автореферат диссертации по электронике, 05.27.03, диссертация на тему:Эпитаксиально-интегрированные гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs для мощных импульсных лазерных диодов, излучающих на длине волны 0.9 МКМ

На правах рукописи

Ладугин Максим Анатольевич

ЭПИТАКСИАЛЬНО-ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ 1пСаЛ8/АЮаА5/ОаЛ8 ДЛЯ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ, ИЗЛУЧАЮЩИХ НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ 0.9 МКМ

Специальность: 05.27.03 «Квантовая электроника»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискаиие ученой степени кандидата технических наук

1 МЕН 2009

Москва-2009

003487896

Работа выполнена в ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха».

Научный руководитель:

доктор технических наук Александр Анатольевич Мармалюк

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Михаил Григорьевич Васильев

доктор физико-математических наук, профессор Иван Иванович Засавицкий

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество «Науч но-производственное предприятие «Инжект»

Защита состоится « 17 » декабря 2009 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д.409.003.01 при ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха» по адресу: 117342, г. Москва, ул. Введенского, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха».

Автореферат разослан« 16 » ноября 2009 г.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 117342, г. Москва, ул. Введенского, д. 3, ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха», ученому секретарю диссертационного совета Д.409.003.01.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, доцент

Кротов Ю.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Достижение высокой яркости излучения, увеличение выходной оптической мощности и долговечности работы полупроводниковых лазерных диодов являются актуальными и первостепенными задачами современной квантовой электроники. Огромный интерес к лазерным диодам обусловлен их высокой эффективностью преобразования электрической энергии в оптическую, миниатюрностью, гибкостью технологии при их производстве, экономичностью и надежностью. Повышенные мощностныс характеристики лазерных диодов очень важны при их использовании в таких областях науки и техники как оптическая связь, управление и слежение за движением транспортных средств, технологическая обработка материалов и накачка твердотельных лазеров. В частности, большой практический интерес представляют лазерные диоды с длиной волны излучения 0.9 мкм, традиционно используемые в лазерной локации и системах управления.

Растущие требования к выходным характеристикам и долговечности работы лазерных диодов приводят к непрерывному совершенствованию конструкции эпитаксиальных гетероструктур и технологии их изготовления [1,2].

Создание современных высокоэффективных лазерных гетероструктур требует решения ряда важных взаимосвязанных задач. Во-первых, это разработка геометрии гетероструктур с учетом особенностей их получения в условиях выбранного метода эпитаксии. А во-вторых, это поиск новых технологических подходов к реализации перспективных конструкционных идей и на этой основе совершенствование приборных характеристик.

В данной работе рассмотрена проблема создания многослойных эпитаксиальпо-интегрированных лазерных гетероструктур с несколькими излучающими секциями, выращенными в едином эпитаксиалыюм процессе [3, 4]. Основными преимуществами лазерных диодов па основе указанных гетероструктур являются высокая мощность и яркость излучения, определяемые количеством излучающих секций, отсутствие дополнительных контактных сопротивлений, существенно уменьшающих КПД и предельную частоту следования импульсов, а также сохранение массогабаритных характеристик на уровне традиционных лазерных диодов.

Одной из трудностей создания лазерных диодов с несколькими излучающими секциями является оптимизация геометрии эпитаксиалыш-интегрированной гетероструктуры, удовлетворяющей заданным техническим требованиям и обеспечивающей низкие контактные сопротивления и отсутствие кристаллических дефектов. В дополнение к этому, требуется разработка методики получения

многослойных структур с прецизионным контролем толщины, состава и уровня легирования эпитаксиальных слоев с высокой резкостью гетеропереходов, необходимой для обеспечения высокой воспроизводимости секций лазерных гетероструктур в течение всего ростового процесса.

В [5] предложено интегрировать отдельные секции лазерных гетероструктур при помощи силыюлегированных туннельных переходов. Это, в свою очередь, влечет за собой необходимость разработки оптимальной геометрии туннельного перехода, задача которого обеспечить наиболее эффективное протекание электрического тока через все секции лазерных гетероструктур. Поддержание требуемых высоких уровней легирования (до Ю20 см"3) слоев туннельного перехода на протяжении всех стадий технологического цикла создания эпитаксиалыю-интегрированных лазерных диодов возможно лишь при использовании примесей с низким коэффициентом диффузии. Решение задачи сохранения оптимальных заданных профилей легирования непосредственно лазерных секций, обеспечивающих снижение внутренних оптических потерь в гетероструктурах и уменьшение последовательного сопротивления лазерных диодов, также требует использования примесей с низким коэффициентом диффузии.

Традиционными примесями, используемыми в методе МОС-гидридной эпитаксии при получении эпитаксиальных слоев п- и р-типа проводимости, являются кремний и цинк. Однако цинк, в отличие от кремния, не удовлетворяет указанным выше требованиям и поэтому непригоден для его использования при создании эпитаксиалыю-интегрированных гетероструктур. Перспективной альтернативой цинку в настоящее время выступает углерод. При этом известно, что наиболее эффективные источники углерода в условиях МОС-гидридной эпитаксии - галогениды углерода — значительно осложняют процесс легирования. В результате чего требуется тщательное изучение особенностей вхождения углерода и разработка на этой основе более совершенной методики легирования, позволяющей разрешить возникающие трудности.

Таким образом, очевидно, что получение эпитаксиалыю-интегрированных гетероструктур является сложной и чрезвычайно актуальной задачей квантовой электроники, решение которой позволит создать на их основе новый класс мощных лазерных диодов и оптических устройств последнего поколения с повышенными выходными характеристиками.

Цель и основные задачи работы

Целью настоящей диссертационной работы являлось проведение комплекса расчетных и экспериментально-технологических исследований, направленных на решение актуальной задачи современной квантовой электроники, а именно: разработку, получение и изучение эпитаксиалыю-интегрированных квантово-размерных

гетероструктур ^СаАв/ЛЮаЛз/СаАя, предназначенных для создания мощных импульсных лазерных диодов с несколькими излучающими секциями (X = 0.9 мкм).

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Разработать геометрию лазерной гетероструктуры 1пСаЛз/ЛЮаЛя/ОаЛ$ с несколькими излучающими секциями (X = 0.9 мкм), обладающей узкой диаграммой направленности излучения в дальнем поле. Оптимизировать профили легирования эмиттерных слоев лазерной гетероструктуры для снижения внутренних оптических потерь, уменьшения последовательного сопротивления и повышения эффективности работы лазерного диода.

2. Установить основные закономерности легирования углеродом эпитаксиальных слоев ваЛв и ЛЮаАэ в условиях МОС-гидридной эпитаксии, необходимые при получении эмиттерных и контактных (туннельных) слоев с резкими профилями и контролируемыми уровнями легирования. Предложить оптимальные режимы роста указанных эпитаксиальных слоев для осуществления профильного легирования при помощи СС14 с учетом его особенностей.

3. Разработать геометрию и методику выращивания туннельного перехода р+ОаАз/п+ОаАв, необходимого для наиболее эффективного протекания электрического тока через лазерную структуру с несколькими излучающими секциями.

4. Разработать процесс формирования эпитаксиалыю-интегрированных квантово-размерных гетероструктур с несколькими излучающими секциями в едином ростовом цикле.

5. Изучить приборные характеристики мощных импульсных лазерных диодов, изготовленных на основе разработанных эпитаксиалыю-интегрированных гетероструктур в системе материалов ШОаАв/АЮаАз/ОаАв.

Научная новизна работы

1. Для сохранения низких внутренних оптических потерь в отдельных лазерных секциях в процессе формирования эпитаксиалыю-интегрированных гетероструктур развит метод легирования углеродом слоев ОаАэ и АЮаАв с использованием СС14 в условиях МОС-гидридной эпитаксии и предложена расчетная модель, с помощью которой осуществлено необходимое профильное легирование эмиттерных слоев.

2. Для обеспечения наилучшего соединения смежных лазерных секций в эпитаксиалыю-интегрированных гстсроструктурах при создании мощных лазерных диодов продемонстрирована возможность получения высокоэффективных туннельных переходов р+ОаАз/п+ОаАэ методом МОС-гидридной эпитаксии.

3. Используя разработанные методики профильного легирования эмиттерных слоев лазерных диодов и формирования туннельных переходов, созданы в едином процессе роста эпитаксиально-интегрированные гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs с двумя и тремя излучающими секциями.

4. На основе полученных эпитаксиалыю-интегрированных гетероструктур с несколькими излучающими секциями изготовлены лазерные диоды, обеспечивающие генерацию на длине волны 0.9 мкм, узкую диаграмму направленности излучения и рекордную внешнюю дифференциальную эффективность.

Практическая значимость результатов работы

Полученные в диссертации результаты являются практически значимыми для создания мощных импульсных лазерных диодов, излучающих на длине волны 0.9 мкм. Наибольшее практическое значение имеют следующие результаты:

1. Развиты подходы и методики легирования эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs с использованием СС14 в качестве источника углерода, обеспечивающие получение резких профилей и заданных уровней легирования. Получены полуэмпирические зависимости уровня легирования и скорости роста легированных углеродом слоев GaAs и AlGaAs от основных технологических параметров процесса МОС-гидридпой эпитаксии, позволяющие контролируемо управлять профилями легирования слоев р-типа проводимости.

2. Разработана геометрия туннельных переходов и предложена наиболее эффективная процедура интеграции с их помощью нескольких излучающих секций лазерных гетероструктур.

3. Разработана и реализована в условиях МОС-гидридной эпитаксии конструкция эпитаксиалыю-интегрированной гетероструктуры с узким симметричным волноводом, предназначенная для мощных лазерных диодов с малой расходимостью, излучающих на длине волны 0.9 мкм. На основе полученных гетероструктур изготовлены лазерные диоды с двумя и тремя излучающими секциями, и продемонстрирована их стабильная работа в широком температурном интервале (от -60 °С до +60 °С) и с частотами повторения импульсов до 50 кГц (длительность импульса rllu„ = 100 не).

4. Для мощных импульсных лазерных диодов, изготовленных на основе эпитаксиалыю-интегрированных гетероструктур с расширенным асимметричным волноводом, достигнуты рекордные значения внешней дифференциальной эффективности и выходной оптической мощности. Для лазерных диодов с одной, двумя и тремя излучающими секциями с шириной полоскового контакта W = 150 мкм значения внешней дифференциальной эффективности на начальном участке кривой (до /= 10 А) были равны 1.22, 2.31 и 3.40 Вт/А соответственно.

Научные положения, пыиосимыс на защиту:

Результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, позволили сформулировать следующие научные положения, выносимые на защиту:

1. Получение эффективных эпитаксиапыто-интегрированных лазерных гетсроструктур InGaAs/AlGaAs/GaAs методом МОС-гидридной эпитаксии требует управляемого легирования слоев в широком диапазоне концентраций 10|6-102° см"3 с использованием примесей с низким коэффициентом диффузии.

2. Предложенная полуэмпирическая модель легирования углеродом эпитаксиальных слоев AIGaAs позволяет получать лазерные гетероструктуры с точно заданным профилем легирования, необходимым для снижения внутренних оптических потерь и контактных сопротивлений в лазерных диодах. Только одновременный учет изменения эффективности легирования углеродом и скорости роста эпитаксиальных слоев AIGaAs при варьировании состава твердого раствора приводит к получению требуемых профилей легирования эмиттерных слоев лазерных диодов при соблюдении заданной толщины.

3. Создание мощных эпитаксиапьно-интегрированных лазерных диодов требует формирования высокоэффективных силыюлегированных (до Ю20 см"3) туннельных переходов p+GaAs/n+GaAs посредством оптимизации режимов МОС-гидридной эпитаксии.

4. Эпитаксиалыюе интегрирование лазерных гетсроструктур с двумя и тремя излучающими секциями (X = 0.9 мкм) в одном процессе роста позволяет создать на их основе мощные лазерные диоды с кратным увеличением внешней дифференциальной эффективности.

Личный вклад автора

В диссертации изложены результаты работ, выполненных автором лично и в соавторстве. Автор внес определяющий вклад в разработку процесса создания эпитаксиалыю-интегрированных гетероструктур для мощных импульсных лазерных диодов, излучающих на длине волны 0.9 мкм. Им лично оптимизирована конструкция эпитаксиапьно-интегрированных гетероструктур, проведены процессы их формирования, исследованы характеристики полученных структур и выполнен анализ приборных параметров лазерных диодов, созданных на основе разработанных гетероструктур.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XII и XIII Европейских конференциях по МОС-гидридной эпитаксии (Братислава, Словакия, 2007 и Ульм, Германия, 2009), на VII Международной научной конференции «Химия твердого тела и

современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, Россия, 2007), на XV и XVI «Координационных научно-технических семинарах по СВЧ технике», (Нижний Новгород, Россия, 2007, 2009), на VIII Российской конференции по физике полупроводников «Полупроводники-2007» (Екатеринбург, Россия, 2007), на X и XI Международных конференциях «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (Ульяновск, Россия, 2008, 2009), па Симпозиуме «Полупроводниковые лазеры: физика и технология» (Санкт-Петербург, Россия, 2008), на XIII национальной конференции по росту кристаллов «НКРК-2008» (Москва, Россия, 2008).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 14 работ, из которых 4 в рецензируемых журналах и 10 в сборниках материалов и трудов конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 170 страниц, включая 82 рисунка, 7 таблиц, списка литературы из 152 наименовании и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, обозначены ее основная цель и задачи, показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору научно-технической литературы по теме работы и постановке задач исследования.

Рассмотрены различные способы повышения выходной оптической мощности полупроводниковых лазерных диодов (ЛД), и приводится их сравнительный анализ. Показано, что одним из наиболее перспективных на настоящий момент вариантов увеличения выходной оптической мощности, снимаемой с одного полупроводникового кристалла (чипа), является использование эпитаксиально-интегрированных гетероструктур (ГС), сформированных в едином ростовом цикле.

Описаны принципы работы эпитаксиально-интегрированных ЛД, рассмотрены различные конструкции ГС, применяемые для их создания. Обсуждены основные трудности, возникающие при разработке и получении указанных структур.

Далее перечислены особенности технологии формирования ГС для эпитаксиально-интегрированных ЛД в условиях метода МОС-гидридной эпитаксии (МОСГЭ).

Отмечено, что при разработке конструкции и технологии получения одиночной лазерной ГС, обеспечивающей эффективную генерацию излучения в требуемом диапазоне длин волн и малую расходимость в дальнем поле, пристальное внимание следует обращать на профили легирования эмиттерных слоев ЛД. Более того, продемонстрировано, что на выходные характеристики мощных ЛД наибольшее влияние оказывает профиль легирования р-эмиттера [6].

Показано, что для осуществления наиболее эффективного протекания электрического тока через эпитаксиалыю-интегрированную лазерную структуру необходима не только разработка геометрии туннельного перехода (ТП), но и оптимальная интеграция лазерных ГС друг с другом посредством ТП в едином технологическом процессе роста. Приведены требования, предъявляемые к параметрам ТП в указанных устройствах. На основании проведенного анализа сделан вывод о том, что наиболее предпочтительными примесями п- и р-типа проводимости при получении ГС для мощных ЛД являются кремний и углерод, обладающие низкими коэффициентами диффузии. Так как технология легирования кремнием особых трудностей не вызывает, в работе главным образом обсуждаются основные закономерности получения в условиях МОСГЭ легированных углеродом эпитаксиалытых слоев (ЭС) ваАв и ЛЮаЛя. Однако ввиду отсутствия достаточного количества информации, представленной в литературе по данному вопросу, и сложностях, возникающих при получении легированных углеродом ЭС [7], делается вывод о необходимости проведения дополнительных исследований.

В конце главы на основе проведенного анализа научно-технической литературы сформулирована цель работы и поставлены необходимые для ее решения задачи.

Вторая глава является методической и посвящена технологии получения ЭС в условиях метода МОСГЭ. Подробно описана эпитаксиапытая установка, на которой осуществлялось выращивание лазерных ГС 1пОаЛй/Л1СаЛз/ОаЛэ для мощных импульсных ЛД, исследуемых в настоящей работе. Приведены применяемые исходные реагенты и их физико-химические свойства. Описана процедура осаждения ЭС.

Кратко рассмотрено контрольно-измерительное оборудование, используемое в работе для исследования основных параметров и качества ЭС, квантово-размерных ГС и ТП.

В третьей главе описаны особенности формирования ГС в условиях МОСГЭ, используемых при создании мощных ЛД. Первый раздел главы посвящен разработке геометрии лазерных ГС на основе системы материалов 1пОаА8/А1(]аЛ5/СаЛз. Рассчитаны параметры активной области, волноводных и эмиттерных слоев, обеспечивающие генерацию лазерного излучения на длине волны 0.9 мкм, малую расходимость в плоскости, перпендикулярной р-п-переходу, и пригодность

использования предложенной ГС для создания эпитаксиалыю-интегрированных ЛД с несколькими излучающими секциями.

Приведена модель, позволившая выбрать оптимальные профили легирования эмиттерных слоев для получения низких оптических потерь, малого значения последовательного сопротивления и, как следствие, высокого КПД лазера.

Исследованы закономерности легирования ЭС ваЛв и АЮаАв при помощи дополнительного источника углерода - ССЦ. Более широкий интервал температур роста (520-770°С), отношений элементов У/1 II групп (25-250) и расходов тетрахлорида углерода (0.4-90 мкмоль/мин), используемые в настоящей работе, позволили установить основные особенности легирования ЭС СаАв и АЮаАэ.

На рис. 1(а) и рис. 1(6) представлены полученные зависимости уровня легирования и скорости роста от расхода ССЦ при различных температурах роста для ЭС ваАв соответственно. Видно, что уровень легирования линейно растет с увеличением расхода ССЦ. Это, очевидно, связано с увеличением количества ССЦ и продуктов его распада, поступающих к поверхности растущего слоя, что в результате приводит к увеличению

Расход TEGa 210 мкмоль/мин

1 10 100 1 10 Расход лигатуры, мкмоль/мин Расход лигатуры, мкмоль/мин

а) б)

Рис. 1. Зависимость уровня легирования (а) и скорости роста (б) ЭС ОаАв от расхода ССЦ при различных температурах роста.

вхождения атомов углерода в ЭС. Снижение температуры роста приводит к увеличению концентрации дырок. При этом было отмечено снижение скорости роста с увеличением расхода ССЦ, более ярко выраженное при повышенных температурах (Рис. 1(6)). Возможной причиной этого является образование легколетучих хлоридов галлия, приводящих к уменьшению скорости роста вследствие уменьшения количества атомов Ga как в газовой, так и в твердой фазе. Различный наклон кривых на рис. 1(6) для соответствующих температур роста указывает на то, что при повышенных температурах процесс травления (удаление атомов 111 группы) происходит интенсивнее. Очевидно, что из-за сложного характера протекания процесса легирования с участием

ССЦ, получение заданной концентрации примеси требует очень точного контроля скорости роста ЭС.

Более того, из представленных графиков видно, что при увеличении расхода ССЦ выше 10 мкмоль/мин при Т = 770°С для получения ЭС с уровнем легирования более 1018 см"3 скорость роста может снизиться значительно. При таких условиях достичь очень высоких уровней легирования (>1019 см"3) чрезвычайно сложно, поэтому для повышения уровня легирования следует снижать температуру роста.

В проведенных экспериментах по определению влияния отношения У/1П на уровень легирования установлено, что при уменьшении количества компонента пятой группы, вводимого в реактор, уровень легирования увеличивается. Это напрямую связано с уменьшением количества атомов мышьяка на поверхности растущего ваЛв и, как следствие, увеличением числа вакансий в узлах его подрешетки. Предположительно, эти свободные места далее занимает углерод, и тем самым повышается уровень легирования.

Для изучения зависимостей уровня легирования от основных параметров роста при выращивании легированных ЭС ЛЮэАб были проведены аналогичные эксперименты. На рис. 2 показаны зависимости уровня легирования от мольной доли Л1Аз (дг) в эпитаксиальных слоях А1хОах.|А5, выращенных при температуре 770 °С при фиксированных расходах ССЦ. Установлено, что при увеличении содержания алюминия в слоях А^Са^Ая концентрация дырок растет. Это объясняется тем, что энергия связи А1-С (15.5 Дж/моль) больше, чем энергия связи ва-С (14.1 Дж/моль), следовательно, А1Ая лучше удерживает атомы углерода на поверхности растущего слоя, чем ОаАв, т.е. главную роль здесь, скорее всего, играет адсорбция и десорбция молекул СС1у (у < 4). В результате этого, по мерс увеличения мольной доли А1Лз больше углеродо-содержащих веществ остается на поверхности роста ЭС АЮэАб, и, следовательно, больше атомов углерода встраивается в растущий слой.

х(А1Аз), мольная доля

Рис. 2. Зависимость уровня легирования ЭС Л1„С1ах-|Лй от мольной доли Л1Л.ч (х) при различных расходах ССЦ: 1 -7 мкмоль/мин; 2-2 мкмоль/мин; 3 - 1 мкмоль/мип.

Представлены зависимости уровня легирования и скорости роста для ЭС AlGaAs от расхода ССЦ. Характер зависимости концентрации дырок в ЭС AlGaAs от расхода СС14 оказался таким же, что и для ЭС GaAs. Однако, если при увеличении расхода CCI4 в пять раз уровень легирования GaAs увеличился в 3 раза, то уровень легирования Alo.35Gao.65As - в 3.8 раза. Это отличие также, скорее всего, связано с тем, что атомы углерода сильнее удерживаются на поверхности слоя AlGaAs.

Установлено, что скорость роста ЭС AlGaAs также уменьшается при увеличении расхода ССЦ, вводимого в реактор. Однако, если при увеличении расхода СС14 в три раза скорость роста ЭС GaAs уменьшилась па 25 %, то ЭС Alo.35Gao.65As - на 10 %. Это обусловлено тем, что хлориды алюминия являются менее летучими, чем хлориды галлия. Поэтому удаление атомов алюминия с поверхности растущего слоя меньше, чем атомов галлия.

В работе представлена зависимость концентрации дырок в ЭС AIo.23Gao.77As от температуры проведения процесса, из которой установлено, что уровень легирования, так же, как и в случае GaAs, увеличивается при понижении температуры роста, однако, если при уменьшении температуры на 50 °С концентрация дырок в GaAs увеличилась в 1.8 раза, то в AlGaAs лишь в 1.3 раза.

В конце данного раздела подводится итог полученным экспериментальным данным в виде построения целостной картины процесса легирования углеродом ЭС GaAs и AlGaAs с использованием ССЦ. Определены оптимальные режимы роста легированных углеродом ЭС GaAs и AlGaAs, учитывающие эффекты травления и изменение эффективности легирования от состава AlGaAs, необходимые для получения ЭС с заданными уровнем легирования и толщиной.

Подробно обсуждается возможность реализации различных профилей легирования ЭС GaAs и AlGaAs с использованием указанной лигатуры. Наибольший практический интерес в работе представляла математическая обработка результатов проведенных экспериментов с извлечением характерных параметров для получения численных зависимостей уровня легирования. Аналогичная же математическая обработка результатов требовалась и для выявления изменения скоростей роста ЭС GaAs и AlGaAs.

В результате были получены следующие зависимости для ЭС GaAs:C:

P = k„-K'at-Fflca-K',,, (1)

Кеа1 -К- ■ (grEca ■ РтссУ- ■ Пщ ■ exp G^p, (2)

и для ЭС AlxGai_xAs:C:

П -Е

Р = • F%,t ■ хХ(%) ■ Fa% • ехр(-—f-) f (3)

К в I

- Е

Keal =Уо~К-FCa, ' (SrEUa ' РПС,а + " ^Ш/)"' ' ' «ЧКгТт^ , (4)

где кр , ке - постоянные, зависящие от выбора единиц; I'm - расход СС14, мкмоль/мин; Fm - расход источников элемента III группы, мкмоль/мин; FAill] - расход AsH3, мкмоль/мин; кп - постоянная Больцмана; хмм%) - мольная доля AlAs в твердом растворе AlxGai_xAs, %; Т - температура роста, К; gin - эффективность роста источника элементов III группы, мкм/моль; V0 - скорость роста ЭС без легирования ССЦ, нм/мин.

Указанные в выражениях (1)-(4) показатели степени (ар, ¡¡¡„ ур, а„ ре, уе) и энергии активации (Е , Еа ) для ЭС GaAs и AlxGai_xAs (х = 0.1-0.5), легированных углеродом,

были определены при помощи статистической обработки экспериментальных данных по методу наименьших квадратов и приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Значения коэффициентов выражений (1)-(4) для GaAs и AlxGa,.xAs (х = 0.1-0.5), полученные путем обработки экспериментальных данных по методу наименьших квадратов

Материал К ар Рр Ур Еар, эВ К ае Р. Уе Еае, эВ

GaAs 1.31013 0.85 0.4 -0.5 -1.1 5.5-102 0.42 1.0 -0.08 0.77

AlxGai_xAs 8.41015 0.90 0.8 -0.5 -0.6 5.5-102 0.38 1.0 -0.08 0.84

Затем, используя представленные зависимости (1-4), в работе рассмотрены несколько наиболее типичных технологических задач, возникающих при разработке эпитаксиальных ГС с изменяющимся профилем легирования. Например, одной из них была задача выращивания ЭС Л10аАа:С с градиентным составом (изменение мольной доли А1Ля (х) от X] до Х2) при фиксированной скорости роста с профилем легирования, изменяющимся от значения концентрации носителей N1 до значения N2. Было учтено, что при этом расход тетрахлорида углерода должен быть скорректирован с учетом зависимости эффективности легирования от состава твердого раствора АЮаАБ.

Требование выращивать ЭС ЛЮаЛэ с постоянной скоростью при наличии эффекта подтравливания еще больше усложняло поставленную задачу, приводя к необходимости изменения расходов основных исходных компонентов.

В результате проведенного расчета установлено, что для выращивания ЭС АЮаАвгС с постоянной скоростью роста

(Кеа/ ~ 80 им/мин) при

температуре 750 °С с линейно изменяющейся концентрацией примеси от 5-1017 см"3 до 1.5-1018 см"3 и мольной долей А1Аз (х) от х,=0.2 до хг=0А, расходы ТЕОа, ТМА1 и ССЦ должны изменяться так, как показано на рис. 3. Достигнуто хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных.

В работе сформулированы следующие основные требования, предъявляемые к ТП, необходимые для наиболее эффективного туннелирования носителей заряда через р-п-переход:

- области, как дырочной, так и электронной проводимости, должны быть вырождены;

- переходный слой между областями р- и п-типа проводимости должен быть достаточно тонким, порядка 100-150 А.

Было показано, что для одновременного обеспечения вырожденного состояния по обе стороны р-п-перехода и малой толщины потенциального барьера ОаАя необходимо легировать, как минимум, до уровня 3-1019 см"3. Выбранные нами режимы роста позволили получить концентрации легирующих примесей порядка (9-10)-1019 см"3 с незначительным диффузионным размытием вблизи металлургической границы 100 А, что достаточно для высокоэффективного туннельного р-п-перехода.

На основе полученных в данной работе ТП ОаА5:8|/СаА5:С в ФТИ им. А.Ф. Иоффе были изготовлены туннельные диоды размерами 230 мкм х 340 мкм, и измерены их электрические характеристики. Так, плотность пикового тока на прямой ветви

ВАХ туннельного диода достигала 1.53 кА/см2, а дифференциальное сопротивление (Д)

200

190

X 180

5

25

с

о

г 20

1

ч о 15

8

а 10

5

0

_^ТМА1 ХА1Ав(%)

— Рос,

:-- > ....... .

4 <

X

1.2x10 Ё

0 5 10 15 20 25

Время, мин

Рис. 3. Расчетная зависимость расходов ТР.Оа (Г.пс<1), ТМА1 (/•;„„) и ССЦ (^сс/< ) от времени процесса, необходимых для получения требуемого профиля легирования и состава твердого раствора АЦСа^Лв (Т = 750 °С).

туннельного диода при больших обратных токах - Л = 30 мОм (рис. 4). Эти значения находятся на уровне лучших опубликованных результатов 15].

Представлен способ

интеграции смежных лазерных секций посредством

разработанного ТП в условиях МОСГЭ. Показано, что за характерное время

выращивания эпитаксиапыю-интегрированной ГС с тремя излучающими секциями,

составляющее порядка 6 ч, при типичных температурах роста Т = 720-770 "С исходный профиль легирования ТП может в значительной степени размыться. Отсутствие

вырождения ЭС ТП приведет к значительному снижению плотности тока в обратном направлении. В связи с этим, были рассчитаны оптимальные толщины слоев п- и р-типа проводимости для ТП при получении эпитаксиалыю-интегрировапных гетероструктур, выращиваемых при различных температурах.

Далее обсуждается отрицательное воздействие резких гетерограниц, приводящее к повышенному сопротивлению переходных областей, образующихся в месте контакта двух различных материалов. Продемонстрирована целесообразность использования градиентных слоев при интеграции смежных ЛД посредством ТП.

Предложены оптимальные условия формирования методом МОСГЭ эпитаксиапыю-интегрированных ГС 1пС|аА5/А1СаА в/ваЛ .ч с несколькими излучающими секциями в едином процессе роста.

Четвертая глава диссертации посвящена изучению приборных характеристик мощных импульсных ЛД, изготовленных на основе разработанных эпитаксиально-интегрированных ГС с несколькими излучающими секциями.

Изучены ЛД, изготовленные в ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха» на основе разработанных ГС с узким симметричным волноводом. Активные элементы были изготовлены с шириной электрического контакта ¡V = 100-200 мкм, длиной резонатора Ь = 1000-1600 мкм и коэффициентами отражения зеркал Я, = 0.05 ий2>0.95 (рис. 5).

- , = 1.53 кА/см2 А резк

/ I 230 мкм * 340 мкм |

0.0 0.5

Напряжение, В

1.0

1.5

Рис. 4. ВАХ туннельного диода на основе структуры СаА5:8170аА5:С.

Как и ожидалось, согласно закону Кирхгофа, при вертикальном последовательном способе соединения ЛД падение напряжения на всем приборе увеличивалось пропорционально количеству интегрированных ЛД. Типичные значения напряжений отсечки на прямой ветви ВАХ для одиночного ЛД составили 1.35-1.4 В, а для двойного и тройного эпитаксиально-

интегрированного ЛД -

2.8-2.9 В и 4.2-4.3 В соответственно (рис. 6(а)). Падение напряжения на обратносмсщенпом ТП было чрезвычайно малым и составляло величину порядка 70 мВ. Это свидетельствовало о правильном подборе уровней легирования, толщины переходных слоев, а также технологических режимов формирования ТП и их интеграции.

Мощностные характеристики ЛД, изготовленных на основе ГС с узким симметричным волноводом, показаны на рис. 6(6).

Рис. 5. Типичная геометрия активного элемента ЛД с тремя излучающими секциями и схематическая зонная диаграмма ГС, лежащей в его основе.

0.4 0.6 Ток, А

а)

1>ип= 100 НС V» 10 кГц И/= 200 мкм

л

2.6?. Вт/А • у^лзя^йТ/А ,1.07 Вт/А

20 30

Ток, А

б)

Рис. 6. ВАХ (а) и ВтАХ (б) ЛД, изготовленных на основе эпитаксиально-иптегрировапных ГС с узким симметричным волноводом с одной (I), двумя (2) и тремя (3) излучающими секциями.

Максимальные значения наклонов ВтАХ на начальном участке кривой (до 10 А) для представленных одиночного ЛД, двойных и тройных эпитаксиально-интсгрированных ЛД составили 1.07, 1.88 и 2.62 Вт/А соответственно.

Приблизительное равенство пороговых токов и линейность ВтАХ в широком диапазоне токов накачки для одиночного, двойного и тройного эпитаксиалыю-интегрированного ЛД говорят о хорошей однородности выращенных эпитаксиальных ГС, активные области которых идентичны друг другу.

Для одиночных ЛД измеренные значения полной ширины диаграммы направленности по уровню 0.5 от максимума в плоскостях, перпендикулярной (0х) и параллельной (0 ц) р-п-переходу, составляли 23-24° и 8-9° соответственно. Углы расходимости излучения ЛД с двумя и тремя излучающими секциями в плоскости, перпендикулярной активным слоям, были равны 22-24°, что полностью совпадает с аналогичными данными для ЛД с одним активным слоем. Благодаря отсутствию оптической связи между ЛД, диаграмма направленности эпитаксиалыю-интегрированного лазерного излучателя определяется диаграммой направленности каждой отдельно взятой лазерной секции.

Обсуждаются спектральные, тепловые и частотные характеристики эпитаксиалыю-иптегрированных ЛД, излучающих на длине волны X = 0.9 мкм. Показано, что и одиночный, и тройной ЛД имеют одну длину волны генерации лазерного излучения, слабо изменяющуюся с увеличением амплитуды тока накачки. То есть по своим тепловым характеристикам импульсные ЛД с тремя излучающими секциями близки к одиночным ЛД. Это также следует и из представленного на рис. 7(а) графика, на котором показано, что тройной эпитаксиалыю-интегрированный ЛД устойчиво работает в широком температурном интервале (от -60 °С до +60 °С). Продемонстрировано, что с увеличением частоты следования импульсов тока накачки от 10 кГц до 50 кГц снижение мощности импульса излучения не превышает 10 % (рис. 7(6)).

§ 40

20

Тройной ЛД

100

80

ш

м 60

о

т

=1 411

о

ь

20

0

Тройной ЛД

Одиночный ЛД

1И1Я= 100 не у" 10 кГц №= 200 мкм

-60

-40 -20 0 20 40 60 0 10 20 30 40 50 60

Температура, °С Частота следования импульсов. кГц

а) б)

Рис. 7. Зависимость мощности излучения тройного ЛД от температуры окружающей среды при различных токах накачки (а) и от частоты следования импульсов тока (б).

Таким образом, оптимизация параметров ЭС туннельных переходов и способа их соединения с лазерными ГС позволила осуществить эпитаксиалыюе интегрирование в

одном полупроводниковом кристалле нескольких ЛД и значительно расширить рабочий диапазон частот следования импульсов лазерных излучателей с повышенной выходной мощностью.

Далее, согласно предложенной в [8] концепции использования ГС с расширенным асимметричным волноводом, нами были созданы эпитаксиалыю-интегрированныхе ГС с одной, двумя и тремя излучающими секциями. Благодаря применению данной концепции и разработанной технологии получения эпитаксиалыю-интегрированных ГС было достигнуто еще большее снижение внутренних оптических потерь в ГС, что позволило увеличить выходную оптическую мощность. ЛД на основе указанных ГС были изготовлены и измерены в ФТИ им. А.Ф. Иоффе.

Показано, что ЛД на основе ГС с расширенным асимметричным волноводом, так же как и ЛД на основе ГС с узким симметричным волноводом, имеют хорошие электрические характеристики. Напряжение отсечки для одиночного ЛД составило 1.4 В. Для двойного и тройного эпитаксиально-интегрированного лазера напряжения отсечки составили 2.8 В и 4.2 В соответственно. Таким образом, падение напряжения на каждом ТП не превышало 60 мВ, а последовательное сопротивление составляло примерно 40 мОм.

Величина стимулированного квантового выхода для эпитаксиалыю-интегрированных лазерных ГС достигала 100 %. Внутренние оптические потери соответствовали значениям для лучших одиночных лазерных структур и составляли порядка 0.8 см"1, что свидетельствовало о правильном выборе конструкции эпитаксиалыю-интегрированных лазерных ГС и технологии их изготовления.

На рис. 8 приведены ВтАХ для ЛД, изготовленных на основе эпитаксиальпо-иитегрированпых ГС с одной, двумя и тремя излучающими секциями. Максимальные значения наклонов ВтАХ на начальном участке кривой (до 10 А) для одиночного, двойного и тройного интегрированного ЛД составили 1.22, 2.31 и 3.40 Вт/А соответственно. Достигнутые мощ-ностные характеристики указанных эпитаксиалыю-интегрированных ЛД являются максимальными из всех опубликованных на данный момент.

300

250

200

са

£

& 150

о

X

3

о 5 100

50

0

/ /

1_= 100 НС у = 10кГц 150 мкм

3.40 Вг/А у

/г.зг'вт/А у у?

25

75 Ток, А

100

125

Рис. 8. ВтАХ ЛД, изготовленных на основе эпитаксиалыю-интегрированных ГС с широким

асимметричным волноводом с одной (1), двумя (2) и тремя (3) излучающими секциями.

Картины дальнего поля исследованных одиночных и эпитаксиалыю-интегрированных ЛД отличий не имели. Углы расходимости излучения в перпендикулярной (0±) и параллельной (0 ц) плоскостях составили порядка 32° и 15° соответственно.

В заключении работы сформулированы ее основные результаты и выводы.

В приложении представлены акты внедрения и использования результатов диссертационной работы.

Основные результаты работы

В процессе выполнения диссертационной работы был проведен комплекс расчетных и экспериментальных исследований, направленных на решение актуальной задачи современной квантовой электроники, а именно: разработку, получение и изучение эпитаксиалыю-интегрированных квантово-размерных гетероструктур 1п0аАз/А10аАз/СаА5, предназначенных для создания мощных импульсных лазерных диодов с несколькими излучающими секциями. При выполнении этой задачи были получены следующие основные результаты:

1. Получены и проанализированы зависимости уровня легирования и скорости роста эпитаксиальных слоев СаЛэ и АЮаАэ от основных технологических параметров проведения процесса легирования с помощью ССЦ в условиях МОС-гидридпой эпитаксии. Предложены оптимальные режимы выращивания легированных углеродом эпитаксиальных слоев СаАв и АЮаАв с учетом эффектов травления.

2. Предложены полуэмпирические зависимости уровня легирования и скорости роста слоев ОаАв и АЮаЛэ от температуры выращивания и расходов основных компонентов, применяемых в процессе легирования. Составлена соответствующая модель, с помощью которой достигнуто контролируемое управление профилями легирования эпитаксиальных слоев р-типа проводимости.

3. Предложен расчет оптимальных профилей легирования эмиттерных слоев лазерных диодов с целью снижения внутренних оптических потерь, уменьшения последовательного сопротивления и повышения эффективности работы лазерных диодов. Применение профильного легирования в совокупности с использованием углерода, примеси с малым коэффициентом диффузии, позволило существенно улучшить выходные характеристики изготавливаемых лазерных диодов.

4. В условиях МОС-гидридной эпитаксии достигнут высокий уровень легирования углеродом эпитаксиальных слоев СаАв вплоть до МО20 см3, позволивший создать высокоэффективный туннельный диод с плотностью пикового тока 1.53 кА/см2 и дифференциальным сопротивлением 30 мОм. Предложен наиболее эффективный способ интеграции лазерных гетероструктур друг с другом.

5. Разработана и реализована конструкция эпитаксиально-интегрировапной гетероструктуры InGaAs/AIGaAs/GaAs с узким симметричным волноводом, предназначенная для мощных лазерных диодов с малой расходимостью, излучающих на длине волны 0.9 мкм. Изготовленные лазерные диоды на основе полученных гетероструктур с двумя и тремя излучающими секциями продемонстрировали стабильную работу в широком температурном интервале (от -60 "С до +60°С) и с частотами повторения импульсов тока до 50 кГц.

6. Продемонстрировано увеличение внутренней квантовой эффективности двойного и тройного эпитаксиалыю-интегрированного лазерного диода в 1.9 и 2.8 раза, соответственно, по сравнению с внутренней квантовой эффективностью одиночного лазерного диода.

7. На основе разработанных двойных и тройных эпитаксиально-интегрированных гетероструктур InGaAs/AIGaAs/GaAs с расширенным асимметричным волноводом достигнуты рекордные на настоящий момент значения внешней дифференциальной эффективности и выходной оптической мощности. Для лазерных диодов с одной, двумя и тремя излучающими секциями с шириной полоскового контакта W = 150 мкм значения внешней дифференциальной эффективности на начальном участке кривой (до /= 10 А) были равны 1.22, 2.31 и 3.40 Вт/А соответственно.

Список цитиропаиной литературы

[1] Алферов Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур // Физика и техника полупроводников, 1998, Т.32, №1, С.3-18.

[2] Елисеев П.Г. Полупроводниковые лазеры - от гомопереходов до квантовых точек // Квантовая электроника, 2002, Т.32, №12, С.1085-1098.

[3] Shen G„ Lian P., Guo X, Wang G„ Cui В., Yin Т., Li J., Du J., Gao G., Zou D., Ma X., Chen L. High power coupled large cavity lasers and multi-active light emitting diodes // Proceedings of SPIE, 2001, V.4580, P.19-25.

[4] Miiller M„ Philippens A/., Gronninger G., Konig II, Moosburger J., Herrmann G., Reufer M., Luft J., Stoiber M., Lorenzen D. Monolithically stacked high-power diode laser bars in quasi-continuous-wave operation exceeding 500 W // Proceedings of SPIE, 2007, V.6456, P.64561B1-64561B8.

[5] Garcia J.Ch., Rosencher E., Collot Ph., Laurent N., Guyaux J.L., Vinter В., Nagle J. Epitaxially stacked lasers with Esaki junctions: a bipolar cascade laser // Applied Physics Letters, 1997, V.71, P.3752-3753.

[6] Belenky G.L., Reynolds Jr. C.L., Donetsky D. V., Shtengel G.E., Hybertsen M.S., Alam M.A., Barajf G.A., Smith R.K., Kazarinov R.F., Winn J., Smith L.E. Role of p-doping profile and regrowth on the static characteristics of 1.3-pm MQW InGaAsP-InP lasers: experiment and modeling II IEEE Journal of Quantum Electronics, 1999, V.35, N.10, P.1515-1520.

[7] Begarney M.J., Warddrip M.L., Kappers M.J., Hicks R.F. Kinetics of carbon tetrachloride decomposition during the metalorganic vapor-phase epitaxy of gallium arsenide and indium arsenide II Journal of Crystal Growth, 1998, V. 193, P.305-315.

[8] Слитепко C.O., Винокуров Д.А., Пихтин H.A., Соколова 3.H., Станкевич А.Л., Тарасов И.С., Алферов Ж.И. Сверхнизкие внутренние оптические потери в квантово-размерных лазерных гетероструктурах раздельного ограничения // Физика и техника полупроводников, 2004, Т.38, №12, С.1477- 1486.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Marmalyuk A.A., Padalitsa A.A., Sabitov D.R., Sukharev A.V., Andreev A.Yu., Ladugin M.A., Telegin K.Yu., Popovichev V.V., Nekrasov A.P., Krigel KG., Konyaev V.P., Simakov V.A. 10-12° Beam Divergence High Power Laser Heterostructures Grown by MOCVD // Extended abstracts of 12Л European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy, 3-6 June 2007, Bratislava, Slovakia - P. 183-184.

2. Телегин К.Ю., Акчурин P.X., Мармалюк A.A., Андреев А.Ю., Сухарев A.B., Сабитов Д.Р., Ладугин М.А., Панин A.A. Влияние условий МОС-гидридной эпитаксии на характеристики квантово-размерных гетероструктур AlxGai_xAs/GaAs // Материалы VII Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», 17-22 сентября 2007, Кисловодск, Россия - С.115-117.

3. Сухарев A.B., Ладугин М.А., Падалица A.A., Мармалюк A.A. Исследование процесса легирования углеродом эпитаксиальных слоев GaAs в условиях МОС-гидридной эпитаксии // Материалы XV «Координационного научно-технического семинара по СВЧ технике», 4-6 сентября 2007, Нижний Новгород, Россия - С. 163-164.

4. Мармалюк A.A., Падалица A.A., Андреев А.Ю., Сабитов Д.Р., Сухарев A.B., Телегин К.Ю., Ладугин М.А., Коняев В.П., Поповичев В.В., Некрасов А.П., Симаков В.А. Асимметричные гетероструктуры (In,AI)GaAs/AIGaAs с расширенным волноводом для лазерных диодов с узкой диаграммой направленности // Тезисы докладов VIII Российской конференции по физике полупроводников (Полупроводники-2007), 30 сентября - 5 октября 2007, Екатеринбург, Россия - С.397.

5. Ладугин М.А., Сухарев A.B., Падалица A.A., Булаев П.В., Мармалюк A.A., Особенности легирования углеродом GaAs и AlGaAs в условиях МОС-гидридной эпитаксии II Известия вузов. Материалы электронной техники, 2008, №1, С.36-40.

6. Ладугин М.А., Зверков М.В., Коняев В.П., Кричевский В.В., Мармалюк A.A., Падалица A.A., Симаков В.А., Сухарев A.B. Получение двойных интегрированных наноструктур для мощных импульсных лазерных диодов методом МОС-гидридной эпитаксии // Труды X Международной конференции «Опто-, паиоэлектроника, нанотехнологии и микросистемы», 25-28 августа 2008, Ульяновск, Россия - С. 124.

7. Зверков М.В., Коияев В.П., Кричевский В.П., Ладугип М.А., Мармалюк A.A., Симаков В.А. Модули лазерных диодов с повышенной яркостью и средней мощностью импульса излучения до 50 Вт II Симпозиум «Полупроводниковые лазеры: физика и технология», 5-7 ноября 2008, Санкт-Петербург, Россия - С. 19.

8. Ладугип М.А., Сухарев A.B., Падалица A.A., Булаев П.В., Мармалюк A.A. Получение легированных углеродом эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs в условиях МОС-гидридной эпитаксии // Материалы Х1И Национальной конференции по росту кристаллов, 17-21 ноября 2008, Москва, Россия - С.382.

9. Зверков М.В., Коняев В.П., Кричевский В.В., Ладугин М.А., Мармалюк A.A., Падалица A.A., Симаков В.А., Сухарев A.B. Двойные интегрированные наноструктуры для импульсных лазерных диодов, излучающих на длине волны 0.9 мкм // Квантовая электроника, 2008, Т.38, №11, С.989-992.

10. Винокуров Д.А., Ладугин М.А., Мармалюк A.A., Падалица A.A., Пихтин H.A., Сухарев A.B., Тарасов И.С., Фетисова Н.В., Шамахов В.В. Исследование туннельных диодов GaAs:Si/GaAs:C, выращенных методом МОС-гидридной эпитаксии // Физика и техника полупроводников, 2009, Т.43, №9, С.1253-1256.

11. Ладугин М.А., Зверков М.В., Коняев В.П., Кричевский В.В., Мармалюк A.A., Падалица A.A., Симаков В.А., Сухарев A.B. Мощные интегрированные лазерные излучатели с тремя активными областями, выращенные методом МОС-гидридной эпитаксии // Труды XI Международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы», 25-29 мая 2009, Ульяновск, Россия - С.32.

12. Ladugin М.А., Sukharev A.V., Padalitsa A.A., Marmalyuk A.A., Davydova E.I., Uspenskiy M.B., Krichevskiy V. V., Zverkov M. V., Konyaev KP., Simakov V.A. High-Power Pulsed Laser Diodes (900nm) Based on Triple Integrated Heterostructures InGaAs/AlGaAs/GaAs Grown by MOVPE // Extended abstracts of 13th European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy, 7-10 June 2009, Ulm, Germany - P.67-70.

13. Давыдова Е.И., Зверков M.B., Коняев В.П., Кричевский В.В., Ладугин М.А., Мармалюк A.A., Падалица A.A., Симаков В.А., Сухарев A.B., Успенский М.Б. Мощные импульсные лазерные диоды на основе тройных интегрированных гетероструктур InGaAs/AIGaAs/GaAs, излучающих на длине волны 0.9 мкм // Квантовая электроника, 2009, Т.39, №8, С.723-726.

14. Ладугин М.А., Сухарев A.B., Падалица A.A., Мармалюк A.A. Влияние арсина на процесс легирования (Al)GaAs с помощью CCI4 в условиях МОС-гидридной эпитаксии // Материалы XVI «Координационного отраслевого семинара по СВЧ технике», 8-10 сентября 2009, Нижний Новгород, Россия - С.197-198.

Подписано в печать 13.11.2009 Тираж 100 экз. Заказ № 177 Отпечатано на множительной базе ФГУП «НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха» 117342, г. Москва, ул. Введенского, д. 3

Введение

Глава 1. Эпитаксиально-интегрированные гетероструктуры для мощных лазерных диодов (литературный обзор по теме исследования)

1.1 Сравнительный анализ различных способов повышения выходной оптической мощности полупроводниковых лазерных диодов

1.2 Конструирование эпитаксиально-интегрированных лазеров . 19 1.3. Особенности технологии формирования гетероструктур для эпитаксиально-интегрированных лазеров

Глава 2. Методика получения эпитаксиальных слоев в системе материалов InGaAs/AlGaAs/GaAs методом МОС-гидридной эпитаксии

2.1. Метод МОС-гидридной эпитаксии. Исходные материалы и аппаратурное оформление процесса

2.2. Измерительное оборудование для исследования основных параметров выращиваемых гетероструктур

Глава 3. Особенности формирования эпитаксиально-интегрированных гетероструктур в условиях МОС-гидридной эпитаксии . 80 3.1 Разработка геометрии эпитаксиальных гетероструктур для мощных лазерных диодов

3.2. КПД лазерного диода. Выбор оптимального профиля легирования

3.3. Легирование эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs при помощи тетрахлорида углерода

3.4. Профильное легирование эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs при помощи тетрахлорида углерода

3.5. Разработка туннельного перехода для эпитаксиально-интегированных гетероструктур

3.6. Интеграция лазерных гетероструктур с помощью туннельного перехода

Глава 4. Изучение приборных характеристик мощных лазерных диодов, созданных на основе эпитаксиально-интегрированных гетероструктур InGaAs/AlGaAs/GaAs

4.1. Мощные импульсные лазерные диоды на основе эпитаксиально-интегрированных гетероструктур с узким симметричным волноводом

4.2 Мощные импульсные лазерные диоды на основе эпитаксиально-интегрированных гетероструктур с широким асимметричным волноводом

Выводы

Достижение высокой яркости излучения, увеличение выходной оптической мощности и долговечности работы полупроводниковых лазерных диодов являются актуальными и первостепенными задачами современной квантовой электроники. Огромный интерес к лазерным диодам обусловлен их высокой эффективностью преобразования электрической энергии в оптическую, миниатюрностью, гибкостью технологии при их производстве, экономичностью и надежностью. Повышенные мощностные характеристики лазерных диодов очень важны при их использовании в таких областях науки и техники как оптическая связь, управление и слежение за движением транспортных средств, технологическая обработка материалов и накачка твердотельных лазеров. В частности, большой практический интерес представляют лазерные диоды с длиной волны излучения 0.9 мкм, традиционно используемые в лазерной локации и системах управления.

Растущие требования к выходным характеристикам и долговечности работы лазерных диодов приводят к непрерывному совершенствованию конструкции эпитаксиальных гетероструктур и технологии их изготовления [1,2].

Создание современных высокоэффективных лазерных гетероструктур требует решения ряда важных взаимосвязанных задач. Во-первых, это разработка геометрии гетероструктур с учетом особенностей их получения в условиях выбранного метода эпитаксии. А во-вторых, это поиск новых технологических подходов к реализации перспективных конструкционных идей и на этой основе совершенствование приборных характеристик.

В данной работе рассмотрена проблема создания многослойных эпитаксиально-интегрированных лазерных гетероструктур с несколькими излучающими секциями, выращенными в едином эпитаксиальном процессе [3, 4]. Основными преимуществами лазерных диодов на основе указанных гетероструктур являются высокая мощность и яркость излучения, определяемые количеством излучающих секций, отсутствие дополнительных контактных сопротивлений, существенно уменьшающих КПД и предельную частоту следования импульсов, а также сохранение массогабаритных характеристик на уровне традиционных лазерных диодов.

Одной из трудностей создания лазерных диодов с несколькими излучающими секциями является оптимизация геометрии эпитаксиально-интегрированной гетероструктуры, удовлетворяющей заданным техническим требованиям и обеспечивающей низкие контактные сопротивления и отсутствие кристаллических дефектов. В дополнение к этому, требуется разработка методики получения многослойных структур с прецизионным контролем толщины, состава и уровня легирования эпитаксиальных слоев с высокой резкостью гетеропереходов, необходимой для обеспечения высокой . воспроизводимости секций лазерных гетероструктур в течение всего ростового процесса.

В [5] предложено интегрировать отдельные секции лазерных гетероструктур при помощи сильнолегированных туннельных переходов. Это, в свою очередь, влечет за собой необходимость разработки оптимальной геометрии туннельного перехода, задача которого обеспечить наиболее эффективное протекание электрического тока через все секции лазерных гетероструктур. Поддержание требуемых высоких уровней легирования 3 до 10" см" ) слоев туннельного перехода на протяжении всех стадий технологического цикла создания эпитаксиально-интегрированных лазерных диодов возможно лишь при использовании примесей с низким коэффициентом диффузии. Решение задачи сохранения оптимальных заданных профилей легирования непосредственно лазерных секций, обеспечивающих снижение внутренних оптических потерь в гетероструктурах и уменьшение последовательного сопротивления лазерных диодов, также требует использования примесей с низким коэффициентом диффузии.

Традиционными примесями, используемыми в методе МОС-гидридной эпитаксии при получении эпитаксиальных слоев п- и р-типа проводимости, являются кремний и цинк. Однако цинк, в отличие от кремния, не удовлетворяет указанным выше требованиям и поэтому непригоден для его использования при создании эпитаксиально-интегрированных гетероструктур. Перспективной альтернативой цинку в настоящее время выступает углерод. При этом известно, что наиболее эффективные источники углерода в условиях МОС-гидридной эпитаксии — галогениды углерода — значительно осложняют процесс легирования. В результате чего требуется тщательное изучение особенностей вхождения углерода и разработка на этой основе более совершенной методики легирования, позволяющей разрешить возникающие трудности.

Таким образом, очевидно, что получение эпитаксиально-интегрированных гетероструктур является сложной и чрезвычайно актуальной задачей квантовой электроники, решение которой позволит создать на их основе новый класс мощных лазерных диоДов и оптических устройств последнего поколения с повышенными выходными характеристиками.

Цель и основные задачи работы

Целью настоящей диссертационной работы являлось проведение комплекса расчетных и экспериментально-технологических исследований, направленных на решение актуальной задачи современной квантовой электроники, а именно: разработку, получение и изучение эпитаксиально-интегрированных квантово-размерных гетероструктур InGaAs/AlGaAs/GaAs, предназначенных для создания мощных импульсных лазерных диодов с несколькими излучающими секциями (А, = 0.9 мкм).

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Разработать геометрию лазерной гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs с несколькими излучающими секциями (к = 0.9 мкм), 7 обладающей узкой диаграммой направленности излучения в дальнем поле. Оптимизировать профили легирования эмиттерных слоев лазерной гетероструктуры для снижения внутренних оптических потерь, уменьшения последовательного сопротивления и повышения эффективности работы лазерного диода.

2. Установить основные закономерности легирования углеродом эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs в условиях МОС-гидридной эпитаксии, необходимые при получении эмиттерных и контактных (туннельных) слоев с резкими профилями и контролируемыми уровнями легирования. Предложить оптимальные режимы роста указанных эпитаксиальных слоев для осуществления профильного легирования при помощи CCI4 с учетом его особенностей.

3. Разработать геометрию и методику выращивания туннельного перехода p+GaAs/n+GaAs, необходимого для наиболее эффективного -протекания электрического тока через лазерную структуру с несколькими излучающими секциями.

4. Разработать процесс формирования эпитаксиально-интегрированных квантово-размерных гетероструктур с несколькими излучающими секциями в едином ростовом цикле.

5. Изучить приборные, характеристики мощных импульсных лазерных диодов, изготовленных на основе разработанных эпитаксиально-интегрированных гетероструктур в системе материалов InGaAs/AlGaAs/GaAs.

Научная новизна работы

1. Для сохранения низких внутренних оптических потерь в отдельных лазерных секциях в процессе формирования эпитаксиально-интегрированных гетероструктур развит метод легирования углеродом слоев GaAs и AlGaAs с использованием CCU в условиях МОС-гидридной эпитаксии и предложена расчетная модель, с помощью которой осуществлено необходимое профильное легирование эмиттерных слоев. 8

2. Для обеспечения наилучшего соединения смежных лазерных секций в эпитаксиально-интегрированных гетероструктурах при создании мощных лазерных диодов продемонстрирована возможность получения высокоэффективных туннельных переходов p+GaAs/n+GaAs методом МОС-гидридной эпитаксии.

3. Используя разработанные методики профильного легирования эмиттерных слоев лазерных диодов и формирования туннельных переходов, созданы в едином процессе роста эпитаксиально-интегрированные гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs с двумя и тремя излучающими секциями.

4. На основе полученных эпитаксиально-интегрированных гетероструктур с несколькими излучающими секциями изготовлены лазерные диоды, обеспечивающие генерацию на длине волны 0.9 мкм, узкую диаграмму направленности излучения и рекордную внешнюю дифференциальную эффективность.

Практическая значимость результатов работы

Полученные в диссертации результаты являются практически значимыми для создания мощных импульсных лазерных диодов, излучающих на длине волны 0.9 мкм. Наибольшее практическое значение имеют следующие результаты:

1. Развиты подходы и методики легирования эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs с использованием ССЦ в качестве источника углерода, обеспечивающие получение резких профилей и заданных уровней легирования. Получены полуэмпирические зависимости уровня легирования и скорости роста, легированных углеродом слоев GaAs и AlGaAs от основных технологических параметров процесса МОС-гидридной эпитаксии, позволяющие контролируемо управлять профилями легирования слоев р-типа проводимости.

2. Разработана геометрия туннельных переходов и предложена наиболее эффективная процедура интеграции с их помощью нескольких излучающих секций лазерных гетероструктур.

3. Разработана и реализована в условиях МОС-гидридной эпитаксии конструкция эпитаксиально-интегрированной гетероструктуры с узким симметричным волноводом, предназначенная для мощных лазерных диодов с малой расходимостью, излучающих на длине волны 0.9 мкм. На основе полученных гетероструктур изготовлены лазерные диоды с двумя и тремя излучающими секциями, и продемонстрирована их стабильная работа в широком температурном интервале (от —60 °С до +60 °С) и с частотами повторения импульсов до 50 кГц (длительность импульса тшт =100 не).

4. Для мощных импульсных лазерных диодов, изготовленных на основе эпитаксиально-интегрированных гетероструктур с расширенным ассиметричным волноводом, достигнуты рекордные значения внешней дифференциальной эффективности и выходной оптической мощности. Для лазерных диодов с одной, двумя и тремя излучающими секциями с шириной полоскового контакта W = 150 мкм значения внешней дифференциальной эффективности на начальном участке кривой (до /= 10 А) были равны 1.22, 2.31 и 3.40 Вт/А соответственно.

Научные положения, выносимые на защиту:

Результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, позволили сформулировать следующие научные положения, выносимые на защиту:

1. Получение эффективных эпитаксиально-интегрированных лазерных гетероструктур InGaAs/AlGaAs/GaAs методом МОС-гидридной эпитаксии требует управляемого легирования слоев в широком диапазоне концентраций Ю1б-Ю20 см"3 с использованием примесей с низким коэффициентом диффузии.

2. Предложенная полуэмпирическая модель легирования углеродом эпитаксиальных слоев AlGaAs позволяет получать лазерные гетероструктуры

10 с точно заданным профилем легирования, необходимым для снижения внутренних оптических потерь и контактных сопротивлений в лазерных диодах. Только одновременный учет изменения эффективности легирования углеродом и скорости роста эпитаксиальных слоев AlGaAs при варьировании состава твердого раствора приводит к получению требуемых профилей легирования эмиттерных слоев лазерных диодов при соблюдении заданной толщины.

3. Создание мощных эпитаксиально-интегрированных лазерных диодов требует формирования высокоэффективных сильнолегированных (до 10" см") туннельных переходов p+GaAs/n+GaAs посредством оптимизации режимов МОС-гидридной эпитаксии.

4. Эпитаксиальное интегрирование лазерных гетероструктур с двумя и тремя излучающими секциями (к = 0.9 мкм) в одном процессе роста позволяет создать на их основе мощные лазерные диоды с кратным увеличением внешней дифференциальной эффективности.

Личный вклад автора

В диссертации изложены результаты работ, выполненных автором лично и в соавторстве. Автор внес определяющий вклад в разработку процесса создания эпитаксиально-интегрированных гетероструктур для мощных импульсных лазерных диодов, излучающих на длине волны 0.9 мкм. Им лично оптимизирована конструкция эпитаксиально-интегрированных гетероструктур, проведены процессы их формирования, исследованы характеристики полученных структур и выполнен анализ приборных параметров лазерных диодов, созданных 1 на основе разработанных гетероструктур.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XII и XIII Европейских конференциях по МОС-гидридной эпитаксии (Братислава, Словакия, 2007 и Ульм, Германия, 2009), на VII Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, Россия, 2007), на XV и -XVI «Координационных научно-технических семинарах по СВЧ технике», (Нижний Новгород, Россия, 2007, 2009), на VIII Российской конференции по физике полупроводников «Полупроводники-2007» (Екатеринбург, Россия, 2007), на X и XI Международных конференциях «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (Ульяновск, Россия, 2008, 2009), на Симпозиуме «Полупроводниковые лазеры: физика и технология» (Санкт-Петербург, Россия, 2008), на XIII национальной конференции по росту кристаллов «НКРК-2008» (Москва, Россия, 2008).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 14 работ, из которых 4 в рецензируемых журналах и 10 в сборниках материалов и трудов конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 170 страниц, включая 82 рисунка, 7 таблиц, списка литературы из 152 наименований и приложения.

Выводы

В процессе выполнения диссертационной работы был проведен комплекс расчетных и экспериментальных исследований, направленных на решение актуальной задачи современной квантовой электроники, а именно: разработку, получение и изучение эпитаксиально-интегрированных квантово-размерных гетероструктур InGaAs/AlGaAs/GaAs, предназначенных для создания мощных импульсных лазерных диодов с несколькими излучающими секциями (к = 0.9 мкм). При выполнении этой задачи были получены следующие основные результаты:

1. Получены и проанализированы зависимости уровня легирования и скорости роста эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs от основных технологических параметров проведения процесса легирования с помощью СС14 в условиях МОС-гидридной эпитаксии. Предложены оптимальные режимы выращивания легированных углеродом эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs с учетом эффектов травления.

2. Предложены полуэмпирические зависимости уровня легирования и скорости роста слоев GaAs и AlGaAs от температуры выращивания и расходов основных компонентов, применяемых в процессе легирования. Составлена соответствующая модель, с помощью которой достигнуто контролируемое управление профилями легирования эпитаксиальных слоев р-типа проводимости.

3. Предложен расчет оптимальных профилей легирования эмиттерных слоев лазерных диодов с целью снижения внутренних оптических потерь, уменьшения последовательного сопротивления и повышения эффективности работы лазерных диодов. Применение профильного легирования в совокупности с использованием углерода, примеси с малым коэффициентом диффузии, позволило существенно улучшить выходные характеристики изготавливаемых лазерных диодов.

4. В условиях МОС-гидридной эпитаксии достигнут высокий уровень легирования углеродом эпитаксиальных слоев GaAs вплоть до 1-Ю20 см"3, позволивший создать высокоэффективный туннельный диод с плотностью пикового тока 1.53 кА/см" и дифференциальным сопротивлением 30 мОм. Предложен наиболее эффективный способ интеграции лазерных гетероструктур друг с другом.

5. Разработана и реализована конструкция эпитаксиально-интегрированной гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs с узким симметричным волноводом, предназначенная для мощных лазерных диодов с малой расходимостью, излучающих на длине волны 0.9 мкм. Изготовленные лазерные диоды на основе полученных гетероструктур с сдвумя и тремя излучающими секциями продемонстрировали стабильную работу в широком температурном интервале (от минус 60 °С до плюс 60°С) и с частотами повторения импульсов тока до 50 кГц.

6. Продемонстрировано увеличение внутренней квантовой эффективности двойного и тройного эпитаксиально-интегрированного лазерного диода в 1.9 и 2.8 раза, соответственно, по сравнению с внутренней квантовой эффективностью одиночного лазерного диода.

7. На основе разработанных двойных и тройных эпитаксиально-интегрированных гетероструктур InGaAs/AlGaAs/GaAs с расширенным асимметричным волноводом достигнуты рекордные на настоящий момент значения внешней дифференциальной эффективности и выходной оптической мощности. Для лазерных диодов с одной, двумя и тремя излучающими секциями с шириной полоскового контакта W = 150 мкм значения внешней дифференциальной эффективности на начальном участке кривой (до /= 10 А) были равны 1.22, 2.31 и 3.40 Вт/А соответственно.

1. Алферов Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур // Физика и техника полупроводников, 1998, Т.32, №1, С.3-18

2. Елисеев П.Г. Полупроводниковые лазеры — от гомопереходов до квантовых точек // Квантовая электроника, 2002, Т.32, №12, С.1085-1098.

3. Shen G., Lian P., Guo X., Wang G., Cui В., Yin Т., Li J., Du J., Gao G., Zou D., Ma X., Chen L. High power coupled large cavity lasers and multi-active light emitting diodes // Proceedings of SPIE, 2001, V.4580, P. 19-25.

4. Garcia J.Ch., Rosencher E., Collot Ph., Laurent N., Guyaux J.L., Vinter В., Nagle J. Epitaxially stacked lasers with Esaki junctions: a bipolar cascade laser // Applied Physics Letters, 1997, V.71, P.3752-3753.

5. Елисеев П.Г., Попов Ю.М. Полупроводниковые лазеры // Квантовая электроника, 1997, Т.24, № 12, С. 1067-1079.

6. Davies J.H. The physics of low-dimensional semiconductors: an introduction, Cambridge University Press, Cambridge, 1998, - 438 p.

7. Шик А.Я., Бакуева Л.Г., Мусихин С.Ф., Рыков С.А. Физика низкоразмерных систем / Под. ред. А .Я. Шика СПб.: Наука, 2001, - 160 с.

8. Елисеев П.Г., Микаэлян Г.Т. Оптическая прочность зеркальных граней в полупроводниковом лазере на основе InGaAs/GaAs/GaAlAs в импульсном режиме // Квантовая электроника, 1995, Т.22, №9, С.895-896.

9. Al-Muhanna A., Mawst L.J., Botez D., Garbuzov D.Z., Martinelly R.U., Conolly J.C. High-power (>10 W) continuous-wave operation from 100-jj.m-aperture 0.97-|im-emitting Al-free diode lasers // Applied Physics Letters, 1998, V.73,P.l 182-1184.

10. Eliseev P.G., Chelny A.A., Aluev A.B., Davydova E.I., Kobyakova M.Sh., Morozyuk A.M. Single-mode laser diode at 778-nm wavelength: effect of p-doping // IEEE Photonics Technology Letters, 2002, V.14, P. 15-17.

11. Knauer A, Erbert G., Staske R., Sumpf В., Wenzel H., Weyers M. High-power 808 nm lasers with a super-large optical cavity // Semiconductor Science and Technology, 2005, V.20, P.621-624.

12. Пихтин H.A., Слипченко C.O., Соколова 3.H., Тарасов И.С. Внутренние оптические потери в полупроводниковых лазерах // Физика и техника полупроводников, 2004, Т.38, №3, С.374- 381.

13. Lambert R., Ayling Т. Hendry A., Carson J., Barrow D., McHendry S., Scott C., McKee A., Meredith W. Facet-passivation processes for the improvementof Al-containing semiconductor laser diodes // Journal of Lightwave Technology, 2006, V.24, P.956-961.

14. Ressel P., Erbert G., Zeimer U., Hausler К., Beister G., Sumpf В., Klehr A., Trankle G. Novel Passivation Process for the Mirror Facets of High-Power Semiconductor Diode Lasers // IEEE Photonics Technology Letters, 2005, V.17, P.962-964.

15. SilfVenius C., Blixt P., Lindstrom C., Feitisch A. Native-nitride passivation eliminates facet failure // Laser Focus World, 2003, V.39, P.69-73.

16. ChandN., Hobson W., de Jong J., Parayanthal P., Chakrabarti U. ZnSe for mirror passivation of high power GaAs based lasers // Electronic Letters, 1996, V.32, P.1595-1596.

17. Давыдова Е.И., Зубанов A.B., Мармалюк А.А., Успенский М.Б., Шишикин B.A. Одномодовые лазеры с гребневидным элементом, сформированные в источнике трансформаторно-связанной плазмы // Квантовая электроника, 2004, Т.З, №9, С.805-808.

18. Бланк Т.В., Гольдберг Ю.А. Механизмы протекания тока в омических контактах металл-полупроводник // Физика и техника полупроводников, 2007, Т.41, №11, С.1281-1308.

19. Botez D., Scifres D.R. Diode laser arrays, Cambridge University Press, Cambridge, 1994, - 448 p.

20. Демидов Д.М., Ивкин A.H., Кацавец Н.И., Кокин С.В., Леус Р.В., Тер-Мартиросян А.Л., Чалый В.П. 100-ваттные лазерные линейки на основе фазированных решеток // Письма ЖТФ, 2001, Т.27, №2, С.36-41.

21. Ziel van der J.P., Tsang W.T. Integrated multilayer GaAs lasers separated by tunnel junctions // Applied Physics Letters, 1982, V.41, P.499-501.

22. Белянин A.A., Деппе Д., Кочаровский В.В., Кочаровский Вл.В., Пестов Д.С., Скалли М.О. Новые схемы полупроводниковых лазеров и освоение терагерцового диапазона // Успехи физических наук, 2003, Т.173, №9, С.1015-1021.

23. Guo W., Shen G., Li J., Wang Т., Gao G., Zou D. Tunneling regenerated high power dual-wavelength laser diodes // Proceedings of SPIE, 2004, V.5452, P.250-254.

24. Yang R.Q., Qiu Y. Bipolar cascade lasers at emitting wavelengths near 2 fim // Applied Physics Letters, 2003, V.83, P.599-601.

25. Kim J.K., Hall E., Sjolund O., Coldren L.A. Epitaxially-stacked multiple-active-region 1.55|im lasers for increased differential efficiency // Applied Physics Letters, 1999, V.74,N.22, P.3251-3253.

26. Korshak A.N., Gribnikov Z.S., Mitin Y.Y. New design of multiple-active-region electrically-pumped YCSELs and edge-emitting lasers// Proceedings of SPIE, 1999, V.3627, P.176-185.

27. Acklin B.D., Behringer M., Herrmann G., Luft J., Hanke C., Korte L., Marchiano M., Wilhelmi J., Odorico B.D. 200W InGaAlAs/GaAs diode laser bars for pumping // Proceedings of SPIE, 2000, Y.3889, P.128-133.

28. Hanke C., Korte L., Acklin B.D., Behringer M., Herrmann G., Luft J., Odorico B.D., Marchiano M., Wilhelmi J. High-power AlGalnAs/GaAs microstack laser bars // Proceedings of SPIE, 2000, V.3947, P.50-57.

29. Malyarchuk V., Tomm J.W., Lienau Ch., Behringer M., Luft J. Uniformity tests of individual segments of interband cascade diode laser Nanostacks // Journal of Applied Physics, 2002, Y.92, N.5, P.2729-2733.

30. Behringer M., Eberhard F., Herrmann G., Luft J., Marie J., Morgott S., Philippens M.C, Teich W. High power diode lasers technology and application in Europe //Proceedings of SPIE, 2003, V.4831, P.4-13.

31. Patterson S.G., Petrich G.S., Ram R.J., Kolodziejski L.A. Continuous-wave room temperature operation of bipolar cascade laser // Electronics Letters, 1999, V.35, N.5, P.395-397.

32. Yang R.Q., Qiu Y. Bipolar cascade lasers with quantum well tunnel junctions // Journal of Applied Physics, 2003, Y.94, P.7370-7372.

33. Kosonocky W.F., Comely R.H., Hegyi I.J. Multilayer GaAs injection laser // Journal of Quantum Electronics, 1968, V.QE-4, P.176-179.

34. Lockwood H.F., Etzold K.-F., Stockton Т.Е., Marinelli D.P. The GaAs P-N-P-N laser diode // Journal of Quantum Electronics, 1974, V.QE-10, P.567-569.

35. Lee C.P., Gover A., Margalit S., Samid I., Yariv A. Barrier-controlled low-threshold pnpn GaAs heterostructure laser // Applied Physics Letters, 1977, V.30, N.10, P.535-537.

36. Katz J., Bar-Chaim N., Margalit S., Yariv A. Large optical cavity AlGaAs injection lasers with multiple active regions // Journal of Applied Physics, 1980, V.51, N.8, P.4038-4041.

37. Lu P., Li J., Cui В., Lian P., Guo W., Zou D., Shen G. Thermal property of tunnel cascaded and coupled multi-active regiong laser diodes // Proceedings of SPIE, 2004, V.5280, P.22-28.

38. Guo W., Shen G., Li J., Wang Т., Gao G., Zou D. Dual wavelength 650780 nm laser diodes //Proceedings of SPIE, 2005, V.5623, P.217-221.

39. Кейси X., Паниш М. Лазеры на гетероструктурах в 2-х томах, М.: Мир, 1981,-299 и 364 с.

40. Liu D.C., Lee С.Р., Tsai С.М., Lei T.F., Tsang J.S., Chiang W.H., Tu Y.K. Role of cladding layer thicknesses on strained-layer InGaAs/GaAs single and multiple quantum well lasers // J. Appl. Phys., 1993, V.73, N.12, P.8027-8034.

41. Чельный A.A., Алуев A.B., Маслов C.B. Оптимизация легирования эмиттеров в лазерных гетероструктурах AlGalnP/GalnP // Квантовая электроника, 2004, Т.34, №1, С.2-4.

42. Stringfellow G.B. OMVPE growth of AlxGaNxAs // Journal of Crystal Growth, 1981, V.53, P.42-52.

43. Kuech T.F., Tischler M.A., Potemski R., Cardone., Scilla G. Doping and dopant behavior in (Al,Ga)As grown by metalorganic vapor phase epitaxy // Journal of Crystal Growth, 1989, V.98, P.174-187.

44. Kakinuma H., Mohri M., Akiyama M. Characterization of oxygen and carbon in undoped AlGaAs grown by organometallic vapor-phase epitaxy // Japanese Journal of Applied Physics, 1997, V.36, N.1A, P.23-28.

45. Fujii K., Kawamura K., Gotoh H. Impurity incorporation of unintentionally doped AlxGaixAs during MOVPE // Journal of Crystal Growth, 2000, V.221, P.41-46.

46. Iga K. Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: Its Conception and Evolution // Japanese Journal of Applied Physics, 2008, V.47, P. 1-10.

47. Wierer J. J., Evans P. W., Holonyak, Jr. N., Kellogg D. A. Vertical cavity surface emitting lasers utilizing native oxide mirrors and buried tunnel contact junctions // Applied Physics Letters, 1998, V.72, P.2742-2744.

48. Kim J.K., Nakagawa S., Hall E., Coldren L.A. Near-room-temperature continuous-wave operation of multiple-active region 1.55jam vertical-cavity lasers with high differential efficiency // Applied Physics Letters, 2000, V.77, N.20, P.3137-3139.

49. Takamoto Т., Ikeda E., Kurita H., Onmori M. Over 30 % efficient InGaP/GaAs tandem solar cells // Applied Physics Letters, 1997, V.70, P.381-383.

50. Bedair S.M., Lamorte M.F., Hauser J.R. A two-junction cascade solar-cell structure // Applied Physics Letters, 1979, V.34, N.l, P.38-39.

51. Illegems М., Schwartz В., Koszi L.A., Miller R.C. Integrated multijunction GaAs photodetector with high output voltage // Applied Physics Letters, 1978, V.33, N.7, P.629-631.

52. Зеегер К. Физика полупроводников, М.: Мир, 1997, - 629 с.

53. Белова Н.А., Бонч-Бруевич В.Л., Зильберман П.Е., Ковалев А.Н., Серебренников П.С., Скворцова Н.Е. Туннельные диоды, М: Изд-во «Наука», 1966, - 142 с.

54. Акчурин Р.Х., МОС-гидридная эпитаксия: современное состояние и основные тенденции развития // Материалы электронной техники. Известия вузов, 1999, №2, С.4-12.

55. Druminski М., Wolf H.D., Zschauer К.-Н., Wittmaack К. Unexpectedly high energy photoluminescence of highly Si doped GaAs grown by MOVPE // Journal of Crystal Growth, 1982, V.57, P.318-324.

56. Venkatsubramanian R., Patel K., Ghandhi S.K. Compensation mechanisms in n+-GaAs doped with silicon // Journal of Crystal Growth, 1989, V.94, P.34-40.

57. Tokumitsu E. Correlation between Fermi level stabilization positions and maximum free carrier concentrations in III-V compound semiconductors // Japanese Journal of Applied Physics, 1990, V.29, N.5, P.L698-L701.

58. Fujii К. Influence of Zn introduction on AlxGa.xAs crystal growth by MOVPE // Journal of Crystal Growth, 2000, V.221, P.75-80.

59. Nelson A.W., Westbrook L.D. A study of p-type dopants for InP grown by adduct MOVPE // Journal of Crystal Growth, 1984, V.68, P. 102-110.

60. Kuech T.F., Wang P.-J., Tischler M.A., Potemski R., Scilla G.J., Cardone F. The control and modeling of doping profiles and transients in MOVPE growth // Journal of Crystal Growth, 1988, V.93, P.624-630.

61. Enquist P., Wicks G.W., Eastman L.F., Hitzman C. Anomalous redistribution of beryllium in GaAs grown by molecular beam epitaxy // Journal of Applied Physics, 1985, V.58, N.ll, P.4130-4134.

62. Liu B.D, Shi eh Т.Н., Wu M.Y., Chang T.C., Lee S.C., Lin H.H. Stress-induced outdiffusion of Be in p+ GaAs prepared by molecular-beam epitaxy // Journal of Applied Physics, 1992, V.72, N.7, P.2767-2772.

63. Kopf R.F., Schubert E.F., Downey S.W., Emerson A.B. N- and P-type dopant profiles in distributed Bragg reflector structures and their effect on resistance // Applied Physics Letters, 1992, V.61, N.15, P. 1820-1822.

64. Xu J., Towe E., Yuan Q., Hull R. Beryllium doping and silicon amphotericity in (110) GaAs-based heterostructures: structural and optical properties //Journal of Crystal Growth, 1999, V.196, P.26-32.

65. Kobayashi N., Makimoto Т., Horikoshi Y. Abrupt p-type doping profile of carbon atomic layer doped GaAs grown by flow-rate modulation epitaxy // Applied Physics Letters, 1987, V.50, N.20, P.1435-1437.

66. Милне А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках / Пер. с англ. под ред. М.К. Шейнкмана, М.:Мир, - 1977, - с.

67. Xu Z., Gao W., Nelson A., Luo K., Yang H., Cheng L., Siskavich В., Wang Z., Chin A.K. High-power single-mode 915-nm, InAlGaAs quantum-well lasers grown by MOCVD // Proceedings of SPIE, 2003, V.4995, P.22-28.

68. Jager R., Heerlein J., Deichsel E., Unger P. 63 % wallplug efficiency MBE grown InGaAs/AlGaAs broad-area laser diodes and arrays with carbon p-type doping using CBr4 // Journal of Crystal Growth, 1999, V.201/202, P.882-885.

69. Lian P., Yin Т., Xu Z., Zhao H., Zou D., Gao G., Du J., Chen С., Tao C., Chen J. Shen G. High-quality carbon-doped GaAs/AlGaAs material growth in MOCVD and its application for optoelectronic devices // Proceedings of SPIE, 1998, V.3547, P.278-284.

70. Dimroth F., Schubert U., Schienle F., Bett A.W. High C-doping of MOVPE grown thin AlxGaixAs layers for AlGaAs/GaAs interband tunneling devices // Journal of Electronic Materials, 2000, V.29, N.l, P.47-52.

71. Azoulay R., Dugrand L., Ankri D., Rao E.V.K. MOCVD n-type doping of GaAs and GaAlAs using silicon and selenium and fabrication of double heterostructure bipolar transistor // Journal of Crystal Growth, 1984, V.68, P.453-460.

72. Quingxuan Y., Raiwu P., Cuiyun L. Effect of V/III ratio on the electrical and optical properties of Si-doped AlGalnP grown by metalorganic chemical vapor deposition // Journal of Ciystal Growth, 1995, V.148, P.13-16.

73. Xu X.G., Giesen Ch., Xu J., Heuken M., Heime K. Silicon doping of InGaAs grown by MOVPE using tertiarybutylarsine // Journal of Crystal Growth,1997, V.181,P.26-32.

74. Ochimizu H., Tanaka H. Si-doping into GaAs grown by metalorganic vapor phase epitaxy using bisdiisopropylaminosilane // Journal of Crystal Growth,1998, V.195,P.58-62.

75. Мармалюк А.А. Легирование GaAs в условиях МОС-гидридной эпитаксии // Материалы электронной техники. Известия вузов, 2004, №3, С.14-18.

76. Weyers М., Shiraishi К. Carbon in III-V compounds: a theoretical approach // Japanese Journal of Applied Physics, 1992, V.31, N.8, P.2483-2487.

77. Kibbler A.E., Kurtz S.E., Olson J.M. Carbon doping and etching of MOCVD-grown GaAs, InP and related ternaries using ССЦ // Journal of Crystal Growth, 1991, V.109, P.258-263.

78. Ito H., Ishibashi T. Carbon incorporation in (AlGa)As, (AlIn)As and (Galn)As ternary alloys grown by molecular beam epitaxy // Japanese Journal of Applied Physics, 1991, V.30, N.6A, P.L944-L947.

79. Kuech T.F., Tischler M.A., Wang P.-J., Scilla G.J., Potemski R., Cardone F. Controlled carbon doping of GaAs by metalorganic vapor phase epitaxy // Applied Physics Letters, 1988, V.53, N. 14, P. 1317-1319.

80. Abernathy C.R., Pearton S.J, Caruso R., Ren F., Kovalchik J. Ultrahigh doping of GaAs by carbon during metalorganic molecular beam epitaxy // Applied Physics Letters, 1989, V.55, N.17, P.1750-1752.

81. Saito K., Tokumitsu E., Akatsuka Т., Miyauchi M., Yamada Т., Konagai M., Takahashi K. Characterization of p-type GaAs heavily doped with carbon grown by metalorganic molecular-beam epitaxy // Journal of Applied Physics, 1988, V.64, N.8, P.3975-3979.

82. Reid K.G., Myers A.F., Ramdani J., El-Masry N.A., Bedair S.M. Carbon doping of III-V compounds by atomic-layer epitaxy // Proceedings of SPIE, 1992, V.1676, P.139-144.

83. Longo M., Magnaninia R., Parisinia A., Tarriconea L., Carbognania A., Bocchib C., Gombia E. Controlled intrinsic carbon doping in MOVPE-grown GaAs layers by using TMGa and ТВ As // Journal of Crystal Growth, 2003, V.248, P.119-123.

84. Cunningham B.T., Baker J.E., Stillman G.E. Carbon tetrachloride doped AlxGaixAs grown by metalorganic chemical vapor deposition // Applied Physics Letters, 1990, V.56, N.9, P.836-838.

85. Yang L.W., Wright P.D., Eu V., Lu Z.H., Majerfeld A. Heavily doped p-GaAs grown by low-pressure organometallic vapor phase epitaxy using liquid CC14 //Journal of Applied Physics, 1992, V.72, N.5, P.2063-2065.

86. Buchan N.I., Kuech T.F., Scilla G., Cardone F. Carbon incorporation in metalorganic vapor phase epitaxy grown GaAs using CHyX4-y, TMG and AsH3 // Journal of Crystal Growth, 1991, V.l 10, P.405-414.

87. Joyce T.B., Bullough T.J., Farrell T. Optical monitoring of the growth of heavily doped GaAs by chemical beam epitaxy and of the in situ etching of GaAs using CBr4 // Applied Physics Letters, 1994, V.65, N.17, P.2193-2195.

88. Watanabe N., Ito H. Saturation of hole concentration in carbon-doped GaAs grown by metalorganic chemical vapor deposition // Journal of Crystal Growth, 1997, V.l82, P.30-36.

89. Tishler M.A., Potemski R.M., Kuech T.F., Cardone F., Goorsky M.S., Scilla G. //Journal of Crystal Growth, 1991, V.l 07, P.268-273.

90. Uchida K., Bhunia S., Sugiyama N., Furiya M., Katoh M., Katoh S., Nozaki S., Morisaki H. Heavy carbon doping of GaAs by MOVPE using a new dopant source CBrC13 and characterization of the epilayers // Journal of Crystal Growth, 2003, V.248, P.124-129.

91. Enquist P.M. Characterization and thermal instability of low-resistivity carbon doped GaAs grown by low-pressure organometallic vapor phase epitaxy // Journal of Applied Physics, 1992, V.71, N.2, P.704-708.

92. Hanna M.C., Lu Z.H., Majerfeld A. Very high carbon incorporation in metalorganic vapor phase epitaxy of heavily doped p-type GaAs // Applied Physics Letters, 1991, V.58, N.2, P.164-166.

93. Kim S., Kim Y., Kim M., Kim Ch.K., Min S., Lee Ch. Carbon doping characteristics of GaAs and Alo.3Gao.7As grown by atmospheric pressure metalorganic chemical vapor deposition using CC14 // Journal of Crystal Growth, 1994, V.141, P.324-330.

94. Kohda H., Wada К. The carbon doping mechanism in GaAs using trimethylgallium and trimethylarsenic 11 Journal of Crystal Growth, 1996, V.167, P.557-565.

95. Tamamura K., Ogawa J., Akimoto K., Mori Y., Kojima C. Carbon incorporation in metalorganic chemical vapor deposition (Al,Ga)As films grown on (100), (311)A and (311)B oriented GaAs substrates // Applied Physics Letters, 1987, V.50, N.l7, P. 1149-1151.

96. Ito H., Watanabe N., Nittono Т., Ishibashi T. Influence of substrate misorientation on carbon incorporation in GaAs by metal organic chemical vapor deposition // Japanese Journal of Applied Physics, 1994, V.33, N.3B, P.L399-L401.

97. Kondo M., Tanahashi T. Dependence of carbon incorporation on crystallographic orientation during metalorganic vapor phase epitaxy of GaAs and AlGaAs //Journal of Crystal Growth, 1994, V.145, P.390-396.

98. Hanna M.C., Lu Z.H., Mao E.W., McCormick Т., Oh E.G., Majerfeld A. Carbon doping exceeding Ю20 cm"3 in GaAs grown by AP-MOVPE // Journal of Crystal Growth, 1991, V.107, P.279-280.

99. Fushimi H., Wada K. The presence of isolated hydrogen donors in heavily carbon-doped GaAs // Journal of Crystal Growth, 1994, V.145, P.420-426.

100. Hardtdegen H., Raafat Т., Hollfelder M., Ungermanns Ch. A new method for controlled carbon doping in LP-MOVPE of GaAs using TMAs and mixtures of TMGa/TEGa // Journal of Crystal Growth, 1995, V.156, P.333-336.

101. Enquist P.M. p-type doping limit of carbon in organometallic vapor phase epitaxial growth of GaAs using carbon tetrachloride // Applied Physics Letters, 1990, V.57, N.22, P.2348-2350.

102. Begarney M.J., Warddrip M.L., Kappers M.J., Hicks R.F. Kinetics of carbon tetrachloride decomposition during the metalorganic vapor-phase epitaxy of gallium arsenide and indium arsenide // Journal of Crystal Growth, 1998, V.193, P.305-315.

103. Li J., Kuech T.F. Evolution of surface structure during carbon doping in the metal-organic vapor-phase epitaxial growth of GaAs // Journal of Crystal Growth, 1997, V.181, P.171-180.

104. Rebey A., Beji L., El Jani В., Gibart P. Optical monitoring of the growth rate reduction by CC14 during metalorganic vapour-phase epitaxy deposition of carbon doped GaAs // Journal of Crystal Growth Volume, 1998, V.191, P.734-739.

105. Masi M., Simka H., Jensen F.K., Kuech T.F., Potemski R.M. Simulation of carbon doping of GaAs during MOVPE // Journal of Crystal Growth, 1992, V.124, P.483-492.

106. Kohda H., Wada K. A new model for carbon doping in GaAs effect of the methyl radical // Journal of Crystal Growth, 1994, V.135, P.629-632.

107. Stringfellow G.B. Organometallic vapor-phase epitaxy: theory and practice, 2nd ed., Academic Press, San Diego, 1999, - 585 p.

108. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры.: Пер. с англ. / Под ред. Ченга Л. и Плога К., М.: Мир, 1989, - 584 с

109. Херман М. Полупроводниковые сверхрешетки, М.: Мир, 1989, -240 с129. http://www.epichem.com

110. Розеншер Э., Винтер Б. Оптоэлектроника, М.: Техносфера, 2004, 592 е., ил.

111. Елисеев П.Г. Введение в физику инжекционных лазеров. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1983, - 294 с.

112. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников, -М.: «Наука», 1990, 688 с.

113. Piprek, J. Semiconductor optoelectronic devices: Introduction to physics and simulation, Academic Press, Amsterdam, 2003, - 279 p.л с

114. Стрельченко С.С., Лебедев В.В. Свойства соединений А В : Справ, изд. М.: Металлургия, 1984, - 144 с.

115. Li Н. Е. Material parameters of InGaAsP and InAlGaAs systems for use in quantum well structures at low and room temperatures // Physica E, 2000, N.5, P.215-273.

116. Vurgaftman I., Meyer J.R., Ram-Mohan L.R. Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys // Journal of Applied Physics, 2001, V.89,N.ll, P.5815-5875.

117. Hobson W.S., Pearton S.J., Kozuch D.M., Stavola M. Comparison of gallium and arsenic precursors for GaAs carbon doping by organometallic vapor phase epitaxy using CC14 // Applied Physics Letters, 1992, V.60, N.26, P.3259-3261.

118. Gong Y., Mo J., Yu H., Wang L., Xia G. Quantitative study of carbon doping of GaAs grown by metalorganic vapor-phase epitaxy // Journal of Crystal Growth, 2000, V.209, P.43-49.

119. Мармалюк A.A. Получение GaAs методом МОС-гидридной эпитаксии // Материалы электронной техники. Известия вузов, 2004, №4, С.21-24.

120. Hou H.Q., Hammons В.Е., Chui Н.С. Carbon doping and etching of AlxGai.xAs (0<x<l) with carbon tetrachloride in metalorganic vapor phase epitaxy // Applied Physics Letters, 1997, V.70, P.3600-3602.

121. Lee J.-S., Kim I., Choe B.-D., Jeong W.G. Carbon doping and growth rate reduction by CC14 during metalorganic chemical-vapor deposition of GaAs // Journal of Applied Physics, 1994, V.76, N.9, P.5079-5084.

122. Tateno К., Kohama Y., Amano C. Carbon doping and etching effects of CBr4 during metalorganic chemical vapor deposition of GaAs and AlAs // Journal of Crystal Growth, 1997, V.172, P.5-12.

123. Зи С. Физика полупроводниковых приборов в 2-х книгах, М.: Мир, 1984-456 с.

124. Фистуль В.И. Сильно легированные полупроводники, М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1967, - 416 с

125. И.М. Викулин, В.И. Стафеев, Физика полупроводниковых приборов- М.: Сов. Радио, 1980, 296 с.

126. Гаман В.И. Физика полупроводниковых приборов. Учеб. пособие, -Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1989, 336 с

127. Джафаров Т.Д. Дефекты и диффузия в эпитаксиальных структурах,- Л.: Наука, 1978, 208 с.

128. Schubert E.F., Tu L.-W. Zydzik G.J., Kopf R.F., Benvenuti A., Pinto M.R. Elimination of heterojunction band discontinuities by modulation doping // Applied Physics Letters, 1992, V.60, P.466-468.

129. Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича, 2-е изд., М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008, - 496 с.