Полупроводниковые вертикально-излучающие лазеры на основе самоорганизующихся квантоворазмерных гетероструктур в системе материалов InGaAs-AlGaAs

• Автор: Кузьменков, Александр Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 236 с. : ил.

Содержание
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА. 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Полупроводниковые ВИЛ — современное состояние

1.2. Принцип действия и основные особенности ВИЛ

1.3. Элементарная модель функционирования ВИЛ

1.4. Базовая конструкция ВИЛ спектрального диапазона 850 нм

1.5. Проблемы создания длинноволновых ВИЛ

1.6. Матричные излучатели на основе ВИЛ

1.7. Вертикально-излучающие лазеры на основе квантовых точек

ГЛАВА.2. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВИЛ
2.1. Проектирование ВИЛ
2.2. Моделирование растекания тепла
2.3. Моделирование оптического микрорезонатора
2.4. Транспорт носителей к активной области
2.5. Моделирование растекания тока для ВИЛ с
внутрирезонаторными контактами
ГЛАВА.З. РАЗВИТИЕ БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИИ ВИЛ
3.1. Получение структур ВИЛ методом молекулярно-пучковой эпитаксии
3.2. Оптимизация технология селективного окисления структур ВИЛ
3.3. Технология ВИЛ с внутрирезонаторной инжекцией носителей
3.4. Матричные излучатели на основе ВИЛ
ГЛАВА.4. ВИЛ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 1.3 МКМ НА ОСНОВЕ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК InAs/InGaAs
4.1. Активная область на основе массивов самоорганизующихся
КТ InAs/InGaAs для излучателей спектрального диапазона

1.3 мкм на подложках СаАэ
4.2. Выбор конструкции КТ ВИЛ
4.3. Результаты экспериментальной реализации КТ ВИЛ 162 ГЛАВА. 5. ВИЛ НА ОСНОВЕ СУБМОНОСЛОЙНЫХ КТ ЫСаАэ
5.1. Изготовление и исследование ВИЛ на основе субмонослойных ЫтаАвКТ
5.2. Явления самопульсации в ВИЛ на основе СМЛ КТ ЫЛв/ТпСаАя 185 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение

Введение
Полупроводниковые лазерные диоды (ЛД) традиционной полосковой конструкции в настоящее время широко и успешно используются для самого широкого спектра практических приложений: волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС), оптических системах записи и хранения информации, оптических датчиках и сенсорах, устройствах накачки твердотельных лазеров, медицинской аппаратуре, контрольно-измерительной аппаратуре, оптических системах обработки информации и др [1]. Однако существует несколько принципиальных недостатков традиционной полосковой конструкции ЛД, к числу которых относятся:
- невозможность адекватного тестирования приборных структур на пластине (подложке) до их разделения на индивидуальные кристаллы и монтажа на кристаллодержатель;
- несимметричная диаграмма выходного излучения ЛД и ее достаточно высокая расходимость, что затрудняет ввод излучения в оптическое волокно и требует использования прецизионной сборки для модулей излучателей ВОЛС;
- достаточно сильная температурная зависимость длины волны лазерного излучения для наиболее простой в реализации конструкции ЛД (лазеры с резонатором Фабри-Перо без дополнительных мер по стабилизации длины волны);
- как правило, заметное возрастание порогового тока ЛД с ростом температуры;
- необходимость применения весьма сложных конструкций приборов для обеспечения высокого быстродействия (10 Гбит/с и выше) в случае использовании наиболее простого и удобного метода прямой токовой модуляции.
Попытки преодолеть указанные недостатки стимулировали поиск альтернативных вариантов конструкций ЛД, к числу которых относятся

Детальный анализ различных вариантов построения оптических межсоединений показывает, что одним из наиболее оптимальных решений является использование матриц ВИЛ [57]. Гибридная интеграция таких матричных излучателей с кремниевыми интегральными схемами (Б! ИС) открывает новые возможности для построения высокопроизводительных вычислительных систем и устройств обработки информации, а также совершенствования бортовых комплексов АФАР за счет решения проблемы электрических межсоединений, лимитирующей сегодня их развитие. ВИЛ сочетают низкие пороговые токи (0.5-2 мА) и высокое быстродействие в режиме' прямой токовой модуляции (до 10-20 Гбит/с). Высокая направленность излучения ВИЛ обеспечивает относительную простоту оптических схем, а планарный технологический процесс - возможность изготовления матриц большой размерности. Однако ограничения на предельный уровень выделяемой мощности в матричных излучателях ведут к повышенным требованиям, предъявляемым к характеристикам индивидуальных ВИЛ (низкий пороговый ток, высокая дифференциальная эффективность), особенно для высокопроизводительных систем с большим числом каналов. Весьма важен также выбор оптической схемы, соединения отдельных вычислительных модулей (свободное пространство или оптическое волокно), характеристики используемых фотоприемников, метод гибридной интеграции матричного излучателя и Б1 ИС (непосредственная или размещение компонентов на общей плате-носителе), характеристики схемы драйвера (устройства управления лазерными диодами). Для примера на рис. 1.5 приведена принципиальная схема возможной реализации оптического межсоединения с использованием матриц ВИЛ. В данном варианте матрица ВИЛ монтируется непосредственно на поверхность 81 ИС, а матрица фотоприемников может быть реализована как в гибридном, так и в монолитном исполнении (например, с использованием интегральных 81 р-Гп
ФД).