CHARAKTERIZÁCIA LASEROVÝCH ŠTRUKTÚR NA BÁZE MATERIÁLOV GaInNAs/GaAs

Marek Gašparovič
FEI STU Bratislava, Katedra mikroelektroniky, Ilkovičova 3, 812 19 Bratislava

Doc. Ing. Jaroslav Kováč, PhD
FEI STU Bratislava, Katedra mikroelektroniky, Ilkovičova 3, 812 19 Bratislava

V spolupráci s univerzitou v Lipsku bol realizovaný rast laserových štruktúr s aktívnou oblasťou GaInNAs/GaAs pomocou chemickej depozície z pár orgánokovov (MOCVD). Boli zmerané I-V charakteristiky, externá kvantová účinnosť a spektrálna odozva pri izbovej teplote pre základnú charakterizáciu vlastností týchto štruktúr.


1. ÚVOD

Posledných pár rokov sa venuje veľká pozornosť výskumu materiálov pre laserové diódy emitujúce na vlnovej dĺžke 1300 nm [1, 2, 3], ktoré by umožňovali rast aktívnej vrstvy na substráte GaAs. Dnes sa používa typicky pre túto vlnovú dĺžku materiálový systém InGaAsP/InP, ktorý má však niekoľko nedostatkov. Sú to hlavne nízka tepelná vodivosť a malý rozdiel indexov lomu oboch materiálov, čo má za následok zlé optické ohraničenie. V tomto smere sa zdá byť perspektívna kvaternárna zliatina GaInNAs, ktorú je možné epitaxne narásť na substráte GaAs. Takéto štruktúry májú potom viacero výhodných vlastností – napr. veľkú skokovú zmenu vo vodivostnom pásme, ktorá zabezpečuje ich použitie a dobré vlastnosti pri vyšších teplotách, alebo možnosť zložením zliatiny meniť vlnovú dĺžku emisie v určenom rozsahu. V neposlednom rade je možné realizovať GaInNAs/GaAs povrchovo emitujúce lasery (VCSEL) na 1300 nm využitím v súčasnosti používaných metód rastu. Materiál GaInNAs bol po prvýkrát vyšetrovaný tímom japonských výskumníkov firmy Hitachi pod vedením M. Kondowa [1], ktorí realizovali funkčný laser s týmto materiálom pracujúci na vlnovej dĺžke 1200 nm. Ich výsledky poukázali na dobré teplotné vlastnosti materiálu GaInNAs a tiež zistili, že účinnosť vyžarovania prudko klesá so zvyšovaním podielu dusíka. Efektívne využiteľným sa ukázal obsah dusíka 1 – 2 %. Napriek týmto pozitívnym výsledkom nimi realizovaný laser mal horšie vlastnosti v porovnaní s laserom na báze InGaAsP, čo sa týka prahovej prúdovej hustoty a účinnosti. Na tomto mieste sa teda vynorila otázka, či sú problémy kvality materiálu InGaAsN principiálne, alebo či sa dajú vyriešiť optimizáciou materiálového rastu a návrhu štruktúr.