Способ получения изолирующих слоев в полупроводниковых лазерных диодах и линейках

Способ получения изолирующих слоев в полупроводниковых лазерных диодах и линейках

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к технологии производства полупроводниковых лазерных диодов и линеек (ЛДЛ), гетероструктуры которых получены МОС-гидридной эпитаксией, и может быть использовано в постростовой обработке зеркальных и боковых граней кристаллов полупроводниковых диодных лазеров и линеек, как средство, позволяющее увеличить срок работы упомянутых устройств в присутствии эффекта электромиграции "мягких припоев", например индийсодержащих.

При отсутствии защитных покрытий зеркальные и боковые грани лазерных диодов и линеек подвержены различным воздействиям. Одним из ограничивающих факторов долговечности ЛДЛ является электромиграция мягких припоев, подобных индиевому, в процессе работы на зеркальные и боковые грани лазерных диодов и линеек в виде волосяных линий, которые могут привести к образованию токов утечки или закорачиванию p- и n-контактов ЛДЛ, тем самым уменьшив время наработки на отказ ЛДЛ.

Существует множество примеров использования инжекционных лазерных линеек и диодов, требующих сравнительно невысоких (до 20 Вт импульсного режима работы) излучаемых мощностей, которые возможно получить без специальных дорогостоящих диэлектрических просветляющих и отражающих покрытий. В этом случае возникает проблема электромиграции припоя на зеркальные и боковые грани лазерного кристалла.

Известен способ получения изолирующих слоев в полупроводниковых лазерных диодах и линейках (US patent №6590920, H01S 5/00), при котором используется способ нанесения защитных покрытий на зеркальные грани полупроводникового лазера. Специальные слои наносятся прямо на торцевые (зеркальные) поверхности полупроводникового лазерного диода, обеспечивая улучшенные характеристики и повышенное время безотказной работы устройств. Эти слои должны иметь достаточную толщину и обеспечивать достаточный коэффициент преломления. Примером таких материалов могут служить ZnSe, MgS и BeTe.

Однако указанный способ достаточно сложен в технологическом плане. Требует внедрения новых материалов, устройств и обеспечение их хорошей адгезией с полупроводниковым кристаллом, а также необходим подбор наносимого материала по спектру пропускания оптического излучения.

Кроме того, известен способ получения изолирующих слоев в полупроводниковых лазерных диодах и линейках (US patent №4124826, H01S 3/19), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в создании областей протекания тока протонной бомбардировкой на сторонах p- и n-контактов полупроводникового лазерного диода, суть которого заключается в том, что после завершения эпитаксиального роста структуры полупроводникового лазерного диода вводится стандартная последовательность процесса, состоящая из двух шагов: выполнение протонной бомбардировки и диффузии цинка. Предварительно полупроводниковая гетероструктура маскируется при помощи тонких проволок, определяя таким образом каналы протекания тока на сторонах p- и n-контактов полупроводникового лазерного диода. Затем верхняя поверхность гетероэпитаксиального слоя подвергается протонной бомбардировке с энергией 300 кэВ и плотности частиц 3·10¹⁵ см^-2. Таким образом, производится повреждение кристаллической решетки, что приводит к повышению удельного сопротивления, которое уходит в глубь полупроводника примерно на 2.4 мкм. Получающийся канал протекания тока около 12 мкм в ширину. Затем цинк внедряется в верхнюю поверхность контактного слоя из GaAs:ZnAs2 (1400:800) источника в течение 25 минут при 620°С, в открытой печи, для обеспечения диффузии. Этот шаг производит зону низкого удельного сопротивления в областях, которые были защищены проволокой на глубину около 1 мкм в слое AlGaAs и создает концентрацию носителей около 10²⁰ см^-3.

Затем на обрабатываемые стороны наносится металлизация: к положительному контакту p-AlGaAs, включающая слой Ti приблизительно 1,000 Å и слой Pt приблизительно 1500 Å.

Однако указанный способ оставляет зеркальные и боковые грани без защиты от токовых утечек, возникающих в результате электромиграции мягкого припоя на зеркальные и боковые грани ЛДЛ, что приводит к увеличению порогового тока и соответственно уменьшению излучаемой мощности ЛДЛ и, как следствие, уменьшению времени стабильной работы.

Задачей предлагаемого изобретения является понижение порогового тока, увеличение стабильности мощности, увеличение времени стабильной работы ЛДЛ.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения изолирующих слоев в полупроводниковых лазерных диодах и линейках при помощи протонной бомбардировки N- и P-контактов выполняют дополнительную обработку зеркальных и боковых граней, параллельных p-n переходу, с четырех сторон, протонной бомбардировкой.

На фиг.1 приведено устройство, реализующее предложенный способ.

На фиг.2 приведена схема, поясняющая способ имплантации протонов.

Устройство (фиг.1) содержит 1 - N(отрицательный)-контакт, 2 - боковая грань ЛДЛ, 3 - расположение эпитаксиальных слоев лазерной гетероструктуры, выращенных МОС-гидридной эпитаксией, на подложке, 4 - медный теплоотвод, на который припаивается кристалл лазерной диодной линейки, 5 - слой "мягкого припоя", на который припаивается кристалл лазерной диодной линейки, 6 - непроводящий слой на поверхности боковой грани 2, образовывающийся при имплантации протонов в данную область (~1 мкм) и последующим отжигом, 7 - металлизация Р(положительного)-контакта, 8, 2 - облучаемые протонами зеркальные и боковые грани лазерной диодной линейки, 9 - металлизация N(отрицательного)-контакта, 10 - непроводящий слой на поверхности зеркальной грани 8, образовывающийся при имплантации протонов в данную область (~1 мкм) и последующим отжигом.

фиг.2 поясняет способ имплантации протонов в зеркальные и боковые грани кристалла полупроводниковой лазерной линейки, где 7 - металлизация P-контакта, 8, 2 - облучаемые протонами зеркальные и боковые грани лазерной диодной линейки, 9 - металлизация N(отрицательного)-контакта, 11 - направление пучков протонов.

Способ осуществляется следующим образом. Согласно способу кристалл ЛДЛ обрабатывается потоком чистого азота, помещается в установку для протонной бомбардировки. Далее рабочий объем установки откачивается до ~10^-6 мм рт.ст. Все операции проводят при температуре 25°С.

Далее обрабатываются стороны N- и P-контакта 7 ЛДЛ протонами с энергией ~100 кэВ и дозой 140-150 мкКл·см^-2. Затем ЛДЛ поворачивают на 90° так, чтобы сторона P-контакта была параллельна направлению пучка протонов 11 и последовательно обрабатывают зеркальные 8 и боковые 2 грани ЛДЛ. Энергия пучка протонов 11 при такой обработке 80-90 кэВ и дозой 140-150 мкКл·см^-2, т.к. при превышении данной энергии возможно более глубокое проникновение протонов и изменение оптических свойств зеркальных граней.

На фиг.2 показана схема внедрения протонов 11 в кристалл ЛДЛ с предварительно нанесенными металлизациями омических контактов 7, 9. Направления пучков протонов 11 направлены строго перпендикулярно плоскостям зеркальных 8 и боковых 2 граней кристалла ЛДЛ.

Вследствие внедрения протонов в зеркальные и боковые грани кристалла лазерной диодной линейки образуются сравнительно высокоомные слои 6, 10 на поверхностях 8 и 2 соответственно. Этот слой создает барьер для протекания тока накачки через зеркальную 8 и боковую 2 грани кристалла лазерной диодной линейки при наличии следов "мягкого припоя", образовавшихся вследствие электромиграции оного на обработанную область.

Таким образом, посредством создания изолирующего слоя на поверхности зеркальных 8 и боковых 2 граней полупроводникового инжекционного лазерного кристалла достигается понижение порогового тока, который предотвращает шунтирование тока накачки p-n перехода ЛДЛ мелкими волосяными линиями, возникающими в ходе электромиграции мягкого припоя на боковые грани 8, 2 ЛДЛ. Таким образом, при данном токе накачки ЛДЛ достигается устранение искажения ватт-амперной характеристики ЛДЛ в сторону меньших значений излучаемой мощности, что, в свою очередь, увеличивает стабильность мощности, время стабильной работы ЛДЛ.

Способ получения изолирующих слоев в полупроводниковых лазерных диодах и линейках при помощи протонной бомбардировки N- и P-контактов, отличающийся тем, что дополнительно выполняют обработку зеркальных и боковых граней лазерных диодов и линеек, параллельных p-n переходу, с 4-х сторон протонной бомбардировкой.