур на подложках GaAs и разработка мощных лазеров на их основе: λ =0,78 - 1,3 мкм"

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф.ИОФФЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

правах рукописи

!1 пКГ?аг<0

ЛИВШИЦ Даниил Александрович

Исследование свойств и оптимизация гетероструктур на подложках СаАв и разработка мощных лазеров на их основе

(А.=0,78 1,3 мкм)

Специальность: 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник Тарасов. И.С.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Пихтин А.Н.

кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник Портной Е.Л.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Государственный

Технический Университет

Защита состоится " 20 " НОЯЬрА 2000 г. в часов на заседании

специализированного совета К-003.23.01 при Физико-техническом институте им А.Ф. Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института им.А.Ф.Иоффе РАН.

Автореферат разослан "20 " ОЮ^ЯЬ^Я 2000 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета К-003.23.01

кандидат физико-математических наук Куликов Г.С.

$86'-5318-057.0 + Р>Ш ни к пъ

Актуальность темы.

Полупроводниковые лазеры составляют значительную и наиболее динамично развивающуюся часть мировой электронной промышленности. Лазерные диоды на базе арсенида галлия благодаря своей высокой эффективности, широкому спектральному диапазону и низкой стоимости находят самое широкое применение. Одномодовые лазеры используются в лазерной печати и записи информации, для накачки волоконных усилителей и твердотельных лазеров. В этих применениях требуется высокая мощность при сохранении возможности максимальной фокусировки излучения. Созданию и изучению таких лазерных диодов посвящена первая глава данной работы.

Мощные многомодовые лазеры применяются в медицине, различных отраслях техники, а мировой рынок на лазеры с длиной волны 0.98 мкм для накачки легированных эрбием волоконных усилителей составляет десятки миллионов штук в год. Первоочередными задачами в разработке таких лазеров является увеличение яркости, повышение эффективности и надежности данных приборов. Для многих применений, в частности в космической технике при передаче энергии на расстояние, ключевую роль играет коэффициент полезного действия (КПД) излучателей. Лазерные диоды на СаАэ на длину волны около 1 мкм обладают наибольшими потенциальными возможностями по коэффициенту преобразования электрической энергии в направленную световую волну. Исследованиям многомодовых лазеров, направленным на повышение их мощности и КПД, посвящена вторая глава.

Особое место в применении полупроводниковых лазеров занимает рынок телекоммуникаций, который в настоящий момент потребляет около 70% всех лазерных диодов и демонстрирует ежегодный прирост более чем на 40% [1]. Однако, волоконно-оптические сети пока занимают лишь малую часть общего рынка локальных сетей (протяженностью менее 1 км) вследствие высокой стоимости передающего модуля, базирующегося на ТпваАБРЯпР традиционных лазерах (Х=1.3 мкм). В данное время в мире ведутся интенсивные исследования по созданию принципиально нового излучателя на длину волны 1.3 мкм. Это вертикально излучающий лазер, обладающий рядом преимуществ и значительно более дешевый. Потенциально такой прибор может быть создан на СаАБ-подложке с использованием 14-содержащих твердых растворов. Третья глава данной работы посвящена изучению ЫСаАзЫ/АЮаАз/СаАя гетероструктур.

Тема работы, направленная на исследование свойств, разработку и оптимизацию мощных одномодовых и многомодовых лазерных диодов в системах твердых растворов ГпОаАз/АЮаА&ЧЗаАв и ГпОаАзМ/АКЗаАзЛЗаАз является актуальной как с научной, так и с практической точек зрения.

Основная цель работы заключается в создании мощных одномодовых и многомодовых лазерных диодов на базе ЬЮаАзРЛпОаМЗаАз и ¡пСЗаАБ/АЮаАз/ОаАз двойных гетероструктур раздельного ограничения (ДГС РО), а также в получении низкопорогового мощного лазера с новым материалом ЬЮаАзЫ в качестве активной области.

Научная повизна работы.

1. Впервые обнаружен и исследован эффект аномального влияния температуры на модовый состав излучения зарощенных мезаполосковых лазеров.

2. Построена теоретическая модель зарощенного мезаполоскового лазера, описывающая модовый состав излучения для различных распределений плотностей тока и скоростей граничной рекомбинации на стенках мезы. Данная модель хорошо согласуется с экспериментальными данными.

3. Проведена оптимизация уровней легирования ¡пваАз/А1 йаА&/ваАб гетероструктуры и отвода тепла от зеркал с целью увеличения коэффициента полезного действия и выходной мощности лазерных диодов.

4. Исбледованы причины катастрофической оптической деградации зеркал ЬЮаАа/АЮаАз/ОаАз мощных лазеров.

5. Исследована возможность создания мощных лазерных диодов на подложках ваАБ с длиной волны генерации 1.3 мкм с материалом ГпваАБК в качестве активной области.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Увеличение температуры приводит к изменению модового состава лазерных диодов с доминированием основной моды излучения.

2. Переход к одномодовому режиму с увеличением температуры связан с изменением профиля концентрации инверсных носителей в активной области.

3. Оптимизация профиля легирования и более совершенная кристаллическая структура эпитаксиальных слоев ¡пСаАв/АЮаАз/ОаАз гетероструктур позволяет получить лазерные диоды с максимальным коэффициентом полезного действия до 67%.

4. Фактором, ограничивающим максимальную выходную мощность ГпСаАз/АЮаАБЛЗаАз лазерных диодов, является общий разогрев кристалла, а не катастрофическая оптическая деградация зеркал.

5. Применение 1пСаАз№ОаАзК в качестве активной области позволяет получать мощные низкопороговые лазерные диоды на подложках ваАз с длиной волны генерации 1.3 мкм, обладающие повышенной температурной стабильностью.

Практическая ценность работы;

1. Определены причины изменения модового состава генерации зарощенных мезаполосковых лазеров от температуры.

2. Разработана универсальная конструкция мезаполосковых лазеров, которая позволяет подавлять генерацию мод высших порядков и получать мощное до 220 мВт одномодовое излучение в различных системах гетероструктур с длинами волн в диапазоне 0,78-й .03 мкм.

3. Разработаны методики монтажа лазерных диодов на теплоотвод и нанесения интерференционных покрытий на сколотые грани, обеспечивающие эффективный отвод тепла от выходного зеркала лазера. На лазере с апертурой 100 мкм, изготовленном по этой технологии, достигнута рекордная мощность излучения (12.2 Вт) в непрерывном режиме.

4. Получены ЬЮаАз/АЮаАБЛЗаАз гетерострукгуры с низкими внутренними потерями и низким последовательным сопротивлением, что позволило достигнуть рекордного максимального КПД лазерных диодов 67 %, с сохранением КПД более 60 % при мощностях до 6 Вт.

5. Созданы мощные низкопороговые лазерные диоды на базе ГпСаАзМ/АЮаАз/СаАз квантово-размерных гетероструктур с характеристической температурой порогового тока Т0 = 90 К, излучающие на длине волны 1.3 мкм.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были представлены в

19 докладах на различных международных конференциях, а также на

научных семинарах в Optoelectronics Department of "Infineon Corporation" и Physics Department of Berlin Technical University.

Публикации

По результатам исследований опубликовано более 40 научных работ, из них 20 непосредственно по теме диссертационной работы. Их список приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы. Общий объем диссертации составляет 163 страницы, в том числе 119 страниц основного текста, 44 рисунка на 44 страницах. Список цитированной литературы включает в себя 105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, показаны ее научная новизна, практическая ценность и приоритет результатов, приведены выносимые на защиту научные положения.

Первая глава

В настоящей главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований оптических и электрических характеристик мощных одномодовых лазерных диодов на базе InGaAsP/InGaP/GaAs- (К = 0.78 -f 0.82 мкм) и InGaAs/AlGaAs/GaAs-(X = 0.95 -г-1.05 мкм) гетероструктур.

В первом параграфе дана краткая историческая справка о развитии работ по лазерным диодам, работающим в непрерывном режиме генерации при комнатной температуре. Рассмотрены достижения по получению высокой мощности InGaAsP/GaAs и InGaAs/AlGaAs/GaAs одномодовых лазеров, созданных на основе двойных гетероструктур раздельного ограничения. Рассмотрены основные конструкции одномодовых лазеров -зарощенная меза и мелкая меза. Особое внимание уделено проблеме утечек и граничной рекомбинации на зарощенной стенке мезы, которые зависят от методики заращивания [2].

Второй параграф посвящен лазерам конструкции зарощенная меза на базе ЬпСгаАзРЛпОаАзЛЗаАз двойных гетероструктур раздельного ограничения (ДГС РО) с длиной волны генерации в диапазоне 0.78 + 0.84 мкм. Изготовление гетероструктур и заращивание блокирующими слоями производилось методом жидкофазной эпитаксии.

В параграфе описан впервые наблюдавшийся эффект зависимости модового состава излучения зарощенных мезаполосковых лазеров от температуры. Данный эффект заключается в том, что при повышении температуры поперечное дальнее поле зарощенных лазеров меняется не в сторону увеличения доли мод высших порядков в излучении, а, наоборот, в излучении преобладает нулевая мода. Большинство лазеров даже с шириной мезы до IV = 7 мкм при температуре 50 -ь 70 °С имели только основную моду в излучении во всем диапазоне токов накачки.

Для объяснения этого эффекта предлагается модель зарощенного инжекционного лазера, учитывающая зависимость скорости безызлучательной рекомбинации инжектированных носителей на боковых

стенках мезы от температуры.

Рассматривается плоский двухмерный волновод, который образуется в зарощенной гетероструктуре. В нем для расчета распределения электромагнитного поля поперечных мод, был использован метод эффективного показателя

преломления. Уравнение

Максвелла для такого волновода в плоскости /7-л-перехода имеет набор решений (собственных функций), то есть в волноводе

граничной рекомбинации и одинаковом токе накачки.

1 - о=ю3см/с, 2 - и=ю'см/с. могут распространяться

б - профиль интенсивности электрического поля НвСКОЛЬКО ВОЛНОВОДНЫХ МОД

нулевой (0) и первой (1) мод в плоском волноводе _____________.,„_________

' _ электромагнитного излучения.

зарощенной мезы. г

Профили интенсивности первых

двух мод приведены на рисунке 1.6.

Далее рассматривается распределение концентрации носителей заряда в активной области с учетом их рекомбинации на границе активной

Рис. 1. а - схематический профиль распределения концентрации неравновесных носителей в активной области по ширине лазера при различных скоростях

области и блокирующих слоев. Рисунок 1.а иллюстрирует такой профиль концентрации при двух скоростях граничной рекомбинации V. Усиление для каждой моды в таком волноводе определяется интегралом перекрытия поперечного профиля концентрации носи1слси и шГтсисйвности элеюрического поля этой моды. Таким образом, чтобы подавить генерацию мод высших порядков, необходимо уменьшить перекрытие между профилем концентрации носителей и полем этих мод.

Для определения скорости граничной рекомбинации были проведены исследования зависимости квантового выхода от температуры на лазерах с широким палосковым контактом и на зарощенных мезах. Показано, что падение квантового выхода на зарощенном лазере при увеличении температуры от 10 °С до 60 °С связано с возрастанием скорости граничной рекомбинации (V) от 103 до 105 см/с. Таким образом, данное исследование и приведенная модель зарощенного лазера объясняют эффект улучшения модового состава излучения зарощенного мезаполоскового лазера с увеличением температуры изменением профиля концентрации носителей в активной области лазера.

Другой возможный способ изменения профиля концентрации в активной области лазера - сужение полоскового контакта по сравнению с шириной мезы ¡У. Если эффективные длины растекания и диффузии меньше или сравнимы с разницей ширины мезы (IV) и ширины металлического контакта (>у), можно получить значительную разницу в плотностях инжекционного тока под контактом и на краю активной области, что будет компенсировать пространственное выжигание носителей полем нулевой моды в центре мезы. В работе приведен расчет зависимости модового состава излучения от разности для различных величин ширины зарощенной мезы, показывающий, что при разнице более 5 мкм мезаполосковый лазер может иметь одномодовый режим генерации во всем диапазоне токов накачки при ширине мезы до 13 мкм.

Таким образом, предложена новая конструкция мезаполоскового лазера, обеспечивающая требуемый для одномодовой работы профиль концентрации инжектированных носителей в активной области.

В результате применения нового дизайна, названного конструкцией «с узким контактом», удалось получить зарощенные мезаполосковые ЫлаАБРЛпОаР/ОаАБ ДГСРО лазеры с шириной мезы до 13 мкм, работающие в одномодовом режиме генерации. Была получена рекордная

мощность одномодового излучения свыше 220 мВт (Я, = 0.8 мкм) в непрерывном режиме генерации.

Третий параграф посвящен лазерам конструкции мелкая меза на базе ГпОаАз/АЮаАз/СаАз ДГС РО, выращенных методом металлоорганической газо-фазной эпитаксии (МОГФЭ) с длиной волны генерации в области 1 мкм.

Канавки, ограничивающие мезаполосок, с необходимой глубиной вытравливались методом реактивного ионного травления через маску задубленного фоторезиста. Выбор глубины травления и ширины мезаполоска производился на основе расчета, аналогичного расчету конструкции зарощенной мезы, приведенному во втором параграфе. Из результатов расчета найдена оптимальная ширина мезы IV около 6 мкм и толщина остающегося эмиттерного слоя до волновода с/ = 0.27 мкм.

Также при разработке конструкции лазера для более устойчивого одномодового режима была применена технология «узкого контакта». На основе этих расчетов были изготовлены лазеры с конструкцией мелкая меза. Типичные пороговые токи этих лазеров составляли 10 -г15 мА при длине резонатора порядка 600 мкм. Одномодовый режим генерации наблюдался до мощностей около 150 мВт, а при мощности 200 мВт поперечное дальнее поле имело одно-лепестковую форму с сохранением доли нулевой моды свыше 70 % от общей мощности излучения.

Длина волны излучения лазеров менялась от 975 нм до 1005 нм в зависимости от места на структуре, из которого был выколот лазер. Такой разброс длины волны связан с градиентом толщины активной области по структуре, образовавшемся в процессе эпитаксии.

При исследовании спектральных характеристик лазеров данной конструкции в непрерывном режиме было обнаружено явление перехода из малочастотного режима генерации лазера в режим квазисплошного широкого спектра, который наблюдался на большинстве образцов.

Типичная зависимость спектра излучения лазера от тока накачки приведена на Рис. 2. Как видно из рисунка, при токе накачки, не превышающем 10 пороговых значений, спектр состоит из нескольких четко выраженных продольных мод. При дальнейшем увеличении тока происходит резкое уширение спектра до 15 -ь 20 нм, сопровождающееся уменьшением амплитуды пиков. При этом хорошо видна периодическая картина с интервалом, равным межмодовому расстоянию, характерному для данной длины резонатора Фабри-Перо. В картине дальнего поля в

плоскости р-и-перехода изменений не наблюдалось, т.е. лазер во всем диапазоне токов находился в одномодовом режиме. Это явление было

названо «развалом спектра».

Исследование температурных зависимостей спектров излучения показали, что развал спектра происходит вследствие разогрева активной области лазера. С целью определения возможного механизма развала спектра были проведены исследования шумов интенсивности излучения лазера в зависимости от тока накачки, в диапазоне частот 10 ч-100 МГц. Было обнаружено, что процесс уширения спектра сопровождается резким всплеском шумов интенсивности, что связано с появлением нелинейного вклада от перекрестного взаимодействия мод. Таким образом, в первой главе исследованы одномодовые лазерные диоды конструкций зарощенная меза и мелкая меза на базе 1пСаАБР/1пОаР/ваАБ и ЬЮаАк/АЮаАз/ОаАз ДГС РО. Исследованы температурные характеристики спектра и модового состава излучения. Построена теоретическая модель, описывающая конкуренцию мод излучения в волноводе лазера. Предложена новая конструкция мезаполоскового лазера, позволившая увеличить мощность одномодового излучения до величины более 200 мВт.

Вторая глава. Данная глава посвящена изучению и оптимизации ГпСаАз/АЮаАз/СаАв ДГС РО, и мощных лазерных диодов (с длиной волны излучения около 1 мкм) на их основе.

В первом параграфе дан обзор литературных данных по технологии мощных лазерных диодов на подложках ваА^ за последние десять лет, то есть со времени первых публикаций на эту тему.

Создание лазеров с мощностями более 3 Вт в непрерывном режиме генерации имеет два основных направления развития: на базе традиционных АЮаАзЛлаАз гетероструктур и на базе безалюминиевой

1 , i , , . 1 1 . . 1 1 , ОТ,Т=20'С ........ '

; 1, / = 85 мА

, ■ 1~ 16 мА

1 1 1 ...... | ,,

970 975 980 985 990 Длина волны, А. (им)

Рис. 2 Типичная зависимость спектра излучения лазера кострукции "мелкая меза" от тока накачки.

Пороговый ток лазеиа! =15 м А.

технологии с применением четверных твердых растворов ГпОаАвР, согласованных по постоянной кристаллической решетки с ОаАэ. В ряде работ подчеркиваются преимущества второго направления, особенно для высокомощных лазеров [3]. Первая работа по Л= 0,8 мкм мощным лазерам на базе безалюминиевой ГлСаАвРЛЗаАв структуры описана в [4]. Далее были продемонстрированы следующие преимущества таких структур для спектрального диапазона 0,76 ч-1,06 мкм: высокая надежность [4,5], низкие разогрев и деградация зеркал [3,6], низкие электрическое и термическое сопротивление [7], закрепление дислокаций в содержащих 1п твердых растворах [3, 8] и более широкие возможности для заращивания таких структур [3, 9]. Для снижения плотности оптической мощности на выходном зеркале лазера всеми ведущими группами, работающими над получением максимальной мощности излучения, применяется концепция расширенного волновода (РВ). Благодаря использованию гетерострукгур с толщиной волноводных слоев 1 -г 1.3 мкм на лазерах с апертурой 100 мкм в непрерывном режиме генерации достигнуты рекордные выходные мощности: 11 Вт в безалюминиевой системе [10] и 10,9 Вт в системе твердых растворов ТпОаАз/АЮаАзЛЗаАз [11]. Плотность мощности на зеркале, при которой наступила катастрофическая оптическая деградация (КОДЗ), в обоих случаях составила 18 ч- 19МВт/см2. Выдвигается тезис, что КОДЗ является главным фактором, ограничивающим максимальную выходную мощность [12].

Во втором параграфе кратко описаны технологии, с помощью которых выращены гетероструктуры, а также приведены изменения постростовой технологии, благодаря которым был получен ряд рекордных параметров на лазерах на базе традиционных ЬЮаАз/АЮаАз/СаАз ДГС Ю. Определяющими среди них являются технологии монтажа чипов на теплоотвод и нанесения высокоотражающего и низкоотражакнцего покрытий на зеркала лазера. Эти технологии позволили полностью избавиться от широко известной проблемы — "подпыления" диэлектрика на поверхность золота на /»-контакте при нанесении покрытий на зеркала. В традиционной технологии такое подпыление препятствует смачиванию узкой полоски /7-контакта индием при пайке лазерного чипа на теплоотвод. Вследствие этого узкая полоска (2 -г- 5 мкм) вблизи зеркал лазера остается "непропаяной" и от нее заметно ухудшен отвод тепла при работе лазера. В случае использования новой технологии отвод тепла от выходного зеркала - наиболее горячей части лазера - осуществляется оптимальным образом.

Новая установка измерения параметров лазера в импульсном режиме при разных температурах обеспечила точные измерения характеристических температур порогового тока Т0 и дифференциальной квантовой эффективности Т-„ что позволило связать причину падения квантового выхода лазеров при увеличении температуры с возрастанием внутренних оптических потерь. Методика измерения абсолютной оптической мощности в непрерывном режиме позволила отказаться от использования фотоприемников с фильтрами и снизить погрешность измерений с 30 ч- 40 % до 5 %. Разработанная установка термостабилизации лазерных диодов впервые позволила проводить измерения в непрерывном режиме при постоянной температуре активной области лазера до токов накачки выше 16 А (при ширине полоска лазера IV= 100 мкм).

Третий параграф посвящен непосредственно исследованиям оптических и электрических характеристик лазеров с шириной полоска

100 мкм на базе ДГС РО с разными параметрами и выращенными с помощью разных технологий эпитаксии.

Методами МПЭ и МОГФЭ технологий роста было выращено более 200 фотолюминесцентных и лазерных гетерострукгур. Проведенные исследования фотолюминесценции, лазерных параметров и деградационных характеристик позволили связать оптимизацию оптических и электрических свойств структур с качеством подложек, материалов и условий роста, с особенностями эпитаксиальных установок и другими параметрами. Также были оптимизированы профиль легирования, подобраны оптимальные материал и толщина волноводных слоев. В результате методами МПЭ и МОГФЭ технологий роста впервые удалось получить структуры, одновременно сочетающие 100%-ый внутренний квантовый выход, внутренние оптические потери около 1 см'1, низкое последовательное электрическое сопротивление а, и 0.7x10^ Омхсм2, и напряжение отсечки, точно соответствующее энергии кванта генерации. Такие параметры были недостижимы даже на требующих сложных технологий выращивания ЬЮаАзРЛпОаР/СаАз гегероструктурах с расширенным волноводом [3, 5].

На Рис. 3 приведены ватт-амперная и вольт-амперная характеристики ТпСаАв/АЮаАв/ОаАэ лазера с апертурой ИМ 00 мкм в непрерывном режиме при стабилизированной температуре активной области (пунктирная линия с треугольниками) и при стабилизации температуры теплоотвода (сплошная линия с кругами). Лазер имеет длину резонатора

1.34 мм и покрытия на зеркалах с коэффициентами отражения 5% и 99% для передней и задней грани, соответственно. В режиме поддержания

температуры теплоотвода 10°С ток накачки был ограничен 12 А, чтобы избежать деградации лазера. На этом токе выходная мощность достигла величины 9,2 Вт, а вагг-амперная характеристика, как видно из рисунка, проявляет тенденцию к насыщению, и на максимальном токе дифференциальная эффективность лазера приближается к нулю.

Как видно из вольт-амперной характеристики (Рис. 3), лазер имеет низкое последовательное сопротивление Л = 56 мОм и напряжение отсечки, соответствующее энергии кванта генерации. Как результат, максимальный коэффициент полезного действия достигает рекордной для всех типов лазерных диодов [11, 12, 13] величины 67 %.

В режиме стабилизации температуры активной области (Т= 10°С) деградация гетероструктуры лазера наступила при токе 13,3 А. Максимальная измеренная мощность излучения на этом токе составила 12,2 Вт. Эта величина является самой высокой из опубликованных на сегодняшний момент для всех типов полупроводниковых лазеров со стандартной выходной апертурой ^=100мкм[4, 11, 12, 13].

Из приведенного анализа характеристик лазеров на базе гетероструктур с близкими оптическими параметрами, но с разным последовательным сопротивлением и напряжением отсечки, показано влияние КПД на работу лазеров на больших мощностях. Повышенное напряжение отсечки и повышенное электрическое сопротивление приводят к перегреву активной области и к падению квантовой эффективности лазера.

Рассчитаны параметры гетероструктур и длин резонатора лазерного диода для повышения КПД прибора при работе на высоких (3 Вт) и сверхвысоких (>6 Вт) выходных мощностях. Показано, что с применением уже созданных гетероструктур можно достичь КПД выше 70%.

О 2 4 6 8 10 12 14 Ток накачки, I (А)

Рис. 3. Ватт-амперные и вольт-амперная характеристики в непрерывном режиме лазерного диода га базе МОГФЭ структуры.

Для расчета максимальной плотности оптической мощности на зеркале Р обычно используется выражение:

где Ртах,сж~ максимальная мощность в непрерывном режиме, Ш - ширина полоска, (ИГ- эквивалентный размер пятна (с?- толщина активной области, Г- фактор оптического ограничения), Я/- коэффициент отражения зеркала [12]. Согласно этому выражению, на лазере, характеристики которого представлены на Рис. 3, достигнута рекордная плотность оптической мощности на выходном зеркале 29.9 МВт/см2, более чем в полтора раза превышающая ранее опубликованную величину, а при более интенсивном охлаждении лазера с поддержанием постоянной (10 °С) температуры активной области получена величина 40 МВт/см2. После деградации лазера на мощности 12.2 Вт на его выходном зеркале не было отмечено каких-либо изменений, что говорит о том, что порог КОДЗ не был достигнут.

Однако, по нашему мнению, выражение 1, не совсем точно при больших плотностях тока накачки, так как с увеличением тока ближнее поле лазера (зависимость распределения интенсивности световой волны на выходном зеркале лазерного диода от координаты по оси в плоскости р-п перехода) расширяется за пределы полоска Ж. Увеличение ширины ближнего поля зависит от конструкции лазерного диода. Поэтому мы предлагаем в формуле (1) вместо ширины полоска IV использовать ширину ближнего поля на полувысоте при максимальном токе Щг^/м •

Если учесть расширение ближнего поля, то полученная нами максимальная плотность оптической мощности в режиме поддержания температуры активной области лазера достигает 32,5 МВт/см2, а в традиционно используемом режиме стабилизации температуры теплоотвода Р составляет 24,5 МВт/см2.

Таким образом, мы впервые демонстрируем, что КОДЗ не является фактором, ограничивающим максимальную выходную мощность лазерных диодов с ЫЗаАв активной областью.

Лазеры на гетерострукгурах, выращенных на установке МПЭ с большеобьемными источниками материала на малодислокационных подложках демонстрируют хорошие времена жизни в деградационных тестах. Испытания проводились на токе 4 А и выходной мощности 3,3 Вт

(1)

при температуре теплоотвода 30°С в течение 1000 часов. На лучших образцах изменения выходной мощности в течение испытания не превысили 5 %.

Таким образом, во второй главе диссертации продемонстрировано, что максимальная выходная мощность, КПД, оптическая прочность зеркал и срок службы лазерных диодов зависят от качества подложки, совершенства кристаллической структуры эгаггаксиальных слоев, схемы легирования гетероструктуры, а также от технологии нанесения покрытий на зеркала и монтажа лазера на теплоотвод. Полученные рекордные характеристики показывают, что применение сложных гетероструктур, как, например в [14], а также сложных технологий защиты зеркал [15] влияют на важнейшие характеристики мощных лазеров в гораздо меньшей степени.

Третья глава развивает новое направление в полупроводниковых А(Ш)В(У)-гетероструктурах, связанное с изучением новых материалов ОаАвК и ЬЮаАзК, выращенных на подложке СаЛэ, и посвящена оптимизации роста и изучению оптических свойств ОаАв/АЮаАз/СаАзМЛпОаАзК гетероструктур с целью изготовления высоко эффективных низкопороговых мощных лазеров на длину волны 1.3 мкм с улучшенными температурными характеристиками.

В первом параграфе рассматриваются недавние достижения в изготовлении лазерных диодов на базе ОаАз-подложек, излучающих в ближнем инфракрасном диапазоне. Основные пути получения излучения на длину волны 1.3 мкм на базе структур, выращенных на подложках ваАв таковы: ЬЮаАя и СаАвБЬ квантовые ямы (КЯ), СаЬгАвМ КЯ, и ЬгАз/СаАз квантовые точки. Здесь кратко рассматриваются все эти методы, проблемы выращивания материалов, оптические свойства и лазерные характеристики. Сравниваются результаты, полученные этими методами, обсуждаются потенциальные преимущества.

Рис. 4 показывает параметр решетки и ширину запрещенной зоны некоторых А(Ш)В(У) твердых растворов, которые потенциально могут быть использованы в качестве активной области 1.3-мкм лазерных диодов.

В широко используемой системе ЬЮаАзР/ЬгР разница между самым широкозонным материалом 1пР и ¡пваАзР квантовой ямой с длиной волны излучения 1.3 мкм составляет всего 0.39 эВ. Эта разница еще должна быть поделена между гетерограницами эмиттер-волновод и волновод-активная область, с другой стороны между валентной зоной и зоной проводимости.

Это определяет низкие температурные характеристики 1.3-мкм ЬЮаАзР лазеров (характеристическая температура порогового тока Т0 составляет не более 60 К).

В случае получения 1.3-мкм лазеров на СаАБ-подложках можно реализовать ряд преимуществ, таких как повышение температурной

стабильности, выращивания эпитаксиальном структуры для излучающего использование высокого качества

возможность в одном процессе поверхности о-лазера, недорогих, и большой

5.5 ^ 6.0

Постоянная решетки, А

Рис. 4. Постоянная решетки и ширина 'запрещенной зоны некоторых A(III)D( V) соединении.

площади GaAs-подложек.

Согласно расчетам Kondow на таких лазерах Т0 может достигать величины 180 К [16].

Рис. 4 показывает, что InGaAs и GaAsSb потенциально могут быть использованы в качестве материала псевдоморфно напряженной 1.3-мкм квантово-размерной активной области на GaAs-подложке. Оба тройных соединения имеют примерно одинаковое рассогласование постоянной решетки с GaAs, однако воспроизводимый рост GaAsSb гораздо более сложен из-за присутствия двух летучих элементов V группы. Рост псевдоморфного напряженного двухмерного слоя на поверхности GaAs ограничен двумя разными механизмами релаксации напряжений: ростом дислокаций и спонтанным формированием трехмерных (3D) островков. Толщина КЯ и, соответственно, граница длинноволнового излучения в основном ограничены дислокациями в слое InGaAs с малым содержанием In, тогда как, сильно напряженный InGaAs трансформируется в массив 3D-островков. Вследствие этого, длина волны излучения псевдоморфно напряженной InGaAs КЯ достигает лишь 1.2 мкм. Требуются специальные режимы эпитаксии, чтобы расширить бездислокационную двухмерную фазу роста.

Добавление азота к GaAs уменьшает ширину запрещенной зоны гораздо сильнее, чем увеличивает механические напряжения в кристалле

(Рис. 4 пунктирная кривая), но выращивание гетер оструктур, содержащих N1, весьма сложно и требует специального азотного источника. Так что технология выращивания (In)GaAsN квантовых ям наиболее перспективна для получения длинноволновых лазеров, но пока находится на начальной стадии развития.

Во втором параграфе приводятся некоторые подробности эпитаксиального роста, приведены ряд зависимостей процентного содержания азота, ширины запрещенной зоны слоев от различных режимов роста. Описано влияние процесса отжига на интенсивность и ширину линии фотолюминесценции.

В третьем параграфе изложены результаты исследований характеристик лазерных гетер оструктур с квантово-размерной активной областью из СаАвШпваАзМ материала и мощных лазерных диодов с шириной полоска IV= 100 мкм на основе этих структур.

В ходе работ методом МПЭ с твердотельными источниками было выращено и отпроцессирвано более 20 лазерных гетероструктур с различными составами, толщинами слоев и количеством КЯ. Лучшие результаты удалось получить на структурах следующей конфигурации. Активная область лазерной структуры базировалась на GaAso.9g3No.017/ Ino.36Gao.64Aso.98iNo.ot9/ GaAso.o983No.oi7 квантовой яме с толщинами слоев 5 нм/6.8 нм/5 нм соответственно, которая симметрично помещена в нелегированный СаА5 волноводный слой. Эмиттеры р- и «-типа состояли из Alo.3Gao.7As толщиной по 1.5 мкм и легированных Ве до 1017 см"3 и до 5-1017 см"3 соответственно. На структурах была выполнена последовательность постростовых операций, описанная во второй главе диссертации, то есть сформирована мелкая меза с полосковым 100 мкм контактом.

Представлены экспериментальные зависимости обратной дифференциальной квантовой эффективности от длины резонатора лазера и пороговой плотности тока от суммы оптических потерь в резонаторе, измеренные в импульсном режиме для гетероструктур с одной, двумя и тремя КЯ. Из этих зависимостей для структуры с одной КЯ определены внутренняя квантовая эффективность структуры г}вкутр« 93 %, величина внутренних оптических потерь а,»4 -5- 5 см'1 и плотность тока прозрачности ® 100 А/см2. Это не только рекордные значения для лазеров (Л. = 1.3 мкм) на подложках СаАэ, но также и трудно достижимые в традиционной системе ¡пСаАвРЯпР.

Пользуясь тем, что на пороге генерации полные оптические потери равны модальному усилению, построены экспериментальные зависимости модального усиления g от плотности тока накачки. Эта зависимость описывается выражением ¿Г^ЧЛоуМрот/ич«)- Коэффициент усиления §0 для лазеров с тремя КЯ оценивается величиной 46 см"1, что близко к коэффициенту усиления для обычных 1пСаАз/ОаАБ лазеров, излучающих на длине волны 0.98 мкм [17]. Величина модального усиления около 30 см'1, соответствующая типичным потерям в вертикально излучающих лазерах, достигается при разумных плотностях тока около 1.1 кА/см2, тем самым продемонстрирована потенциальная возможность создания вертикального длинноволнового лазера.

Характеристическая температура порогового тока Т0 на лазерах с длиной резонатора больше 1 мм составляла 80 -ь 90 К и уменьшалась с увеличением потерь на выход. Эта величина значительно превосходит Т0 на традиционных ЬЮаАБРЛпР лазерах (около 50 4- 60 К), но примерно в два раза меньше, чем была предсказана для ЬЮаАзК квантовой ямы в ваАз.

Для измерений в непрерывном режиме с применением технологий, описанных в Главе 2, на зеркала были нанесены высокоотражающее (99 %) и низкоотражающее (5 %) покрытия, кристаллы были напаяны индием на медные теплоотводы. На лазере с длиной резонатора 2 мм в непрерывном режиме был получен пороговый ток 670 мА, дифференциальная квантовая эффективность 61%. В режиме поддержания температуры активной области 10°С на токе 15.5 А была зафиксирована рекордная для всех типов длинноволновых лазеров мощность 8 Вт [18]. Максимальная плотность оптической мощности на зеркале составила 30 МВт/см2. КОДЗ на этой плотности мощности зафиксировано не было. Длина волны генерации в непрерывном режиме составляла 1305 ± 3 нм.

Тестирование времени жизни лазеров проводилось в непрерывном режиме при температуре теплоотвода 35°С с поддержанием постоянной выходной мощности 1.5 Вт в течении 3000 часов. Увеличение тока накачки за это время составило не более 10 %.

Таким образом, на базе ¡пСаАзМ/АЮаАзЛлаАБ квантово-размерных гетероструктур созданы мощные лазерные диоды с характеристической температурой порогового тока Та - 90 К. Получена рекордно низкая для длинноволновых лазерных диодов на ваАБ подложках пороговая плотность тока 290 А/см2 (при длине резонатора 3.2 мм). Получена рекордная выходная мощность 8 Вт на лазере с апертурой Ж= 100 мкм, излучающем на длине волны 1.3 мкм. Проведено сравнение характеристик

длинноволновых лазерных диодов с одной, двумя и тремя ЬЮаАзК квантовыми ямами. Показано, что оптимальной конструкцией для полоскового лазера является гетер остр уктура с одной квантовой ямой. Оценен коэффициент усиления в лазерах с тремя квантовыми ямами ^0 = 46 см"1, тем самым продемонстрирована потенциальная возможность создания вертикально излучающего лазера на длину волны 1.3 мкм.

Основные результаты диссертационной работы:

1. Обнаружен и исследован эффект аномального влияния температуры на модовый состав излучения зарощенных мезаполосковых лазеров.

3. Разработана универсальная конструкция мезаполосковых лазеров, которая позволяет подавлять генерацию мод высших порядков и получать мощное до 220 мВт одномодовое излучение в различных системах гетероструктур с длинами волн в диапазоне 0,78-И.03 мкм.

4. Разработаны методики монтажа лазерных диодов на теплоотвод и нанесения интерференционных покрытий на сколотые грани, обеспечивающие эффективный отвод тепла от выходного зеркала лазера. На лазере с апертурой 100 мкм, изготовленном по этой технолопш, достигнута рекордная мощность излучения (12.2 Вт) в непрерывном режиме.

5. Исследованы причины катастрофической оптической деградации зеркал ЬЮаАБ/АЮаАв/СаАз мощных лазеров. Достигнута рекордная плотность оптической мощности на выходном зеркале лазера 40 МВт/см2, тем самым показано, что КОДЗ не ограничивает максимальную мощность лазерных диодов с не содержащей алюминий активной областью.

6. Проведена оптимизация уровней легирования ЬЮаАз/АЮаАзАЗаАв гетер ос труктуры с целью увеличения коэффициента полезного действия и выходной мощности лазерных диодов. Достигнут рекордный КПД лазерных диодов 67 %,

7. Созданы мощные лазерные диоды на базе ЬОаАзМАЮаАз/СаАэ квантово-размерных гетероструктур с характеристической

температурой порогового тока Та = 90 К. Получена рекордно низкая для длинноволновых лазерных диодов на GaAs подложках пороговая плотность тока 290 А/см2 (при длине резонатора 3.2 мм). Получена рекордная выходная мощность 8 Вт на лазере с апертурой W - 100 мКм, излучающем на длине волны 1.3 мкм.

8. Проведено сравнение характеристик длинноволновых лазерных диодов с одной, двумя и тремя InGaAsN квантовыми ямами. Показано, что оптимальной конструкцией для полоскового лазера является гетероструктура с одной квантовой ямой.

9. Оценен коэффициент усиления в лазерах с тремя квантовыми ямами go = 46 см"1, тем самым продемонстрирована потенциальная возможность создания вертикально излучающего лазера на длину волны 1.3 мкм.

Публикации автора.

Основное содержание диссертации опубликовано более чем в 20 работах, основополагающие из которых приведены ниже. Во всех этих работах автор принимал участие в разработке параметров гетероструктур, конструкций лазерных диодов, технологий изготовления и методик измерения образцов, а также в построении теоретических моделей. Автор участвовал в изготовлении лазерных диодов, проведении измерений, в обработке и опубликовании результатов.

1. D.Z. Garbuzov, N.Y. Antonishkis, S.N. Zhigulin, N.D. Il'inskaya, A.V. Kochergin, D.A. Livshits, E.U. Rafeilov, M.V. Fuksman, "High power buried InGaAsP/GaAs (0.8 mkm) laser diodes", Appl.Phys.Lett., 1993, 62(10), pp. 1062-1064.

2. M.JI. Бородицкий, Д.З. Гарбузов, А.Ю. Горбачев, Н.Д. Ильинская, Д.А. Лившиц, Д.Н. Марьинский, Э.У. Рафаилов, A.JI. Станкевич, И.С. Тарасов, "Мощные одномодовые зарощенные InGaAsP/GaAs PO ДГС лазеры", ПисьмавЖТФ, 1993, т.19, вып.21, стр.78-84.

3. Д.З. Гарбузов, М.Л. Бородицкий, Н.Д. Ильинская, ДА. Лившиц, Д.Н. Марьинский, Э.У. Рафаилов, "Управление модовым составом мощных зарощенных лазеров на основе InGaAsP/GaAs с длиной волны 0.8мкм", ФТП, 1994, том 28, вып.2, стр.315-320.

4. И.Е. Беришев, М.Л. Бородицкий, А.Ю. Горбачев, Ю.В. Ильин, Д.А. Лившиц, Э.У. Рафаилов, А.Л. Станкевич, И.С. Тарасов, "Одномодовые InGaAsP PO ДГС лазеры с тонким волноводом", ПисьмавЖТФ, 1994, т.20, вып.4, сгр.278-280.

5. М.Л. Бородицкий, А.Е. Дулысин, И.В. Кочнев, Д.А. Лившиц,

H.О. Соколова, Э.У. Рафаилов, И.С. Тарасов, Ю.М. Шерняков, B.C. Явич, "Мощные одномодовые InGaAs/GaAs лазеры (0.98 мкм), выращенные методом МОГФЭ", Письма в ЖТФ, 1994, т.20, вып.З, стр.243-245.

6. Д.А. Лившиц, Д.Н. Марьинский, Э.У. Рафаилов, П.В. Студенков, В.Б. Халфин, А.С. Трифононв, К.И. Урих, "Развал спектра продольных мод и нелинейные межмодовые взаимодействия в мощных одномодовых InGaAs/GaAs лазерах," Письма в ЖТФ, 1994, том 20, вып. 19, с. 81-85.

7. M.L. Boroditsky, D.Z. Garbuzov, D.A. Livshits, E.U. Rafailov, "Mode composition control in high power buried InGaAsP/GaAs lasers", SPIE's OE/LASE '94,22-29 January 1994.

8. E.U. Rafailov, V.B. Khalfin, D.A. Livshits, D.N. Marinskiy, P.V. Studenkov, A.S. Trifonov and K.I. Urich, "Nonlinear mode interaction in ridge waveguide diode lasers", SPIE'95, Photonics West, February, 1995.

9. A.E.Zhukov, A.R.Kovsh, S.S.Mikhrin, N.A.Maleev, V.M.Ustinov, D.A.Livshits, I.S.Tarasov, D.A.Bedarev, M.V.Maximov, A.F.Tsatsul'nikov,

I.P.Soshnikov, P.S.Kop'ev, Zh.I.Alferov, N.N.Ledentsov, D.Bimberg, "3.9W CW power from sub-monolayer quantum dot diode laser," Electronics Letters, 1999, Vol.35, No.21, pp. 1845-1847.

10. Zh.I.Alferov, A.D.Bondarev, N.I.Katsavets, D.A.Livshits, V.D.Petrikov, I.S.Tarasov, "Boundary recombination influence on optical and thermal surface properties of single quantum well AlGaAs/GaAs, InGaAsP/GaAs, InGaAs/AlGaAs/GaAs laser heterostructures", -Abstracts of Invited Lectures and Contributed Papers of International Symp., "Nanostructures", St.Petersburg, June 1995, pp.334-337.

11. N.I.Katsavets, D.A. Livshits, I.S.Tarasov "Study of optical mirror facet strength of CW operated separate confinement heterostructure laser diodes" - Proceeding of SPIE's on International Symp. 96, San Jose 1996.

12. D.A. Livshits, E.Yu. Kotelnikov, A.A. Katsnelson, W. Richter, V.P. Evtihiev, I.S. Tarasov, and Zh.I. Alferov, "The power of catastrophic optical mirror degradation in InGaAs/AlGaAs/GaAs QW laser diodes," Proceedings of 8-th International Symposium, "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, June 2000, pp.31-34.

13. D.A. Livshits, I.V. Kochnev, V.M. Lantratov, N.N. Ledentsov, T.A. Nalyot, I.S. Tarasov, "High-power InGaAs/AlGaAs/GaAs separate confinement laser diodes with extremely high mirror strength,"

Proceedings of X-th International Symposium, "Laser Optics '2000", St.Petersburg, June 2000.

14. D.A. Livshits, I.V. Kochnev, V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov, I.S. Tarasov, Zh.I. Alferov, "High Catastrophic Optical Mirror Damage Level in InGaAs/AlGaAs Laser Diodes," Proceedings of European Semiconductor Laser Workshop, p.23, Berlin, September, 2000.

15. D.A. Livshits, I.V. Kochnev, V.M. Lantratov, N.N. Ledentsov, T.A. Nalyot, I.S. Tarasov and Zh.I. Alferov, "High Catastrophic Optical Mirror Damage Level in InGaAs/AlGaAs Laser Diodes," Electron. Lett., Vol.36, No.21,2000.

16. A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, V.M.Ustinov, Yu.M. Shernyakov, S.S. Mikhrin, N.A. Maleev, E.Yu. Kondrat'eva, D.A. Livshits, M.V. Maximov, B.V. Volovik, D.A. Bedarev, Yu.G. Musikhin, N.N. Ledentsov, P.S. Kop'ev, Zh.I. Alferov, D. Bimberg, "Continuous Wave Operation of Long-Wavelength Quantum-Dot Diode Laser on a GaAs Substrate," IEEE Photonics Technology Letters, 1999, Vol.11, Nol 1, pp. 1345-1348.

17. A.Yu. Egorov, D. Bernklau, D.A. Livshits, V.M. Ustinov, Zh.I. Alferov, and H. Riechert, High power CW operation of InGaAsN lasers at 1.3цт, Electron. Lett., 1999, Vol.35, No.19, pp.1643-1644.

18. D.A. Livshits, A.Yu. Egorov, H. Riechert, B. Borchert and S. IUek, "InGaAsN/GaAs heterostructures for long wavelength light-emitting devices," Proceedings of 8-th International Symposium, "Nanostructures: Physics and Technology", StPetersburg, Russia, June 2000, pp.2-5.

19. D.A. Livshits, A.Yu. Egorov, H. Riechert, "8W continuous wave operation InGaAsN lasers at 1.3 цт," Electron. Lett., Vol.36, No.16, pp.1643-1644, 2000.

20. A.Yu. Egorov, D. Bernklau, B. Borchert, S. Illek, D. Livshits, A. Rucki, M. Schuster, A. Kaschner, A. Hoffmann, Gh. Dumitras, M.C. Amann, and H. Riechert, "Growth of high quality InGaAsN heterostructures and their laser application," Proceedings of МВЕ XI Conf, Mo 3-1, Beijin, September 2000.

Цитируемая в автореферате литература;

[1] М. Meyer, "The compound semiconductor industry in the 1990's", Compound Semiconductor 5(9), 26-30 (1999).

[2] М.В. Фуксман, "Разработка жидкофазной технологии изготовления мощных низкопороговых зарощенных InGaAsP/GaAs лазеров", Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.н., Санкт-Петербург, 1993

[3] M.R Gckhale, J.C. Dries, P.V. Studenkov, S.R. Forrest and D.Z. Garbuzov, "High-power high-efficiency 0.98-pm wavelength InGaAs-(In)GaAs(P)-InGaP broadened waveguide lasers grown by gas-source molecular beam epitaxy," IEEE J. Quantum Electron., Vol.33, No.12, pp.2266-2276, 1997.

[4] D.Z. Garbuzov, N.Y. Antonishkis, A.D. Bondarev, A.B. Gulakov, S.N. Zhigulin, N.I. Katsavets, A.V. Kochergin and E.U. Rafailov, "High-power 0.8 pm InGaAsP/GaAs SCH SQW lasers," IEEE J. Quantum Electron., Vol.27, pp.1531-1536, 1991.

[5] M. Sagava, T. Toyonaka, K. Hiramoto, K. Shinoda and K. Uomi, "Highpower highly-reliable operation of 0.98 pm InGaAs-InGaP strei-compensated single-quantum-well lasers with tinsile-strained InGaAsP barriers," IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., Vol.1, No.12, pp.189-194, 1995.

[6] D.Z. Garbuzov, N.Ju. Antonishkis, S.N. Zhigulin, N.D. Il'inskaya, A.V. Kochergin, D.A. Lifshitz, E.U. Rafailov, and M.V. Fuksman,: 'High-power buried InGaAsP/GaAs (A,=0.8 pm) laser diodes' Appl. Phys. Lett., Vol. 62, pp. 1062-1064, 1993.

[7] J. Diaz, I. Eliashevich, K. Mobarhan, E. Kolev, L.J. Wabg, D.Z Garbuzov and M. Razighi, "InGaAs/InGaAsP/GaAs 0.808 pm separate confinement laser diodes groun by metalorganic chemical vapor depositio," IEEE Photon. Technol. Lett., vol.6, pp. 132-134,1994.

[8] S.L. Yellen, A.H. Shepard, C.M. Harding, J.A. Baumann, R.G. Waters, D.Z. Garbuzov, V. Pyataev, V. Kochergin and P.S. Zory, "Dark-line-resistant, aluminium-free diode laser at 0.8 pm," IEEE Photon. Technol. Lett., vol.4, pp.1328-1330,1992.

[9] C. Zamudzinski, D. Botez, L.J. Mawst, A. Bhattacharya, M. Nesdial and R.F. Nabiev, "Three-core ARROW-type diode laser: Novel high-power, singlemode device, and effective master oscillator for flared antiguided MOPA's," IEEE J. Select. Topics Quantum Electron, Vol.1, pp.129-135,1995.

[10] A. Al-Muhanna, L. Mawst, D. Botez, D. Garbuzov, R. Martinelli, J. Connolly,: 'High power (>10W) continuous-wave operation from 100-pm-aperture 0.97-pm-emitting Al-free diode lasers' Appl. Phys. Lett. Vol.73, pp. 1182-1184,1998.

[11] X. He, S. Srinivasan, S.Wilson, C.Mitchell and R. Patel, "10.9W continuous wave optical power from 100pm aperture InGaAs/AlGaAs (915nm) laser diodes," Electron. Lett. 1998,34, (22), pp. 2126-2127.

[12] D. Botez, "Design consideration and analytical approximations for high continuous-wave power, broad-waveguide diode lasers," Appl. Phys. Lett., Vol. 74, pp. 3102-3104, 1999.

[13] J. Wang, B. Smith, X. Xie, X. Wang, G.T. Burnham,: "High-efficiency diode lasers at high output power," Appl. Phys. Lett., 74, (11), pp. 1525-1527, (1999).

[14] Е.Ю. Котельников, A.A. Кацнепьсон, И.В. Кудряшов, М.Г. Растягаева,

B. Рихтер, В.П. Евтихиев, И.С. Тарасов, Ж.И. Алферов, "Плотность мощности оптической деградации зеркал InGaAs/AlGaAs/GaAs -лазерных диодов," ФТП, 2000, том 34, вып. 11, с. 1394-1395.

[15] J.K. Lee, К.Н. Pack, D.H. Jang, H.S. Cho, C.S. Park, K.E. Pyun, J. Jeong, "Improvement of catastrophic optical damage (COD) level for high-power 0.98-pm GalnAs-GalnP laser diodes using impurity induced layer disordering," IEEE Photon. Technol. Lett., vol.10, No.9, pp.1226-1228, 1998.

[16] M. Kondow, K. Uomi, A. Niwa, T. Kitatani, S. Watahiki, and Y. Yazawa, "GalnNAs: A novel material for long-wavelength-range laser diodes with excellent high-temperature performance", Jpn. J. Appl. Phys. 35(2B), 1273-1275 (1996).

[17] M. Kondow, T. Kitatani, S. Nakatsuka, M.C. Larson, K. Nakahara, Y. Yazawa, K. Uomi, "GalnNAs: A novel material for long-wavelength semiconductors laser," IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron., 1997, 3, (3), pp. 719-730

[18] Е.Г. Голикова, В.А. Курешов, А.Ю. Лешко, Д.А. Лившиц, А.В. Лютецкий, Д.Н. Николаев, Н.А. Пихтин, Ю.А. Рябоштан,

C.О. Слипченко, И.С. Тарасов, Н.В. Фетисова, "Свойства InGaAsP/InP-гетеролазеров со ступенчатым расширенным волноводом," Письма в ЖТФ, 2000, том 26, вып.20, с. 40-46.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Лившиц, Даниил Александрович

Название стр.

Введение

Глава I. Мощные одномодовые лазерные диоды на базе InGaAsP/

InGaP/GaAs- и InGaAs/AlGaAs/GaAs- гетероструктур.

§1.1 Обзор литературных данных по одномодовым лазерам на базе гетероструктур на подложках GaAs.

1.1.1 Развитие полупроводниковых лазеров.

1.1.2 Мощные одномодовые лазерные диоды.

1.1.3 Зарощенная мезаполосковая конструкция одномодовых гетеролазеров.

1.1.4 Конструкция лазерных диодов типа «мелкая меза».

§ 1.2 Исследование лазерных диодов типа «зарощенная меза» на основе InGaAsP/GaAs-гетероструктур раздельного ограничения.

1.2.1 Зависимость картины дальнего поля излучения от температуры зарощенного лазера.

1.2.2 Модель двумерного плоского волновода.

1.2.3 Роль граничной рекомбинации.

1.2.4 Метод "узкого контакта".

1.2.5 Выводы.

§ 1.3 Исследование одномодовых лазерных диодов типа «мелкая меза» на основе InGaAs/AlGaAs/GaAs-гетероструктур раздельного ограничения.

1.3.1 Мощные одномодовые лазеры на основе гетероструктур, выращенных методом металлоорганической эпитаксии.

1.3.2 Эффект развала спектра и нелинейное межмодовое взаимодействие.

§ 1.4 Выводы.

Глава II. Мощные лазеры на основе InGaAs/AlGaAs/GaAs гетероструктур (А, = 1 мкм).

§ 2.1 Направления развития и достигнутые результаты в области мощных лазеров с InGaAs активной областью.

§ 2.2 Особенности пост-ростовой технологии и новые методики измерения.

2.2.1 Технологии выращивания гетероструктур.

2.2.2 Просмотр лазерных чипов и измерение характеристических температур.

2.2.3 Мотаж чипов на теплоотвод.

2.2.4 Нанесение высокоотражающего и антиотражающего покрытий.

2.2.5 Методика термостабилизации лазера в непрерывном режиме.

2.2.6 Измерение мощности излучения в непрерывном режиме.

2.2.7 Выводы.

§ 2.3 Исследование мощных лазерных диодов с шириной полоска

W= 100 мкм на базе InGaAs/AlGaAs/GaAs гетероструктур.

2.3.1 Электро-оптические характеристики InGaAs/AlGaAs/GaAs гетероструктур.

2.3.2 Характеристики и анализ работы сверхвысокомощных лазеров в непрерывном режиме.

2.3.3 Плотность оптической мощности на выходном зеркале.

2.3.4 Деградационные свойства.

§2.4 Выводы.

Глава III Применение InGaAsN в длинноволновых лазерах на подложках GaAs.

§3.1 Обзор литературных данных.

-43.1.1 Проблемы излучателей с длиной волны 1.3 мкм.

3.1.2. Полупроводниковые материалы, пригодные для создания лазеров с длиной волны излучения 1.3 мкм.

3.1.3. Азотосодержащие длинноволновые лазерные диоды.

3.1.4. Развитие технологии эпитаксии GaAsN и InGaAsN слоев на подложках GaAs.

§3.2 Особенности технологии роста InGaAsN/GaAsN/GaAsгетероструктур.

3.2.1. Параметры роста GaAsN слоев на подложке GaAs.

3.2.2. Оптимизация роста InGaAsN квантовых ям.

§3.3 Лазеры на базе InGaAsN/AlGaAs/GaAs гетероструктур.

3.3.1. Лазерные характеристики InGaAsN/А1 GaAs/GaAs гетероструктур.

3.3.2. Температурные характеристики InGaAsN/AlGaAs/GaAs-лазеров.

3.3.2. Характеристики мощных W=100 мкм лазеров на базе

InGaAsN/AlGaAs/GaAs гетероструктур.

§3.4. Выводы.

Основные результаты диссертационной работы.

Публикации автора.

Список цетированной литературы.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование свойств и оптимизация гетероструктур на подложках GaAs и разработка мощных лазеров на их основе: λ =0,78 - 1,3 мкм"

Актуальность темы.

Мощные многомодовые лазеры применяются в медицине, различных отраслях техники, а мировой рынок на лазеры с длиной волны 0.98 мкм для накачки легированных эрбием волоконных усилителей составляет десятки миллионов штук в год. Первоочередными задачами в разработке таких лазеров является увеличение яркости, повышение эффективности и надежности данных приборов. Для многих применений, в частности в космической технике при передаче энергии на расстояние, ключевую роль играет коэффициент полезного действия (КПД) излучателей. Лазерные диоды на GaAs на длину волны около 1 мкм обладают наибольшими потенциальными возможностями по коэффициенту преобразования электрической энергии в направленную световую волну. Исследованиям многомодовых лазеров, направленным на повышение их мощности и КПД, посвящена вторая глава.

Особое место в применении полупроводниковых лазеров занимает рынок телекоммуникаций, который в настоящий момент потребляет около 70% всех лазерных диодов и демонстрирует ежегодный прирост более чем на 40%. Однако, волоконно-оптические сети пока занимают лишь малую часть общего рынка локальных сетей (протяженностью менее 1 км) вследствие высокой стоимости передающего модуля, базирующегося на InGaAsP/InP традиционных лазерах (А,=1.3 мкм). В данное время в мире ведутся интенсивные исследования по созданию принципиально нового излучателя на длину волны 1.3 мкм. Это вертикально излучающий лазер, обладающий рядом преимуществ и значительно более дешевый. Потенциально такой прибор может быть создан на GaAs-подложке с использованием N-содержащих твердых растворов. Третья глава данной работы посвящена изучению InGaAsN/AlGaAs/GaAs гетероструктур.

Тема работы, направленная на исследование свойств, разработку и оптимизацию мощных одномодовых и многомодовых лазерных диодов в системах твердых растворов InGaAs/AlGaAs/GaAs и InGaAsN/AlGaAs/GaAs является актуальной как с научной, так и с практической точек зрения.

Основная цель работы заключается в создании мощных одномодовых и многомодовых лазерных диодов на базе InGaAsP/InGaP/GaAs и

InGaAs/AlGaAs/GaAs двойных гетероструктур раздельного ограничения

ДГС РО), а также в получении низкопорогового мощного лазера с новым материалом InGaAsN в качестве активной области.

Научная новизна работы.

3. Проведена оптимизация уровней легирования InGaAs/AlGaAs/GaAs гетероструктуры и отвода тепла от зеркал с целью увеличения коэффициента полезного действия и выходной мощности лазерных диодов.

4. Исследованы причины катастрофической оптической деградации зеркал InGaAs/AlGaAs/GaAs мощных лазеров.

5. Исследована возможность создания мощных лазерных диодов на подложках GaAs с длиной волны генерации 1.3 мкм с материалом InGaAsN в качестве активной области.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

3. Оптимизация профиля легирования и более совершенная кристаллическая структура эпитаксиальных слоев InGaAs/AlGaAs/GaAs гетероструктур позволяет получить лазерные диоды с максимальным коэффициентом полезного действия до 67%.

4. Фактором, ограничивающим максимальную выходную мощность InGaAs/AlGaAs/GaAs лазерных диодов, является общий разогрев кристалла, а не катастрофическая оптическая деградация зеркал.

5. Применение InGaAsN/GaAsN в качестве активной области позволяет получать мощные низкопороговые лазерные диоды на подложках GaAs с длиной волны генерации 1.3 мкм, обладающие повышенной температурной стабильностью.

Практическая ценность работы:

4. Получены InGaAs/AlGaAs/GaAs гетероструктуры с низкими внутренними потерями и низким последовательным сопротивлением, что позволило достигнуть рекордного максимального КПД лазерных диодов 67 %, с сохранением КПД более 60 % при мощностях до 6 Вт.

5. Созданы мощные низкопороговые лазерные диоды на базе InGaAsN/AlGaAs/GaAs квантово-размерных гетероструктур с характеристической температурой порогового тока Та = 90 К, излучающие на длине волны 1.3 мкм.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были представлены в 19 докладах на различных международных конференциях, а также на научных семинарах в Optoelectronics Department of "Infineon Corporation" и Physics

Department of Berlin Technical University.

Публикации.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Основные результаты диссертационной работы:

4. Разработаны методики монтажа лазерных диодов на теплоотвод и нанесения интерференционных покрытий на сколотые грани, обеспечивающие эффективный отвод тепла от выходного зеркала лазера. На лазере с апертурой 100 мкм, изготовленном по этой технологии, достигнута рекордная мощность излучения (12.2 Вт) в непрерывном режиме.

5. Исследованы причины катастрофической оптической деградации зеркал InGaAs/AlGaAs/GaAs мощных лазеров. Достигнута рекордная плотность оптической мощности на выходном зеркале лазера 40 МВт/см , тем самым показано, что КОДЗ не ограничивает максимальную мощность лазерных диодов с не содержащей алюминий активной областью.

6. Проведена оптимизация уровней легирования InGaAs/AlGaAs/GaAs гетероструктуры с целью увеличения коэффициента полезного действия и выходной мощности лазерных диодов. Достигнут рекордный КПД лазерных диодов 67 %,

7. Созданы мощные лазерные диоды на базе InGaAsN/AlGaAs/GaAs квантово-размерных гетероструктур с характеристической температурой порогового тока Т0 = 90 К. Получена рекордно низкая для длинноволновых лазерных диодов на GaAs подложках пороговая

-л плотность тока 290 А/см (при длине резонатора 3.2 мм). Получена рекордная выходная мощность 8 Вт на лазере с апертурой W = 100 мкм, излучающем на длине волны 1.3 мкм.

Публикации автора.

1. D.Z. Garbuzov, N.Y. Antonishkis, S.N. Zhigulin, N.D. Il'inskaya, A.V. Kochergin, D.A. Livshits, E.U. Rafailov, M.V. Fuksman, "High power buried InGaAsP/GaAs (0.8 mkm) laser diodes", Appl.Phys.Lett., 1993, 62(10), pp. 1062-1064.

2. М.Л. Бородицкий, Д.З. Гарбузов, А.Ю. Горбачев, Н.Д. Ильинская, Д.А. Лившиц, Д.Н. Марьинский, Э.У. Рафаилов, А.Л. Станкевич, И.С. Тарасов, "Мощные одномодовые зарощенные InGaAsP/GaAs РО ДГС лазеры", Письма в ЖТФ, 1993, т. 19, вып.21, стр.78-84.

3. Д.З. Гарбузов, М.Л. Бородицкий, Н.Д. Ильинская, Д.А. Лившиц, Д.Н. Марьинский, Э.У. Рафаилов, "Управление модовым составом мощных зарощенных лазеров на основе InGaAsP/GaAs с длиной волны 0.8мкм", ФШ, 1994, том 28, вып.2, стр.315-320.

4. И.Е. Беришев, М.Л. Бородицкий, А.Ю. Горбачев, Ю.В. Ильин, Д.А. Лившиц, Э.У. Рафаилов, А.Л. Станкевич, И.С. Тарасов,

Одномодовые InGaAsP РО ДГС лазеры с тонким волноводом", Письма вЖТФ, 1994, т.20, вып.4, стр.278-280.

5. M.JI. Бородицкий, А.Е. Дулькин, И.В. Кочнев, Д.А. Лившиц,

7. M.L. Boroditsky, D.Z. Garbuzov, D.A. Livshits, E.U. Rafailov, "Mode composition control in high power buried InGaAsP/GaAs lasers", SPIE's OE/LASE '94, 22-29 January 1994.

9. A.E.Zhukov, A.R.Kovsh, S.S.Mikhrin, N.A.Maleev, V.M.Ustinov, D.A.Livshits, I.S.Tarasov, D.A.Bedarev, M.V.Maximov, A.F.Tsatsul'nikov,

I.P.Soshnikov, P.S.Kop'ev, Zh.I.Alferov, N.N.Ledentsov, D.Bimberg, "3.9W CW power from sub-monolayer quantum dot diode laser," Electronics Letters, 1999, Vol.35, No.21, pp. 1845-1847.

10. Zh.I.Alferov, A.D.Bondarev, N.I.Katsavets, D.A.Livshits, V.D.Petrikov, I.S.Tarasov, "Boundary recombination influence on optical and thermal surface properties of single quantum well AlGaAs/GaAs, InGaAsP/GaAs, InGaAs/AlGaAs/GaAs laser heterostractures", -Abstracts of Invited Lectures and Contributed Papers of International Symp., "Nanostructures", St.Petersburg, June 1995, pp.334-337.

11. N.I.Katsavets, D.A.Livshits, I.S.Tarasov "Study of optical mirror facet strength of CW operated separate confinement heterostructure laser diodes" -Proceeding ofSPIE's on International Symp. 96, San Jose 1996.

12. D.A. Livshits, E.Yu. Kotelnikov, A.A. Katsnelson, W. Richter, Y.P. Evtihiev, I.S. Tarasov, and Zh.I. Alferov, "The power of catastrophic optical mirror degradation in InGaAs/AlGaAs/GaAs QW laser diodes," Proceedings of 8-th International Symposium, "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, June 2000, pp.31-34.

13. D.A. Livshits, I.Y. Kochnev, Y.M. Lantratov, N.N. Ledentsov, T.A. Nalyot, I.S. Tarasov, "High-power InGaAs/AlGaAs/GaAs separate confinement laser diodes with extremely high mirror strength," Proceedings of X-th International Symposium, "Laser Optics '2000 ", St.Petersburg, June 2000.

14. D.A. Livshits, I.Y. Kochnev, V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov, I.S. Tarasov, Zh.I. Alferov, "High Catastrophic Optical Mirror Damage Level in InGaAs/AlGaAs Laser Diodes," Proceedings of European Semiconductor Laser Workshop, p.23, Berlin, September, 2000.

16. A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, V.M. Ustinov, Yu.M. Shernyakov, S.S. Mikhrin, N.A. Maleev, E.Yu. Kondrat'eva, D.A. Livshits, M.V. Maximov, B.V. Volovik, D.A. Bedarev, Yu.G. Musikhin, N.N. Ledentsov, P.S. Kop'ev, Zh.I. Alferov, D. Bimberg, "Continuous Wave Operation of Long-Wavelength Quantum-Dot Diode Laser on a GaAs Substrate," IEEE Photonics Technology Letters, 1999, Vol.11, Noll, pp.1345-1348.

17. A.Yu. Egorov, D. Bernklau, D.A. Livshits, V.M. Ustinov, Zh.I. Alferov, and H. Riechert, High power CW operation of InGaAsN lasers at 1.3 цт, Electron. Lett., 1999, Vol.35, No.19, pp.1643-1644.

18. D.A. Livshits, A.Yu. Egorov, H. Riechert, B. Borchert and S. Illek, "InGaAsN/GaAs heterostructures for long wavelength light-emitting devices," Proceedings of 8-th International Symposium, "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, June 2000, pp.2-5.

19. D.A. Livshits, A.Yu. Egorov, H. Riechert, "8W continuous wave operation InGaAsN lasers at 1.3 цт," Electron. Lett., Vol.36, No.16, pp.1643-1644, 2000.

20. A.Yu. Egorov, D. Bernklau, B. Borchert, S. Illek, D. Livshits, A. Rucki, M. Schuster, A. Kaschner, A. Hoffmann, Gh. Dumitras, M.C. Amann, and

-153

H. Riechert, "Growth of high quality InGaAsN heterostructures and their laser application," Proceedings ofMBEXIConf., Mo 3-1, Beijin, September 2000.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Лившиц, Даниил Александрович, Санкт-Петербург

1. Ж.И. Алферов, Речь на открытии 8-й международной конференции "Nanostructures: Physics and Technology", St.Petersburg, Russia, June 2000.

2. Н.Г.Басов, О.Н.Кроклин, Ю.М.Попов Письма в ЖЭТФ, вып.40, 1961г. стр. 1320.

3. Ж.И. Алферов, В.М. Андреев, В.И. Корольков, E.JI. Портной, Д.Н. Третьяков ФТП вып. 2, 1968 г. стр. 106

4. Panish М.В., Hayashi I., Sumski S., Double-heterostructure injection lasers with room-temperature thresholds as low as 2300 A/cm2, Appl. Phys. Lett., V.16, №8, 326-327, (1970).

5. Hayashi I., Panish М.В., Foy P.W., Sumski S., Junction lasers which operate continuously at room temperature, Appl. Phys. Lett., V.17, №3, pp. 109-111, (1970).

6. Dyment J.C., D'Asaro L. A., North J.C., Miller B.I., Ripper J.E., Proton-bombardment formation of stripe-geometry heterostructure lasers for 300 К CW operation, Proc. IEEE, V.60, №6, pp. 726-728, (1972).

7. Dyment J.C., D'Asaro L. A., North J.C., Miller B.I., Ripper J.E., Proton-bombardment formation of stripe-geometri heterostructure lasers for 300 К CW operation, Proc. IEEE, V.60, №6, pp. 726-728, (1972).

8. Casey H.C., Jr., Panish M.B., Heterostructure Lasers, Academik Press, New York, San Francisko, London, 1978.

9. Hartman RL., Schumaker NE., Dixon R.W., Continuously operated (Al,Ga)As double-heterostructure lasers with 700C lifetimes as longas two years, Appl. Phys. Lett., V.31, №11, pp. 756-759, (1977).

10. Богатов А.П., Долгинов JI.M., Елисеев П.Г., Мильвидский М.Г., Свердлов Б.Н., Шевченко Е.Г., Излучательные характеристики лазерных гетероструктур на основе InP-GalnPAs, ФТП, Т.9, вып. 10, сс. 1956-1961, (1975).

11. Hsieh J.J., Room-temperature operation of GalnAs/InP double-heterostructure diode lasers emitting at 1.1 цт, Appl. Phys. Lett., V.28, №5, pp. 283-285, (1976).

12. Hsieh J.J., Rossi J.A., Donnelly J.P., Room-temperature cw operation of GalnAs/InP double-heterostructure diode lasers emitting at 1.1 pm, Appl. Phys. Lett., V.28, №12, pp. 709-711, (1976).

13. Yamamoto Т., Sakai K., Akiba S., Suematsu Y., Inl-xGaxAsyPl-y/InP DH lasers fabricated on InP(100) substrates, IEEE J. Quant. Electron., V.QE-14, №2, pp. 95-98, (1978).

14. Алфёров Ж.И., Арсентьев И.Н., Гарбузов Д.З., Румянцев В.Д., Красные инжекционные гетеролазеры в системе Ga-In-As-P, Письма в ЖТФ, Т.1, вып.9, сс. 406-408, (1975).

15. Долгинов Л.М., Елисеев П.Г., Мильвидский М.Г., Свердлов Б.Н., Шевченко Е.Г., Полосковый гетеролазер непрерывного действия на основе четырёхкомпонентното твёрдого раствора GalnPAs, Крат, сообщ. по физике ФИАН, № 8, с. 38-41, (1976).

16. Kawaguchi Н., Takahei К., Toyoshima Y., Nagai Н., Iwane G., Room-temperature c.w. operation of InP/InGaAsP/InP double heterostructure diode lasers emitting at 1.55 pm, Electron. Lett. V.15, №21, pp. 669-670 (1979).

17. Akiba S., Sakai K., Matsushima Y., Yamamoto Т., Room temperature c.w. operation of biGaAsP/InP heterostructure lasers emitting at 1.56 jum, Electron. Lett. V.15, №19, pp. 606+607 (1979).

18. Arai S., Asada M., Suematsu Y., Itaya Y., Room temperature CW operation of GalnAsP/InP DH laser emitting at 1.51 цт, Japn. J. Appl. Phys., V.17, №12, pp. 2333-2334, (1979).

19. Thompson G.H.B., Kirkby P.A., (GaAl)As lasers with a heterostructure for optical confinement and additional heterojunctions for exstreme carrier confinement, IEEE J. Quant. Electron., Y.QE-9, №2, pp. 311-318, (1973).

20. Panish M.B., Casey H.C., Jr., Sumski S., Foy P.W., Reduction of threshold current density in GaAs-AlxGaixAs heterostructure lasers by separate optical and carrier confinement, Appl. Phys. Lett., V.22, №11, pp. 590-591, (1973).

21. Thompson G.H.B., Kirkby P.A., Low threshold-current density in 5-layer-heterostructure (GaAl)As/GaAs localised-gain-region injection lasers, Electron. Lett., V.9, №13, pp. 295-296, (1973).

22. Casey H.C., Jr., Panish M.B., Schlosser W.O., Paoli T.L., GaAs-AlxGa^As heterostructure laser with separate optical and carrier confinement, J. Appl. Phys., V.45, №1, pp. 322-333, (1974).

23. Tanbun-Ek Т., Temkin H., Chu S.N.G., Logan R.A., Reproducible growth of low-threshold single and multiple quantum well InGaAsP/InP lasers by a novel interlayer growth technique, Appl. Phyh. Lett., V.55, №9, pp. 819-821 (1989).

24. D.Z.Garbuzov, N.Yu.Antonishkis, A.D.Bondarev, S.N.Zhigulin, N.I.Katsavets, A.V.Kochergin, and E.U.Rafailov, 12th IEEE Intern. Semicond. Laser Conf., Davos, Switzerlend, 1990, (IEEE Service Center, Piscatavay NJ. 1990), p.2334-236.

25. Garbuzov D.Z., Antonishkis N.Yu., Bondarev A.D., Gulakov A.B., Zhigulin S.N., Katsavets N.I., Kochergin A.V., Rafailov E.V., High-power 0.8 pm InGaAsP-GaAs SCH SQW lasers, IEEE J. Quant. Electron., V.QE-27, №6, pp. 1531-1536,(1991).

26. D.Z. Garbuzov, N.I.Katsavets, A.V. Kochergin and V.B. Khalfin, "An experimental and theoretical study of the local temperature rise of mirror facets in InGaAsP/GaAs and AlGaAs/GaAs SCH SQW laser diodes," in Proc AIP Conf. 240, 1991, pp.6-13.

27. InGaAsP Alloy semiconductors, Edited by T.P. Pearsall, New-York, 1982.

28. M.B. Фуксман, Разработка жидкофазной технологии изготовления мощных низкопороговых зарощенных InGaAsP/InP лазеров, Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Санкт-Петербург, 1993.

29. D.Z. Garbuzov, S.N. Zhigulin, A.V. Kochergin, M.Y. Fuksman, Proceedings of III European Conference on Crystal Growth, Budapesht, 1991, pp. 347-349.

30. D.Z. Garbuzov, I.E. Berishev, Yu.V. Ilyin, N.D. Ilyinskaya, A.V. Ovchinnikov, N.A. Pihtin, I.S. Tarasov, J. Appl. Phys., v. 59, 1986, pp. 761768.

31. Д.З. Гарбузов, C.H. Жигулин, A.B. Кочергин, И.А. Мокина, Э.У. Рафаилов, Н.А. Стругов, М.В. Фуксман, А.П. Шкурко, Тезисы I Всесоюзной конференции «Физические основы твердотельной электроники», Ленинград, 1989, с.7-8.

32. K.Petermann "Laser diode modulation and noise", Kluwer Academic Publishers, 1988, p.36.

33. M.A. Бородицкий, A.E. Дулькин, И.В. Кочнев, Д.А. Лившиц, H.O. Соколова, Э.У. Рафаилов, И.С.Тарасов, Ю.М. Шерняков, Б.С. Явич.

34. Мощные одномодовые InGaAsP/GaAs лазеры (X = 0.98 мкм), выращенные МОГФЭ методом", Письма в ЖТФ, 1994, т.20, вып. 6, стр. 62-66.

35. М.А.Иванов, Ю.В.Ильин, Н.Д.Ильинская, Ю.А.Корсакова, А.Ю.Лешко, А.В.Лунёв, А.В.Лютецкий, А.В.Мурашова, Н.А.Пихтин, И.С.Тарасов. "Полосковые одномодовые InGaAsP/InP лазеры излучающие на длине волны 1.55 мкм", Письма в ЖТФ, 1995, в.21, с.70-75.

36. D.Z .Garbuzov, N.Yu. Antonishkis, S.N. Zhigulin, N.D. Il'inskaya, A.V. Kochergin, D.A. Livshits, E.U. Rafailov, M.V. Fuksman, "High power buried InGaAsP/GaAs (0.8 mkm) laser diodes", Appl.Phys.Lett1993, 62(10), pp.10621064.

37. A.W. Snyder, J.D. Love, Optical Waveguide Theory: Chapman and Hall (1983)

38. D.Z. Garbuzov, V.B. Khalfin, N.A. Katsavets, Appl. Phys. Lett., 58(10) (1991).

39. P. Meissner, E. Patzak, D. Vevic. Opt. Commun., 50 (1984).

40. G.H.B. Thompson. Physics of semiconductor laser devices. London: John Willey & Sons (1980).

41. M.Yamada, M.Shimuzu, T.Takeshita, M.Okayashi, M.Horiguchi, S.Ushera, S.Suigita, "Er-doped fiber amplifier pumped by 0.98mm laser diodes", IEEE Photonics Technol. Lett., December 1989, v.l, (12).

42. K.Mobarhan, M.Razeghi, R.Blondeau, "GabiAs/GaAs/GaAsP buried ridge structure single quantum well laser emitting at 0.98mkm", Electronics Letters, 1992, v.28,(16)

43. A.V.Belov, E.M.Dianov, D.D.Gusovskiy, V.I.Karpov, V.F.Khopin, A.S.Kurkov, Y.M.Shernyakov, B.S.Yavich, "Investigation of the 980nm LD-pumped," Soviet Lightwave Communications, v.3, No. 3, 1993.

44. A.E.Dulkin, S.A.Moshkalyov, V.Z.Pyataev, A.S.Smirnov, K.S.Frolov. "III-V Compound Semiconductor Reactive Ion Etching in Chlorine and Methane Containing Mixtures", Microelectronics Engineering, 1992, v. 17, pp.345-348.

45. Д.З.Гарбузов, М.Л.Бородицкий, Н.Д.Ильинская, Д.А.Лившиц, Д.Н.Марьинский, Э.У.Рафаилов, «Управление модовым составом мощных зарощенных лазеров на основе InGaAsP/GaAs с длиной волны 0.8 мкм», ФТП, 1994, т.28, вып.2, с.315-320.

46. А.С. Трифонов, К.И. Урих, Письма в ЖТФ, 1992, т. 18, вып. 7, с. 73.

47. Т. Ito, S. Machida, К. Nawata, Т. Ikegami, IEEE J. Quant. Electron. 1977, QE-13, p.574.

48. D.Z. Garbuzov, N.Y. Antonishkis, A.D. Bondarev, A.B. Gulakov, S.N. Zhigulin, N.I. Katsavets, A.V. Kochergin and E.U. Rafailov, "High-power 0.8 pm InGaAsP/GaAs SCH SQW lasers," IEEE J. Quantum Electron., Vol.27, pp.1531-1536, 1991.

49. D.Z. Garbuzov, N.Ju. Antonishkis, S.N. Zhigulin, N.D. Il'inskaya, A.V. Kochergin, D.A. Lifshitz, E.U. Rafailov, and M.V. Fuksman,: 'High-power buried InGaAsP/GaAs (1 = 0.8 цт) laser diodes' Appl. Phys. Lett., Vol. 62, pp. 1062-1064, 1993.

50. S.L. Yellen, A.H. Shepard, C.M. Harding, J.A. Baumann, R.G. Waters, D.Z. Garbuzov, V. Pyataev, V. Kochergin and P.S. Zory, "Dark-line-resistant, alimiinium-free diode laser at 0.8 jum," IEEE Photon. Technol. Lett., vol.4, pp. 1328-1330, 1992.

51. L.J. Mawst, A. Bhattacharya, M. Nesdial, J. Lopez, D. Botez, J.A. Morris and P. Zory, "High CW output power and 'wallplug' efficiency Al-free InGaAs/TnGaAsP/TnGaP double quantum well diode lasers," Electron. Lett., vol.31, pp.153-1154, 1995.

52. D.Z. Garbuzov, L. Xu, S R. Forrest, R. Martinelli and J.C. Conolli, "1.5 jum wavelength , SCH-MQW broadened-waveguide laser diodes with low internal loss and high output power," Electron. Lett., vol.32, pp.1717-1718, 1996.

53. N.I.Katsavets, D.A.Livshits, I.S.Tarasov "Study of optical mirror facet strength of CW operated separate confinement heterostructure laser diodes" -Proceeding of SPIE's on International Symp. 96, San Jose 1996.

54. A. Al-Muhanna, L. Mawst, D. Botez, D. Garbuzov, R. Martinelli, J. Connolly,: 'High power (>10W) continuous-wave operation from lOO-pm-aperture 0.97-]um-eniitting Al-free diode lasers' Appl. Phys. Lett. Vol.73, pp. 11821184, 1998.

55. X. He, S. Srinivasan, S. Wilson, C. Mitchell and R. Patel, "10.9W continuous wave optical power from lOOjum aperture InGaAs/AlGaAs (915nm) laser diodes," Electron. LeU. 1998, 34, (22), pp. 2126-2127.

56. D. Botez, "Design consideration and analytical approximations for high continuous-wave power, broad-waveguide diode lasers," Appl. Phys. Lett., Vol. 74, pp. 3102-3104, 1999.

57. D. Botez,: "High power, Al-free laser diodes," Compound Semiconductor, 5(6), pp.24-29 (1999).

58. D.A. Livshits, I.V. Kochnev, V.M. Lantratov, N.N. Ledentsov, T.A. Nalyot, I.S. Tarasov and Zh.I. Alferov, "High Catastrophic Optical Mirror Damage Level in InGaAs/AlGaAs Laser Diodes," Electron. Lett., vol. 36, (22), (2000).

59. L.J. Mawst, A. Bhattacharya, M. Nesdial, J. Lopez, D. Botez, J.A. Morris and P. Zory, "High CW output power InGaAs/InGaAsP/InGaP diode lasers: Effect of substrate misorientation," Appl.Phys.Lett., vol.67(20), pp.2901-2903, (1995).

60. J. Wang, B. Smith, X. Xie, X. Wang, G.T. Burnham,: "High-efficiency diode lasers at high output power," Appl. Phys. Lett., 74, (11), pp. 1525-1527, (1999).

61. D. Botez, L.J. Mawst, A. Bhattacharya, L. Lopez, J. Li, V.P. Iakovlev, G.I. Suruceanu, A. Caliman, A.V. Syrbu, Electron. Lett., vol. 32(21), pp. 2012-2013,(1996).

62. D P. Bour and A. Rosen, J.Appl.Phys. 66, 2813 (1989)

63. D.Z. Garbuzov, N.I. Katsavets, A.V. Kochergin, V.B. Khalfin, "An experimental and theoretical study of the local temperature rise of mirror facets in InGaAsP/GaAs and AlGaAs/GaAs SCH SQW laser diodes," Proceeding of AIP Conf 240, pp.6-13, (1991).

64. Jay S. Yoo, Hong H. Lee, Peter Zory "Temperature rise at mirror facet of CW semiconductor lasers"- IEEE J. of Quantum Electr., vol.28 (3), pp.635-639, (1992).

65. P.O'Brien, J.O'Callaghan and J.McInerney "Internal temperature distribution measurements in high power semiconductor lasers", Electron. Lett., vol.34, pp. , (1998).

66. J.K. Wade, L.J. Mawst, D. Botez, R.F. Nabiev, M. Jansen, J.A. Morris: '6.1W continuous wave front-facet power from Al-free active region (X = 805 nm) diode lasers' Appl.Phys.Lett. vol 72(1), 1998, pp.4-6.

67. X. Кейси, M Паниш, „Лазеры на гетерострукгурах," Москва, Мир, 1981.

68. D. Botez and М. Ettenberg, IEEE J. Quantum Electron., Vol.14, pp.827-829, (1978).

69. M. Meyer, "The compound semiconductor industry in the 1990's", Compound Semiconductor 5(9), 26-30 (1999).

70. W. W. Chow, K. D. Choquette, M. H. Crawford, K. L. Lear, and G. R. Hadley, "Design, fabrication and performance of infrared and visible vertical-cavity surface-emitting lasers", IEEE J. Quantum Electron. 33(10), 1810-1821 (1997).

71. D. I. Babic, K. Streubel, R. P. Mirin, N. M. Margalit, J. E. Bowers, E. L. Hu, D. E. Mars, L. Yang, and K. Carey, "Room-temperature continuous-wave operation of 1.54-jnm vertical-cavity lasers", IEEE Photon. Technol. Lett. 7(10), 1225-1227 (1995).

72. M. Kondow, K. Uomi, A. Niwa, T. Kitatani, S. Watahiki, and Y. Yazawa, "GalnNAs: A novel material for long-wavelength-range laser diodes with excellent high-temperature performance", Jpn. J. Appl. Phys. 35(2B), 1273-1275 (1996).

73. M. Weyers and M. Sato, "Growth of GaAsN alloys by low-pressure metalorganic chemical vapor deposition using plasma-cracked NH3", Appl. Phys. Lett. 62(12), 1396-1398 (1993).

74. M. Kondow, K. Uomi, K. Hosomi, and T. Mozume, "Gas-source molecular beam epitaxy of GaNxAsi„x using a N radical as the N source", Jpn. J. Appl. Phys. 33(8A), L1056-L1058 (1994).

75. W. G. Bi and C. W. Tu, "Bowing parameter of the band-gap energy of GaNxAsix", Appl. Phys. Lett. 70(12), 1608-1610 (1997).

76. A. Ougazzaden, Y. Le Bellego, E. V. K. Rao, M. Juhel, L. Leprince , and G. Patriarche, "Metal organic vapor phase epitaxy growth of GaAsN on GaAs using dimethylhydrazine and tertiarybutylarsine", Appl. Phys. Lett. 70(21), 2861-2863 (1997).

77. H. P. Xin and C. W. Tu, "GahiNAs/GaAs multiple quantum wells grown by gas-source molecular beam epitaxy", Appl. Phys. Lett. 72(19), 2442-2444 (1998).

78. S. Sato and S. Satoh, "Metalorganic chemical vapor deposition of GahiNAs lattice matched to GaAs for long-wavelength laser diodes", J. Cryst. Growth 192, 381-385 (1998).

79. S. Francoeur, G. Sivaraman, Y. Qiu, S. Nikishin, and H. Temkin, "Luminescence of as-grown and thermally annealed GaAsN/GaAs", Appl. Phys. Lett. 72(15), 1857-1859 (1998).

80. T. Kageyama, T. Miyamoto, S. Makino, F. Koyama, and K. Iga, "Thermal annealing of GalnNAs/GaAs quantum wells grown by chemical beam epitaxy and its effect on photoluminescence", Jpn. J. Appl. Phys. 38(3B), L298-L300 (1999).

81. T. Kitatani, K. Nakahara, M. Kondow, K. Uomi, and T. Tanaka, "Mechanism analysis of improved GalnNAs optical properties through thermal annealing", J. Cryst. Growth 209, 345-349 (2000).

82. K. Nakahara, K. Kondow, T. Kitatani, Y. Yazawa, and K. Uomi, "Continuous-wave operation of long-wavelength GalnNAs/GaAs quantum well laser", Electron. Lett. 32(16), 1585-1586 (1996).

83. M. Kondow, S. Nakatsuka, T. Kitatani, Y. Yazawa, and M. Okai, "Room-temperature pulsed operation of GalnNAs laser diodes with excellent high-temperature performance", Jpn. J. Appl. Phys. 35(11), 5711-5713 (1996).

84. K. Nakahara, M. Kondow, T. Kitatani, M. C. Larson, and K. Uomi, "1.3-pm continuous-wave lasing operation in GalnNAs quantum-well lasers", IEEE Photon. Technol. Lett. 10(4), 487-488 (1998).

85. D. Mars, D. I. Babic, Y. Kaneko, Y.-L. Chang, S. Subramanya, J. Kruger, P. Perlin, and E. R. Weber, "Growth of 1.3 pm InGaAsN laser material on GaAs by molecular beam epitaxy", J. Vac. Sci. Technol В 17(3), 1272-1275 (1999).

86. S. Sato and S. Satoh, "Room-temperature pulsed operation of strained GalnNAs/GaAs double quantum well laser diode grown by metal organic chemical vapor deposition", Electron. Lett. 34(15), 1495-1496 (1998).

87. F. Hohnsdorf, J. Koch, S. Leu, W. Stolz, B. Borchert, and M. Druminski, "Reduced threshold current densities of (GaIn)(NAs)/GaAs single quantum well lasers for emission wavelengths in the range 1.28-1.38 pm", Electron. Lett. 35(7), 571-572 (1999).

88. S. Sato and S. Satoh, "Room-temperature continuous-wave operation of 1.24-|um GalnNAs lasers grown by metal-organic chemical vapor deposition", IEEE J. Selected Topics in Quantum Electron. 5(3), 707-710 (1999).

89. S. Sato and S. Satoh, "1.3 цт continuous-wave operation of GalnNAs lasers grown by metal organic chemical vapour deposition", Electron. Lett. 35(15), 12511252 (1999).

90. C. P. Hains, N. Y. Li, K. Yang, X. D. Huang, and J. Cheng, "Room-temperature pulsed operation of triple-quantum-well GalnNAs lasers grown on misoriented GaAs substrates by MOCVD", IEEE Photon. Technol. Lett. 11(10), 1208-1210(1999).

91. X. Yang, M. J. Jurkovic, J. B. Heroux, and W. I. Wang, "Low threshold InGaAsN/GaAs single quantum well lasers grown by molecular beam epitaxy using Sb surfactant", Electron. Lett. 35(13), 1082-1083 (1999).

92. A. Yu. Egorov, D. Bernklau, D. Livshits, V. Ustinov, Zh. I. Alferov, and H. Riechert, "High power CW operation of InGaAsN lasers at 1.3 jum", Electron. Lett. 35(19), 1643-1644 (1999).

93. М. Kondow, Т. Kitatani, S. Nakatsuka, M.C.Larson, К. Nakahara, Y. Yazawa, К. Uomi, "GalnNAs: A novel material for long-wavelength semiconductors laser," IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron., 1997, 3, (3), pp. 719-730

94. S. Sato and S. Satoh, "High-Temperature Characteristic in 1.3- jum-Range Highly Strained GalnNAs Ridge Stripe Lasers Grown by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition" ", IEEE Photon. Technol. Lett. 11(12), 1560-1562 (1999).