Суперлюминесцентный диод

 

СУПЕРЛКМИНЕСЦЕНТНЫЙ ДИОД, включающий полупроводниковую структу: ру с полйсковой активной областью, ; расположенной, под углом к граням структуры, отличающийся тем, что, с целью стабилизации длины волны излучения и увеличения линейности ватт-амперной характеристики в области температур 300-470° К, активная область выполнена с периодически маняющейся шириной, причем период ее изменения А и максимальная ширина D равны 10-100 мкм, а отношение максимальной ширины D к минимальной ширине d - удовлетворяет сос . отношению: 00 ср z 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (221 (52)4 Н 01 L 33/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

10 4 — 4 100.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 359 385 7/24-25 (22) 06.04.83 (46) 07.10.87. Бюл. И- 37 (72) А, Б, Курносов, М. Н, Заргарьянц и Ю. С. Мезин (53) 621.382(088.8) (56) Iwamoto Ketal. Superlumines

diode on GaA1As Jap Journal of

Appl Phus, ч. 15, Ф 11, 1976, стр. 2191.

Л, Н. Курбатов и др, Исследование суперлюминесцентных диодов GaAl» ФТП, т. 4, вып. 10, 1970, стр. 2024, (54)(57) СУПЕРЛ6йИНЕСЦЕНТНЫЙ ДИОД, включающий полупроводниковую структуру с полосковой .активной областью, . расположенной. под углом к граням структуры, отличающийся тем, что, с целью стабилизации длины волны излучения и увеличения линейности ватт-амперной характеристики в области температур 300-470 К, активная область выполнена с периодически маняющейся шириной, причем период ее изменения А и максимальная ширина 0 равны 10-100 мкм, а отношение максимальной ширины D к минимальной ширине d — удовлетворяет соф а. отношению: ф

1139 337

Изобретение относится к области устройств со стимулированным излучением, в частности, к полупроводниковым устройствам для генерирования, 5 усиления и модуляции излучения, и может быть использовано в волоконнооптических линиях связи, оптических гироскопах и так далее.

Суперлюминесцентный диод является промежуточным звеном между полупроводниковым лазером и обычным светодиодом. Ширина его спектра излучения в три-четыре раза меньше, чем у светодиода, что объясняется наличием инверсной населенности в активной среде, Известна конструкция суперлюминесцентного диода, содержащего полосковую активную область, расположенную перпендикулярно сколотым граням, полученную диффузией цинка и имеющую длину в два раза меньшую по сравнению с общей длиной диода, Таким образом, устраняется влияние 2 оптической обратной связи при отражении излучения от сколотных граней, Однако в известных конструкциях суперлюминесцентных диодов коэффициент отражения на границе,активйой. и пассивной областей достаточен для быстрого возникновения генерации, что снижает область линейности ваттамперной характеристики, кроме того, длина волны излучения, как и в обычных лазерах и светодиодах, сильно зависит от инжекционного тока и температуры окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является суперлюминесцентный диод, включающий полупроводниковую структуру с полосковой активной областью, расположенной под углом к отражающим граням полупроводниковой структуры.

В этом случае практически все отраженное от граней диода излучение поглощается в его пассивных областях и лишь небольшая часть возвращается „ gp в волновод. Отсутствие пассивной области между активной областью и выходными гранями позволяет получить большую мощность излучения. К существенным недостаткам такой структуры относится высокая нелинейность ваттамперной характеристики, что обусловлено быстрым сужением спектра излучения и появлением генерации. Длина волны излучения в этом случае, как обычно, увеличивается при увеличении температуры с постоянной

D о 3 А/К для лазерного режима и 3-5 A/К для спонтанного режима. Экстраполяция температурной зависимости на температурный интервал 300- 500 К. дает значение этой постоянной 8A/К.

Целью изобретения является повышение линейности ватт-амперной характеристики и снижение температурной зависимости длины волны излучения в температурном диапазоне 300470 К.

Укаэанная цель достигается тем, что в известном суперлюминесцентном ди оде на основе и олупр оводнико вой

I структуры о полосковой активной областью, расположенной под углом к граням структуры, активная область выполнена с периодически меняющейся шириной, причем период ее изменения Л и максимальная ширина D равны 10

100 мкм, а отношение максимальной ширины D к минимальной Й вЂ” удовлетворяет соотношению:

10 - и 100.

d

Такое конструктивное решение позволяет при минимальной простоте конструкции и технологии изготовления достичь увеличения линейности ваттамперной характеристики и снижения температурной зависимости длины вол-, ны в широком диапазоне температур за счет определенным образом выполненного полоскового контакта, позволяющего модулировать область возбуждения активного слоя при протекании через структуру инжекционного тока, На чертеже дано предлагаемое устройство, на подложке I которого последовательно расположены нижняя пассивная область 2, активная область, 3, р-и-переход 4, верхняя пассивная область 5, которая включает в себя слои 6 и 7, полосковый контакт 8.

В качестве примера изготовлен диод на основе системы GaAs/GaAIAs

В его конструкции на подложке I толщиной 100 мкм иэ и-GaAs и ориентированной в плоскости (100) изготовлена полупроводниковая структура, представляющая собой последовательно

1139337 расположенные и-GaAs — подслой толщиной 8 мкм и n-Gap gg Alp 35 As — ограничивающий слой толщиной 3 мкм (ниж- . няя пассивная область 2), GaAs — ак5 тивный слой 3 толщиной 0,4 мкм и р — n переход 4, образованный между активным слоем 3 и верхней пассивной областью 5, которая, в свою очередь, . .состоит иэ р-Gao,ssAlo,a,-As ограничива- 10 ющего слоя толщиной 1,5 мкм, р-GaAs слоя 6 толщиной 2,5 мкм и n-GaAs слоя 7 толщиной 1,5 мкм. В описанной структуре с помощью химического травления создана канавка определенной 15 формы глубиной 3,5 мкм. Эта канавка расположена под углом K =9 — 16 к сколотым граням структуры. Для обеспечения протекания тока только через металлический контакт 8 канавка дол- 20 жна быть вытравлена на глубине не менее, чем толщина верхнего п/GaAs слоя 7.

Устройство работает следующим образом. При пропускании тока через 25 контакт 8 носители распространяются, в основном, через вытравленную в верхней пассивной области 5 канавку, что происходит из-за ограничивающего действия р — n-перехода, обра- 30 эованного между двумя верхними слоями

6 и 7 из GaAs который смещен в обратном направлении и создает потенциальный барьер для носителей. Вследствие периодического изменения rpa35 ниц полоскового контакта 8 область, возбуждаемая носителями в активном слое 3, имеет подобную конфигурацию.

По достижении в активной области

3 инверсной населенности распростра" 40 няющееся в продольном направлении спонтанное излучение начинает усили ватьсй, тг СсПектр излучения сужается, как в обычном суперлюминесцентном диоде. Однако, если в обычном диоде 45 мощность излучения с током растет нелинейно, то в предлагаемом — практически линейно. Это происходит вследствие того, что в областях активного слоя, сформированных под g0 широкими частями полоскового контак" та, условия для возникновения суперлюминесценции возникают быстрее в поперечном, по отношению к оси полоскового контакта, направлении. При этом происходит обеднение инверсной населенности, что позволяет снизить удельную мощность суперпюминесценции, в широких областях. Этот факт, в свою очередь, приводит к линеаризации токовой зависимости мощности из" лучения, распространяющегося вдоль продольной оси полоскового контакта.

В экспериментах линейность ватт-амперной характеристики сохраняется в диапазоне температур 300 — 473 К, а постоянная дрейфа длины волны излучения с температурой равна 2 A/К.

Оценка показывает, что при высоких температурах большую роль в процессах рекомбинации может играть диагональное туннелирование между одними и темй же, .близкими к квазиуровням

Ферми, состояниями в зонах. При этом, с увеличением температуры растет вероятность этого процесса, что стаби-, лизирует длину волны. Геометрические размеры полоскового контакта связаны в основном с выбором максимальной с эффективности срыва генерации. В зависимости от необходимой мощности излучения выбирается период изменения ширины полоски. Обычно длина светоизлучающих приборов равна 200—

250 мкм, что связано с выбором оптимального коэффициента оптических потерь в активном слое. Исходя иэ этого, а также иэ того, что только при наличии, по крайней мере, одной широкой области полоскового контакта осуществляется срыв усиления в продольном направлении, максимальный ! период равен 100 мкм. Минимальный период определяется иэ размеров широкой области контакта. Если поперечный размер широкой области D мини" мален, то минимален и период Л, Минимальный поперечный размер широкой области контакта определен из экспе.римента и равен не менее, чем деся" ти минимальным размерам узкой области d. Следовательно; почти все размеры полоскового контакта определяются из поперечных размеров его узких областей. Минимальная ширина контакта в узкой части d равна 1 мкм. Выбор такой величины связан, во-первых, со сложностью изготовления контактов с меньшей шириной, а, во-вторых, с тем, что прибор с таким контактом имеет низкую выходную мощность и малый ресурс. Максимальная ширина узкой части контакта равна 10 мкм, что объясняется снижением подавления усиления в этих областях и увеличением нелинейности ватт-амперной характеристики при дальнейшем ее увели1139337

Составитель Н, Мишензникова

Редактор Н. Сильнягина Техред Л.Олейник Корректор И. Муска

Заказ 4842 Тираж 697 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, П1 оектная, 4 чении, особенно в крайних точках температурного диапазона, При 300 К с увеличением максимальной ширины узкой части более 10 мкм линеариэация ватт-амперной характеристики

5 минимальна, а при 470 К с увеличением этого размера падает порог катастрофической деградации. Минимальный поперечный размер широкой облас-ти контакта 3 равен 10 мкм, а максимальный — 100 мкм. Минималь ный период Л отсюда равен 1О мкм..

Области применения предлагаемого суперлюминесцентного диода: контрольно-измерительные комплексы, оптичес-1 кие гирометры.

В предлагаемом диоде низкая чувствительность дпины волны излучения к температуре и высокая линейность ватт-амперной характеристики позволяют считать этот прибор более предпочтительным для применения в различной аппаратуре.