Лазеры сверхкоротких световых импульсов - Херман Й.
Скачать (прямая ссылка):
Еще более сложное устройство, состоящее из двух лазеров с плоскими резонаторами, двух контрольных фотодиодов и электронной схемы из 10 ПТ и трех резисторов, описано в [170]. Лазерная структура с активными квантоворазмерными слоями выращивалась методом химического осаждения металлоорганиче-ских соединений в канавке на полуизолирующей подложке GaAs. Наращенные слои затем стравливались до подложки всюду, кроме канавки. Такой способ изготовления лазерной структуры дает возможность довести высоту ступеньки между поверхностью подложки и лазером до 1 мкм и менее и использовать стандартную фотолитографическую технику для создания электронных схем. Плоскопараллельные зеркала изготавливались сухим травлением с хорошей воспроизводимостью. Электронные схемы формировались на подложке с помощью ионной имплантации. Три транзистора образовывали дифференциальную переключающую схему, остальные семь составляли схему усилителя-формирователя входных импульсных сигналов. Аналогичная оптоэлектронная схема изготавливается и на основе InGaAsP/InP.
Значительные усилия предпринимаются для создания фото детекторов на диапазон длин волн 1,3 ... 1,6 мкм, интегрированных
б* 163 с малошумящими электронными предусилителями на основе ПТ, что позволяет максимально увеличить чувствительность приемников. Для интеграции на одной подложке р—і—и-диодов на основе InGaAs и GaAs-ПТ используется технология выращивания GaAs на подложке InP методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Чтобы исключить проблемы, возникающие из-за несовпадения периодов решеток GaAs и InP1 на подложку из полуизолирующего InP наращивался буферный слой Gao,47lno,53As толщиной 0,6 мкм, а на него — варизонный слой Gai-^In^As, в котором значение х монотонно менялось от 0,53 до 0 на толщине 0,5 мкм. И наконец, наращивался слой rt-GaAs толщиной 0,4 мкм, предназначенный для изготовления транзисторов.
Для создания р—і—и-фотодиода на осноге GaInAs, интегрированного с плоскостными ПТ, предложена следующая методика: в полуизолирующей подложке InP с помощью химического травления изготавливается заглубленная площадка для диода, на которую затем наращивается слой GaInAs- Изготовленный диффузией Zn через маску р—і—и-диод имел собственную емкость 0,35 пФ и равномерную спектральную чувствительность в диапазоне 0,8...1,5 мкм. В получаемой планарной структуре методом фотолитографии формируются транзисторы, причем ПТ с затвором Шотки можно изготовить на слоях InP, а плоскостные ПТ — на слое GaInP. Изготовленное устройство показано на рис. 6.14 [170].
Линейка из четырех фотодетекторов, интегрированных с .предусилителями (каждый предусилитель содержит 6 транзисторов с затвором Шотки, 4 диода и 2 резистора), описана в [170]. Технология изготовления фотодетекторов на основе металл — полупроводник— металл достаточно проста и совместима с технологи--ей изготовления полевых транзисторов. Конструкция такого фотодетектора показана на рис. 6.15. На подложке из полуизолирую-
Рие. 6.14. Пленарный p—i—n-диод (I), интегрированный с плоскостным полевым транзистором (II): / — сток; 2 —затвор; 3 — исток; 4 — InP; J — Л+-ІПР; 6 — /!+-QaInAs; 7 — GaInAs(Zn); S — Л-GaInAs; 9 — p-GalnAs; 10 — я-GaInAs
.164
S 4
І
EZJ 41 жАи/іиВе
Рис. 6.15. Многоканальный фотодетектор: 1 — подложка из GaAs; 2 — нелегироваииый GaAs; 3 — n-GaAs; 4 — транзистор; S — фотодиод щего GaAs наращивался слой чистого GaAs толщиной 4 мкм, затем — слой и-GaAs толщиной 0,4 мкм. Мезаструктура для транзисторов была создана химическим травлением. Получены следующие характеристики модуля: коэффициент преобразования фотодетектора 0,2 А/Вт, сигнал на выходе схемы 5,5 мВ при входной мощности оптического излучения на фотодетекторе 50 мкВт, время отклика менее 0,3 не, разброс чувствительности по каналам ДО 9%.
Разработанные лазерные и фотоприемные оптоэлектронные интегральные схемы, оптимально согласованные с волоконными световодами, могут использоваться как оконечные передающие и приемные модули в ВОЛС. Описанная в [170] схема передающего модуля на подложке GaAs состоит из лазера и четырех -полевых транзисторов. Пороговый ток лазера не превышал 15 мА, мощность излучения лазера в одномодовом режиме достигала 4 мВт, скорость модуляции излучения была свыше 2 Гбит/с. Металлизированный конец ВС приваривался с помощью лазерной сварки к держателю, на котором крепилась вся схема. Согласование лазера с ВС осуществлялось с помощью фокона, при этом эффективность ввода излучения в ВС составляла 60%. Методика фиксации конца ВС, герметизация оптических и электрических вводов и выводов, а также габаритные размеры (38x22x9 мм) одинаковы для передающего и приемного модулей.
Важным шагом в разработке и создании оптоэлектронных интегральных схем на основе кремния являются работы .по выращиванию лазерных полупроводниковых структур GaAlAs/GaAs на кремниевой подложке. Для согласования периодов решеток на подложке предварительно выращиваются напряженные квантово-размерные слои GaAs—GaAsP или GaP—GaAsP [170]. Так, буферный слой, наращенный на слегка разориентированную подложку «-Si, легированную мышьяком, состоял из шести слоев GaAs и пяти слоев GaAso,6Po,4 с толщиной каждого слоя 20 нм. Использовались также нелегированные подложки кремния п- и р-типов, на которые сначала наращивался слой GaP, а затем тонкие квантоворазмерные слои (по 20 нм) GaP—GaAsP и GaAsP— —GaAs общей толщиной 0,45 мкм. Далее наращивался буферный слой GaAs толщиной 2 мкм, на который уже наносились слои лазерной гетероструктуры. Поскольку эта технология еще далека от совершенства, полученные лазеры имели достаточно высокую пороговую плотность тока: 4 ... 5 кА/см2.
