СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ИНЖЕКЦИОННОГО ЛАЗЕРА Советский патент 1995 года по МПК H01S3/18 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в производстве полупроводниковых инжекционных лазеров для оптических волоконных линий связи, оптоэлектронных устройств обработки информации и т. д.

Целью изобретения является повышение срока службы и процента выхода годных приборов.

На чертеже схематически представлен вид лазерного кристалла в плоскости (110) гетероструктуры, изготавливаемый предлагаемым способом.

На подложку 1 лазерного кристалла на основе эпитаксикальных полупроводниковых структур различными методами (жидкофазной, молекулярно-лучевой или газофазной эпитаксии) наносят необходимое количество слоев 2.

Для формирования планарной полосковой геометрии лазера на эпитаксиальную структуру осаждают слой диэлектрика 3, как правило, двуокиси кремния, который, обладая отличным от материала эпитаксиальных слоев коэффициентом термического расширения, вносит в структуру упругие механические напряжения растяжения. При образовании в слое диэлектрика 3 полоскового окна 4 на границе разрыва диэлектрика в полупроводниковом материале появляется градиент напряжений, а в самом полосковом окне напряжения преобразуются в сжимающие. Нанесение затем на поверхность металлической контактной пленки 5 и термическая обработка структуры, при которой собственно и формируются омические свойства контакта, приводят к возрастанию сжимающих напряжений в области полоскового окна и распространению их в структуру 6 на глубину порядка 10 мкм. На границах полоскового окна, определяемых разрывом диэлектрика, за счет сложения напряжений возникает всплеск напряжений, величина которого σ при комнатной температуре достигает 10⁹ дн/см².

Величина сдвиговых напряжений, при которых происходят пластическая деформация материала и образование структурных дефектов, различна для направлений <110> и <10>. Экспериментальными исследованиями установлено, что дефекты образуются при меньших по величине напряжениях, если последние действуют по направлению <10>, определяемому пересечением кристаллографических плоскостей (001) и111} А.

Таким образом, для критических напряжений σ зарождения структурных несовершенств в двух взаимно перпендикулярных направлениях <110> и <10> имеется соотношение <σ_<110>
Максимальные напряжения σ, которые возникают на границах полоскового окна при термической обработке гетероструктуры в процессе образования омических свойств контакта, по величине приближаются к значению напряжения пластической деформации полупроводника, так что в этом случае имеет место соотношение σ≅ σ_<110>. Таким образом, при одинаковой величине механических напряжений в полосковых контактах, ориентированных по направлениям <110> и <10>, структурные несовершенства образуются только в полосковом контакте, совпадающем по направлению с осью <110>, так как направление действия напряжений в этом случае <10>.

Точность ориентирования полоскового контакта в направлении <10> зависит от длины L лазерного кристалла и ширины W полоскового окна и определяется из условия перпендикулярности полоскового окна граням резонатора. Она должна быть не хуже ±arctg
В соответствии со способом инжекционные полупроводниковые лазеры с полосковой геометрией могут быть изготовлены из стандартных пятислойных эпитаксиальных двойных гетероструктур в системе GaAs Al_xGa_1-xAs. Слои выращивают методом эпитаксии из раствора-расплава в инжекционных барабанных кассетах при принудительном охлаждении раствора в температурном интервале 860-820^оС на установке "Сплав-2". Подложку ориентируют по плоскости (001). Содержание AlAs в слоях твердого раствора составляет 35-40% в активной плоскости 5-7% Толщина активной области 0,15-0,3 мкм. Диэлектрическим материалом служит двуокись кремния (SiO₂), которую в виде слоя толщиной 3000-3500 наносят на поверхность лазерной структуры методом окисления моносилана при температуре 350^оС.

Полосковые окна шириной 15 мкм изготавливают фотолитографически. Кристаллографические направления <110> и <10> определяют рентгенодифракционным способом.

Омические контакты к структуре получают вакуумным послойным напылением пленок со стороны эпитаксиальных слоев Cr (толщина 400 ) и Ag (толщина 4000 ), со стороны подложки Ge (толщина 200-300 ) и Ag ( толщина 4000 ) при температуре 250^оС с последующим вжиганием при температуре 500^оС в течение 20 мин в атмосфере водорода.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ИНЖЕКЦИОННОГО ЛАЗЕРА полосковой геометрии, включающий в себя осаждение на плоскость (001) лазерной структуры слоя диэлектрика, вытравливание в слое диэлектрика полоскового окна, нанесение на структуру омического контакта, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы и процента выхода годных приборов, вытравливание полоскового окна проводят по направлению кристаллографической оси определяемой пересечением плоскостей (001) и где W ширина полоскового окна, L длина лазерного кристалла.