способ получения широкозонного окна в лазерной гетероструктуре на основе соединений a³b⁵ и их твердых растворов

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШИРОКОЗОННОГО ОКНА В ЛАЗЕРНОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ A³B⁵ И ИХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ методом жидкофазной эпитаксии, отличающийся тем, что в местах формирования окон сначала создают линейные участки и процесс ведут зонной перекристаллизацией с изменением направления температурного градиента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии полупроводниковых материалов и приборов, может быть использовано для получения оптических широкозонных окон в полупроводниковых лазерах на основе двойных гетероструктур, работающих в спектральном диапазоне 0,6-40 мкм.

В настоящее время применяются широкозонные окна, полученные на основе диффузии легирующего компонента в исходную гетероструктуру, выращивание более широкозонного (оптически) полупроводникового материала, а также используют один из слоев, окружающий активную область в виде широкозонного окна.

Известен способ получения оптического окна для генерируемого излучения ДГС структуры длиной волны 0,783-0,760 мкм с помощью резкого поворота активного слоя в объеме кристалла. Так как активная область, где происходит генерация квантов, окружена участком кристалла с большей шириной запрещенной зоны, то при достаточно резком повороте активной области излучение, выходящее из этого слоя, попадает в более широкозонную область, которая и используется в виде оптического окна.

В рассмотренном аналоге хотя и достигается положительный эффект, однако существенно увеличиваются внутренние оптические потери из-за того, что нарушается цельность волновода вблизи зеркальных граней.

Известен способ получения оптического окна в ДГ структуре в инфракрасной области на основе соединений AlGaAs, взятый за прототип. Вначале обычными эпитаксиальными методами выращивают слой ДГ структуры, затем в местах, где должны формироваться зеркала Фабри-Перо, вытравливают под защитой маски участки глубиной чуть больше, чем глубина залегания активного слоя. Затем вытравленные области заращивают твердым раствором с Х_Al^A=0,22, который используют в качестве оптического окна. Недостатком известного способа является то, что не удается значительно увеличить оптический пробой, а также уменьшить угол расходимости пучка. К тому же создание окна в данном случае представляет довольно сложную технологию, которая требует прецизионное оборудование. Процесс травления, используемый в данной технологии, является нежелательным, так как вносятся различного рода загрязнения, от которых очень трудно избавиться. Необходимо отметить сложность точного совмещения активного и волноводного слоев.

В предлагаемом способе образования выходных зеркал Фабри-Перо формируют широкозонные окна в исходной гетероструктуре методом зонной перекристаллизации в градиенте температуры (ЗПГТ) при изменении его направления, что позволяет сохранить единый оптический волновод вдоль активного слоя, а также уменьшить расходимость излучения в плоскости, перпендикулярной плоскости р-n перехода (активного слоя) за счет более слабого удержания оптического поля в волноводной структуре в районе выходных зеркальных граней и увеличить порог оптического пробоя.

Сравнивая предлагаемый способ с прототипом, можно сделать заключение о соответствии критерию "новизна". При излучении других известных технических решений следует отметить, что применение метода ЗПГТ при изменении направления температурного градиента для получения широкозонных окон в лазерных гетероструктурах не выявлено. Следовательно, предлагаемое изобретение отвечает критерию "изобретательский уровень".

Применение предлагаемого способа позволяет наряду с упрощением технологии получения широкозонного окна повысить точность обработки информации и значительно (более чем в 2 раза) увеличить срок службы приборов.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показана схема перекристаллизации лазерной гетероструктуры методом ЗПГТ до перекристаллизации; на фиг. 2 после прямого прохода жидкой зоны, на фиг.3 после обратного прохода; на фиг.4 изображен график распределения алюминия; а в исходной гетероструктуре до начала перекристаллизации, б после прямого прохода жидкой зоны, в после обратного прохода; на фиг.5 схема гетероструктуры с оптическими окнами, полученными методом ЗПГТ: а места скалывания для образования зеркальных граней, б области перекристаллизации ЗПГТ, в область прозрачного окна.

П р и м е р. На лазерной гетероструктуре, имеющей чередование слоев n-GaAs (1,5 мкм) 1, n-Al_0,3Ga_0,7As (2,5 мкм) 2, n(p)=Al_0,05Ga_0,95As (0,1 мкм) 3, p-Al_0,3Ga_0,7As (1,5 мкм) 4, p-GaAs (1,0 мкм) 5, были изготовлены линейные зоны 6 в маске из оксида кремния SiO₂ 7. Линейные зоны ориентированы вдоль окна в SiO₂ шириной 50 мкм, расстояние между ними 400 мкм. Между подложкой GaAs 8 ориентации [100] и исходной лазерной гетероструктурой формировали жидкую линейную зону 9 на основе свинца или висмута толщиной 5-15 мкм при температуре 750-800^оС. Далее в печи создавали температурный градиент порядка 80-100 град/см так, что температура подложки с гетероструктурой 10 была несколько больше, чем температура подложки GaAs 8. При этом происходила перекристаллизация исходной лазерной структуры жидкой линейной зоной 11. Через 1,5-2 ч жидкая зона проходила активный слой, после чего меняли направление температурного градиента таким образом, подложка и источник менялись местами, поэтому линейная зона начинала проходить через первоначально перекристаллизованную гетероструктуру 12. По истечении 4-5 ч жидкая зона находилась на исходном месте 13. В области линейных зон произошло частичное перераспределение Al, что и привело к образованию широкозонных участков 14 на расстоянии 400 мкм друг от друга. По ним скалыванием по плоскости [011] формировали резонаторы Фабри-Перо 15 с широкозонными окнами.

Именно таким способом получения широкозонного окна можно достичь точного совмещения активного слоя с широкозонным окном. Под влиянием изменения направления температурного градиента происходит перераспределение Al в зоне широкозонного окна, что повышает порог оптического пробоя и уменьшает расходимость излучения, что в свою очередь влияет на повышение точности обработки информации и позволяет увеличить срок службы приборов.