Разработка, исследование свойств и оптимизация характеристик мощных InGaAsP/InP лазеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

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

На правах рукописи

РГБ ОД

ЛЕШКО Андрей Юрьевич «

2 5 МАЙ 2303

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МОЩНЫХ ГлваАзРЯпР ЛАЗЕРОВ

Специальность 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена им. А.Ф. Иоффе РАН.

в

Физико - техническом институте

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник Тарасов. И.С.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный электро-технический университет им. В.И. Ульянова-Ленина.

Защита состоится "

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 -Д8 •• 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К-003.23 .01 кандидат физико-математических наук Куликов Г.С.

Л.Е.Воробьёв, В. А. Смирнов.

Я - Г)! п

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Ширина запрошенной юны четверных твёрдых растворов ЫСаАяР. изоперноднческих с фосфидом индия, при комнатной температуре может изменяться от 0.73 эВ до 1.35 эВ. Гстеролачеры на основе соединений 1пСлА$Р/1пР с использованием напряжённых квантоворазмерных слоев излучают в спектральном диапазоне 1.15-Н.85 М1СМ. Основные разработки в этом направлении связаны с применениями в волоконно-оптических линиях связи. И хотя успехи, достигнутые в этой области за два последних десятилетня, огромны, не ослабевает поток публикаций, посвященных исследованию физических основ работы и разработке технологии изготовления приборов.

Решение более сложных задач ставит вопрос об улучшении характеристик лазерных диодов, таких как мощность излучения, дифференциальная квантовая эффективность, пороговая плотность тока, температурная стабильность и другие. К началу выполнения данной работы (1993 г.) п результате применения в гетероструктурах напряжённых квантоворазмерных активных областей произошёл качественный скачок п улучшении основных характеристик лазерных диодов. В это время в ФТН им. А.Ф.Иоффе РАН был разработан модифицированный метод жидкофазной эштгаксии [1*]. Применение модифицированного метода показало преимущества двойных ИЮзАбР гстеро структур раздельного электронного и оптического ограшгчения (ДГС РО) с низким! внутренними оптическими потерями [2*]. Однако разработанная технология жидкофазной эпитаксии не позволила в полной степени реализовать преимущества лазерных РО ГпСаА^Р ДГС с низкими внутренними оптическими потерями. В связи с этим развитие данной концепции с использованием метода газофазной эпитаксии из металлорганнческих соединений (МОС-гидридной эпитаксии) и разработка на ее основе мощных 1пСаА5Р/1пР лазерных диодов позволяют считать данную работу актуальной как с научной, так и с практической точки зрения.

Основная цель работы заключается в создании РО ^СгаАвРЛпР гетероструктуры с низкими внутренними оптическими потерями для изготовления мощных лазерных диодов, а также в исследовании свойств у оптимизации характеристик полученных гетеролазеров. Достижение поставленной пели включало в себя следующие основные этапы. 1. Разработка постростовой технологии мезаполосковых одномодовых г многомодовых лазеров с учетом особенностей конструкций лазеры! Iетсроструктур, полученных методами жидкофазной и газофазной МОС-гндридной эпитаксии.

II. Исследование свойств и соиание мощных одномодовых и многомодовых с широким мезаполосковым контактом РО InGaAsP/InP гетеролазеров на базе структ>р. полуденных методом жидкофазной эпитаксин.

III. Создание лазерной гетероструктуры раздельного ограничения с низкими внутренними оптическими потерями в системе твёрдых растворов InGaAsP/InP с использованием газофазной МОС-гидридной эпитаксии.

IV. Исследование свойств мощных многомодовых Ю InGaAsP/InP лазеров с широким мезаполосковым контактом.

Научная нопнзна работы определяется тем, что в ней впервые:

1. Аналитически и экспериментально изучены свойства Ю InGaAsP/InP лазерных гетероструктур с расширенным однородным и ступенчатым волноводом.

2. Показано, что в InGaAsP/InP лазерных гетероструктурах раздельного ограничения наблюдается выброс инжектированных носителей тока из активной области в волновод. Вследствие токовых утечек происходит снижение стимулированного квантового выхода.

3. Предложено в РО InGaAsP/InP лазерной гетероструктлре увеличить глубину квантовой ямы для электронов, используя ступенчатый расширенный волновод, сохраняя при этом максимальный фактор оптического ограничения волноводного слоя.

4. Показано, что применение в РО InGaAsP/InP лазерной гетероструктуре ступенчатого расширенного волновода обеспечивает максимальный квантовый выход стимулированного излучения при минимуме внутренних оптических потерь.

5. Установлено, что Ю InGaAsP/InP лазерные гетероструктуры обладают высокой температурной чувствительностью дифференциальной квантовой эффективности (Ti=12 5-^-250 К), что ограничивает максимально достижимую излучаемую мощность.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработана последовательность постростовых технологических операций для изготовления мезаполосковых одномодовых и многомодовых с широким контактом РО InGaAsP/InP гетеролазеров.

2. Созданы одномодовые мезаполосковые лазерные диоды, излучающие на длинах волн 1.3 и 1.5 мкм оптическую мощность 200 и 100 мВт в непрерывном режиме генерации на базе лазерных гетероструктур. полученных методом жидкофазной эпитаксии, и 220 и 150 мВт - методом газофазной МОС-гидридной эпитаксии.

3. Разработана оптимальная РО InGaAsP/InP лазерная гетероструктура с расширенным ступенчатым волноводом, обеспечивающая минимальные

внутренние оптические потери и максимальный внутренний квантовый выход стимулированного излучения.

4. Созданы мощные лазерные диоды на базе ГО InGaAsP/InP лазерной гетероструктуры с расширенным ступенчатым волноводом, полученной методом газофазной МОС-гидридной эпитаксии, излучающие на длине волны 1.55 мкм.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту, сводятся к следующему:

Положение 1. Снижение концентрации свободных носителей в волноводных слоях до 10|5см"3 и увеличение фактора оптического ограничения вследствие максимального расширения волноводного слоя позволяют достичь минимума внутренних оптических потерь в РО InGaAsP/InP гетеролазерах.

Положение 2. В лазерах на основе твёрдых растворов InGaAsP, изопериодических с InP, вследствие особенностей строения энергетической зонной структуры, наблюдается выброс инжектированных носителей тока из активной области в волновод, что снижает внутренний квантовый выход стимулированного излучения.

Положение 3. Применение ступенчатого расширенного волновода в РО InGaAsP/InP гетероструктурах позволяет увеличить глубину квантовой ямы для электронов, сохраняя при этом максимальное значение фактора оптического ограничения волноводного слоя и минимальные внутренние оптические потери

Положение 4. Использование ступенчатого расширенного волновода е РО InGaAsP/InP гетероструктуре позволяет снизить выброс носителей тока из активной области в волновод и увеличить внутренний квантовый выход стимулированного излучения.

Положение 5. РО InGaAsP/InP гетсролазеры обладают высокой температурной чувствительностью дифференциальной квантовой эффективности (Ti=125+250 К), ограничивающей достижение максимально возможной излучаемой мощности.

Результат 1. Разработана последовательность постростовых технологических операций для изготовления мезаполосковых одномодовьп. и многомодовых с широким контактом ГО InGaAsP/InP гетеролазеров.

Результат 2. С использованием разработанной постростовой технологии созданы одномодовые лазерные диоды, излучающие на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм оптическую мощность 200 и 100 мВт в непрерывном режиме генерации, на базе лазерных гетероструктур, полученных методов жидкофазной эпитаксии. и 220 и 150 мВт - методом газофазной МОС-гидридной эпитаксии.

Результат 3. Создана оптимальная InGaAsP/lnP лазерная гетероструктура с расширенным ступенчатым волноводом, обладающая внутренними оптическими потерями 3.6 см"] и внутренним квантовым выходом стимулированного излучения более 85%.

Результат 4. На базе Ю InGaAsP/lnP гетероструктуры с расширенным ступенчатым волноводом. полученной методом МОС-гидридной эпитаксии. созданы лазерные диоды с шириной мезаполоскового контакта 100 мкм, излучающие на длине волны 1.55 мкм 4.2 Вт в непрерывном режиме генерации.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 2-ой Российской конференции по физике полупроводников. 1996, Зеленогорск; на 2-ой Международной конференции "International Symposium Nanostructures: Physics and Technology". 1996. июнь, С-Петербург; на 6-ой Международной конференции "International Symposium Nanostructures: Physics and Technology". 2000. июнь. С-Петербург.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 работ, список которых приведён в конце автореферата.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и^писка цитируемой литературы. Общий объём диссертации составляет "/^¿"страниц, из них S3 страниц текста. страниц с рисунками. Список цитируемой литературы включает ¿^наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована основная цель работы, приведены положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору литературных данных по развитию мощных полупроводниковых лазеров.

В первом параграфе дана краткая историческая справка о развитии работ по лазерам, работающим в непрерывном режиме генерации при комнатной температуре. Рассмотрены достижения по получению высокой мощности InGaAsP/lnP одномодовых и многоходовых лазеров, созданных на основе ДГС и Ю /ЦТ. Рассмотрены основные конструкции одномодовых лазеров, и особое внимание уделено достоинствам и недостаткам зарощенной мезаполосковой конструкции.

Во-втором параграфе подробно рассматривается ещё одна конструкция лазерных диодов с узким контактом - "мелкая меза'\ Эта простая и дешёвая конструкция, как и зарощенная мезаполосковая, позволяет получать низкопороговые одномодовые и мощные

многомодовые лазеры и широко применяется при изготовлении полосковых лазеров из гетероструктур с высокой степенью однородности по составу и по толщине.

Третий параграф посвящен исследованиям влияния на параметры лазерных диодов эффектов напряжения, возникающих из-за несоответствия постоянных решётки эпитаксиальных слоев. Сложная энергетическая структура валентных подзон четверных твёрдых растворов 1пСаА5Р/1пР способствует безызлучательной оже-рекомбинации и внутризонному поглощению с участием спин-орбитально отщеплённой подзоны. Перестройка зонной структуры до симметрии более высокого порядка значительно улучшает ситуацию [3*]. В параграфе рассматриваются экспериментальные результаты по использованию напряженных кванговоразмерных активных областей в ЬЮаАБРЛпР лазерах.

В четвёртом параграфе исследуются пути снижения внутренних оптических потерь в лазерных диодах и получения приборов повышенной мощности.

Этому вопросу посвящен ряд работ по лазерам с расширенным волноводом. Влияние толщины волноводного слоя на свойства прибора определяется через фактор оптического ограничения активной области и окружающих волновод широкозонных эмиттерных слоев. Согласно расчёту, расширение волновода лазерной структуры уменьшает долю лазерной моды в эмиттерах и активной области и уменьшает внутренние оптические потери. При этом в лазерах с большой длиной резонатора сохраняется высокая дифференциальная эффективность за счёт малости внутренних оптических потерь. Численная оценка оптических потерь, вызванных поглощением на свободных носителях в эмиттерных областях и в области квантовых ям. даёт в сумме значения 0.8+1.0 см'1, которые несколько меньше, чем в экспериментальных образцах (-1.6-2.1 см"1) [4*| Эти различия можно объяснить технологическим несовершенством изготовленных образцов. Снижение внутренних оптических потерь позволило достигнуть нескольким группам исследователей больших успехов в создании лазеров повышенной мощности, излучающих на длинах волн 0.8-1.0 мкм. [5*,6*] Однако, созданию излучающих в диапазоне длин волн 1.3+1.6 мкм мощных лазеров на основе гетероструктур в системе твёрдых растворов ШСаАвРЛпР посвящена работа [7*]. которая выявила трудности в достижении рекордных оптических мощностей.

Вторая глава работы посвящена разработке постростовой технологии исследуемых ШСаАяРЛпР гетеролазеров.

В данной работе постростовые операции можно разделить на двг группы. Первая группа - это технология изготовления лазерных диодов с

широким контактом. Все операции, относящиеся к ней, входят в технологию изготовления лазерных диодов с узким мезаполосковым контактом и являются упрощенным вариантом этой технологии. Поэтому в данной работе особое внимание уделяется второй группе постростовых операций: созданию лазеров с узким контактом, работающих на основной поперечной моде, из структур, полученных методами жидкофазнои и газофазной МОС-гидридной эпитаксий.

Для создания лазеров с узким контактом в работе использовалась конструкция "мелкая меза" [1]. При формировании полосковых лазеров данной конструкции на гетероструктурах. изготовленных методом жидкофазной эпигаксии, основной проблемой является контролируемое травление слоев, имеющих разброс по толщине. Для решения этой задачи был использован метод селективного химического травления, который позволил осуществить травление лазерного полоска на необходимую глу бину независимо от толщины эпитаксиальных слоев.

Схема формирования лазерных диодов состояла из следующих технологических операций.

Для электрической изоляции пассивной части прибора использовался слой пиролитического Si02 толщиной 0.15-И).20 мкм. Методом стандартной фотолитографии с использованием позитивного фоторезиста формировались окна в SiO; шириной 15+160 мкм, затем проводился процесс травления Si02. Маской для травления лазерного полоска служила плёнка фоторезиста необходимой ширины (чаще 3+5 мкм), расположенная в центре окна Si02. Химическое травление гетероструктур осуществлялось через полученную комбинированную маску. Использование такой маски для травления конструкции "мелкая меза" позволило после химического травления осуществить нанесение диэлектрика и адгезионного покрытия методом взрывной литографии.

Химическое травление проводилось в два этапа. Сначала производилось травление контактного слоя InGaAsP в неселективном травителе. После этого, уже в селективном травителе состава НС1 (37%) : Н3РО4 (85%) (1:1) производилось травление эмиттера (InP) до границы со стоп-слоем или волноводом, где травление останавливалось ввиду селективности травителя.

Следующим этапом наносилось диэлектрическое покрытие для пассивации вытравленных канавок. В качестве диэлектрика использовался либо a-Si, либо АЬ03, который наносился на установке с кольцевым магнетроном, что обеспечивало надёжное запыление боковых стенок вытравленных канавок.

Далее со сформированного полоска удалялся фоторезист и формировался омический контакт.

Заключительными операциями являлись утоньшение подложки до толщины 100 мкм, формирование n-контакта. вжигание контактов и гальваническое осаждение Аи на "р-сторону" для осуществления более надёжного электрического контакта к полоску.

Во второй части главы описываются изменения в технологии изготовления лазерных диодов с узким контактом при работе со структурами, полученными методом газофазной МОС-гидркдной эпитаксии. В этом случае, ввиду существенно большей однородности гетероструктур по толщине эпитаксиатьных слоев, при вытравливании канавок использовался не только химический способ травления, но и плазмохямический метод. В последнем случае процедура травления проводилась на установке "Alkatel-350". Это позволило избежать сложностей с паразитным боковым травлением канавок, которое возникает при химическом методе. В данном случае в качестве диэлектрика для пассивации канавок, кроме a-Si и А12Оз, использовался ещё SiO;, который также осаждался с помощью кольцевого магнетрона.

Третья глава работы посвящена созданию и исследованию InGaAsP/InP гетеролазеров с узким контактом на основе структур, полученных методами жидкофазной и газофазной МОС-гидридной эпитаксий.

В первом параграфе рассматриваются особенности изготовления гстероструктур методом жидкофазной эпитаксии для лазеров конструкции "мелкая меза".

Основной особенностью предназначенных для отработки технологии "мелкая меза" лазерных гетеростру ктур, по сравнению с традиционными, являлось наличие стоп-слоя в структуре [1J. Стоп-слой помещался между волноводом и эмиттером в случае РО ДГС и между активной областью и эмиттером в случае ДГС. Введение дополнительного стоп-слоя позволило независимо от неконтролируемых изменений толщины эмштера и контактного слоя останавливать травление на границе "эмиттер - стоп-слой". Состав стоп-слоя выбирался, исходя из селективных свойств травителя. Толщина слоя. 0.15-Ю.25 мкм, выбиралась из условий получения одномодового режима генерации при максимальной ширине мезаполоскового контакта.

Ещё одной особенностью гстероструктур, изготовлявшихся для лазеров "мелкая меза". были меньшие толщины эмиттера и контактного слоя [2]. Это делалось для придания большей механической прочности и меньшего

теплового сопротивления конструкции, и становилось необходимым при использовании узких полосков шириной 2-3 мкм.

Во втором параграфе приводятся результаты исследований излучательных характеристик одномодовых лазеров конструкции "мелкая меза" и лазеров с широким контактом, изготовленных из структур, полученных жидкофазной эпитаксией. Были исследованы следующие характеристики: оптическая мощность излучения, пороговый ток и пороговая плотность тока генерации, дифференциальная квантовая эффективность, внутренний квантовый выход излучения и внутренние оптические потери.

В первой части параграфа представлены ватт-амперные характеристики для образцов лазерных диодов конструкции "мелкая меза". Лазеры различаются составами твёрдого раствора стоп-слоя и волновода, и материалом, использованным для изоляции пассивных областей.

Все лазеры с шириной мезаполоскового контакта менее 5 мкм обеспечивали генерацию нулевой поперечной моды излучения во всём диапазоне токов накачки. Спектр излучения лазерных диодов конструкции "мелкая меза" имел многомодовую структуру продольных мод и расширялся как в длинноволновую, так и в коротковолновую область с увеличением тока накачки. Параметры полученных приборов являются одними из лучших для лазеров, не использующих напряжённую активную область, а достигнутая мощность в 100 мВт на длине волны 1.55 мкм -рекордной для такого типа лазеров.

Далее в параграфе сравниваются одномодовые лазеры, изготовленные по технологии "мелкая меза", с одномодовыми лазерами, изготовленными путём жидкофазного заращивания. Делается вывод, что при равных значениях дифференциальной квантовой эффективности и пороговой плотности тока лазеры конструкции "мелкая меза" на длине волны излучения 1.55 мкм имеют несомненное . преимущество в мощности, нежели изготовленные методом жидкофазного заращивания. Это связано с тем, что ширина одномодового волновода в мезаполосковой конструкции превышает в два раза эту величину в зарощенной конструкции. В лазерах, излучающих на длине волны 1.3 мкм, это преимущество выражено не столь явно.

Для определения внутреннего квантового выхода излучения (ц,) и внутренних оптических потерь (а,) исследуемых лазеров были построены зависимости обратной дифференциальной квантовой эффективности от длины резонатора. У исследу емых образцов г|, составляет примерно 66% и а, равно 23 см"1. Достигнутая величина стимулированного квантового выхода высоко характеризует лазерную гетероструктуру, полученную методом жидкофазной эпитаксии, и одномодовую конструкцию "мелкая

меза". Однако полученная величина внутренних оптических потерь ограничивает возможности использования лазерных диодов типа "мелкая меза", изготовленных на основе жцдкофазной эпитаксии. для получения рекордных оптических мощностей излучения.

Далее в параграфе описаны исследования срока службы изготовленных лазерных диодов. Технология изготовления лазеров конструкции "мелкая меза". так же как и технология зарощенной конструкции, включает химическое и температурное воздействие на эпитаксиальные слои гетероструктуры. что может сказываться на сроке службы обеих конструкций. Отличием же является то. что в зарощенных лазерах блокирующие слои заполняют вытравленные канавки полностью и их суммарная толщина составляет 3*3.5 мкм. В лазерах конструкции "мелкая меза" толщина наносимого для пассивации вытравленных канавок диэлектрика составляет всего 0.1-Ю.2 мкм. В связи с этим большое внимание при исследовании срока службы лазерных диодов конструкции "мелкая меза" было уделено сравнению их деградационны.ч характеристик с аналогичными данными для зарощенных лазеров.

Для определения деградационных характеристик диоды устанавливались при Т=70°С. После наработки в режиме поддержания постоянного рабочего тока в течение 1000 часов падение мощности излучения в обоих типах приборов не превышало 10%. Следовательно, можно сделать вывод, что в лазерах конструкции "мелкая меза" отсутствуют дополнительные деградационные механизмы [2|. Ускоренные испытания срока службы лазерных диодов конструкции "мелкая ме$а" показали, что эти приборы могут обеспечить 50000 часов стабильной работы при комнатной температуре.

В конце второго параграфа приведены исследования лазеров с широким контактом на базе РО InGaAsP/InP ДГС, полученных методом жидкофазной эпитаксии. Были исследованы, так же как и для лазеров с узким контактом, оптическая мощность излучения, пороговый ток и пороговая плотность тока генерации, дифференциальная квантовая эффективность, внутренний квантовый выход излучения и внутренние оптические потери. Численные значения этих параметров являются одними из лучших для InGaAsP/InP лазеров с широким контактом, использующих ненапряжённую активную область. Ресурсные испытания показали, что такие лазеры способны работать свыше 10000 часов при комнатной температуре при оптической мощности излучения 1 Вт в непрерывном режиме генерации.

В третьем параграфе представлены исследования мезаполосковых лазерных диодов, изготовленных из гетеростуктур, полученных методом МОС-гидридной эпитаксии. Лазерные диоды мезаполосковой конструкции

были изготовлены по технологии "мелкая меза". Характерной отличительной особенностью была замена операции химического травления на ионно-плазменное травление мезаполоска. Операция осуществлялась на установке Alkatel-350 [4].

Измерения ватт-амперных и температурных характеристик проводились в непрерывном режиме генерации с использованием термостабилизации элементом Пельтье. При этом была получена мощность излучения в одномодовом режиме 220 мВт для длины волны излучения 1.3 мкм и 150 мВт для длины волны 1.55 мкм. Одномодовый режим генерации у описанных выше образцов конструкции "мелкая меза" при ширине мезаполоскового контакта W<5 мкм наблюдался во всём диапазоне токов накачки. Спектр излучения исследуемых одномодовых лазерных диодов уширялся с увеличением тока накачки. В лазерных диодах, изготовленных из обоих типов гетероструктур (для длин волн излучения 1.3 и 1.55 мкм), величина Т0 составила 70+80 К (4].

Величина абсолютных пороговых токов в лазерных диодах составила 20-25 мА. Это соответствует пороговым плотностям тока 400+600 А/см2 , что несколько хуже, чем в четырёхсколотых образцах, изготовленных из этих структур, где пороговая плотность тока составляет 160+200 А/см2. Различие вызвано уменьшением длины резонатора и внесением дополнительных внутренних оптических потерь при формировании узкого мезаполоска [4].

Величина дифференциальной квантовой эффективности на начальном участке ватт-амперной характеристики составила при длине резонатора 1200 мкм 30+40% для лазеров, излучающих на обеих длинах волн (1.3 и 1.55 мкм).

Для лазерных диодов с мезаполосковым (W=5 мкм) контактом была также определена величина внутренних оптических потерь и составила 7.7 см'1 для >=1.55 мкм и 5.6 см"1 для >.=1.3 мкм, что существенно меньше, чем у лазеров, изготовленных на основе метода жцдкофазной эпигаксии.

Ускоренные испытания срока службы исследуемых лазерных диодов конструкции "мелкая меза" показали, что эти приборы могут обеспечить 50000 часов стабильной работы при комнатной температуре.

В четвёртой главе работы приведены исследования мощных ГО InGaAsP/InP лазеров, полученных на основе структур, изготовленных методом газофазной эпигаксии из металлорганических соединений.

В первом параграфе анализируется лазерная гетероструктура с расширенными волноводными слоями и несколькими сжато-напряжёнными квантоворазмерными ямами в качестве активной области. Анализ был проведен с целью определения оптимальных условий для

достижения минимальных внутренних оптических потерь в лазерной гетероструктуре. Проведено сравнение величины внутренних оптических потерь в гетероструктуре с однородным расширенным волноводом и многоступенчатым. Распределение электромагнитного поля в слоях гетероструктуры находилось из стационарного решения системы уравнений Максвелла. На основании распределения электромагнитного поля вычислялись коэффициенты оптического ограничения Г; отдельных областей гетероструктуры: эмиттера, волновода и квантовых ям:

I |Е(Х\2сЬС —00

Внутренние оптические потери рассчитывались отдельно в каждом слое гетероструктуры с учетом фактора оптического ограничения (Г,), затем суммировались:

«/ = грар + Гпап + Гст,а&г + Гт а1Ю + а,; (2)

здесь Гр, Г„, Гдк, Гц'о факторы оптического ограничения эмиттеров р- и п-типов, активной области и волновода, а а^ а„, адт а^о - коэффициенты поглощения в тех же самых областях. Потери на рассеяние - а,.

Показано, что в гетероструктуре с однородно расширенным и ступенчатым волноводом, при ширине волновода один микрон, достижима величина внутренних оптических потерь 1.5 см"1.

На рис. 1 приведена зависимость фактора оптического ограничения эмиттерных слоев от толщины волновода (О). Эта зависимость характеризует основную составляющую внутренних оптических потерь для гетероструктуры с однородно расширенным и ступенчатым волноводом.

Второй параграф четвертой главы посвящен исследованию свойств мощных полупроводниковых лазеров с однородно расширенным волноводом и двумя сжато-напряжёнными квантоворазмерными ямами в качестве активной области. Такая конструкция лазерной гетероструктуры позволяет наиболее просто решить задачу снижения внутренних оптических потерь. Как показывают расчеты (§4.1), цель достигается за счёт увеличения толщины преднамеренно не легированных волноводных

10-

однородно расширенный волновод

^ -у- расширенный трёхступенчатый волновод

\\

х1\ Ед{вол)=1.2эВ

-т А -

Т-г"

1,5

—1— 2,0

0,0

0,5

I

1,0

О, мкм

Рнс. 1. Зависимость фактора оптического ограничения в эмихтерных слоях (ГС1) от толщины волновода (О) для лазерной гетероструктуры с однородно расширенным и ступенчатым волноводом, излучающей на длине волны Х=1.55мкм.

слоев до величины 0.8+1 мкм. Дальнейшее увеличение толщины волновода нецелесообразно из-за возникновения мод высших порядков [5].

В лазерных диодах с широким мезаполосковым контактом (\У= ЮОмкм), изготовленных из гетероструктур, полученных методом МОС-гидридной эпитаксии было получено минимальное значение пороговой плотности тока 260 А/см2 на длине волны излучения 1.3 мкм, и на длине волны излучения 1.55 мкм пороговая плотность тока составила 280 А/см2 [3]. Порог прозрачности при этом составлял 160 А/см2 и 200 А/см2, соответственно. Из зависимости обратной величины дифференциальной квантовой эффективности от длины резонатора Фабри-Перо были

определены внутренние оптические потери. Для структуры с л=1.3 мкм величина внутренних оптических потерь составила 2.6 см"1, а для структуры с >»=1.55 мкм - 4.2 см"1. Достигнутая величина а, достаточна для сохранения высокого значения дифференциальной квантовой эффективности в лазерных диодах с большой длиной резонатора Фабри-Перо. Из аппроксимации зависимости обратной величины дифференциальной квантовой эффективности от длины резонатора Фабри-Перо была определена величина внутреннего квантового выхода лазерных диодов.

Внутренний квантовый выход для лазеров с длиной волны излучения 1.3 мкм составил величину г|,=67±3% и для лазеров с длиной волны излучения 1.55 мкм - г|,=53±3% [3]. Это можно объяснить тем, что в изготовленной структуре имеются большие токи утечки в режиме генерации. Однако при этом удаётся сохранить значение дифференциальной квантовой эффективности 40% и 33%, соответственно, для структур с Х= 1.3 мкм и /.=1.55 мкм при длине резонатора лазерных диодов больше двух миллиметров.

Снижение внутренних оптических потерь в лазерных структурах с расширенным волноводом до величины 2.6 и 4.2 см"' позволило в значительной степени повысить оптическую мощность излучения, которая составила 3 Вт и 2.6Вт в непрерывном, 9Вт и 6.5Вт в импульсном режиме генерации, соответственно, на длинах волн 1.3 мкм и 1.5 мкм [3]. Сильное различие мощностных характеристик в импульсном и непрерывном режиме генерации является следствием высокой температурной чувствительности твёрдых растворов ЫСаАяР, изопериодических с подложкой 1пР.

Исследуемые лазерные диоды подвергались деградационным испытаниям по методике, аналогичной описанной в § 3.1. Деградационные испытания показали, что эти приборы могут обеспечить более 10000 часов работы в непрерывном режиме при комнатной температуре и мощности излучения 1.5 Вт.

В третьем параграфе приведены исследования влияния температурной чувствительности на достижение максимальной мощности в 1пСаА5Р/1пР лазерах раздельного ограничения с расширенным волноводом.

Был подробно исследован перегрев активной области в ГпСаАяРЛпР лазерных диодах. Двумя способами определялась температура активной области. В первом способе проводилось сравнение ватт-амперных характеристик, измеренных в непрерывном режиме генерации при температуре медного теплоотвода Ю'С и в импульсном режиме при температурах теплоотвода выше 10 С. В точке пересечения ватт-амперных

характеристик регистрировалось равенство температур активной области лазерного диода в импульсном и непрерывном режиме генерации. Из разности температур теплоотвода в непрерывном и импульсном режиме определялась температура перегрева активной области.

Во втором способе регистрировались спектры электролюминесценции в импульсном и непрерывном режиме генерации при некотором токе накачки. Из величины смещения максимума спектра генерации определялся температурный перегрев активной области. Величины перегрева, определённые такими способами, совпадали с точностью до двух градусов. Разогрев активной области лазерного диода, в зависимости от длины резонатора, в непрерывном режиме генерации составлял 3(Н60°С [5].

Температурная зависимость дифференциальной квантовой эффективности и пороговой плотности тока лазерных диодов исследовалась в интервале температур 1(Н50°С [5]. Зависимость характеристического параметра Т] от длины резонатора носит обратный характер по отношению к зависимости Т0. Существенным является низкое значение параметра Т]=125*200 К в лазерных диодах на основе твёрдых растворов 1пСаАБР/1пР. Вследствие этого происходит резкое снижение дифференциальной квантовой эффективности при перегреве активной области ГпСаАБРЛпР лазерного диода.

В температурной зависимости пороговой плотности тока длинных 1п(ЗаА5Р/1пР лазерных диодов величина Т0 не превышает 60 К, что ниже значений этого параметра в аналогичных лазерах на подложке СаАв (Т0=100*200°С). Однако, при токах накачки, более чем на порядок превышающих пороговый ток, влияние увеличения пороговой плотности тока на снижение выходной оптической мощности несущественно по сравнению с влиянием температурной зависимости дифференциальной квантовой эффективности [5].

В твёрдых растворах ЫСаАвР, изопериодических с 1пР, имеются две особенности по сравнению с эпитаксиальными слоями, получаемыми на подложке СэАб. Электронная плотность состояний в них в два раза меньше, чем в твёрдых растворах, изготавливаемых на подложке СаАя [8*]. На гетерогранице в твёрдых растворах ЫСаАяР, изопериодических с 1пР, на валентную зону приходится 1/3 из общего скачка ширины запрещённой зоны в отличие от 2/3 для твёрдых растворов, полученных на подложке ваАв [8*]. Поэтому в гетероструктурах ¡пСаАяРЛпР с однородным расширенным волноводом, оптимизированных с целью достижения минимума внутренних оптических потерь, наблюдаются некоторые особенности. Они связаны с малой глубиной квантовой ямы для электронов, которая составляет величину порядка 100 мэВ.

Для исследований была выбрана структура с однородным расширенным волноводом, описанная в §4.1. В лазерных диодах с шириной мезаполоскового контакта 100 мкм при непрерывной и импульсной накачке током исследовались спектры электролюминесценции в спонтанном и когерентном режимах излучения. Для снижения доли когерентного излучения в регистрируемом спектре, электролюминесценция лазерных диодов исследовалась в направлении, перпендикулярном оси резонатора Фабри-Перо [6].

В спектрах электролюминесценции этих структур наблюдалось несколько полос излучения (рис.2). Основная полоса А соответствовала излучательным переходам (lc-lhh) в слое активной области. Излучение полосы D связано с рекомбинацией в волноводных слоях. Коротковолновое плечо основной полосы А идентифицировано как полоса В, соответствующая излучательным переходам из кулоновской потенциальной ямы на первый дырочный уровень (c-lhh). Полоса С обусловлена излучательными переходами электронов из кулоновской потенциальной ямы на второй дырочный уровень(с-2Ы1). Интенсивность излучения полос В, С и D растет от уровня возбуждения [6].

Особенность этих зависимостей заключается в росте интенсивности излучения полос В, С и D за порогом генерации, что свидетельствует о возрастании концентрации инжектированных носителей в узкозонной активной области, потенциальной кулоновской яме и волноводе.

Это явление, ранее обнаруженное в лазерных структурах, полученных модифицированным методом жидкофазной эпитаксии. объяснялось неоднородным уширением полосы усиления, свойственным методу жидкостной эпитаксии [9*]. Исследуемые структуры изготовлены методом МОС-гидридной эпитаксии и лишены перечисленных недостатков. Поскольку толщина квантовых ям составляет в данных структурах 30-70Á, имеется только один квантовый уровень для электронов, а неоднородности по толщине квантовой ямы, которые могли бы бьггь связаны с особенностями технологического процесса, не наблюдаются.

В исследуемых гетероструктурах активная область представляет собой мелкую квантовую яму для электронов (100 мэВ) и глубокую (200 мэВ) для дырок. Поэтому при инжекции неравновесных носителей тока в активную область электроны имеют большую вероятность температурного выброса в прилегающие волноводные слои. Из-за высокой степени локализации дырок возникает дополнительный потенциальный барьер в зоне проводимости для электронов, связанный с их кулоновским притяжением к дыркам. Форма кулоновской потециальной ямы для электронов определяется из решения уравнения Пуассона [10*]. При комнатной температуре дебаевская длина экранирования в рассматриваемых

Е,эВ

Рис.2. Спектры электролюминесценции исследуемых гетероструктур в зависимости от уровня возбуждения: 1 - 1=50 А/см2, 2 - 400 А/см", 3 - 800 А/см2.

гетсрострукгурах составляет 60 А. Поэтому выброшенные в волновод электроны частично локализованы в кулоновской потенциальной яме, которая проникает в волноводные слои на величину порвдка дебаевской длины экранирования. По этой причине в спектре электролюминесценции наблюдается полоса В и С. Выброшенные из кулоновской потенциальной ямы носители под действием поля объёмного заряда перемещаются к эмиттеру, где они в основном безызлучательно гибнут. Некоторое количество свободных носителей гибнет излучательно. что проявляется в линейно возрастающей зависимости интенсивности

электролюминесценции волноводного слоя (полоса Э) от тока накачки.

С такого рода токовыми утечками можно бороться, увеличивая глубину квантовой ямы для электронов. Это достигается за счёт увеличения ширины запрещённой зоны волноводного слоя. Одновременно снижается коэффициент оптического ограничения волноводного слоя и, как следствие, возрастают внутренние оптические потери. Лазерная гетероструктура с расширенным ступенчатым волноводом позволяет одновременно увеличить глубину потенциальной ямы для электронов к

сохранить внутренние оптические потери на уровне потерь в гетероструктуре с однородным расширенным волноводом.

В лазерной гетероструктуре расширенный волновод толщиной 0.9 мкм был изготовлен в виде трёх "ступенек". Ширина одной квантовой ямы активной области составила 60 А. Суммарная толщина самой узкозонной "ступеньки" волновода (Eg=1.053B) была увеличена до 0.12 мкм. а следующей "ступеньки"с шириной запрещённой зоны Eg=1.12 эВ - до 0.24 мкм. Ширина запрещённой зоны последней "ступеньки" волновода была увеличена до 1.24 эВ, что обеспечило глубину потенциальной ямы для электронов в зоне проводимости в 145 мэВ [6].

Основным результатом использования ступенчатого расширенного волновода было увеличение внутреннего квантового выхода до 85%, что, по нашему мнению, свидетельствует о снижении токовых утечек. Одновременно с этим внутренние оптические потери в гетероструктуре удалось сохранить на уровне 3.6 см'1. Такое значение внутренних оптических потерь позволило получить в лазерных диодах с длиной резонатора Фабри-Перо 2 мм дифференциальную квантовую эффективность 50%. В лазерных диодах с шириной мезаполоскового контакта 100 мкм, изготовленных из гетероструктуры со ступенчатым расширенным волноводом, была получена мощность оптического излучения 4.2 Вт на длине волны излучения 1.55 мкм в непрерывном режиме при комнатной температуре [6].

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему.

1.Разработана последовательность постростовых технологических операций для изготовления мезаполосковых одномодовых и многомодовых с широким контактом Ю InGaAsP/InP гетеролазеров с учетом особенностей гетероструктур, полученных методами газофазной МОС-гидридной и жидкофазной эпитаксий.

2. С использованием разработанной постростовой технологии созданы одномодовые лазерные диоды, излучающие на длинах волн 1.3 и 1.5 мкм оптическую мощность 200 и 100 мВт в непрерывном режиме генерации на базе лазерных гетероструктур, полученных методом жидкофазной эпитаксии, и 220 и 150 мВт - методом газофазной МОС-гидридной эпитаксии.

3. Максимальные значения дифференциальной квантовой эффективности в Ю InGaAsP/InP гетеролазерах достигаются при минимальных внутренних оптических потерях. Минимум внутренних оптических потерь в InGaAsP/InP ГО ДГС достигается при снижении концентрации свободных носителей в волноводных слоях до 1015см"3 и

увеличении фактора оптического ограничения волноводного слоя вследствие максимального расширения волноводного слоя.

4. Вследствие особенностей строения энергетической зонной структуры твёрдых растворов ГпСэАбР, изопериодических с 1пР, в лазерных РО ДГС наблюдается выброс инжектированных носителей тока из активной области в волновод, что снижает внутренний квантовый выход стимулированного излучения.

5. Применение ступенчатого расширенного волновода в Ю ЫСаАвРЛпР ДГС позволяет увеличить глубину квантовой ямы для электронов, сохраняя максимальный () »актор оптического ограничения волноводного слоя и минимальные внутренние оптические потери, а также снизить выброс носителей тока из активной области в волновод и увеличить внутренний квантовый выход стимулированного излучения.

6. РО 1пСаА5Р/1пР гетеролазеры обладают высокой температурной чувствительностью дифференциальной квантовой эффективности (Т]=125-^250 К), ограничивающей достижение максимально возможной излучаемой мощности.

7. Разработана оптимальная МлаАьРЛпР лазерная гетерострукгура с расширенным ступенчатым волноводом, обладающая внутренними оптическими потерями 3.6 см"1 и внутренним квантовым выходом стимулированного излучения более 85%.

8. На базе Ю ЫСаАяРЯпР гетероструктуры с расширенным ступенчатым волноводом. полученной методом МОС-гвдридной эпитаксии, созданы лазерные диоды с шириной мезаполоскового контакта 100 мкм, излучающие на длине волны 1.55 мкм 4.2 Вт в непрерывном режиме генерации.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах (личный вклад автора указан в скобках).

1.М.А.Иванов, Ю.В.Ильин, Н. Д. Ильинская, Ю.А.Корсакова, АЮ.Лешко, А.В.Лунёв, АВ.Лютецкий, АВ.Мурашова, Н.А.Пихтин, И.С.Тарасов, "Полосковые одномодовые ШОаАвРЛпР лазеры, излучающие на длине волны 1.55 мкм", Письма в ЖТФ, 1995, т. 21, вып. 5, сс. 70+75, (участвовал в разработке конструкции, изготовлении и исследовании экспериментальных образцов).

2.АЮ.Лешко, И.С.Тарасов, И.Н.Арсентьев, Б.ЯБер. Ю.В.Ильин, Н.В.Шувалова, "Многоямковые лазерные гетероструктуры, полученные методом жидкостной эпитаксии". Письма в ЖТФ, 1998, т. 24, вып. 21, сс. 61+67, (участвовал в разработке конструкции, изготовлении и исследовании экспериментальных образцов).

3.Е.Г.Голикова. В. А.Горбылев. Н.Ю.Давидюк, В. А.Курешов, А.Ю.Лешко. А.В.Лютецкий. Н.АПихтин, Ю.А.Рябоштан. В.А.Симаков, И.С.Тарасов. Н.В.Фетисова, "Мощные InGaAsP-гстеролазеры раздельного офаничення, полученные методом газофазной эпитаксии из металлосрганических соединений". Письма в ЖТФ, 2000. т. 26. вып. 6, сс. 5+11. (участвовал в разработке конструкции. изготовлении экспериментальных образцов и проведении измерений).

4.Е.Г.Голикова, В.АГорбылёв. IO.B.Ильин, В.А.Курешов, АЮ.Лешко. А.В.Лютецкий, Н А Пнхтин, Ю.АРябоштан. В.А.Симаков, И.С.Тарасоп. Е.А. Третьякова, Н.В.Фетисова, "Мезаполосковые одномодовые РО ДГС InGaAsP лазеры, полученные методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений". Письма в ЖТФ, 2000. т.26. вьш. 7.

сс. 57+62. (участвовал в разработке конструкции. изготовлении экспериментальных образцов и проведении измерений).

5.А.Ю.Лешко, А.В.Лютецкий, Н.АПихтин, Г.А.Скрынников. И.С.Тарасов. Ж.ИАлфёров, "Свойства InGaAsP/InP гетеролазеров с широким мезаполосковым контактом", ФТП, 2000. т. 34. вьш. 7,

сс. 129+133, (участвовал в разработке конструкции, изготовлении экспериментальных образцов и проведении измерений).

6. Лешко А.Ю., Лившиц Д А.. Лютецкнй А.В.. Пихтнн Н А.. Соколова З.Н., Тарасов И.С., Фетисова Н.В., "О внутреннем квантовом выходе и выбросе носителей в квантоворазмерных InGaAsP/InP лазерах". ФТП, 2000

(участвовал в разработке конструкции, изготовлении экспериментальных образцов и прозедении измерений).

Цитируемая в автореферате литература: [1*] Алфёров Ж.И., Гарбузов Д.З., Арсентьев И.Н., Бер Б.Я., Вавилова Л.С., Красовскнй ВВ., Чудинов А.В.. Оже-профили состава и люминесцентные исследования жндкофазных InGaAsP/InP-гетероструктур с активными областями (1.5+5)10 б см, ФТП, 19, вьш. 6, 1108 (1985). [2*] Garbuzov D.Z.. Antonishkis N.Yu.. Bondarev A.D.. Gulakov A.B., Zhigulin S.N., Katsavets N.I.. Kochergin A.V., Rafailov E.V.. Highpower 0.8 цт InGaAsP-GaAs SCH SQW lasers. IEEE J. Quant. Electron . QE-27,№ 6. 1531 (1991). [3*] Thijs P.J.. Tiemeijer L.F., M.Binsma J.J.. T.Van Dongen, Progress in long-wavelength strained-layer InGaAs(P) quantum-well semiconductor lasers and amplifiers, IEEE J. of Quant. Electron., QE-30. № 2, 477 (1994).

[4*J Gokhale MR.. Dries J.C.. Studenkov P.V., Forrest S R. and Garbuzov D.Z., High-power high-efficiency 0.98-цт wavelength InGaAs-

(In)GaAs(Pj-InGaP broadened waveguide lasers grown by gas-sorce molecular beam epitaxv. IEEE J. Quant. Electron.. QE-33. № 12. 2266 (1997).

[5*] Al-Muhanna A.. Mawst L.J.. Bote/. D. Garbuzov D.Z.. Martinelli R.U. and Connolly!C.. High-power (>10 W) continuous-wave operation from ЮО-цт-apcrture 0.97-цт emitting Al-frec diode lasers. Appl. Phvs. Lett. 73. №9. 1182(1998).

|6*| He.X.. SrinivasanS.. Wilson S.. Mitchell C. and Patel R. 10.9 W continuous wave optical power from 100 цт aperture InGaAs/AlGaAs (915 nm) laser diodes. Electron. Lett., 34. № 22. 2126 (1998)

[7*] Garbusov D.Z.. Menna R.J.. Martinelli R.U.. AbelesJ.H. and Connolly J.C.. High power continuous and quasi-continuous wave InGaAsP/lnP broadc-vvaveguide separate cofmcment-lieterostructure multiquantum well diode lasers. Electron. Lett.. 33. № 19. 1635 (1997).

[8*] Adachi S.. Physical Properties of 3-5 Semiconductor Compounds. John Wiley & Sons Inc.. 1992.

[9*] Пкхтин НА.. Тарасов И.С.. ИвановМ.А. Особенности спектральных характеристик мощных пнжекциониых гетеролазеров на основе четверных твердых растворов InGaAsP. ФТП. 28. вып. 11. 1984 (1994).

[10*] Silver S.. O'Reilly Е.Р.. Gain and raidiative current density in InGaAs/InGaAsP lasers with electrostatically confined electron states. IEEE J. Quant. Electron., 30. № 2. 547 (1994).

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН

188300, Гатчина Ленинградской обл., Орлова роша Зак. 162, тир. 100, уч.-изд. л. 1,3; 31.03.2000 г.

Введение.

Глава1 Инжекционные гетеролазеры на основе четверных твёрдых растворов МтаАвР.

§1.1 Основные конструкции одномодовых и многомодовых инжекционных гетеролазеров в системе твёрдых растворов 1пОаАвР. п.п. 1.1.1 Разнообразие конструкций одномодовых и многомодовых гетеролазеров. п.п. 1.1.2 Зарощенная мезаполосковая конструкция одномодовых гетеролазеров.

§1.2 Волноводный эффект в лазерах конструкции "мелкая меза".

§1.3 Лазеры с напряжёнными активными областями.

§1.4 Лазеры с широким волноводом.

Выводы к Главе 1.

Глава2 Технология изготовления одномодовых лазеров конструкции мелкая меза".

Выводы к Главе2.

ГлаваЗ Исследование МгаАвРЯпР гетеролазеров с узким контактом конструкции "мелкая меза", изготовленных на основе структур, полученных методами жидкофазной и газофазной МОСгидридной эпитаксий.

§3.1 Особенности изготовления гетероструктур методом жидкофазной эпитаксии для лазеров конструкции "мелкая меза".

§3.2 Исследование излучательных характеристик одномодовых лазеров конструкции "мелкая меза и лазеров с широким контактом, полученных методом жидкофазной эпитаксии.

§3.3 Исследование излучательных характеристик одномодовых лазеров конструкции "мелкая меза", полученных методом газофазной МОС-гидридной эпитаксии.

Выводы к ГлавеЗ.

Глава4 Исследование мощных ТпваАзРЛпР лазеров с широким контактом и малыми внутренними оптическими потерями.

§4.1 Расчёт величины внутренних оптических потерь в

ГпОаАвРЛпР лазерах с расширенным волноводом.

§4.2 Исследование свойств МтаАвРЛпР лазеров с расширенным волноводом и широким мезаполосковым контактом.

§4.3 Температурная зависимость дифференциальной квантовой эффективности квантоворазмерных шОаАвРЯпР лазеров с расширенным волноводом.

§4.4 Температурный выброс носителей тока и стимулированный квантовый выход в квантоворазмерных ТпОаАзРЛпР лазерах с однородным и ступенчатым расширенным волноводом.

Выводы к Главе 4.

Ширина запрещённой зоны четверных твёрдых растворов 1пСаАзР, изопериодических с фосфидом индия, при комнатной температуре может изменяться от 0.73 эВ до 1.35 эВ. Гетеролазеры на основе соединений 1пОаАзР/1пР с использованием напряжённых квантоворазмерных слоёв излучают в спектральном диапазоне 1.15-4.85 мкм. Основные разработки в этом направлении связаны с применениями в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). И хотя успехи, достигнутые в этой области за два последних десятилетия, огромны, не ослабевает поток публикаций, посвященных исследованию физических основ работы и разработке технологии изготовления приборов.

Решение более сложных задач ставит вопрос об улучшении характеристик лазерных диодов, таких как мощность излучения, дифференциальная квантовая эффективность, пороговая плотность тока, температурная стабильность и другие. К началу выполнения данной работы (1993г.) в результате применения в гетероструктурах напряжённых квантоворазмерных активных областей произошёл качественный скачок в улучшении основных характеристик лазерных диодов. В это время в ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН был разработан модифицированный метод жидкофазной эпитаксии [1]. Применение модифицированного метода показало преимущества двойных 1пОаАзР гетероструктур раздельного электронного и оптического ограничения (ДГС РО) с низкими внутренними оптическими потерями [2]. Однако разработанная технология жидкофазной эпитаксии не позволила в полной степени реализовать преимущества лазерных РО ЫЗаАзР ДГС с низкими внутренними оптическими потерями.

В связи с этим развитие данной концепции с использованием метода газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (МОС-гидридной эпитаксии) и разработка на ее основе мощных InGaAsP/InP лазерных диодов позволяют считать тему работы актуальной как с научной, так и с практической точки зрения.

Основная цель работы заключалась в создании PO InGaAsP/InP гетероструктуры с низкими внутренними оптическими потерями для изготовления мощных лазерных диодов, а также в исследовании свойств и оптимизации характеристик полученных гетеролазеров. Достижение поставленной цели включало в себя следующие основные этапы: I. Разработка постростовой технологии мезаполосковых одномодовых и многомодовых лазеров с учетом особенностей конструкций лазерных гетероструктур, полученных методами жидкофазной и газофазной МОС-гидридной эпитаксий.

П. Исследование свойств и создание мощных одномодовых и многомодовых с широким мезаполосковым контактом PO InGaAsP/InP гетеролазеров на базе структур, полученных методом жидкофазной эпитаксии.

III. Создание лазерной гетероструктуры раздельного ограничения с низкими внутренними оптическими потерями в системе твёрдых растворов InGaAsP/InP с использованием газофазной МОС-гидридной эпитаксии.

IV. Исследование свойств мощных многомодовых PO InGaAsP/InP лазеров с широким мезаполосковым контактом.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:

1. Аналитически и экспериментально изучены свойства PO InGaAsP/InP лазерных гетероструктур с расширенным однородным и ступенчатым волноводом.

2. Показано, что в InGaAsP/InP лазерных гетероструктурах раздельного ограничения наблюдается выброс инжектированных носителей тока из активной области в волновод. Вследствие токовых утечек происходит снижение стимулированного квантового выхода.

3. Предложено в РО InGaAsP/InP лазерной гетероструктуре увеличить глубину квантовой ямы для электронов, используя ступенчатый расширенный волновод, сохраняя при этом максимальный фактор оптического ограничения волноводного слоя.

4. Показано, что применение в РО InGaAsP/InP лазерной гетероструктуре ступенчатого расширенного волновода обеспечивает максимальный квантовый выход стимулированного излучения при минимуме внутренних оптических потерь.

5. Установлено, что РО InGaAsP/InP лазерные гетероструктуры обладают высокой температурной чувствительностью дифференциальной квантовой эффективности (T^l 25-^250 К), что ограничивает максимально достижимую излучаемую мощность.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработана последовательность постростовых технологических операций для изготовления мезаполосковых одномодовых и многомодовых с широким контактом РО InGaAsP/InP гетеролазеров.

2. Созданы одномодовые мезаполосковые лазерные диоды, излучающие на длинах волн 1.3 и 1.5 мкм оптическую мощность 200 и 100 мВт в непрерывном режиме генерации на базе лазерных гетероструктур, полученных методом жидкофазной эпитаксии, и 220 и 150 мВт -методом газофазной МОС-гидридной эпитаксии.

3. Разработана оптимальная РО InGaAsP/InP лазерная гетероструктура с расширенным ступенчатым волноводом, обеспечивающая минимальные внутренние оптические потери и максимальный внутренний квантовый выход стимулированного излучения.

4. Созданы мощные лазерные диоды на базе РО InGaAsP/InP лазерной гетероструктуры с расширенным ступенчатым волноводом, полученной методом газофазной МОС-гидридной эпитаксии, излучающие на длине волны 1.55 мкм.

Совокупность представленных в диссертации экспериментальных и теоретических данных позволяет сформулировать следующие основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:

Положение 1. Снижение концентрации свободных носителей в

15 3 волноводных слоях до 10 см" и увеличение фактора оптического ограничения вследствие максимального расширения волноводного слоя позволяет достичь минимума внутренних оптических потерь в РО 1пОаА8Р/1пР гетеролазерах.

Положение 2. В лазерах на основе твёрдых растворов ЫЗгаАзР, изопериодических с 1пР, вследствие особенностей строения энергетической зонной структуры, наблюдается выброс инжектированных носителей тока из активной области в волновод, что снижает внутренний квантовый выход стимулированного излучения.

Положение 3. Применение ступенчатого расширенного волновода в РО 1пОаАзР/1пР гетероструктурах позволяет увеличить глубину квантовой ямы для электронов, сохраняя при этом максимальное значение фактора оптического ограничения волноводного слоя и минимальные внутренние оптические потери.

Положение 4. Использование ступенчатого расширенного волновода в РО 1пОаАзР/1пР гетероструктуре позволяет снизить выброс носителей тока из активной области в волновод и увеличить внутренний квантовый выход стимулированного излучения.

Положение 5. РО ЫтаАзРЯпР гетеролазеры обладают высокой температурной чувствительностью дифференциальной квантовой эффективности (Т1=125-К250 К), ограничивающей достижение максимально возможной излучаемой мощности.

Результат 1. Разработана последовательность постростовых технологических операций для изготовления мезаполосковых одномодовых и многомодовых с широким контактом РО InGaAsP/InP гетеролазеров.

Результат 2. С использованием разработанной постростовой технологии созданы одномодовые лазерные диоды, излучающие на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм оптическую мощность 200 и 100 мВт в непрерывном режиме генерации, на базе лазерных гетероструктур, полученных методом жидкофазной эпитаксии, и 220 и 150 мВт - методом газофазной МОС-гидридной эпитаксии.

Результат 3. Создана оптимальная InGaAsP/InP лазерная гетероструктура с расширенным ступенчатым волноводом, обладающая внутренними оптическими потерями 3.6 см"1 и внутренним квантовым выходом стимулированного излучения более 85%.

Результат 4. На базе РО LiGaAsP/InP гетероструктуры с расширенным ступенчатым волноводом, полученной методом МОС-гидридной эпитаксии, созданы лазерные диоды с шириной мезаполоскового контакта 100 мкм, излучающие на длине волны 1.55 мкм 4.2 Вт в непрерывном режиме генерации.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 2-ой Российской конференции по физике полупроводников, 1996, Зеленогорск; на 2-ой Международной конференции "International Symposium Nanostructures: Physics and Technology", 1996, июнь, С-Петербург; на 6-ой Международной конференции "International Symposium Nanostructures: Physics and Technology", 2000, июнь, С-Петербург.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 работ, список которых приведён в заключение диссертации. Ссылки на эти работы в тексте диссертации отмечены цифрами со звёздочкой.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка цитированной литературы.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1 .Разработана последовательность постростовых технологических операций для изготовления мезалолосковых одномодовых и многомодовых с широким контактом РО InGaAsP/InP гетеролазеров с учетом особенностей гетероструктур, полученных методами газофазной МОС-гидридной и жидкофазной эпитаксий.

2. С использованием разработанной постростовой технологии созданы одномодовые лазерные диоды, излучающие на длинах волн 1.3 и 1.5 мкм оптическую мощность 200 и 100 мВт в непрерывном режиме генерации на базе лазерных гетероструктур, полученных методом жидкофазной эпитаксии, и 220 и 150 мВт - методом газофазной МОС-гидридной эпитаксии.

3. Максимальные значения дифференциальной квантовой эффективности в РО InGaAsP/InP гетеролазерах достигаются при минимальных внутренних оптических потерях. Минимум внутренних оптических потерь в InGaAsP/InP РО ДГС достигается при снижении концентрации свободных носителей в

15 3 волноводных слоях до 10 см" и увеличении фактора оптического ограничения волноводного слоя вследствие максимального расширения волноводного слоя.

4. Вследствие особенностей строения энергетической зонной структуры твёрдых растворов InGaAsP, изопериодических с InP, в лазерных РО ДГС наблюдается выброс инжектированных носителей тока из активной области в волновод, что снижает внутренний квантовый выход стимулированного излучения.

5. Применение ступенчатого расширенного волновода в РО InGaAsP/InP ДГС позволяет увеличить глубину квантовой ямы для электронов, сохраняя максимальный фактор оптического ограничения волноводного слоя и минимальные внутренние оптические потери, а также снизить выброс носителей тока из активной области в волновод и увеличить внутренний квантовый выход стимулированного излучения.

6. PO InGaAsP/InP гетеролазеры обладают высокой температурной чувствительностью дифференциальной квантовой эффективности (Т]=125+250 К), ограничивающей достижение максимально возможной излучаемой мощности.

7. Разработана оптимальная InGaAsP/InP лазерная гетероструктура с расширенным ступенчатым волноводом, обладающая внутренними оптическими потерями 3.6 см"1 и внутренним квантовым выходом стимулированного излучения более 85%.

8. На базе PO InGaAsP/InP гетероструктуры с расширенным ступенчатым волноводом, полученной методом МОС-гидридной эпитаксии, созданы лазерные диоды с шириной мезаполоскового контакта 100 мкм, излучающие на длине волны 1.55 мкм 5.2 Вт в непрерывном режиме генерации.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 .М.А.Иванов, Ю.В.Ильин, Н.Д.Ильинская, Ю.А.Корсакова, А.Ю.Лешко, A.B. 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, т. 21, вып. 5, сс. 70+75.

2. И.С.Тарасов, Н.А.Пихтин, А.В.Мурашова, А.В.Лютецкий, А.Ю.Лешко, М.А.Иванов, Н.АБерт, Ж.И.Алфёров, "Самоупорядоченные InGaAsP наногетероструктуры", 2-ая Российская конференция по физике полупроводников, Зеленогорск, 26 февраля - 1 марта 1996 года, Тезисы докладов, Т.1, с. 40.

3. N.A.Pikhtin, A.Yu.Leshko, A.V.Lyutetskiy, V.B.Khalfin, N.V.Shuvalova, Yu.V.Ilyin, I.S.Tarasov, "Two-section InGaAsP/InP (A,=1.55jim) Fabri-Perot laser diode with 12 nm tuning range", Proceed, of Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St.Peterburg, Russia, 24-28 June 1996, pp.351+353.

4.А.Ю.Лешко, И.С.Тарасов, И.Н.Арсентьев, Б.Я.Бер, Ю.В.Ильин, Н.В.Шувалова, "Многоямковые лазерные гетероструктуры, полученные методом жидкостной эпитаксии", Письма в ЖТФ, 1998, т. 24, вып. 21, сс. 61+67.

5.Е.Г.Голикова, В.А.Горбылёв, Н.Ю.Давидюк, В.А.Курешов, А.Ю.Лешко, А.В.Лютецкий, Н.А.Пихтин, Ю.А.Рябоштан, В.А.Симаков, И.С.Тарасов, Н.В.Фетисова, "Мощные InGaAsP-гетеролазеры раздельного ограничения, полученные методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений", Письма в ЖТФ, 2000, т. 26, вып. 6, сс. 5+11.

6.Е.Г.Голикова, В.А.Горбылёв, Ю.В.Ильин, В.А.Курешов, А.Ю.Лешко, А.В.Лютецкий, Н.А.Пихтин, Ю.А.Рябоштан, В.А.Симаков, И.С.Тарасов, Е.А.Третьякова, Н.В.Фетисова, "Мезаполосковые одномодовые РО ДГС InGaAsP лазеры, полученные методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений", Письма в ЖТФ, 2000, т.26, вып. 7, сс. 57+62.

7.А.Ю.Лешко, А.В.Лютецкий, Н.А.Пихтин, Г.А.Скрынников, И.С.Тарасов, Ж.И.Алфёров, "Свойства InGaAsP/InP гетеролазеров с широким мезаполосковым контактом", ФТП, 2000, т. 34, вып. 7, сс. 886+890.

8. А.Ю.Лешко., Д.А.Лившиц, А.В.Лютецкий, Н.АЛихтин, З.Н.Соколова, И.С.Тарасов, Н.В.Фетисова, "О внутреннем квантовом выходе и выбросе носителей в квантоворазмерных InGaAsP/InP лазерах", ФТП, 2000, в печати. 9. E.G.Golikova, V.A.Kureshov, A.Yu.Leshko, A.V.Lyutetskiy, N.A.Pikhtin, Yu.A.Ryaboshtan, G.V.Skrynnikov, I.S.Tarasov, Zh.I.Alferov, Properties of wide

125 mesastripe InGaAsP heterolasers, Proceed, of Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St.Peterburg, Russia, 19-K23 June, 2000, to be published.

В заключение автор хотел бы выразить глубокую благодарность научному руководителю И.С.Тарасову за повседневное руководство, внимание и полезное обсуждение результатов работы; сотрудникам Н.А.Пихтину, А.В.Лютецкому, Н.В.Фетисовой, С.О.Слипченко, при помощи и непосредственном участии которых были выполнены исследования; Н.Д.Ильинской, Л.С.Вавиловой, И.Н.Арсентеву, А.В.Мурашовой, А.Л.Станкевичу за активную помощь в технологических вопросах; З.Н.Соколовой и Г.В.Скрынникову за помощь в проведении теоретических расчётов; Е.А.Третьяковой, Т.Н.Дрокиной, Е.И.Кухаревой, Н.Ф.Кадощук, Т.А.Налёт, А.В.Лунёву за огромную работу по изготовлению экспериментальных образцов; Асряну Л.В. за внимательные и доброжелательные теоретические консультации.

Заключение.

1. 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 jim InGaAsP-GaAs SCH SQW lasers, IEEE J. Quant. Electron., V.QE-27, №6, pp. 1531-1536, (1991).

2. Panish M.B., Hayashi I., Sumski S., Double-heterostructure injection lasers with room-temperature thresholds as low as 2300 A/cm", Appl. Phys. Lett., V.16, №8, 326-327, (1970).

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

4. 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, Y.60, №6, pp. 726-728, (1972).

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

6. Hartman RL., Schumaker NE., Dixon R.W., Continuously operated (Al,Ga)As double-heterostructure lasers with 70°C lifetimes as longas two years, Appl. Phys. Lett., V.31, №11, pp. 756-759, (1977).

7. 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).

8. Hsieh J.J., Room-temperature operation of Са1пАзЯпР double-heterostructure diode lasers emitting at 1.1 ¿im, Appl. Phys. Lett., V.28, №5, pp. 283-285,1976).

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

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

11. 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).

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

13. 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 \im, Electron. Lett. Y.15, №21, pp. 669-670 (1979).

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

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

16. 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., V.QE-9, №2, pp. 311+318, (1973).

17. 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).

18. 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).

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

20. Tanbun-Ek T., 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).

21. Thijs P.J., Tiemeijer L.F., M.Binsma J.J., van Dongen Т., Progress in long-wavelength strained-layer InGaAs(P) quantum-well semiconductor lasers and amplifiers, IEEE J. Quant. Electron., V.QE-30, №2, pp. 477-499 (1994).

22. Garbusov D., Xu L., Forrest S.R., Menna R., Martinelli R., Connolly J.C., 1.5 jim wavelength, SCH-MQW InGaAsP/InP broadened-waveguide laser diodes with low internal loss and high output power, Electron. Lett., V.32, №18, pp. 1717-1719, (1996).

23. Asano H., Takano S., Kawaradani M.,Kitamura M., Mito I., 1,48-|im highpower InGaAs/InGaAsP MQW LD's for Er-doped fiber amplifiers, IEEE Photon. Technol. Lett., V.3, №5, pp. 415-417, (1991).

24. Елисеев П.Г., Лавров B.H., Применение инжекционных гетеролазеров в волоконно-оптических системах связи (обзор), Квантовая электроника, Т.7, №9, сс. 1845-1868, (1980).

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

26. Алферов Ж.И., Гарбузов Д.З., Нивин А.Б., Овчинников А.В., Тарасов И.С., Инжекционный непрерывный лазер с мощностью 60 мВт на основе жидкофазной РО InGaAsP ДГС (Х=\.35 мкм, Т=300К), ФТП, Т.21, №5, сс. 456-459, (1987).

27. Горелёнок А.Т., Колышкин В.И., Тарасов И.С., Полосковые лазеры на основе ДГС в системе InGaAsP/InP, полученные имплантацией ионов кислорода, ЖТФ, Т.53, №> 10, сс. 1973-1978, (1983).

28. Collor A., Renner D., Greene P.D., Moule D., Butler В., High power performance of double channel mesa lasers, Physica, V.129B, pp. 455-458, (1985).

29. Горелёнок A.T., Груздов В.Г., Декальчук A.A., Декальчук Т.В., Ильинская Н.Д., Мокина И. А., Тарасов И. С., Мезаполосковые

30. GaAsP/InP (À,=1.55 мкм) лазеры непрерывного действия, ЖТФ, Т.55, №9,сс. 1872+1876, (1985).

31. Sugimoto M., Suzuki A., Nomura H., Lang R., Mesa substrate burned heterostructure lasers diode fabricated by one-step liquid-phase epitaxy, J. Lightwave Tecnol., V.LT-2, №4, pp. 496+502 (1984).

32. Ishikawa H., Imai H., Tanahashy T., Hori K., Takahei K., Y-grooved substrate buried heterostructsure InGaAsP/InP laser emitting at 1.3 jum wavelength, IEEE Transactions on Microwave Theory and Technique, V.MTT-30, №10, pp. 1692+1699, (1982).

33. Asano T., Okumura T., 1.3 |um high-power BH laser on p-InP substrates, IEEE J. Quant. Electron., V.QE-21, №6, pp. 619+622, (1985).

34. Clawson A., Mullin D., Elder D., Weider H., J. Crystal Growth, V.64, p. 90, (1983).

35. Knight D. G., Benyon W., Method for reliable liquid phase epitaxial growth of semi-insulating InP doped with Ti and Zn, J. Crystal Growth, V.102, №1/2, pp. 249+254, (1990).

36. Botez D., Effective refractive index and first-order mode cutoff conditions in InGaAsP/InP DH laser structure (À.=1.2-1.6 fim), IEEE J Quant. Electron., V.QE-18, №5, pp. 865+870, (1982).

37. Беришев И.Э., "Разработка жидкофазной технологии изготовления мощных низкопороговых зарощенных InGaAsP/InP лазеров, Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Санкт-Петербург, 1993.

38. Wilt D.P. and Yariv A., A self-consistent staitic model of the double-heterostructure laser, IEEE J Quant. Electron., V.QE-17, №9, pp. 1941+1949, (1981).

39. Ohtoshi Т., Yamaguchi К., Nagaoka С., Uda Т., Murayama Y., Chinone N, A Two-dimensional device simulator of semiconductor lasers, Solid-State Electronics, V.30, №6, pp. 627+638, (1987).

40. Ueno M., Asada S., Kumashiro S., Two-dimensional numerical analysis of lasing characteristics for self-aligned structure semiconductor lasers, IEEE J. Quant. Electron., V.QE-26, № 6, pp. 972-981, (1990).

41. Nappi J., Ovtchimikov A., Asonen H., Savolainen P, Pessa M., Limitations of two-dimensional passive waveguide, model for A,=980 nm Al-free ridge waveguide lasers, Appl. Phys. Lett., V.64, №17, pp 2703+2705, (1994).

42. Adams A.R., Band structure engineering for low threshold high efficiency semiconductor lasers, Electron. Lett., V.22, №2, pp. 249+250 (1986).

43. Yablonovitch E., Kane E.O., Reduction of the lasing threshold current density by lowering the valence band ejjective mass, J. Lightwave Technol., V.LT-4, №5, pp.504+506; (1986); также "Correction", J. Lightwave Technol., V.LT-4, №6, p. 961,(1986).

44. Yablonovitch E., Kane E.O., Band structure engineering of semiconductor lasers for aptical communication, J. Lightwave Technol., V.LT-6, №8, pp. 1292+1299, (1988).

45. Mattehws J.W., Blakeslee A.E., Defects in epitaxial multilayers, J. Crystal Growth, V.27, pp. 118-125, (1974).

46. Semiconductors lasers, edited by Eli Kapon, Academic Press, 1999.

47. Silver M., O'Reilly E.P., Optimization of long wavelength InGaAsP strained quantum-well lasers, IEEE J. Quant. Electron., V.QE-31, №7, pp. 1193-1200, (1995).

48. Kasukawa A., Namegaya T., Iwai N., Yamanaka N., Ikegami Y., Tsukiji N., Extremely high power 1.48 ¡am GalnAsP/InP GRIN-SCH strained MQW lasers, IEEE Photon. Technol. Lett., V.6, №1, pp. 4-6, (1994).

49. Mawst L.J., Bhattacharya A., Nesnidal M., Lopez J., Botez D., Monis J.A., Zory P., High CW output power and 'wallplug' efficiency Al-free InGaAs/InGaAs/InGaP double quantum well diode lasers, Electron. Lett., V.31, №14, pp. 1153-1154,1995.

50. Osinski J.S., Zou Y., Grodzinski P., Mathur R.A., Darkus P.D., Low-threshold-current-density 1.5 jim lasers using compressively strained InGaAsP quantum wells, IEEE Photon. Technol. Lett., V.4, pp. 10-13, (1992).

51. Hayakawa T., Wada M., Yamanaka F., Asano H., Kuniyasu T., Ohgoh T., Fukunaga T., Effects of broad-waveguide structure in 0.8 ¡urn high-power

52. GaAsP/InGaP/AlGaAs lasers, Appl. Phys. Lett., V.75, №13, pp. 1839-1841, (1999).

53. Wade J.K., Mawst L.J., Botez D., Nabiev R.F., Jansen M., Morris J.A., 6.1 W continuous wave front-faset power from Al-free active-region (1=805 nm) diode lasers, Appl. Phys. Lett., V.72, №1, pp. 4-6, (1998).

54. Wang J., Smith B., Xie X., Wang X., Burnham G. T., High-efficiency diode lasers at high output power, Appl. Phys. Lett., V.74. №11, pp. 1525-1527, (1999).

55. He.X., SrinivasanS., Wilson S., Mitchell C., Patel R, 10.9 W continuous waveoptical power from 100 p,m aperture InGaAs/AlGaAs (915 nm) laser diodes, Electron. Lett., V.34, №22, pp. 2126-2127, (1998).

56. Al-Muhanna A., Mawst L.J., Botez D., Garbusov D.Z., Martinelli R.U., Connolly J.C., High-power (>10W) continuous-wave operation from 100-jj.m-aperture 0.97-¡im-emitting Al-free diode lasers, Appl. Phys. Lett., V.73, №9, pp. 1182-1184, (1998).

57. Nabiev R.F., Vail E.C., Chang-Hasnain C.J., Temperature dependent efficiency and modulation characteristics of Al-free 980-nm laser diodes, IEEE J. Select. Topics Quant. Electron., V.l, pp. 234+243, (1995).

58. Овчинников A.B., Разработка жидкофазной технологии изготовления InGaAsP/InP (1=1.3 мкм) лазерных структур (для ВОЛС) со сверхтонкими активными областями, Диссертация на соискание учёной степени кандидата ф.-м. наук, Ленинград, 1988.

59. Kuphal Е., Phase diagrams of InGaAsP, InGaAs and InP lattis-matched to (100)inP, J. Crystal Growth, V.67, pp. 441+457, (1984).

60. Голикова Е.Г., Дураев В.П., Козиков C.A., Кригель В.Г., Лабушн О.А., Швейкин В.И., Лазеры на основе InGaAsP/InP с квантово-размерными слоями. Квантовая электроника. Т.22. вьш.2. ее. 105+107, (1995).

61. Казаринов Р.Ф., Константинов O.B., Перель В.И., Эфрос А.Л., К электромагнитной теории инжекционного лазера, ФТТ, Т.7, №5, сс. 1506+1516, (1965).

62. Adachi S., Physical Properties of 3 5 Semiconductor Compounds, John Wiley & Sons, 1992.

63. Тарасов И.С., Гарбузов Д.З., Евтихиев В.П., Овчинников А.В., Соколова З.Н., ЧудиновА.В., Особенноста температурной зависимости порогов в

64. PO InGaAsP/InP ДГ лазерах (1=1.3 мкм) с тонкой активной областью, ФТП, Т.19, вып.8, сс. 1496-1498, (1985).

65. Mawst L.J., Bhattacharya A., Nesnidal М., Lopez J., Botez D., Morris J.A., Zory P., High continuous wave output power InGaAsftnGaAsP/InGaP diode lasers: effekt of substrate misorientation, Appl. Phys. Lett, V.67, pp. 2901-2903, (1995).

66. Osinski J.S., Grodzinski P., Zou Y, Dapkus P.D, Karim Z., Tanguay A.R., Low treshold current 1.5 дт bured heterostructure lasers using strained quaternary quantum wells, IEEE Photon. Technol. Lett., V.4, №12, pp. 1313-1315, (1992).

67. Sugiura H., Noguchi Y., Iga R., Yamada Т., Kamada H., Sakai Y, Yasaka H., Straned-layer InGaAs quantum well lasers emitting at 1.5 jim grown by chemical beam epitaxy, Appl. Phys. Lett., V.61, №3, pp. 318-320, (1992).

68. Kunii Т., Matsui Y., Katoh I., Kamidjoh Т., Low threshold current and high output power operation for 1.5 jxm GRINSCH strained MQW laser diode, Electron. Lett., V.31, №4, pp. 282-284, (1995).

69. Гарбузов Д.З., Овчинников A.B., Пихтин H.A., Соколова З.Н., Тарасов И.С., Халфин В.Б., Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей пороговых и мощностных характеристик РО ДГС