Введение к работе
Актуальность тему определяется тем, что в связи о развитием технологии выращивали, гетероструктур эффекты размерного квантования в твердых раотворпх в последние года стали активно изучаться в физике полупроводников и испсльзоъатьоя в полупроводниковой олектроішке.
Исследования полупроводниковых структур о квзнтовораз-мерными слоями привели к открытию новых явлений в физике полупроводников, обусловленных вф{*ктами изменения распределения плотности состояний по энергии в таких структурах, что сказывается на других важных параметрах структуры. На основе таких структур были существенно улучшоны параметры ряда полу-проводго„говых приборов.
К началу данной работы была в основном разработане специальная технология выращивания мотодом кидкофазной эпитаксии ( ЖФЭ ) тонких слоев четверных твердых растворов в системе ІпСаАвР путем сокращена времени контакта между раствором-расплавом и подложкой в процессе роста слоя, позволившая воспроизводимо получать тонкие слои четверных твердых растворов InGsAsP и исследован ряд их характеристик и свойств применительно к созданию на их основе мощных полупроводниковых лазеров. Однако некоторые существенные характеристики оставались неисследованными. Так, были разработаны методики определения толщины тонких слоев методом исследования их фотолюминесценции и был показан высокий квантовый выход их спонтанной лкки несценшш при невысоком уровне возбуждения, нс не были исследованы оффекты, связанные о размерным квантованием в т.онтан-
ной люминесценции таких слоев. Рыли ооэданы ттростойшие лазеры на осново структур, полученных этим методом, но не были исследованы оффекти, связанные с размерным квантованием при вынужденной рекомбинации л них. Это но позволяло оптимизировать конструкцию лазеров.
Цель донного исследования - установить пути расширения возможности лазеров но основе четверных твердых растворов в системе InGuitP/InP ( X = І.Змкм ) зо счет изучения особенностей рекомбинации в квсговоразмерных структурах на основе четверных тЕврдах растворов в системе InGaAsP/InP.
Объектом исследования были лазерные InGaAsP/lnP гетеро-отруктуры, полученные методом краткоконтактной жидкофазной вгштаксии и полосковые лазеры на их основе.
Методом исследования было изучение электролюминесценции Лазерных гетероструктур. Исследовались спектральные, пороговые, мощностные характеристики излучения и их зависимость от температуры, а также пространственное распределение излучения. Полученные данные сопоставлялись с данными фотолюминес-цонтнет исследований, електрошюй микроскопии и рентгене— структурных исследований.
йадачи исследования!
развитие електролкминесцентного метода исследования спонтанной рекомбинации применительно к изучению вффектов размерного квантования в лазерных гетероструктурах,
развитие методов изі товления и измерения параметров льзьрюв полосковой конструкции,
изучение особенностей излучательных характеристик, по-.-.іс'ссвук лк.ерсь различных конструкций,
- исследование особенностей вынужденной рекомбинации в полосковых лазерах на основе гетероструктур, полученных методам ЖФЭ и проявляющих евойстса, связанные о размерным квантованием в активной области.
Результати работыt
Исследованы особенности спектров спонтанной електролюми-ноецвнции лазерных InCaAeP/InP гетороструктур, полученных мотодом краткоконтактной ЖФЭ, связанные о эффектами размерного квантования в активной области.
Развиты методы изготовления непрерывных лазеров полооко-вой конструкции на их основе таких структур и методы исследования их мощноотных, тепловых, иороговых и деградационных характеристик.
Исследована зависимость излучательных характеристик: лазеров полосковой конструкции от длины резонатора, потерь на выход излучения из резонатора, ширины волноводе и температуры.
На основе полученных данных созданы образцы лазеров по-лосковоЗ конструкции с рекордными пороговыми и мошноотными характеристиками в непрерывном рокиме генерации.
Проведено сравнительное сопоставление полученных экспериментальных дашшх о выводами различных моделей зоны с размерным квантованием и сделан вывод о наилучшем их соответствии выводам модели квантовых точек о различними размерами.
Представляемые к защит» научные положения; Положение _1 ( об вффектвх размерного квантования ) В влектрвлшмшюсценции ламорішх InOaAeV/lnV гет*рострук-
тур раздельного ограничения, полученных методом жидкофазной епитаксии с малими временами выращивания активного слоя, проявляются аффекты размерного гчантования плотности состоянии носителей заряда, выражающиеся в появлении дополнительных максимумов в спектрах спонтанной рекомбинации при увеличении плотности тока накачки.
Положение 2 ( о параметрах полосковых лазеров ) Сокращении времени контакта раствора-расплава с подложкой при выращивании Методом ЖФЭ пленарных лазерных InGaAsP/InP гетерсструктур раздельного ограничения с длиной бонны излучения 1.3 мкм позволяет при создании на иж основе лазеров полосковой конструкции о диэлектрическими покрытиями на сколах :
снизить пороговую плотность тока ( до 360 А/сма )f
повысить внешнюю дифференциальную квантовую эффективность (до 83* о одного зеркала) вблизи порогового чоль лазера,
повысить КПД преобразования ток-свет ( до 50 )
и за счет втого повысить предельную мощность излучения лазера в непрерывном режиме ( до 500 мвт с одного зеркала ).
Положение 3 ( о соответствии характеристик излучения моде, і одиночной квазвдьумернол квантовой ямы )
Спектральные и чергетические характеристики излучения полосковых лазеров, изготовленных на основе InGaAaP/InP гете-роструктур с раздельным ограничением, полученных методом 3№Э путем сокращения времени кентькта раствори-расплава с подложкой, не соответствуют модели рекомбинации в одиночной квази-дьумерноп потенциальной яме, но могут быть описаны б рьмках модели рексмеинашг/. ь слое "квантовых точек", имгших
различные размеры.
Приоритет результатов ^ Представляемые к защите резулъ TuTU исследований електролиминесцентных свойств InCaAeP/InP F0 ДТ-отруктур, полученных методом ЖФЭ путем сокращения времени контакта раствора- расплава с подложкой при выруливании активного слоя, получены впервые.
Значение результатов г
Исследование особенностей спектров спонтанной электролюминесценции лазерных InGaAsP/InP тетероструктур раздельного ограничения дает необходимую инфорхіацию для создания полоско-вих лазеров на их основе.
Создание лазеров полосковой конструкции и исследование зависимости излучательных характеристик лазеров полосковой конструкции от длины резонатора, потерь на выход излучения из резонатора, ширини волновода и температуры дает информацию об особенностях процесса вынужденной рекомбинации в активной области, необходимую для оптимизации параметров лазеров.
Анализ полученных данных позволил ооздать образцы лазеров ПОЛОСКОВОЙ КОНСТРУКЦИИ 0 улуЧШеННЫМИ ПОРОГОВЫМИ И МО'Ц-
ноотными характорютикоми в непрерывном режиме генерации.
Проведенное сравнительное сопоставление полученных экспериментальных д' 'шых о выводами различных моделей зоны с размерішм квантованием позволлет выработать рекомендации по дальнейшему совершенствованию характеристик лазеров, объясняет, трудности при достижении одномодового рекима генершрш и открывает преимущества их применения в режиме сверхвысокочастотной модуляции излучения.
Структура диссертации і диссертация состоит из введения, трех, глав, заключения и списка литеротуры.
