Суперлюминесцентный диод

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК О 9) 114 Н 01 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1 ъ 7 ашосо Кека 1. Бцрек 1 цтп 1 пеайдоде оп СаА 1 Аз Вар Лоцкпа 1 оЕАрр 1 Ранца ч. 15, В 11, 1976,стр. 2191.Л, Н, Курбатов и др, Исследованиесуперлюминесцентных диодов СаА 1 ФТПт. 4, вып. 1 О, 1970, стр. 2024,(54) (57) СУПЕРЛВИИНЕСЦЕНТНЫИ ДИОД, включающий полупроводниковую структуру с полосковой .активной областью, расположенной. под углом к граням структуры, о т л и ч а ю щ и й с я 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 Э к мини" мальной ширине Й - удовлетворяет соР отношению: еИзобретение 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, оптическихгироскопах и так далее.Суперлюминесцентный диод являетсяпромежуточным звеном между полупроводниковым лазером и обычным светодиодом. Ширина его спектра излученияв три-четыре раза меньше, чем у светодиода, что объясняется наличиеминверсной населенности в активнойсреде,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 25оптической обратной связи при отражении излучения от сколотных граней,Однако в известных конструкцияхсуперлюминесцентных диодов коэффициент отражения на границе,активйой,и пассивной областей достаточен длябыстрого возникновения генерации,что снижает область линейности ваттамперной характеристики, кроме того,длина волны излучения, как и в обычных лазерах и светодиодах, сильнозависит от инжекционного тока и температуры окружающей среды.Наиболее близким по техническойсущности к заявляемому устройствуявляется 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 возвращается50 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 постояннойо о" 3 А/К для лазерного режима и 3-5 А/Кдля спонтанного режима. Экстраполяция температурной зависимости натемпературный интервал 300-500 К.дает значение этой постоянной 8 А/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 суперлюминесцентномди оде на основе и олупр оводнико войструктуры о полосковой активной областью, расположенной под углом к гранямструктуры, активная область выполнена с периодически меняющейся шириной, причем период ее изменения Ли максимальная ширина П равны 10100 мкм, а отношение максимальнойширины П к минимальной Й - удовлетворяет соотношению:1 О- й 100,Эс 1Такое конструктивное решение позволяет при минимальной простоте конструкции и технологии изготовлениядостичь увеличения линейности ватт"амперной характеристики и снижениятемпературной зависимости длины вол",ны в"широком диапазоне температурза счет определенным образом выполненного полоскового контакта, позволяющего модулировать область возбуждения активного слоя при протекании через структуру инжекционноготока,На чертеже дано предлагаемоеустройство, на подложке 1 которогопоследовательно расположены нижняяпассивная область 2, активная область, 3, р-и-переход 4, верхняя пассивная область 5, которая включает всебя слои 6 и 7, полосковый контакт 8.В качестве примера изготовлен диод на основе системы СаАз/СаА 1 Аз.В его конструкции на подложке 1 толщиной100 мкм иэ и-СаАз и ориентированной в плоскости 100) изготовлена полупроводниковая структура, представляющая собой последовательнорасположенные и-СаАз - подслой толщиной 8 мкм и и-Сао А 1 р, Аз - ограничивающий слой толщиной 3 мкм (ниж- .няя пассивная область 2), СаАз - ак 5тивный слой 3 толщиной 0,4 мкм ир - и переход 4, образованный междуактивным слоем 3 и верхней пассивнойобластью 5, которая, в свою очередь, ..состоит иэ р-Сао,А 1 З,-Аз ограничива ющего слоя толщиной 1,5 мкм, р-СаАзслоя 6 толщиной 2,5 мкм и и-СаАзслоя 7 толщиной 1,5 мкм. В описаннойструктуре с помощью химического травления создана канавка определенной 15формы глубиной 3,5 мкм. Эта канавкарасположена под углом сС =9 - 16 ксколотым граням структуры. Для обеспечения протекания тока только черезметаллический контакт 8 канавка должна быть вытравлена на глубине неменее, чем толщина верхнего и/СаАэслоя 7,Устройство работает следующим образом. При пропускании тока через 25контакт 8 носители распространяются,в основном, через вытравленную вверхней пассивной области 5 канавку, что происходит из-за ограничивающего действия р - п-перехода, обра- З 0эованного между двумя верхними слоями6 и 7 из СаАа, который смещен в обратном направлении и создает потенциальный барьер для носителей. Вследствие периодического изменения гра 35ниц полоскового контакта 8 область,возбуждаемая носителями в активномслое 3, имеет подобную конфигурацию.По достижении в активной области 3 инверсной населенности распростра" 40 няющееся в продольном направлении спонтанное излучение начинает усили-.ватьсй-,-тучПектр 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 происходитвследствие того, что в областях активного слоя, сформированных под 50 широкими частями полоскового контак" та, условия для возникновения супер- люминесценции возникают быстрее в поперечном, по отношению к оси полоскового контакта, направлении. При этом происходит обеднение инверсной населенности, что позволяет снизить удельную мощность супердюминесценции, 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 А/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 максимальнойсэффективности 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, максимальныйпериод равен 100 мкм. Минимальный период определяется иэ размеров широкой области контакта, Если поперечный размер широкой области П 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 Й. Следовательно; почти все размеры полоскового контакта определяются из поперечных размеров его узких областей. Минимальная ширина контакта в узкой части Й 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 1 О мкм, что объясняется снижением подавления усиления в этих областях и увеличением нелинейности ватт-амперной характеристики при дальнейшем ее увели1139 337 Составитель Н, МишензниковаРедактор 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, Раушская наб д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, П 1 оектная, 4 чении, особенно в крайних точках температурного диапазона, При 300 К с увеличением максимальной ширины узкой части более 10 мкм линеариэация ватт-амперной характеристики5 минимальна, а при 470 К с увеличением этого размера падает порог катастрофической деградации. Минимальный поперечный размер широкой облас.- тиконтакта 3 равен 10 мкм, а максимальный - 100 мкм. Минималь ный период Л отсюда равен 1 О мкм. Области применения предлагаемого суперлюминесцентного диода: контрольно-измерительные комплексы, оптические гирометры.1 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.1