Разработка жидкофазной технологии изготовления мощных низкопороговых заращенных InGaAsP/InP лазеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕ [А ЛЕНИНА тЖО-ТЕХШТЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ.А-Ф.ИЬФФБ

На правах рукописи

<»' БЕРьИИЕВ Игорь Зрикович

УДК 621.315.592

РАЗРАБОТКА ЯВДКОФАЗНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОЩНЫХ НИЗКОПОРОГОВЫХ ЗАРОЩЕННЫХ ТпиаАэР/ТпР ЛАЗЕРОВ

специальность: 01.04.10 - физика полупроводников я диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Ордена Лешка физико-техническом институте км.А.ФЛ'оффе РАН.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук,

старигай научный сотрудник

И.О.Тарасов.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

Р.П.СеГсян,

кандидат физшсо-мат&маткчоских наук

А.С.Щербаков.

Ведущая организация:

Государственный Оптический Институт им.С.И.Вавилова.

заседании специализированного совета N0. К 003.23.01 при Ордена Лукина физико-технической институте им.А.Ф.Иоффе РАН по адресу 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д.26.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

19ЭЗ г. в

часов на

Автореферат разослан " 1993г.

Ученый секретарь гпедаан'зировашюго совета ьаздялат <!« з 1гко-м а те м а тич э ских наук

(Г.С.Куликов)

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Гетлролазери на основе соединений 1п0аА.б?/1пР, излучающее в спектральном диапазоне 1.1-1,6 мкм, являются основным источником излучения для совремешшх волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), так как шенно в этом диапазона находятся области минимума потерь и нулевой дисперсии кварцевых . световодов. Число научных рабст, посвящении исследованию как технологии изготовления,- так и физических основ работы этих приборов превысило за последнее десятилетие несколько тысяч, что свидетельствует об огромной практической важности разработок в этой области оптоэлектроники.

Исходя из требований к источникам излучения волоконно-оптических систем связи, таких как высокие мощность излучения и коэффициент ввода излучения в оптическое волокно, стабильная модуляционная характеристика, большой практический интерес представляют лазеры, обеспечивающие стабильную генераций нулевой поперечной мода излучения во всем диапазоне токов накачки (одномодовые лазеры).

К началу выполнения данной работы (1989 год) существовало достаточно полное понимание процессов, происходящих при работе лазеров на основе двойной гегероструктуры раздельного электронного и оптического ограничения (РО ДГС). Разработанная в ФТИ им. Иоффе ЖФЭ технология роста РО ДГС со сверхтонкими активными слоями (~юо 2) позволила достигнуть резкого улучшения лазерных характеристик по сравнению с параметрами приборов на основе традиционной ДГС. Созданные на основе этих гетероструктур лазеры с широким контактом имели вдкордные значения пороговой плотности тока и мощности излучения .

Однако, использование жидкофазных РО ДГС со сверхтонкой активной областью для изготовления одномодовых лазеров н,-; основе зарощенпой мезаструктуры . не продемонстрировало ожидаемого повышения мощности излучения и снижения порогового и рабочего токов по сравнению с характеристиками лазеров сход:шх конструкций на основе ДГС.

Актуальность данной работы заключается в том, что' в ней впервые проведаны исследования, направленные на разработку технологии селективного химического травления и технологии зарадиванкя шзаполоско!. ос 1пСаАо?/ТпР лазерных РО ДГС со сверхтонкой активной областью, шрагценных жидкофазной зш: кскей, а также изучена параметры зароцепных мезеполосковых одяомодовых лазеров, изготовленных ка основе этих гетероструктур к излучающих в диапазоне длин полк 1.15-1.55 мкм.

Основная цель работа заключалась в разработке и изучении особенностей воспроизводимой ЖФЭ технологии формирования зарсвюнной кезаподосковой . РО ДГС со сверхтонкой активной областью в системе 1п0аАг?/1лР и исследовании свойств таких структур для создании эффективных одьсмодобых лазеров. Достижение поставленной цели включало следующие основные этапы.

1. Исследование основных технологических факторов, влияющих • на возникновение потерь тока в лазерах зарощенной конструкции и разработка нового способа формирования ыезаполасковой структуры

в системе 1пааАЕР/1пР,

2. Разработку технологии заращшания мззаполосковых структур и формирования высокоэффективных лазеров, а также изучение факторов, влияащих ка воспроизводимость этой технологии.

3. Исследование параметров зарощенных кезаполосковых лазеров на основе РО ДГС 1пСаАеР/т.пР, излучающих в диапазона длин волн Л.=1.15-1.55 мкм.

Научная новизна к практическая ценность работы заключается в том, что в ней изучены особенности ЖФЭ в системе 1п0аАз?/1пР при з-разивакии мезаполосковой структуры, сформированной по специально разработанной методике, с выявленными плоскостями различной кристаллографической ориентации. ' Показано, что использование селективности роста, различий в скорости осзхденкя слоев поззоляет воспроизводимо выращивать зарощенкне меззполосксвые структура . с точно контролируемым иззииораспологениен слоев.

Установлено, что причиной резкого падения внутреннего кчантовогс выхода излучения при уменьшении лпфшш излучающей области зарощегшой мззаполоековой структуры менее 5 мкм является возникновение центров Сезнзлучательяой рекомбинации на границе излучающей области нвзч а блошрукщих слоев вследствие загрязнения и термической эррозии поверхности мезаполосковой структуры. Разработан режим очистки этой поверхности, позволяющий путем кратковременного травления мезаяолосковой структуры В Квдонйоыцэнноы расплаве 1п а-Аз (942-1.2%-4.8%) восстановить квантовый вкход люминесценции и но нарушить при этом формы мезы.

Показано, что использование РО ДГС со сверхтонкой активной областью в изготовлении зарощенных мезаполосковчх лазеров позволяет создать нриборн, обладающие низкими пороговыми токами ( 5-15 мА) и высокой квантовой эффективностью (60-65Ж), обеспечивающие генерацию нулевой поперечной моды излучение ео всем диапазоне токов накачки до мощностей порядка 160 кВт (х=1.3 мкм)в непрерывном рвкшэ гвнорации яри комнатной температуре.

Основные положения и результата, выносимые нэ защиту, сводятся к следующему:

1. При жидкофазном осакцении двух и более' эпитаксизльнкх слоев ТпР с толщиной каждого слоя менее 1.5 мкм на подложу 1пР(Ю0) с мезами, ограненными плоскостями (III)Б в ¡шшей части к близкой к (III)А в верхней части, рост первого слоя на верхней части глезы не происходит.

2. Область изменения параметров роста (дТ-пересшоддо расплава и «^-высота мезы в нижней часта), в. которой реализуется указанный в первом положении механизм роста, ограничена:

1.7 мкм < с^ < 4 и см при лТ=3° и 2.4 мкм < < -'.(.чем при дТ=12°.

3. Причиной резкого падения ( более чем в 10 раз ) внутреннего •квантового выхода излучения - при уменьшении дарэтш ¡".случайней области ■ зяроаюгшой кез&колоокотой структуры монее 5 мкм является возрастание вклада центров безцзлучат«льной рекомбинацю. на границе излучающе» области лезы я йлокирупцпл

слоев, возникающих вследствие вэгрязнония л термической аррозии поверхности мезаполосковой структуры, ь общий процесс рекомбинации носителей а лазере.

Кратковременное травление мозаполосковой структуры в недонаснценном расплавь ïn-Ga-лз (94%-1.2%-4.8%) позволяет ¡^¡остановить квантовый выход люминесценции и но нарушить при ЭТОМ формы V63U.

4. Разработака технология к созданы высокоэффективные не прорывные зз[о»юнше одаомодовые лазеры на основе InGsiAaP/InP F0 №0 со сверхтонкой активней областью с минимальным пороговым током 5мА и 14мА, максимальной дифференциальной квантовой эффективность*) и 35% к максимальной мощностью непрерывного излучения 160мВт iл 90мБх для длин волн К:=1.3МКМ и х.=1.55мкм, соответственно. Испытания на срок службы созданных по разработанной технологии лазерных диодов не выявили в них более быстрых дэградационных процессов, чем в лазерах с широким контактом на основе тех же РО ДГС inGaAsi'/inP.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на V Всесоюзной конференции по физическим процессам в пзлупроводйжовых гетероструктурах (Калуга,

1990г.), I International Soviet Piter Optic Conference (ISïOO-1, USSR, Leningrad, 1991), 10-th. Simposium on Alloy Semiconductor Physics and Electronics (Japan, Nagoya, 1991), III - European Conference on Crystal Growth (Hungary, Buda pest, 1991 ), SFIE International Symposium on Lasers, SenserS, and Spectroscopy ( Section: Laser Diode Technology and Applications IV ),' (USA, Los Angeles, 13P¿>

Публикации. lio материалам диссертационной работы опубликовано 9 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Объем jjaciowi. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой . длтературч. Общий объем диссертации составляет 9? страниц, из них 48 страниц текста, 39

страниц с рисунками. Список цитируемой литературу вклмчаег 48 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

Первая глава посвящена краткому обзору литературных данных по лазерам на основе ДГС и РО ДГС М5аАаР/1пР., В первом параграфе дана краткая характеристика чэтвьрных твердых растворов 1пСаАзР-1пР. Ширина запрещенной зоны прямозонных соединений 1п0аАзР изопериодичных 1п? при комнатной температуре мохсзт изменяться от 0.73 эВ СШЗаАз) до 1.35 эБ (1пР), что обеспечивает возможность создания в этой системе полупроводниковых лазеров с длинами волн излучения от 1.1 мкм до 1,65 мкм. В этом же спектральном диапазоне лежат области минимума потерь (к=1,55 мкм) и нулевой дисперсии (*-=!,3 мтя) современных кварцевых оптически/, волокон, а также область накачки оптических усилителей на основе легированного Ег волокна (х =1,48 мкм ), что определяет области применения.этих лазеров. В заключение первого параграфа дан обзор основных технологических проблем, встрэчавдихся при жидко-фазном выращивании тонких ( в несколько сотен 8 ) слоев ТпСаАяР, необходимых для реализации принципа раздельного ограничения. Кратко рассиотреиы достоинства и недостатки таких ростовых методов, как использование низкой температуры эшиоксии, низкого пересыщения ростовых расплавов, сокращение времени осаждения. Более подробно остановлено внимание на модифицированном методе жидкостной элитаксии, а котором сокращение времени контакта подлокки с ростовым расплавом достигается за счет ограничения области контакта узкой щелью.

Во втором параграфе анализируются и сравниваются параметры оксидно-полосковых лазеров . с широкой излучающей областью (УУ=60-100 мкм) на основе ТпОаАБР/ХпР ДГС и РО ДГС. Отмечено, что наименьшей из достигнутых пороговых плотностей тока (.1^) в лазерах на основе ДГС шзаАзР/гпР (\-1.3ккм) является не сегодняшний день значение 430 А/см" (газовая

эпитаксия ез металло-органических соединений). Обычная воспроизводимая величина «Г^ для ДГС лазеров, изготовленных. ЖФЭ, составляет значение порядка 1 ка/см'\

Первые лазеры на основе РО ДГС со сверхтонкими активными областями в система 1п0аАвР/1пР были получена в нашей стране в 1984 году методом ЖФЭ и имели пороговую плотность тока 500 А/ск2.

В заключение параграфа показано, что используя гетероструктуры с раздельным ограничением (х=1,3 мкм), Епращенше модифицированным методом ИЗ, были получены полупроводниковые лазеры с низкими пороговыми плотностями токов (до 410 А/см2 при №=100 мкм и длине резонатора Ь=Б60 мкм), бысокими дифференциальными эф^ективностями (до 63 % ) и высокими мощностями непрерывного излучения (1.2 Вт). Внутренний квантовый выход излучения (ч^) составлял величину порядка 83-85%, а внутренние потери « - примерно 15

В третьем параграфе рассмотрены и проанализированы различные методы роализации лазеров, сохраняющих генерацию только нулевой поперечной моды излучения (одномодовыв лазеры). Из проведенного анализа следует, что получение высоких мощностей излучения (более 200 мВт) требует наличия хорошо отработанной технологии создания лазеров сложной зарощенной конструкции. Проведенный далее теоретический анализ условий отсечки нулевой поперечной моды резонатора лазера показал, что необходимая для этого ширина волновода составляет 1-2 мкм. Проведенные эксперименты по созданию зарощенных мезаполосковых структур на основе РО ДГС 1гЮаАбР/1пр, выращенных методом ЖФЭ, показали, что с уменьшением ширины излучащэй области до значений 2-3 мкм происходило нелинейное возрастание пороговых плотностей тока до значений порядка 10-20 кА/см2.

К началу выполнения данной работы не было полного понимания причин, приводящих к этому явлению. Параметры зарощенных одномодошх лазеров, изготовленных методом ЖФЭ, уступали характеристикам лазеров, изготовленных другими методами.

Четвертый параграф посвящен анализу особенностей кидкофазной технологии, использующейся при создании одномодовых лазеров в системе 1п0аАзР/1пР. В нем рассмотрены причины химической анизотропии кристалла 1пР, и проявления эффектов селективности зкидкофазного осаждения на профилированных подлокках, пшроко использующиеся для повышения воспроизводимости технологии кзготовлешя одномодовых лазеров различных конструкций.

В заключение параграфа сделан вывод о' том, что наиболее подходящей конструкцией мощного одаомодового лазера в системе 1пСаАБР/1пР является ззрощенная мезаполосковая структура, позволяющая реализовать достоинства планерных . РО ДГС со сверхтонкой активной областью , выращенных КФЭ, а также являющаяся достаточно простой и дешевой с точки зрения технологии изготовления. Реализация воспроизводимой технологии создания таких структур требует изучения и применения эффектов селективности как химического травления гетероструктур 1пСаАаР/1пР , так и КФЭ роста на профилированных различными кристаллографическими плоскостями подложках.

Во второй главе дано полное описание технологии меззполосковых зарощенных лазеров на основе РО ДГС 1пСаАзР/1пР, включающей в себя селективное химическое травление выращенных гетероструктур через маску диэлектрика для формирования маззполоска с необходимым профилем и кидаофазное ззращивание полученной мэзаполосковой структуры для формирования блокирующего р-п-перехода, обеспечивающего токоеоэ ограничение з узком активном канале.

В первом параграфе отмечено, что оптимальной формой профиля, мезаполоска является перевернутая равнобедренная трапеция, где более широкое основание трапеции определяет площадь контакта р-эмкитер - металл, а меньшее основание - ширину волновода. Такой профиль мезы получил название "ласточки хвост" и является уже классическим для зарощенных лазеров во всей системе А^В®. ОскоБНая часть параграфа посвящена описанию технологических режимов поэта:шого селективного химического травления, позволяющего создеезть меззполоски с заданный

профилем, точно контролируемыми величинами ширины волновода и высоты мез&полоска.

В этой части рассмотрены наиболее широко используемые травители, формирующие мезаполосок в форме "ласточкин хвост" -2% раствор Зг, в метанола (Вг^СНдОН) или 5% раствор Вг0 в диметклформамиде (Вгг-С2Н^0Ы).

Показано, . что при траалэнии гетероструктур, вырао(енных методом КФЭ, а следовательно, имеющих неоднородности толщины слоев, использование этих травителей приводит, в силу их нечувствительности к составу 1п£Са1 _хАн1 _уР^г/1пР, как к неконтролируемому положения активной области и волновода по высоте мезаполоска, так и к низкой однородности ширины волновода вдоль мезаполоска.

Сделан вывод о том, что при разработке зарощенных мезаполосковых лазеров на основе жидкофазных РО ДГС необходимо было найти новый способ формирования мезаполосковой структуры, обеспечивающий даже при низкой однородности толщин слоев гетероструктуры воспроизводимое и однородное по площади положение активной области в самой узкой части мезы на точном (до десятюс долей микрона) расстоянии до подложки. Далее отмечено, что поставленная задача могла быть решена только с использованием селективного механизма химического травления в системе МаАвРЛпР (100).

Приведено описание первой серии экспериментов, направленных на создание селективного метода формирования верхней части мезаполоска над волноводом в форме "ласточкин хвост", ограниченного плоскостями (III)А. Приведены результаты исследований для нескольких пар травителей:

1. 1НВг:1К2Сг207 (насыщенный водный раствор) -НВг;

2. Бг2-ДМФ - НВг;

3. А1СВКЦ: 1 Н^РО^: 1 КН^СООН: 1 Ацетон - КВг.

Далее рассмотрена вторая :ерия экспериментов, направленных чэ поиски травителей, формирующих нижнюю часть мезаполоска. Рассмотрены два способа травления активного и волноводных

сдэев: селективный в рэ д'ворэ SHgSO^siHgOgjiB^o и неселёктивннй в рпсткорэ Bivj:ЖФ. ;; также последний этап химического в охлаждений (8°С) конце нтркров а иной соляной кк.'./.Vj-;, которая ьоакм дэйствует только с 1лР с выявлением шгоскссги (I1DB.

Обнаружено, что верхняя р-lnP эмматер, заключенный между двумя "¡е', верными слоями (pf-lnOaAsP контактный и верхний волне ¡л::., не подвергаэтед травлению в этом травитела. Стмечек , что HCl имеет высокую воспроизводимость и однородность скорости травления, что позволило получить разброс размеров по пластине глубины затрава под активную область менее чем 0.1 гам. .

Б заключение рассмотрены основные факторы, влияющие на воспроизводимость процесса травления: рассогласование параметров кристаллической решетки всех слоев гетероструктуры (да = aiap~ainGaAsp) и качество адгезии диэлектрической маски Sio2 о поверхностью полупроводниковой структуры.

Во втором параграфе рассматривается технология формирования зарощенной мезаполосксвой структуры. В первойлчасти этого параграфа описываете* методика получения эпитаксиальных 1пР слоев с чередующимся типом проводимости, дано описание графитовой кассеты, перечислены материалы и составы ростовых расплавов. Приведены температурно-временше рекимы ростовых процессов.

Во второй часта изучены особенности осаждения блокирудаих слоев при заращирлшш ЖФЭ РО ДГС мэзаполосковых структур. Отмечено, что основной целью при формировании блокирующей структуры, состоящей из встречного р-п - перехода, является минимизация токовых утечек в лазерном диоде. Выделены две механизма токовых потерь, . изменяющих вольт-амперную характеристику лазера. Первый механизм сеязэн с дефектами эпитаксиальных блокирущих слоев IriP вне мезаполосков. Второй механизм заключается в возмошзм геометрическом несовпадении полоЕвнжй блокирующего и инжектирующего р-п-переходов.

Выявлены технологические причины возникновения описанных механизмов токовых потерь. К ним,в первую очередь,относятся:

1) наличие загрязнений и следов термической эррозии йодложки ТпР на поверхности мезаполосковой структуры;

2) невоспроизводимость толщины нижнего р-1пР блокирующего слоя при его осаждении методов ЖФЗ.

Далее эти положения рассмотрены более подробно. Отмечено, что при заращивании мезаполосковых структур, сформированных химическим травлением, осаждение блокирующих слоев производится непосредственно на поверхность структуры. Поверхность меззструктуры подвергается воздействию высоких температур (более 650°С), что затрудняет пленарный рост первого р-1пР слоя вследствие термической зроаии поверхности подложки.

Для решения этой проблемы в процесс заращивают были внесены изменения, заключающиеся в выращивании дополнительных двух слоев р- и п-1пР, создающих второй блокирующий р-п-гореход и изолирующих дефектные участки первого. Приведены результаты измерений напряжения пробоя блокирующей структуры с одним и двумя р-п-переходами и с различными концентрациями легирующих примесей.

Для решения проблемы токовых утечек, связанных с геометрическим несовпадением положений инжектирующего и блокирующего р-п-переходов, были использованы как новый метод селективного химического, травления, так и принцип селективности Ж$Э роста на профилированных подложках с различными кристаллографическими ориентациями. В этой части параграфа проведено изучение селективного механизма хидко-фазясго осаждения блокирующих слоев 1пР при заращивании мезаполосков, имеющих ориентацию боковых стенок ниже активного слоя (III )В (наибольшая скорость роста 1пР) и выше активного слоя с ориентацией, обеспечивающей минимальную скорость роста 1пР (близкая к (III)А).

Далее приведено описание технологических экспериментов по заращивают модельных мезаг ^руктур с различными геометрическими размерами. Отмечено, "то существует диапазон технологических параметров (дт-пересыщеш:е расплава и с^-высота мезы), при

которых верхняя границэ первого блокирующего р-1п.: слоя всегда локализуется в района активного слоя мази (при дТ=3° <3^ более 1.7 ккм, а при дТ=12° более 2.4 мкм). Доказано, что

применение этого эффекта локализации границы растущего слоя в самой узкой части мези делает возможным создание лазеров ззрощенной конструкции с шириной излучающей области V/ порядка 21.-КМ и имеющих резистивные токовые, утечки менее О.ЧтА.

В третьей части второго параграфа проведены исследования внутреннего квантового выхода излучения в зарощенных мезаполосковых структурах. Отмечено, что с уменьшением ширины излучающей области в зарощекних мазаполссковых лазерах происходит резкое возрастание пороговой плотности тока. Далее рассмотрены технологические эксперименты, направленные на выяснение причин этого явления, и предложен метод борьбы с ним. Показано, что поело термической обработки кезаполоскоьой структур*., эквивалентной температурному воздействию пр" процессе зарэщквания, происходит резкое падение (10-?0 раз) эффективности фотолюминесценции этих структур. Кратковременное химическое травление прогретых структур, удаляющее поверхностный слой с толщиной примерно 0.2 мкм, приводит к обратному эффекту-возрастанию эффективности люминесценции. Из проведенного эксперимента сделан вывод о необходимости эффективней очистки поверхности непосредственно перед осаждением блокирующих слоев.

Разработан метод очистки боковой поверхности мезаполосков в юдонаоыщеинои металлическом расплаве, позволяющий изготовлять лазеры зарощенной конструкции, в которых абсолютной значение внешнего квантового выхода не зависит от ширины излучающей области.

Определено влияние металлического травления на планарность боковой стенки волновода лазера, а также определен оптимальный состав недонасыщенного раствора-расплава.

Показано, что пороговые плотности тока в зароненных лязерах, полученных с использованием металлического травления, мало зависят от № и составляют величину от 0.7 до 1.5 кА/см" для IV = "3 мкк.

В третьей главе рассматриваются излучательные характеристики зарощенных мезапслосковых лазеров на основе 1п<ЗаАБР/1пР двойных гетероструктур раздельного ограничения. К ним,в первую очередь, относятся мощность излучения, пороговый ток и пороговая плотность тока генерации , дифференциальная квантовая эффективность, внутренний квантовый выход излучения. Эти параметры изучены з первом разделе.

Представлены ватт-амперные характеристики для образцов 12т-Р1956, 25т-М383 и 31т-8465 (х=1.3 мкм). Первый из перечисленных лазеров был изготовлен то рассмотренной в Главе 2 технологии селективного травления и заращивания , но без кратковременного металлического травления. Второй и третий образцы лазеров были изготовлены с использованием травления в яедонаоыщенноы расапаве. В первом случае максимальная мощность излучения лазера с ширинок излучающей области И=5.6 мкм составила РМ=Н5 мВт при 20°С. Бо втором - при 2.5 мкм Р()=160 мВт. В последнем- при «=4.1мкм Рм=250 мВт. Последний результат (250мВт), полученный новой технологией, является рекордным для мощности излучения 1пСаАзР/1пР лазеров с .3 мкм различных конструкций и, по-видииоиу, является близким к теоретически возможному пределу. Все эти лазеры обеспечивали генерацию нулевой поперечной моды излучения во всем диапазоне токов накачки. Пороговые токи (1ПОр) составили 80мА, 25мА, 20мА,соответственно.

Для определения внутреннего квантового выхода излучения (т^) и внутренних оптических потерь а исследуемых лазеров были проведены исследования зависимости обратной диффере!; дальней квантовой эффективности (1/пй) от длины резонатора (Ь). В исследованной структуре они составили примерно 85Ж и 18 см-*. Сравнивая эти данные для широких (Я=100 мкм) оксидно-полосковых лазеров, на основе ЖФЭ РО ДГС сделан выеод о том, что разработанная технология заращивания не ухудшила излучательные характеристики зарощенных мезаполосковкх лазеров даже при V менее 3 мкм.

Во втором раздала проведены исследования модового .состава излучения зароненных мезаполосковых 1пСаАвР/1пР РО ДГС лазеров о целью определения диапазонов изменения конструкционных параметров зарощекных мезаполосковых 1пСаАаР/1пР БО ДГС лазеров, определяющих стабильную генерацию нулевой поперечной моды излучения.

Для этого проводились измерения углового распределения интенсивности света в дальней зоне излучения лазеров в плоскости, параллельной р-п - переходу, а • также измэрения спектрального распределения интенсивности света. В экспериментах использовались лазеры с различной шириной излучающей области ( от I шал до 10 мкм ) и с различной длиной еолны излучения. Из графиков зависимостей отсечки нулевой поперечной' мода излучения определены критические ширины активной области лазеров, при которых сохраняется одномодовиЗ режим генерац--:. Эти значения составили: №=1.5-2 мкм для х=1.55 мкм. '/,'=2.5-3 мкм для х=1.3 мкм и №=3-3.5 мкм для х=1.18 мкм.

В третьей части исследованы деградационнне Яарактеристики зарощешшх мезаполосковых 1пСаАБР/1пР РО ДГС лазеров. Показано, что технология изготовления зарощешшх мезаполосковых лазеров включает в себя сильное »одическое и температурное воздействие на узкий полосок активной области лазера во время процессов травления и заращявания. В связи с этим наибольшее внимание' при исследования срока службы этих диодов было уделено сравнению их деградационных характеристик с аналогичными данными для лазеров с оксидной изоляцией и широкой излучающей областью (??=100 мкм), в которых активная область не подвержена этим воздействиям. Для определения дэградационных характеристик методом_ ускоренных испытаний . даоды

устанавливались в каиере с тераостабилизациэй при Т= 50-70°с. Испытания проводились в режиме постоянного прямого тока.

Послэ наработки в ренте поддержания рабочего тока в течеяиз 1000 часов падение мощности света в обоих типах приборов на превысило 10%, что позволило сделать вывод об отсутстзии в зарощенных. мезаполосковых лазерах дополнительных деградэционкых

механизмов. Ускоренные испытания срока службы зарощенных не запо ласковых, лазеров показали, что эти прчборы могут обеспечить 10000 часов стабильней работы при комнатной температуре.

В заключении диссертации сформулирозаш основные результаты работа.

1. Изучены особенности формирования мезэполосковых структур б системе 1пСаАв?/1пР. Разработана технология химического травления жидкофазных РО ДГО (К = 1.1о-1.55 мкм), использующая набор селективных травятелей. Установлены осиовные технологические факторы, влияющие на воспроизводимость формирования мезапслосков с заданной шкряной активной области.

2. Установлен селективный мэханкзм жидкофазного осаждения слоев 1пР при заращивчнги мезаструктур, образованных различными кристаллографическими плоскостями. Определен диапазон технологических параметров, в котором сохраняется селективность роста, что обеспечивает автоматическое совпадение положений блокирующего р-п-перехода и рабочего р-п-перехода.

3. Установлены причины падения заутреннего квантового выхода излучения в зарощенннх мезаполосковых структурах. Разработан способ восстановления внутреннего квантового выхода излучения с помощью очистки боковой поверхности мезапслосков в недонасыщеннои металлическом расплаве, позволивший достичь пороговой плотности тока в зарощенннх лазерах, не зависящей от ширины активной области.

4. На основе 1пСаАзР/1пР РО ДГС изготовлены высокоэффективные одномодовые мезеполосковыэ зарощекные лазеры, имеющие • различные длины волк генерации: -лазеры с длиной волны х=1.55 мкм, порговым током менее 15 мА, дифференциальной квантовой эффективностью 1>й более 3555 и мощностью непрерывного излучения Р0 до 30 кВт (Т=ЗООК>.

-лазеры с длиной водны х=Г.48 мкм, пороговым током менее 20 мА, дифференциальной квантовой эффективностью более 35Ж, мощность?) непрерывного излучения Р0 до 35 мВт (Т-ЗОЭК),

-лазеры с длиной волны \-I.30 мкм,пороговым током Ith менее 10 мИ, дифференциальной квантовой эффективностью r>d более 60л, мощностью непрерывного излучения PQ до 250 мВт (Т=30СК), -лазеры с длиной волны *=7.18 мкм,пороговый током Ith менее 45 мА, .дифференциальной квантовой эффективностью более 50Ж, мощностью непрерывного излучения Р0 до 100 мВт (Т=300К),

5. Экспериментально определены условия отсечки генерации фундаментальной поперечной кода излучения в. InGaAsP/InP PO ДГС зарощеняых мезаполосковых лазерах.

6. Испытания на срок служба InGaAsP/InP PO ДГС зарощенных мезаполосковнх лазеров не выявили в них более быстрых деградационных механизмов, чем в лазерах с оксидной изоляцией.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Веришев И.Э., Ильин Ю.В-., Овчинников A.B., Пихтия H.A., Тарасов И.С. Особенности фотолюминесценции InGaAsP/InP

■ (100)" лазерных структур. // . Материалы V Всесрюзной конференции по физическим процессам в полупроводниковых гзтероструктурэх, Калуга, 1990, т.2, стрЛ39-140.

2. Веришев И.Э., Гарбузов Д.З., Гончаров O.E., Ильин Ю.В., Михайлов A.B., Овчинников A.B., Пихткн H.A., Рафаилов Э.У., Тарасов И.С. Оптический модуль на база кванговоразмзрного InGaAsP/InP лаззра ваттного диапазона ( х=1.з мкм ). // Письма в КТФ, 1930, т.16, Ко 21, стр.35-41.

3. Гарбузов Д.З., Беришев Н.Э., Ильин Ю.В., Ильинская К.Д.,

■ Пехтеи H.A., Овчинников A.B., Тарасов и.с. .Зароненные одкомодовые непрерывные InGaAsP/In? лазеры раздельного ограничения (х=1.3 мкм). .//Письма в та, 1991, т.17, в.6, стр.17-21.

4. C-arbusov D.Z., Berishev I.E. Ilyln U.V., Ilylnskaya K.D., Ortchinnikov A.V., r'lkhtln U.A., Tarasov I.S. Hlgh-Fower Single Kode Operation of Buried Quantum-Wsll Separate Confinement InGaAsP/Tm (> =1.3 vz) lasers. // Proc. of 1-st International Soviet Fiber Optic Conference ( ISFCC-1 ; USSR, Leningrad, 1991, v.l. p.136-141.

5. Гарбузов Д.З., Боришев И.Э., Ильки ¡O.B., Ильинская Н.Д., Пихтин H.A., Овчинников A.B., Тарасов 1Í.C. Совершенствование процесса заращивания и получение одномодовкх зарощенных InGaAsP/InP ( .Змкм) лазеров с мощностью излучения 160 мВт. // ФГП, 1991, т.25, в.8, стр.1414-1418.

В. Berlshev I.E., Garbuzov D.Z., IlyUi U.V., Ilylnskaya N.D. Ovtchlnnikov A.V., Pikhtln N.A., Tarasov I.S. The Improved Regrowth Procsss of InGaAsP /InP BH lasers. // Proc. о1 10-th Simposium on Alloy Semiconductor Physics and Electronics, I391, Japan, Nagoya, p.385-390

7. Berlshev I.E., Garbnzov U.Z., Iiyln U.V., Ilylnskaya N.D., Ovtchlnnikov A.V., Pikhtln N.A., Tarasov I.S. New Version oí InGaAsP/InP Burled Lasers Eased on the Selectivity of the Regrowth. // proc. of III European Conference on Crystal Growth ( ECCG-3 ), 1991, tíimgary, Burlapest, p.364-368.

8. Ovtchlnnikov A.V.,Berlshev I.E.,Ilyln U.V., Ilylnskaya N.D., Pikhtln N.A., Tarasov I.S. The Improved. Regrowth Process of High Power InGaAsP /InP Single Lobö BH Lasers. // Proc. of SPIE International Symposium on Lasers, Sensers, and Spectroscopy ( Section: Láser Diode Technology anc Applications IV ), 1992, USA, Los Angeles, p.594-601.

9. Garbuzov D.Z., Berlshev I.E. Ilyln U.V., Ilylnskaya H.D., Ovtchlnnlkov A.V., Pikhtln N.A., Tarasov I.S. Hlgh-Powai Burled-Heterostructure InGaAaP/InP Laser Diodes Produced bj an Improved Regrowth Ргосезэ. // Journal of Appliet Physics, 1992 , vol. 72, No 1, pp.319-321.

РТП ЩИФ,зак.673,тир.100,уч,~изд,л.I;I** Д-1993 г. Бесплатно