Способ изготовления полупроводникового лазерного диода
Авторы патента:
Использование: в технологии изготовления полупроводниковых лазерных диодов. Сущность изобретения: в способе изготовления полупроводникового лазерного диода, включающем изготовление полупроводниковой лазерной гетероструктуры на основе соединений элементов третьей и пятой групп, разделение ее на отдельные полосы, очистку их боковых граней в вакууме, нанесение на них защитного покрытия с последующим нанесением на одну из боковых граней отражающего покрытия, а на противоположную боковую грань - просветляющего покрытия, для очистки боковых граней полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры полосы нагревают до температуры от 580 до 760oС, затем охлаждают до температуры от 0 до 240oС, после чего на боковые поверхности полос наносят от 0,1 до 1000 монослоев йода или брома, или хлора и нагревают полосы до температуры от 580 до 760oС. При нагреве и охлаждении полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры на них подают пары элемента пятой группы, входящего в полупроводниковую лазерную гетероструктуру. Техническим результатом изобретения является предотвращение образования дефектов приповерхностного слоя полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры при ее очистке и предотвращение деградации лазерного диода при его эксплуатации. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых лазерных диодов.
Известен способ изготовления полупроводниковых лазерных диодов, включающий изготовление полупроводниковой лазерной гетероструктуры, которую помещают в вакуумную камеру, снабженную устройством для раскалывания ее на отдельные полосы. Затем в вакууме на боковые грани полос наносят защитное покрытие в виде аморфного соединения А3В5, например GaAs, методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) при комнатной температуре. После этого полосы из вакуумной камеры переносят в установку газовой (хлоридной) эпитаксии, удаляют защитное покрытие в виде аморфного соединения А3В5 и выращивают методом хлоридной эпитаксии при температуре до 400oС тонкий монокристаллический слой соединения А3В5. Затем полосы извлекают из установки газовой эпитаксии и наносят на одну боковую грань каждой полосы отражающее покрытие, а на противоположную грань - просветляющее покрытие (см. US 6080598). Недостатком этого технического решения является разделение полупроводниковой лазерной гетероструктуры на отдельные полосы в вакуумной камере, поскольку это сопряжено с использованием специальных сложных и дорогостоящих манипуляторов; кроме того, работа с помощью манипуляторов крайне непроизводительна. Следует также отметить, что перенос полос из вакуумной камеры в установку для газовой эпитаксии является сложной и трудоемкой операцией. Известен способ изготовления полупроводникового лазерного диода, включающий изготовление полупроводниковой лазерной гетероструктуры, разделение ее на отдельные полосы на воздухе, очистку боковых граней полос в вакууме с помощью пучков ионов N2 и Н2 в установке для ионно-плазменного травления. Затем наносят защитное аморфное покрытие на боковые грани полос в виде тонкого слоя кремния, после чего на одну из боковых граней наносят отражающее покрытие, а на другую - просветляющее покрытие (см. US 5144634). Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения. Этот способ исключает сложные и дорогостоящие операции, связанные с раскалыванием полупроводниковой гетероструктуры в вакууме. Однако ему свойственны серьезные недостатки. В результате обработки полос ионами, в том числе N2 и Н2, происходит образование дефектов приповерхностного слоя, существенно ухудшающих условия для выращивания защитного монокристаллического слоя. Кроме того, эти дефекты являются центрами, стимулирующими последующую деградацию лазерного диода. В основу настоящего изобретения положено решение задачи предотвращения образования дефектов приповерхностного слоя полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры при ее очистке. Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе изготовления полупроводникового лазерного диода, включающем изготовление полупроводниковой лазерной гетероструктуры на основе соединений элементов третьей и пятой групп, разделение ее на отдельные полосы, очистку их боковых граней в вакууме, нанесение на них защитного покрытия с последующим нанесением на одну из боковых граней отражающего покрытия, а на противоположную боковую грань - просветляющего покрытия, для очистки боковых граней полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры полосы нагревают до температуры от 580 до 760oС, затем охлаждают до температуры от 0 до 240oС, после чего на боковые поверхности полос наносят от 0,1 до 1000 монослоев йода или брома, или хлора и нагревают полосы до температуры от 580 до 760oС; при нагреве и охлаждении полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры на них подают пары элемента пятой группы, входящего в полупроводниковую лазерную гетероструктуру. Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна". Если в способе-прототипе очистка поверхности происходит в результате кинетического воздействия ионов, то в заявленном способе очистка осуществляется вследствие термохимических реакций, не оказывающих разрушающего воздействия. В этом состоит принципиально новое свойство (технический эффект) заявленного способа. Благодаря этому получается чистая, не содержащая дефекты поверхность, создающая благоприятные условия для выращивания монокристаллического защитного слоя соединения А3В5. Также предотвращается впоследствии деградация лазерного диода при его эксплуатации. Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень". Предложенный способ осуществляется следующим образом. Изготовляют полупроводниковую лазерную гетероструктуру (ПЛГ), в частности, на основе соединения InAlGaAs любым известным путем, например способом МЛЭ. Затем на воздухе или в инертной среде производят разделение, в частности раскалывание, ПЛГ на отдельные полосы. После этого осуществляют очистку их боковых граней в вакуумной камере. Давление в вакуумной камере не выше 10-5 мм рт.ст. Для очистки полосы ПЛГ сначала нагревают в вакуумной камере с помощью радиационного терморезистивного нагревателя до температуры в диапазоне от 580 до 760oС. При этом происходит удаление части окислов, в основном окислов мышьяка. Затем полосы ПЛГ охлаждают до температуры от 0 до 240oС для обеспечения адсорбции наносимых далее от 0,1 до 1000 монослоев йода или брома, или хлора. Для их нанесения осуществляют испарение одного из указанных элементов в вакуумной камере. При этом йод или бром, или хлор адсорбируются на открытых поверхностях полос ПЛГ и химически связываются с элементами третьей группы, в частности с Ga. При последующем нагреве до температуры от 580 до 760oС происходит испарение соединений элементов третьей группы с йодом, а также связанного с ними кислорода. Одновременно происходит испарение оставшейся части окислов мышьяка и мышьяка из верхнего атомного слоя. Кроме того, происходит также испарение углерода и других загрязнений, появившихся в результате разделения ПЛГ на полосы в воздухе. Для достижения большой степени чистоты поверхностей цикл очистки в необходимых случаях можно повторить. При нагреве и охлаждении полос ПЛГ на них могут подаваться пары соответствующего элемента пятой группы, входящего в данную ПЛГ, в рассматриваемом случае - пары мышьяка. Это позволяет повысить надежность результатов реализации способа. Контакты изготавливаемых полупроводниковых лазерных диодов могут формироваться на основе титана до разделения ПЛГ на полосы или на основе золота, германия и других металлов на завершающей стадии изготовления. Для реализации способа использовано известное оборудование и распространенные в данной области техники материалы, что обусловливает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость". Ниже приведены конкретные примеры реализации заявленного способа. Во всех примерах использовалась лазерная гетероструктура на основе AlGaAs/GaAs с активной областью в виде квантовой ямы InAlGaAs толщиной 10 нм, длина волны излучения 808 нм. С использованием стандартной постростовой технологии лазерная гетероструктура была разделена на полосы. Контакты к n- и р-сторонам гетероструктуры выполнялись двумя способами: в первом случае контакты наносились на лазерные полосы с уже сформированным защитным слоем на боковых гранях, во втором случае контакты (с использованием титана) изготавливались до формирования защитного слоя на боковых гранях. В описанных ниже примерах для краткости операции, связанные с изготовлением контактов, опущены. Во всех примерах использовались полосы размером 1
10 мм, которые были помещены в вакуумную камеру установки МЛЭ ЭП1203, стартовый вакуум 10-7 Ра. Пример 1. Осуществлены следующие операции. Полосы нагревались до 660oС, затем охлаждались до 50oС; после этого нанесено 0,3 монослоя йода. Затем осуществлен нагрев до 660oС. Указанный цикл повторен 20 раз, после этого выращен защитный слой AlGaAs с соотношением Al:Ga=2:3 толщиной 0,3 мкм. Полосы перенесены в вакуумную установку напыления. Электронно-лучевым способом нанесены просветляющее и отражающее покрытия Аl2O3/SiO2. После этого полосы расколоты на отдельные лазерные чипы. Лазерные диоды, изготовленные на основе этих чипов, имели следующие параметры: - порог катастрофической оптической деградации зеркал наступил при оптической мощности 11 Вт (длительность импульса 100 нc); - скорость постепенной деградации при мощности 3,5 Вт в постоянном режиме и комнатной температуре составила менее 10-5/час. Пример 2. Осуществлены следующие операции. Полосы нагревались до 600oС, затем охлаждались до 0oС; после этого нанесено 10 монослоев хлора. Затем осуществлен нагрев до 600oС. Указанный цикл повторен 10 раз, после этого выращен защитный слой AlGaAs с соотношением Al: Ga= 2:3 толщиной 0,3 мкм. Полосы перенесены в вакуумную установку напыления. Электронно-лучевым способом нанесены просветляющее и отражающее покрытия Аl2О3/SiO2. После этого полосы расколоты на отдельные лазерные чипы. Лазерные диоды, изготовленные на основе этих чипов, имели следующие параметры: - порог катастрофической оптической деградации зеркал наступил при оптической мощности 7 Вт (длительность импульса 100 нc); - скорость постепенной деградации при мощности 3,5 Вт в постоянном режиме и комнатной температуре составила менее 10-3/час, при 2,5 Вт - 310-5/час. Пример 3. Осуществлены следующие операции. Полосы нагревались до 750oС, затем охлаждались до 150oС; после этого нанесено 1000 монослоев брома. Затем осуществлен нагрев до 750oС. При нагреве и охлаждении полос на них подавались пары мышьяка. Осуществлен один цикл указанных операций. После этого выращен защитный слой AlGaAs с соотношением Al: Ga = 2:3 толщиной 0,3 мкм. Полосы перенесены в вакуумную установку напыления. Электронно-лучевым способом нанесены просветляющее и отражающее покрытия Аl2O3/SiO2. После этого полосы расколоты на отдельные лазерные чипы. Лазерные диоды, изготовленные на основе этих чипов, имели следующие параметры: - порог катастрофической оптической деградации зеркал наступил при оптической мощности 8 Вт (длительность импульса 100 нc); - скорость постепенной деградации при мощности 3,5 Вт в постоянном режиме и комнатной температуре составила менее 10-4/час.Формула изобретения
1. Способ изготовления полупроводникового лазерного диода, включающий изготовление полупроводниковой лазерной гетероструктуры на основе соединений элементов третьей и пятой групп, разделение ее на отдельные полосы, очистку их боковых граней в вакууме, нанесение на них защитного покрытия с последующим нанесением на одну из боковых граней отражающего покрытия, а на противоположную боковую грань - просветляющего покрытия, отличающийся тем, что для очистки боковых граней полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры полосы нагревают до температуры от 580 до 760oС, затем охлаждают до температуры от 0 до 240oС, после чего на боковые поверхности полос наносят от 0,1 до 1000 монослоев йода или брома, или хлора и нагревают полосы до температуры от 580 до 760oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при нагреве и охлаждении полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры на них подают пары элемента пятой группы, входящего в полупроводниковую лазерную гетероструктуру.
Похожие патенты:
Изобретение относится к полупроводниковым источникам когерентного излучения (лазерам) на основе переходов электронов между уровнями в полупроводниковых сверхрешетчатых структурах (сверхрешетках) с простым составом периода при использовании электрического поля, создаваемого приложенным к сверхрешетке напряжением
Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно к полупроводниковым частотно-перестраиваемым источникам инфракрасного (ИК) излучения на основе лазера с дисковым резонатором, работающего на модах шепчущей галереи (Whispering Gallery Modes-WGM)
Изобретение относится к приборным структурам для генерации мощного электромагнитного излучения суб- и терагерцового диапазонов, которые применяются в компактных и мощных импульсных генераторах, детекторах и смесителях субтерагерцового и терагерцового диапазона частот. Изобретение обеспечивает увеличение мощности и расширение частотного диапазона компактных генераторов терагерцового излучения. В мультибарьерной гетероструктуре для генерации мощного электромагнитного излучения субтерагерцового и терагерцового частотного диапазонов, представляющей собой многослойную гетероструктуру из чередующихся слоев узкозонного и широкозонного полупроводников, где слой широкозонного полупроводника является энергетическим барьером ΔEC для электронов из узкозонного слоя, согласно изобретению, толщины d гетерослоев выбираются из условия
D
τ
>
d
>
30,
нм
,
где D - коэффициент диффузии электронов, а τ - время релаксации избыточной тепловой энергии электронов в решетку; широкозонные (барьерные) слои не легированы, а концентрация доноров Nd в узкозонных слоях удовлетворяет условию 1017 см-3≤Nd≤1018 см-3; высота энергетического барьера ΔEC>6kT; количество чередующихся пар узкозонных и широкозонных слоев n>4, причем материал широкозонного барьерного слоя в первой паре отличается от всех остальных, последующих, и выбирается обеспечивающим пониженную по сравнению с последующими высоту первого энергетического барьера. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к квантовой электронной технике. В интегральный инжекционный лазер введены верхняя управляющая область второго типа проводимости, примыкающая к верхнему волноводному слою, нижняя управляющая область второго типа проводимости, примыкающая к нижнему волноводному слою, нижняя управляющая область первого типа проводимости, примыкающая сверху к подложке, а снизу - к нижней управляющей области второго типа проводимости и образующая с ней p-n-переход, омический контакт к нижней управляющей области первого типа проводимости, управляющий металлический контакт, примыкающий сверху к верхней управляющей области второго типа проводимости и образующий с ней переход Шоттки. Нижняя граница зоны проводимости нижнего волноводного слоя находится ниже нижней границы зоны проводимости квантоворазмерной активной области и при этом выше нижней границы зоны проводимости верхнего волноводного слоя. Верхняя граница валентной зоны нижнего волноводного слоя находится ниже верхней границы валентной зоны активной области и при этом выше верхней границы валентной зоны верхнего волноводного слоя. Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения быстродействия устройства. 3 ил.
Использование: для изготовления светоизлучающих структур на квантовых точках. Сущность изобретения заключается в послойном выращивании на подложке GaAs молекулярно-пучковой эпитаксией буферного слоя GaAs, нижнего слоя сверхрешеток на основе соединений AlGaAs/GaAs, волноводного слоя GaAs, содержащего активную область на основе квантовых точек InAs и квантовой ямы InAs, прикрывающего слоя GaAs, верхнего слоя сверхрешеток на основе AlGaAs/GaAs и верхнего контактного слоя GaAs, в активной области слой квантовых точек выращивают со скоростью, не превышающей 0,03 нм/с, в потоках мышьяка и индия с соотношением плотности потоков (10-12):1 и последующей выдержкой слоя квантовых точек в потоке чистого мышьяка в течение 1 мин для увеличения равномерности квантовых точек по высоте. Технический результат: обеспечение возможности повышения эффективности работы, создания более эффективного лазерного излучателя и использования одного слоя квантовых точек. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
