СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРНОГО ДИОДА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРНОГО ДИОДА


RU (11) 2205485 (13) C1

(51) 7 H01S5/343 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2002124486/28 
(22) Дата подачи заявки: 2002.09.04 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.09.04 
(45) Опубликовано: 2003.05.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 5144634 А, 01.09.1992. US 5171717 A, 15.12.1992. US 6080598 А, 27.06.2000. WO 02/27875 А2, 04.04.2002. ЕР 0416190 В1, 13.03.1991. ЕР 0457998 A1, 27.11.1991. SU 1831213 A1, 27.09.1996. 
(71) Заявитель(и): Закрытое акционерное общество "Научное и технологическое оборудование" 
(72) Автор(ы): Веденеев А.А.; Щевлюга В.М.; Ельцов К.Н.; Чалый В.П.; Погорельский Ю.В.; Алексеев А.Н.; Красовицкий Д.М.; Шкурко А.П. 
(73) Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество "Научное и технологическое оборудование" 
Адрес для переписки: 191040, Санкт-Петербург, а/я 40, О.Л.Сандигурскому 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРНОГО ДИОДА 

Использование: в технологии изготовления полупроводниковых лазерных диодов. Сущность изобретения: в способе изготовления полупроводникового лазерного диода, включающем изготовление полупроводниковой лазерной гетероструктуры на основе соединений элементов третьей и пятой групп, разделение ее на отдельные полосы, очистку их боковых граней в вакууме, нанесение на них защитного покрытия с последующим нанесением на одну из боковых граней отражающего покрытия, а на противоположную боковую грань - просветляющего покрытия, для очистки боковых граней полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры полосы нагревают до температуры от 580 до 760oС, затем охлаждают до температуры от 0 до 240oС, после чего на боковые поверхности полос наносят от 0,1 до 1000 монослоев йода или брома, или хлора и нагревают полосы до температуры от 580 до 760oС. При нагреве и охлаждении полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры на них подают пары элемента пятой группы, входящего в полупроводниковую лазерную гетероструктуру. Техническим результатом изобретения является предотвращение образования дефектов приповерхностного слоя полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры при ее очистке и предотвращение деградации лазерного диода при его эксплуатации. 1 з.п. ф-лы. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых лазерных диодов.

Известен способ изготовления полупроводниковых лазерных диодов, включающий изготовление полупроводниковой лазерной гетероструктуры, которую помещают в вакуумную камеру, снабженную устройством для раскалывания ее на отдельные полосы. Затем в вакууме на боковые грани полос наносят защитное покрытие в виде аморфного соединения А3В5, например GaAs, методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) при комнатной температуре. После этого полосы из вакуумной камеры переносят в установку газовой (хлоридной) эпитаксии, удаляют защитное покрытие в виде аморфного соединения А3В5 и выращивают методом хлоридной эпитаксии при температуре до 400oС тонкий монокристаллический слой соединения А3В5. Затем полосы извлекают из установки газовой эпитаксии и наносят на одну боковую грань каждой полосы отражающее покрытие, а на противоположную грань - просветляющее покрытие (см. US 6080598).

Недостатком этого технического решения является разделение полупроводниковой лазерной гетероструктуры на отдельные полосы в вакуумной камере, поскольку это сопряжено с использованием специальных сложных и дорогостоящих манипуляторов; кроме того, работа с помощью манипуляторов крайне непроизводительна. Следует также отметить, что перенос полос из вакуумной камеры в установку для газовой эпитаксии является сложной и трудоемкой операцией.

Известен способ изготовления полупроводникового лазерного диода, включающий изготовление полупроводниковой лазерной гетероструктуры, разделение ее на отдельные полосы на воздухе, очистку боковых граней полос в вакууме с помощью пучков ионов N2 и Н2 в установке для ионно-плазменного травления. Затем наносят защитное аморфное покрытие на боковые грани полос в виде тонкого слоя кремния, после чего на одну из боковых граней наносят отражающее покрытие, а на другую - просветляющее покрытие (см. US 5144634).

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Этот способ исключает сложные и дорогостоящие операции, связанные с раскалыванием полупроводниковой гетероструктуры в вакууме. Однако ему свойственны серьезные недостатки. В результате обработки полос ионами, в том числе N2 и Н2, происходит образование дефектов приповерхностного слоя, существенно ухудшающих условия для выращивания защитного монокристаллического слоя. Кроме того, эти дефекты являются центрами, стимулирующими последующую деградацию лазерного диода.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи предотвращения образования дефектов приповерхностного слоя полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры при ее очистке.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе изготовления полупроводникового лазерного диода, включающем изготовление полупроводниковой лазерной гетероструктуры на основе соединений элементов третьей и пятой групп, разделение ее на отдельные полосы, очистку их боковых граней в вакууме, нанесение на них защитного покрытия с последующим нанесением на одну из боковых граней отражающего покрытия, а на противоположную боковую грань - просветляющего покрытия, для очистки боковых граней полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры полосы нагревают до температуры от 580 до 760oС, затем охлаждают до температуры от 0 до 240oС, после чего на боковые поверхности полос наносят от 0,1 до 1000 монослоев йода или брома, или хлора и нагревают полосы до температуры от 580 до 760oС; при нагреве и охлаждении полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры на них подают пары элемента пятой группы, входящего в полупроводниковую лазерную гетероструктуру.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Если в способе-прототипе очистка поверхности происходит в результате кинетического воздействия ионов, то в заявленном способе очистка осуществляется вследствие термохимических реакций, не оказывающих разрушающего воздействия. В этом состоит принципиально новое свойство (технический эффект) заявленного способа. Благодаря этому получается чистая, не содержащая дефекты поверхность, создающая благоприятные условия для выращивания монокристаллического защитного слоя соединения А3В5. Также предотвращается впоследствии деградация лазерного диода при его эксплуатации.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ осуществляется следующим образом. Изготовляют полупроводниковую лазерную гетероструктуру (ПЛГ), в частности, на основе соединения InAlGaAs любым известным путем, например способом МЛЭ. Затем на воздухе или в инертной среде производят разделение, в частности раскалывание, ПЛГ на отдельные полосы. После этого осуществляют очистку их боковых граней в вакуумной камере. Давление в вакуумной камере не выше 10-5 мм рт.ст. Для очистки полосы ПЛГ сначала нагревают в вакуумной камере с помощью радиационного терморезистивного нагревателя до температуры в диапазоне от 580 до 760oС. При этом происходит удаление части окислов, в основном окислов мышьяка. Затем полосы ПЛГ охлаждают до температуры от 0 до 240oС для обеспечения адсорбции наносимых далее от 0,1 до 1000 монослоев йода или брома, или хлора. Для их нанесения осуществляют испарение одного из указанных элементов в вакуумной камере. При этом йод или бром, или хлор адсорбируются на открытых поверхностях полос ПЛГ и химически связываются с элементами третьей группы, в частности с Ga. При последующем нагреве до температуры от 580 до 760oС происходит испарение соединений элементов третьей группы с йодом, а также связанного с ними кислорода. Одновременно происходит испарение оставшейся части окислов мышьяка и мышьяка из верхнего атомного слоя. Кроме того, происходит также испарение углерода и других загрязнений, появившихся в результате разделения ПЛГ на полосы в воздухе. Для достижения большой степени чистоты поверхностей цикл очистки в необходимых случаях можно повторить.

При нагреве и охлаждении полос ПЛГ на них могут подаваться пары соответствующего элемента пятой группы, входящего в данную ПЛГ, в рассматриваемом случае - пары мышьяка. Это позволяет повысить надежность результатов реализации способа.

Контакты изготавливаемых полупроводниковых лазерных диодов могут формироваться на основе титана до разделения ПЛГ на полосы или на основе золота, германия и других металлов на завершающей стадии изготовления.

Для реализации способа использовано известное оборудование и распространенные в данной области техники материалы, что обусловливает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Ниже приведены конкретные примеры реализации заявленного способа.

Во всех примерах использовалась лазерная гетероструктура на основе AlGaAs/GaAs с активной областью в виде квантовой ямы InAlGaAs толщиной 10 нм, длина волны излучения 808 нм. С использованием стандартной постростовой технологии лазерная гетероструктура была разделена на полосы. Контакты к n- и р-сторонам гетероструктуры выполнялись двумя способами: в первом случае контакты наносились на лазерные полосы с уже сформированным защитным слоем на боковых гранях, во втором случае контакты (с использованием титана) изготавливались до формирования защитного слоя на боковых гранях. В описанных ниже примерах для краткости операции, связанные с изготовлением контактов, опущены. Во всех примерах использовались полосы размером 110 мм, которые были помещены в вакуумную камеру установки МЛЭ ЭП1203, стартовый вакуум 10-7 Ра.

Пример 1.

Осуществлены следующие операции.

Полосы нагревались до 660oС, затем охлаждались до 50oС; после этого нанесено 0,3 монослоя йода. Затем осуществлен нагрев до 660oС. Указанный цикл повторен 20 раз, после этого выращен защитный слой AlGaAs с соотношением Al:Ga=2:3 толщиной 0,3 мкм. Полосы перенесены в вакуумную установку напыления. Электронно-лучевым способом нанесены просветляющее и отражающее покрытия Аl2O3/SiO2. После этого полосы расколоты на отдельные лазерные чипы.

Лазерные диоды, изготовленные на основе этих чипов, имели следующие параметры:

- порог катастрофической оптической деградации зеркал наступил при оптической мощности 11 Вт (длительность импульса 100 нc);

- скорость постепенной деградации при мощности 3,5 Вт в постоянном режиме и комнатной температуре составила менее 10-5/час.

Пример 2.

Осуществлены следующие операции.

Полосы нагревались до 600oС, затем охлаждались до 0oС; после этого нанесено 10 монослоев хлора. Затем осуществлен нагрев до 600oС. Указанный цикл повторен 10 раз, после этого выращен защитный слой AlGaAs с соотношением Al: Ga= 2:3 толщиной 0,3 мкм. Полосы перенесены в вакуумную установку напыления. Электронно-лучевым способом нанесены просветляющее и отражающее покрытия Аl2О3/SiO2. После этого полосы расколоты на отдельные лазерные чипы.

Лазерные диоды, изготовленные на основе этих чипов, имели следующие параметры:

- порог катастрофической оптической деградации зеркал наступил при оптической мощности 7 Вт (длительность импульса 100 нc);

- скорость постепенной деградации при мощности 3,5 Вт в постоянном режиме и комнатной температуре составила менее 10-3/час, при 2,5 Вт - 310-5/час.

Пример 3.

Осуществлены следующие операции.

Полосы нагревались до 750oС, затем охлаждались до 150oС; после этого нанесено 1000 монослоев брома. Затем осуществлен нагрев до 750oС. При нагреве и охлаждении полос на них подавались пары мышьяка. Осуществлен один цикл указанных операций. После этого выращен защитный слой AlGaAs с соотношением Al: Ga = 2:3 толщиной 0,3 мкм. Полосы перенесены в вакуумную установку напыления. Электронно-лучевым способом нанесены просветляющее и отражающее покрытия Аl2O3/SiO2. После этого полосы расколоты на отдельные лазерные чипы.

Лазерные диоды, изготовленные на основе этих чипов, имели следующие параметры:

- порог катастрофической оптической деградации зеркал наступил при оптической мощности 8 Вт (длительность импульса 100 нc);

- скорость постепенной деградации при мощности 3,5 Вт в постоянном режиме и комнатной температуре составила менее 10-4/час. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ изготовления полупроводникового лазерного диода, включающий изготовление полупроводниковой лазерной гетероструктуры на основе соединений элементов третьей и пятой групп, разделение ее на отдельные полосы, очистку их боковых граней в вакууме, нанесение на них защитного покрытия с последующим нанесением на одну из боковых граней отражающего покрытия, а на противоположную боковую грань - просветляющего покрытия, отличающийся тем, что для очистки боковых граней полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры полосы нагревают до температуры от 580 до 760oС, затем охлаждают до температуры от 0 до 240oС, после чего на боковые поверхности полос наносят от 0,1 до 1000 монослоев йода или брома, или хлора и нагревают полосы до температуры от 580 до 760oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при нагреве и охлаждении полос полупроводниковой лазерной гетероструктуры на них подают пары элемента пятой группы, входящего в полупроводниковую лазерную гетероструктуру.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru