CC BY
69
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2009, том 52, №7_________________________________
ФИЗИКА
УДК 621. 315. 592
Член-корреспондент АН Республики Таджикистан И.Исмаилов ВЛИЯНИЕ СЕЛЕКТИВНОГО ХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНЖЕКЦИОННОГО ГЕТЕРОЛАЗЕРА НА ОСНОВЕ
Са1пРЛ8ЛпР
Обработка поверхности зеркала гетеролазера на основе двойных гетероструктур (ДГС) GaInPAs/InP селективным травителем на основе железосинеродистого калия-гидроокись калия за счет разности скорости травления материалов широкозонных слоев (1пР) и активной области (GaInPAs) приводит к самоформированию собирающей цилиндрической линзы вдоль излучающей поверхности р-п перехода. Подбирая соответствующее время травления, можно существенно сузить диаграмму направленности гетеролазера в плоскости, перпендикулярной р-п переходу. При использовании метода селективного травления удалось сузить диаграмму направленности излучения гетеролазера в вертикальной плоскости на 38-40%.
В работе [1] предложен метод повышения эффективности вывода излучения с торца светодиода за счет изменения формы излучающей поверхности. Методом жидкостной эпитаксии производят наращивание на подложку 1пР р-типа проводимости, ориентированного по плоскости [ 100] нелегированного слоя твердого раствора GaInPAs толщиной 1 -2 мкм (активный слой), а затем на нём производят наращивание слоя 1пР, легированного Те, толщиной 5 мкм. Путём скалывания по плоскости спаянности [011] создаются зеркальные торцы диода и при травлении в смеси КОН+К [Ре(С^6+Н20] =12:8:100 в течение 3 мин на торце образуется выпуклая форма поверхности активного слоя то есть слоя GaInPAs.
В работе [2] представлены результаты получения и исследования светодиодов на основе гетероструктур GaInPAs/InP плоской и мезаполосковой конструкции с полусферической геометрией активного излучающего слоя у торца диода. Углубление, близкое к полусферической выпуклой форме, формировалось путем травления заготовки или иголки для диодов селективным химическим травителем на основе железосинеродистого калия- гидроокись калия.
Излучение выводилось из активного слоя, имеющего геометрию, близкую к полусфере у торца диода, параллельно плоскости р-п перехода.
Для выяснения влияния химического травления на коэффициенты вывода излучения были сняты ватт-амперные характеристики гетеросветодиодов до и после травления в селективном химическом травителе.
Наблюдался линейный рост внешнего квантового выхода Пвн при времени травления 2-3 мин; при большем времени травления внешний квантовый выход уменьшался.
Для светодиодов с широким контактом Пвн увеличивался в 4 раза, а для мезаполоско-вого гетеролазера (ширина полоски 30 мкм) - в 7-8 раз. Толщина активного GaInPAs слоя ~1 мкм в гетероструктуре GaInPAs/InP.
В работе [3], выполненной в Физико-техническом институте им. С.У.Умарова АН РТ, сообщалось о новом методе изготовления двойных гетероструктур (ДГС) инжекционных гетеролазеров на основе GaInPAs/InP с полосковой мезаструктурой. Боковое ограничение активной области достигалось путем вытравливания слоя четверного соединения селективным химическим травителем на основе железосинеродистого калия - гидроокись калия.
Было обнаружено, что этот травитель обладает резко выраженным селективным свойством, то есть скорость травления им четверного соединения GaInPAs ~ в 30 раз превышает скорость травления 1пР.
Проведенные измерения дали величину скорости травления четверного соединения ~7402 нм/мин. Используя метод селективного травления, удалось изготовить инжекционные гетеролазеры с мезаструктурой с шириной активной области 3-104нм.
В настоящее время инжекционные лазеры нашли широкое применение в различных областях народного хозяйства, в оптоэлектронике, в квантовой электронике. В связи с тем, что размеры излучающей области инжекционного гетеролазера в направлении, перпендикулярном к плоскости р-п перехода, сравнимы с длиной волны излучения, расходимость излучения инжекционного гетеролазера в плоскости, перпендикулярной к р-п переходу, является достаточно большой. Уменьшение диаграммы направленности является весьма важным, поскольку она определяет эффективность ввода излучения в световолокно и другие оптические схемы.
Р(в)ае.
25.
20.
15 .
10 -
Рис. Диаграмма направленности излучения гетеролазера на основе GaInPAs/InP в плоскости, перпендикулярной плоскости р-п перехода. Длина волны генерации X = 1.1 мкм при 300 К. Ширина волновода гетеролазера ~1.2 мкм. Кривая 1 - диаграмма направленности излучения до травления селективным травителем. Кривая 2 - диаграмма направленности излучения лазера после травления селективным травителем. Сужение диаграммы направленности составило 38%.
1
2
«•— П Р -*•
40 20 О 20 НО ©°
Обычно для фокусировки излучения инжекционного лазера и ввода его в оптическое волокно применяют согласующие устройства на основе цилиндрических линз, что усложняет конструкцию оптоэлектронных устройств и затрудняет их настройку.
Расходимость излучения инжекционных лазеров в плоскости, перпендикулярной p-n переходу, определяется дифракционным пределом, а следовательно, толщиной волновода гетеролазера.
Пространственное распределение когерентного излучения в дальней зоне определяется структурой возбужденных электромагнитных мод резонатора. При этом, поскольку толщина излучающего слоя сравнима с длиной волны, то в плоскости, перпендикулярной к p-n переходу (в вертикальной плоскости), диаграмма направленности связана с толщиной и формой этого слоя, тогда как в плоскости p-n перехода (горизонтальной плоскости) диаграмма направленности в большей мере связана с размерами и формой резонатора. Поэтому только вертикальная направленность излучения является характеристикой лазера из определенного соединения. Другими словами, генерация возникает в модах низшего порядка по оси резонатора и произвольного порядка по двум другим осям. Это предположение подтверждается опытом, показывающим, что в вертикальной плоскости наблюдается один доминирующий лепесток диаграммы направленности, ширина которого Ди (определенная по половине максимальной интенсивности) сохраняется в пределах 10-30% при больших изменениях уровня инжекции и при переходе к другим однотипным диодам.
Увеличение ширины диаграммы направленности в вертикальной плоскости можно объяснить уменьшением ширины светящейся области вследствие уменьшения диффузной длины носителей, которое в свою очередь связано с сокращением времени жизни носителей с ростом плотности тока.
Вертикальная диаграмма направленности лазеров более или менее симметрична относительно плоскости p-n перехода, и угловое распределение интенсивности подобно дифракционной картине равномерно освещенной щели высотой b.
Высота щели может быть вычислена по формуле:
b=0.444-2X/sinui/2 .
Изменения ширины диаграммы направленности излучения инжекционного гетеролазера в вертикальной плоскости при селективном травлении происходят в результате формирования выпуклой формы излучающей поверхности в виде фокусирующей цилиндрической линзы. В случае использования внешней цилиндрической линзы, необходимо обеспечить совмещение оси линзы с излучающей областью инжекционного лазера, а также параллельность оси линзы и плоскости p-n перехода, что требует точной юстировки. При использова-
нии метода селективного травления указанное согласование обеспечивается автоматически, что является несомненным его преимуществом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Исмаилов И., Шохуджаев Н., Кабутов К. Способ изготовления торцевого светодиода.
АС №1577637, приоритет от 4.01.1988 г.
2. Исмаилов И., Шохуджаев Н. и др. - ДАН РТ, 2001,т. XLIV, №9-10, с. 63-68.
3. Ли Г. - ЖТФ, 1981, т.51, в.6, с. 1278-1279.
И.Исмаилов
ТАЪСИРИ ТЕЗОБХУРДАНИ КИМИЁВЙ СЕЛЕКТИВЙ БА ТАВСИФИ ГЕТЕРОЛАЗЕРИ ИНЖЕКСИОНЙ ДАР АСОСИ GaInPAs/InP
Такмили сат^и оинаи гетеpолазеp даp асоси GaInPAs/InP бо тезобхypдани селек-тиви даp асоси KOH+K[Fe(CN)6+H2O] аз сабаби фаpк;ияти тезии тезобхypдани матеpиалx,ои кабати васеъ зонагии энеpгетики InP ва сохаи активи (GalnPAs) худ ба худ пайдошyдани линзаи цилиндpики чам мекаpдаги даp сатх,и нypафшонии p-n гyзоpиш меоваpад. Бо истифодаи вакти муносиб мункин катъан танг каpдани диа^аммаи самти ^px^ гетеpолазеp бо x,амвоpии пеpпендикyляpии нисбат ба x,амвоpии p-n гyзоpиш. Бо истифодабаpии методи тезобхypдани химики селективй самти нypафшонии гетpолазеpxо даp асоси GaInPAs/InP бо xамвоpии веpтикали то 38-40% танг каpдан ба мyясаp шуд.
I.Ismailov
INFLUENCE OF SELECTIVE CHEMICAL ETCHING ON THE CHARACTERISTICS INJECTION OF HETEROLASER
ON A GaInPAs/InP BASIS
The processings of a surface of a mirror of heterolasers on a DGS basis InGaPAs/InP selective atching on a basis of KOH+K[Fe(CN)6+H2O] at the expense the difference of speed of etching of materials wide zone layers (InP) and active area (GaInPAs) results to self-formation of an assembling cylindrical lens along radiating surfaces p-n transition. Selecting the appropriate time of etching is possible much to narrow diagram of an orientation heterolasers in planes, perpendicular p-n to transition. Using a method of selective etching it was possible to narrow the diagram orientations of radiation heterolaser in a vertical plane on 38-40%.
