Эпитаксиально-интегрированные гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs для мощных импульсных лазерных диодов, излучающих на длине волны 0.9 МКМ

• Автор: Ладугин, Максим Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Введение .
Глава 1. Эпитаксиальноинтегрированные гетероструктуры для мощных лазерных диодов литературный обзор по теме исследования . .
1.1 Сравнительный анализ различных способов повышения выходной оптической мощнос ти полупроводниковых

лазерных диодов . . . . . . . . .

1.2 Конструирование эпитаксиальноинтегрированных лазеров .

1.3. Особенности технологии формирования гетероструктур для эпитаксиальноинтегрированных лазеров . . . .
Глава 2. Методика получения эпитаксиальных слоев в системе материалов ЬКЗаАзАЮаАБСаАв методом МОСгидридной эпитаксии . .
2.1. Метод МОСгидридной эпитаксии. Исходные материалы и аппаратурное оформление процесса .
2.2. Измерительное оборудование для исследования основных параметров выращиваемых гетероструктур . . . .
Глава 3. Особенности формирования эпитаксиальноинтегрированных гетероструктур в условиях МОСгидридной эпитаксии .

3.1 Разработка геометрии эпитаксиальных гетероструктур для мощных лазерных диодов .

3.2. КД лазерного диода. Выбор оптимального профиля легирования .
3.3. Легирование эпитаксиальных слоев СаАя и АЮаАв
при помощи тетрахлорида углерода .
3.4. Профильное легирование эпитаксиальных слоев ОаАэ
и АЮэАб при помощи тетрахлорида углерода . . . .
3.5. Разработка туннельного перехода для эпигаксиальноиитегированных гетероструктур . . . . . .
3.6. Интеграция лазерных гетероструктур с помощью
туннельного перехода
Глава 4. Изучение приборных характеристик мощных лазерных диодов, созданных на основе эиитаксиальноинтегрированных гетероструктур ГпСаАзЛЮаАзСаАз . . . . .
4.1. Мощные импульсные лазерные диоды на основе эпитаксиальноинтегрированных гетероструктур с узким симметричным волноводом . . . . . .
4.2 Мощные импульсные лазерные диоды на основе эпитаксиальноинтегрированных гетероструктур с широким асимметричным волноводом . . . . .
Выводы . . . . . . . . .
Список литературы


Благодаря всем этим свойствам полупроводниковые лазеры нашли огромное количество применений во многих областях науки и техники. Среди их постоянно увеличивающегося числа можно особо выделить такие направления как дальнометрия, лазерная локация, управление и слежение за движением транспортных средств, экологический мониторинг, накачка твердотельных лазеров, оптическая связь, сварка, резка и пайка различных материалов, метрология и медицина. Большой практический интерес представляют лазерные диоды с длиной волны излучения 0. На данной длине волны имеют максимум чувствительности большинство фотоприемных устройств, изготовленных на основе кремния. Так, первые и наиболее простые с точки зрения конструкции полупроводниковые лазеры на основе рпгомопереходы ваА. Но с появлением односторонних, а затем и двухсторонних гетероструктур ОГС и ДГС на основе рпгомопереходов АЮаАэ и СаЛэР плотности пороговых токов и внутренние оптические потери лазерных структур были снижены на порядки рис. Применение ГС с раздельным электронным и оптическим ограничением РОДГС позволило более эффективно управлять такими важными внутренними характеристиками активной области как ее толщина, модовый объем и, что особенно важно, напряжение кристаллической решетки рис. Использование особенностей сред с пониженной размерностью позволило управлять энергетическим спектром, правилами отбора при оптических переходах и влиять па безызлучагельные процессы в квантоворазмерных ГС рис. Другими словами в лазерных ГС стала возможна инженерия зонных диаграмм полупроводника с заранее поставленной целью улучшить излучательные свойства, необходимые для практических применений . Очевидно, для того чтобы добиться улучшенных характеристик мощных ЛД, необходимо постоянно совершенствовать конструкции эпитаксиальных ГС и технологию их изготовления. Прежде всего, это касается улучшения оптических, электрофизических свойств эпитаксиальных слоев ЭС, повышения качества волноводов, эмиттеров, квантоворазмерных активных областей АО и гетерограниц между ними. Известно, что повышение мощности излучения ЛД посредством увеличения тока накачки ограничивается в большинстве случаев катастрофической оптической деградацией зеркал КОДЗ. Это происходит изза возрастания плотности оптической мощности на выходном зеркале ЛД и последующей его деградации. I предел разрушения выходного зеркала может достигать . МВтсм2 при непрерывном режиме работы ЛД 9 и МВтсм2 при импульсном тШ1 0 не . Увеличения выходной мощности, снимаемой с одного кристалла чипа, можно достигнуть посредством использования ГС раздельного ограничения с широким и сверхшироким волноводом , ГС с асимметричным положением активной области внутри волновода , , применения профильного легирования эмиттерных слоев , , создания лазера с большим оптическим резонатором . В общем случае, каждый из способов предполагает снижение оптических потерь внутри лазерной структуры с целью уменьшения выделяемого тепла и увеличения дифференциальной квантовой эффективности и КПД. Так, например, увеличение толщины волноводных слоев, помимо уменьшения внутренних оптических потерь, позволяет увеличить площадь излучения на выходном зеркале, в результате чего КОДЗ наступает при более высоких мощностях . Помимо этого, выходную мощность можно повысить путем совершенствования конструкции и технологии изготовления активного лазерного элемента. Например, для повышения предела разрушения выходного зеркала, было предложено несколько различных способов пассивации поверхности граней ЛД и нанесения диэлектрических слоев, обладающих улучшенными прочностными характеристиками . Исследовались, в свою очередь, и вопросы модернизации технологии изготовления мезаполосковых контактов и методов создания низкорезистивных омических контактов , . Все вышеуказанные подходы в упомянутых работах позволяют совершенствовать конструкцию эпитаксиальных гетероструктур и активного элемента при создании стандартных одиночных ЛД, однако для того чтобы еще больше повысить выходную оптическую мощность, снимаемую с одного кристалла, необходимо использовать лазеры с увеличенной излучающей поверхностью.