Введение к работе
- з -
Работа состоит из цикла исследованип,проведенных в период 1990- 1996гг.
и посвященных проблеме создания и исследования полупроводниковых волноводпых гетероструктур с периодическими оптическими неод-нородностями и полупроводниковых подложек с металлическими п металлизированными дифракционными решетками. -
Актуальность темы. Массивы периодических неоднородностеп из элементов разнообразного профиля широко используются в различных областях физики и тєхеикп. Оптические и квазйоптическпе волномеры п интерферометры, преобразователи поляризации и фазовра-гдателп,полупроводниковые лазеры с распределенной обратной связью (РОС) и лазеры с распределенным брэгговским зеркалом (РБЗ), полупроводниковые квантовые проволоки и точки - далеко не полный перечень устройств, которые в качестве одного из свопх основных узлов имеют периодическую структуру типа дифракционной решетки. С помощью встроенных дифракционных решеток в полупроводниковых РОС-лазерах на основе InGaAsP/InP был получен одночастотный режим генерации в области 1,55 мкм. Одночастотный источник лазерного излучения на этой длине волны является оптимальным для волоконно-оптических линий связи большой протяженности с высокой скоростью передачи информации, так как данная спектральная область соответствует минимуму оптических потерь в современных кварцевых световодах. С другой стороны.с помощью дифракционных решеток, сформированных па поверхности полупроводниковых гетероструктур с одной
плп несколькими квантовыми ямами, оказалось возможным создание и исследование массивов квантовых нитей и точек. Понижение размерности должно приводить к существенным изменениям физических свойств структур и ожидается, что такие структуры будут перспективны для приборных применений. Каждый тип устройств требует разработку надежного способа воспроизведения в своем технологическом цикле решеток с конкретными параметрами и физическими свойствами. Кроме того, периодические оптические неоднородности, являясь важным элементом гетеролазерных конструкций, в сочетании с оптической накачкой, служат также уникальным инструментом физических исследований полупроводниковых гетероструктур. Именно этим определяется акту* альность данной диссертационной работы.
Несмотря на наличие значительного числа работ, посвященных ис-. следованию и применению структур с периодическими оптическими не-однородностямп, с появлением новых источников излучения и освоением новых перспективных полупроводниковых материалов возникают новы? возможности для решения старых задач и постановки и решения новых,
Целью диссертационной работы являлось:
исследование технологических возможностей создания периодических структур, содержащих фазовый сдвиг фрагментов рисунка на полперпода (7г/2);
исследование технологических возможностей создания структур, содержащих периодические оптические неоднородности типа квантовых нитей и точек;
* исследование физических и оптических свойств полученных образцов, определение основных факторов, влияющих на приборные применениями оптимизация этих факторов.
Научная НОВИЗНа работы заключается в следующем.
-
Показала новая возможность создания сбоя шага дифракционной решетки на полперпода (тг/2) для полупроводникового лазера с распределенной обратной связью с четвертьволновым фазовым сдвигом (РОС-лазер с А/4 сдвигом).
-
Предложен метод создания массивов металлических стенок квантовых размеров. Изучены особенности создания массивов Ni стенок на подложках из GaAs.
-
Изучены особенности квантовых проволок, изготовленных методом травления исходных двумерных структур. Показано, что рассчитанное значение эффективной ширины проволок существенно меньше их средней ширины, измеренной непосредственно по снимкам, полученным с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ).
-
Изучены особенности отражения света при углах падения, близких к нормальному, от дифракционных решеток с металлическими покрытиями в зависимости от направления вектора поляризации по отношению к ориентации штрихов решетки.
-
Изучены особенности отражения света от металлизированных дифракционных решеток, шаг которых меньше длины волны падающего излучения, получены зависимости интенсивности
отраженного излучения от шага, поляризации и толщины металлического покрытия (Аи).
Практическая ценность работы заключается в следующем.
-
Разработана технология создания дифракционных решеток методом голографической литографии на поверхности полупроводниковых материалов GaSb, MgF2, а также на тонких слоях Au, Ni, V2O5, нанесенных на подложки GaAs.
-
Разработана технология удвоения шага дифракционных решеток, изготовленных "на фоторезистивных слоях нанесенных на полупроводниковые подложки посредством удаления верхних и нижних частей металлического покрытия, нанесенного на фоторезист.
3: Предложен способ изготовления дифракционных решеток со сбоем 7г/2 для полупроводниковых лазеров с распределенной обратной связью, состоящий в сдвиге фрагментов маски напылением под углом металла или диэлектрика с последующим травлением через измененную маску.
4. Создана серия образцов, изготовленных на подложках GaAs методом голографической литографии с последующим напылением тонких слоев Au, Ag и А1, предназначенная для наблюдения и изучения аномального отражения света в зависимости от параметров решеток (формы, толщины покрытия, напыленного металла) и параметров излучения (направления поляризации, угла падения на образец).
-
Экспериментально реализованы образцы, содержащие квантовые проволоки InGaAs/GaAs, исследование спектров фотолюминесценции которых показывает, что созданные образцы обладают свойствами, характерными для одномерных объектов.
-
Изготовлен миниатюрный шаблон, представляющий собой дифракционную решетку из Аи, нанесенную на прозрачную для ультрафиолетового излучения подложку MgF2, предназначенный для исследования возможностей контактной литографии с использованием :, качестве источника излучения эксимерного лазера с длинами волн 308, 249 и 193 нм.
По результатам исследований на защиту выносятся следующие научные положения:
Положепие 1. (о методике изготовления дифракционной решетки со сбоем шага)
Дифракционная решетка со сбоем шага 7г/2 для лазера с распределенной обратной связью с четвертьволновым фазовым сдвигом изготавливается на основе маскп из фоторезиста с соотношением ширины штриха и промежутка 1:3. Н; боковые стороны штрихов напыляется слой металла или диэлектрика, асимметрично изменяющий нх форму. Напыление производится через трафарет в два этапа. Толщина покрытия, измеренная у основания, составляет 1/4 периода исходной маски. Полученная после удаления фоторезиста маска содержит фрагменты дифракционной решетки, сдвинутые на четверть периода относительно исходной, полный сдвиг фрагмен-
- 8 -tod маски друг относительно друга составляет половину периода.
к Положепие 2. (о методике изготовления олномсрных полупроводниковых гетероструктур)
Для получения одномерных гетероструктур (квантовых нитей) используется метод голографической литографии. Для этого на полупроводниковой гетероструктуре с одной или несколькими квантовыми чмами интерференционной засветкой формируется фоторезп-стивная маска, состоящая из полос, шириной 70 - 80 нм, через
которую производится реактивное ионное травление с
последующим заращиванием. Участки квантовых ям в гребнях
для нитей имеют эффективную ширину 10 - 12 нм, при которой
проявляются квантоворазмерные свойства, характерные для
одномерных структур. + Положепие 3. (о методе создания масспвоз металлических стенок
квантовых размеров)
Массивы металлнче. лих стенок (Ni) на подложках из GaAs получаются из исходной решетчатой фоторезистивной маски. На боковые стороны маски напыляется слой металла 10 - 100 нм. Реактивным ионным травлением удаляется слой металла с верхних частей штрихов решетки, зачем травлением н плазме О? удаляется фоторезист ивная маска. Дифракционные свойства металлических репіегок. полученных после удаления фоторезиста определяются вер шкальное гыо стенок и соотношением ширины штриха и промежутка исходной фоюрезнстивмой маски.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на международной конференции "Naiiostructure: science and technology" (Санкт Петербург. Репино. 1994), на международном симпозиуме "Microlitho-graphy' 96" па конференциях "Electron-Beam, X-Ray, EUV, aud Ion-Beam Submicrometer Lithographies for Manufacturing VI" н "Optical Microlitho-graphy IX" (USA, CA, Santa Clata).
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в девяти печатных работах.
Структура и объём диссертации. Диссертация сострит из введения, пяти глав, заключения и библиографии. Объём диссертации составляет 149 страниц текста, в том числе 45 рисунков и список литературы, включающий 111 пуб.тикаций.отделыю приводится список работ автора по теме диссертации: 9 наименований .
