PL228535B1 - Dioda laserowa na bazie stopu AllnGaN - Google Patents
Dioda laserowa na bazie stopu AllnGaNInfo
- Publication number
- PL228535B1 PL228535B1 PL414739A PL41473915A PL228535B1 PL 228535 B1 PL228535 B1 PL 228535B1 PL 414739 A PL414739 A PL 414739A PL 41473915 A PL41473915 A PL 41473915A PL 228535 B1 PL228535 B1 PL 228535B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- layer
- laser diode
- fiber
- ranges
- light emitting
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title abstract description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 24
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 23
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 9
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 9
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 claims description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 6
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 5
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 5
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007116 SnPb Inorganic materials 0.000 description 1
- PMRMTSSYYVAROU-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Ni].[Au] Chemical compound [Ti].[Ni].[Au] PMRMTSSYYVAROU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003353 gold alloy Substances 0.000 description 1
- GFJAIOZCBVAEBT-UHFFFAOYSA-N gold molybdenum nickel Chemical compound [Mo][Ni][Au] GFJAIOZCBVAEBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MSNOMDLPLDYDME-UHFFFAOYSA-N gold nickel Chemical compound [Ni].[Au] MSNOMDLPLDYDME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
- H01S5/3213—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities asymmetric clading layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
- H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
- H01S5/2018—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
- H01S5/2031—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers characterized by special waveguide layers, e.g. asymmetric waveguide layers or defined bandgap discontinuities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/3013—AIIIBV compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
- H01S5/3063—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping using Mg
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3409—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers special GRINSCH structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
- H01S2301/176—Specific passivation layers on surfaces other than the emission facet
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
- H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
- H01S5/0211—Substrates made of ternary or quaternary compounds
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
(12)OPIS PATENTOWY (i9)PL (n)228535 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 414739 (22) Data zgłoszenia: 10.11.2015 (51) Int.CI.
H01L 33/00 (2010.01) H01L 33/32 (2010.01) H01S 5/00 (2006.01) H01L 27/15 (2006.01) (54)
Dioda laserowa na bazie stopu AlInGaN
| (73) Uprawniony z patentu: TOP-GAN SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Warszawa, PL INSTYTUT WYSOKICH CIŚNIEŃ POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Warszawa, PL | |
| (43) Zgłoszenie ogłoszono: | |
| 22.05.2017 BUP 11/17 | (72) Twórca(y) wynalazku: SZYMON STAŃCZYK, Gdynia, PL ANNA KAFAR, Gdynia, PL ROBERT CZERNECKI, Kalina, PL |
| (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: | TADEUSZ SUSKI, Nowy Prażmów, PL |
| 30.04.2018 WUP 04/18 | PIOTR PERLIN, Warszawa, PL SZYMON GRZANKA, Pruszków, PL (74) Pełnomocnik: rzecz, pat. Rafał Witek |
m co m
co
CM
CM
Ω.
PL 228 535 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest dioda laserowa wytworzona na bazie stopu AlInGaN z warstwą aktywną umieszczoną wewnątrz światłowodu o przestrzennie zmiennej zawartości indu i/lub glinu, charakteryzująca się lepszymi parametrami optoelektrycznymi, w szczególności niższym prądem progowym, mająca zastosowanie w optoelektronice, fotonice i systemach światłowodowych, w szczególności jako źródło promieniowania widzialnego.
Diody laserowe wytwarzane są z reguły jako przyrządy o rozdzielonym ograniczeniu nośników prądu i światła. Struktura taka nosi angielską nazwę Separate Confinement Heterostructure. Na podłożu z monokryształu, np. z GaAs, InP lub GaN wytwarza się sekwencję cienkich warstw półprzewodników, co opisano m. in. w publikacji L. A. Coldren, S. W. Corzine, „Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits” (Wiley Series in Microwave and Optical Engineering). Warstwą aktywną takich przyrządów są studnie kwantowe ograniczone kwantowymi barierami, a światło propaguje się w światłowodzie zbudowanym z warstw o wysokim współczynniku załamania otaczających część aktywną lasera, ograniczonym przez warstwy o niskim współczynniku załamania. W dalszej części niniejszego opisu określenie „światłowód diody” odnosić się będzie do fragmentu obszaru studni kwantowych oraz otaczających je warstw światłowodowych, w którym propaguje się światło w przyrządzie. Ograniczenie boczne dla nośników oraz światła może być uzyskane w jakikolwiek sposób (np. za pomocą struktur: index guiding, gain guiding, mesa, buried ridge) bez wpływu na ogólność prowadzonego poniżej rozumowania. Ograniczenie boczne prowadzi do osiągnięcia dużej gęstości światła oraz nośników w obszarze aktywnym.
W przypadku diod laserowych na bazie azotków metali grupy III, emitujących światło w zakresie 390-550 nm, wspomniane wyżej warstwy są realizowane w charakterystyczny sposób opisany m. in. w publikacji S. Nakamura, „InGaN/GaN/AIGaN-based laser diodes grown on epitaxially laterally overgrown GaN”, J. Mater. Res. 14, 2716 (1999) oraz w opisie patentowym nr US 6 838 693 B2. Jako podłoże stosuje się krystaliczny azotek galu o grubości od 50 pm do 200 pm. Powierzchnia azotku galu jest przygotowana do wzrostu epitaksjalnego poprzez polerowanie mechano-chemiczne aby uzyskać atomowo gładką płaszczyznę. Poprzez polerowanie powierzchni pod wybranym kątem do płaszczyzn krystalograficznych kryształu uzyskiwane są stopnie atomowe. Ich gęstość wpływa na ilość indu wbudowywanego w warstwy InGaN podczas późniejszego wzrostu epitaksjalnego (mechanizm opisany m. in. w pracy Sarzyński i in., „Lateral Control of Indium Content and Wavelength of Ill-Nitride Diode Lasers by Means of GaN Substrate Patterning”, Appl. Phys. Express 5, 021001 (2012)).
Wzrost przyrządów może odbywać się zarówno metodą epitaksji ze związków metaloorganicznych, jak i metodą epitaksji z wiązek molekularnych. Warstwy okładkowe są zbudowane z azotku galowo-glinowego AlxGa1-xN, dla którego x zawiera się w przedziale od 0 do 0,12 i o grubości od 0,5 pm do 5 pm. Dolna warstwa okładkowa jest zwykle domieszkowana krzemem na poziomie 5 x 1018 cm-3. Górna warstwa okładkowa zwykle domieszkowana jest magnezem na poziomie od 5 x 1018 cm-3 do 1 x 1020 cm-3. Warstwy światłowodowe wykonane są zwykle z lnxGa1-xN, dla którego x mieści się w zakresie wartości od 0 do 0,1 o grubościach od 0,05 pm do 0,3 pm. Dolna warstwa światłowodowa może być domieszkowana krzemem, a górna warstwa światłowodowa może być domieszkowana magnezem. Obie warstwy światłowodowe mogą być również niedomieszkowane. Warstwy blokujące elektrony, w przypadku diod o emisji w zakresie 390-550 nm, zbudowane są z AlxGa1-xN, dla którego x mieści się w zakresie wartości od 0 do 0,3. Warstwa stanowiąca studnię kwantową jest zbudowana z lnxGa1-xN, dla którego x mieści się w zakresie wartości od 0 do 0,4 i ma grubość od 1 nm do 10 nm.
Prowadzenie światła w kierunku równoległym do osi optycznej i prostopadłym do płaszczyzny złącza uzyskane jest poprzez trawienie wybranych obszarów struktury epitaksjalnej na głębokość nie większą niż granica pomiędzy górną okładką a górną warstwą światłowodu. Kształt trawienia dobierany jest tak, by pozostały obszar formował prostokątny światłowód, prostopadły do płaszczyzn łatwej łupliwości kryształu. Od górnej strony przyrządu zasilanie elektryczne odbywa się wyłącznie poprzez górną powierzchnię grzbietu.
Podstawowymi parametrami, na podstawie których oceniana jest jakość diody laserowej, są przyrost wzmocnienia wraz z prądem, straty optyczne, prąd i napięcie progowe, przyrost mocy optycznej wraz z prądem powyżej prądu progowego oraz kształt pola bliskiego i dalekiego emitowanego światła.
W amerykańskim zgłoszeniu patentowym nr US 2004 0 051 107 A1 ujawniono azotkowe urządzenie półprzewodnikowe zawierające warstwę aktywną rozmieszczoną pomiędzy warstwą półprzewodnika o n-typie przewodnictwa elektrycznego i warstwą półprzewodnika o p-typie przewodnictwa
PL 228 535 Β1 elektrycznego. Warstwę aktywną stanowią studnie kwantowe o wzorze ogólnym AlInGaN, które największą efektywność emisji wykazują dla krótkich fal elektromagnetycznych, ok. 380 nm. Warstwa aktywna sąsiaduje po obydwu stronach przyrządu z warstwami prowadzącymi światło, tj. warstwami falowodów. W jednej z realizacji cytowanego urządzenia laserowego profil domieszkowania warstw prowadzących światło zmienia się nieliniowo w sposób ciągły, dzięki czemu uzyskano gradient zmian składu poszczególnych warstw, tzw. struktura GRIN (ang. Gradient Refractive INdex). To z kolei powoduje poprawę efektu wstrzykiwania nośników do warstwy aktywnej, poprawiając jednocześnie parametry optoelektryczne samego lasera półprzewodnikowego. W przedstawionym rozwiązaniu, pomimo zastosowania płynnej zmiany domieszkowania, profil zmian współczynnika załamania wciąż wykazuje strukturę schodkową, która powoduje powstanie niekorzystnych interfejsów na granicach ośrodków, pogarszając właściwości optoelektroniczne projektowanego przyrządu półprzewodnikowego. Wynika to z faktu, że domieszkowanie warstw półprzewodnikowych w bardzo niewielkim stopniu wpływa na zmianę ich współczynnika załamania.
Z amerykańskiego patentu nr US 5 173 912 A znana jest półprzewodnikowa dioda laserowa, zawierająca pierwszą warstwę aktywną oraz drugą warstwę aktywną, przy czym co najmniej jedna z warstw aktywnych stanowi strukturę studni kwantowej, pojedynczej lub wielokrotnej. W jednym z przykładów realizacji cytowanej diody laserowej po obydwu stronach obszaru aktywnego znajdują się warstwy światłowodowe o strukturze typu GRIN-SCH (ang. Gradien Refractive INdex - Seperate Confinement Heterostructure), w których występuje zmiana kompozycji skutkująca gradientową dystrybucją współczynnika załamania. Zastosowanie tego rodzaju struktury spowodowało zmniejszenie strat emisyjnych diody laserowej oraz przełożyło się na niższą gęstość prądu progowego. W prezentowanym rozwiązaniu uzyskano schodkową zmianę współczynnika załamania poprzez wzrost wielu cienkich warstw o niezmiennym składzie stopu w trakcie wzrostu danej warstwy, przy czym skład kolejnych warstw zmieniał się. Powoduje to powstawanie wielu interfejsów pomiędzy tymi cienkimi warstwami niekorzystnie wpływając na właściwości optoelektroniczne azotkowego przyrządu półprzewodnikowego.
Z kolei w opisie amerykańskiego patentu nr US 9 042 416 B1 ujawniono laser typu GRINSCH o wysokiej mocy i niskich stratach, składający się z wielowarstwy domieszkowanego półprzewodnika typu p, warstwy aktywnej w postaci studni kwantowych, wielowarstwy domieszkowanego półprzewodnika typu n. Cechą charakterystyczną cytowanego lasera półprzewodnikowego jest asymetria konfiguracji, w której ograniczenie optyczne jest przesunięte w kierunku wielowarstwy o typie przewodnictwa n. Uzyskano to między innymi dzięki gradientowej dystrybucji współczynnika załamania po stronie wielowarstwy o przewodnictwie typu n. W przedstawionym rozwiązaniu zastosowano skokowo-gradientową zmianę współczynnika załamania po stronie półprzewodnika typu n. Taki zabieg pozwolił znacząco zredukować straty światłowodu i w efekcie zwiększyć efektywność lasera półprzewodnikowego. Spowodowało to jednak powstanie interfejsów optycznych na styku poszczególnych warstw co wpływa niekorzystnie na właściwości optyczne wytwarzanego lasera półprzewodnikowego.
Problemem technicznym stawianym przed niniejszym wynalazkiem jest zaproponowanie takiej konstrukcji diody laserowej na bazie stopu AlInGaN, która charakteryzowałaby się poprawionymi parametrami optoelektrycznymi, w szczególności niskim prądem progowym i jak największym przyrostem mocy w funkcji prądu, powyżej prądu progowego diody laserowej. Jednocześnie, pożądane jest by rozwiązanie problemu nie wiązało się ze znaczącą zmianą istniejącego procesu wytwórczego, a tym samym by koszt pojedynczego urządzenia nie uległ znaczącemu zwiększeniu. Nieoczekiwanie wspomniane problemy techniczne rozwiązał prezentowany wynalazek.
Przedmiotem wynalazku jest dioda laserowa na bazie stopu AlInGaN, zawierająca podłoże z azotku galu, dolną warstwę okładkową o przewodnictwie elektrycznym typu n, dolną warstwę światłowodowo-okładkową o przewodnictwie elektrycznym typu n, warstwę emitującą światło, górną warstwę światłowodowo-okładkową o przewodnictwie elektrycznym typu p, górną warstwę okładkową o przewodnictwie elektrycznym typu p oraz warstwę podkontaktową o przewodnictwie elektrycznym typu p, charakteryzująca się tym, że dolna warstwa światłowodowo-okładkowa oraz górna warstwa światłowodowo-okładkowa posiadają ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę zawartości indu i/lub glinu. W korzystnej realizacji wynalazku dolna warstwa światłowodowo-okładkowa posiada ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę współczynnika załamania nn, opisaną wzorem (W1):
_ Al nn ~ ~(x-a3} T CIą.,
1+e “2 (W1)
PL 228 535 Β1 gdzie: x stanowi odległość od warstwy emitującej światło; ai zawiera się w przedziale od 2,38 do 2,66; a2 zawiera się w przedziale od 1 do 100; a3 zawiera się w przedziale od -800 do 0; a4 zawiera się w przedziale od 2,32 do 2,57.
W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku dolna warstwa światłowodowo-okładkowa posiada ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę profilu domieszkowania krzemem dopn, opisaną wzorem (W3):
-Cl
-+ Cl,
1+e c2 (W3) gdzie: x stanowi odległość od warstwy emitującej światło; ci zawiera się w przedziale od 1 1018 do 1 1020; C2 zawiera się w przedziale od 1 do 100; C3 zawiera się w przedziale od -800 do 0.
W następnej, korzystnej realizacji wynalazku górna warstwa światłowodowo-okładkowa posiada ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę współczynnika załamania nP, opisaną wzorem (W2):
_ b4 i?!
ILp ~ -(-x-bs) τ
1+e (W2) gdzie: x stanowi odległość od warstwy emitującej światło; bi zawiera się w przedziale od 2,32 do 2,57; b2 zawiera się w przedziale od 1 do 100; b3 zawiera się w przedziale od 0 do 800; b4 zawiera się w przedziale od 2,38 do 2,66.
Korzystnie, górna warstwa światłowodowo-okładkowa posiada ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę profilu domieszkowania magnezem dopP, opisaną wzorem (W4):
dopn dl (W4)
1+e gdzie: x stanowi odległość od warstwy emitującej światło; di zawiera się w przedziale od 1 1018 do 1 1020; d2 zawiera się w przedziale od 1 do 100; d3 zawiera się w przedziale od 0 do 800.
W przedstawionych wzorach (W1), (W2), (W3) i (W4) współczynniki: ai i bi oznaczają parametr definiujący maksymalny współczynnik załamania, a2 i b2 oznaczają parametr definiujący przestrzenną zmianę współczynnika załamania pomiędzy obszarem o najniższym i najwyższym współczynniku załamania, a3 i b3 oznaczają parametr definiujący położenie punktu przegięcia profilu współczynnika załamania warstwy światłowodowo-okładkowej, a4 i b4 oznaczają parametr definiujący minimalny współczynnik załamania, ci i di oznaczają parametr definiujący maksymalny poziom domieszkowania, C2 i d2 oznaczają parametr definiujący przestrzenną zmianę domieszkowania pomiędzy obszarem o maksymalnym poziome domieszkowania i warstw niedomieszkowanych, C3 i d3 oznaczają parametr definiujący położenie punktu przegięcia profilu domieszkowania.
W korzystnej realizacji wynalazku dioda laserowa posiada strukturę typu grzbietowego, przy czym grzbiet utworzony jest do głębokości w zakresie od warstwy emitującej światło do co najmniej pierwszej pochodnej funkcji (W2), korzystnie do głębokości w zakresie od 99% do 80% wartości maksymalnej współczynnika załamania nP, określonego wzorem (W2).
W następnej korzystnej realizacji wynalazku pomiędzy dolną warstwą światłowodowo-okładkową a warstwą emitującą światło znajduje się dolna warstwa światłowodowa o przewodnictwie elektrycznym typu n lub niedomieszkowana.
Korzystnie, pomiędzy warstwą emitującą światło a górną warstwą światłowodowo-okładkową znajduje się górna warstwa światłowodowa o przewodnictwie elektrycznym typu p lub niedomieszkowana.
W korzystnej realizacji wynalazku górna warstwa światłowodowo-okładkowa zawiera obszar blokujący ucieczkę elektronów. Alternatywnie, obszar blokujący ucieczkę elektronów może znajdować się poza górną warstwą światłowodowo-okładkową, np. powyżej niej. Obszar blokujący ucieczkę elektronów może być domieszkowany akceptorowo w zakresie od 1019 cm 3 do 1020 cm 3.
W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku warstwa podkontaktowa domieszkowana jest akceptorami powyżej koncentracji 1020 cm'3.
W następnej korzystnej realizacji wynalazku dioda laserowa emituje światło o długości fali z zakresu od 380 nm do 555 nm.
Wjednej z realizacji niniejszego wynalazku dolna i/lub górna warstwa światłowodowo-okładkowa, jak również dolna i/lub górna warstwa światłowodowa, mogą być wykonane z materiału GaN, InGaN lub
PL 228 535 B1
AlGaN, przy czym zawartość In w stopie InGaN nie przekracza 15%, zawartość Al w stopie AlGaN nie przekracza 20%.
W niniejszym wynalazku dioda laserowa wzrastana jest w procesie epitaksjalnym na bazie stopu AlInGaN. Ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę współczynnika załamania poszczególnych warstw można uzyskać zarówno poprzez zmianę przepływu odpowiedniego gazu nośnego w trakcie wzrostu danej warstwy, jak i poprzez zmianę temperatury w trakcie wzrostu danej warstwy, lub poprzez symultaniczną zmianę obu parametrów w trakcie wzrostu danej warstwy. Warstwy blokujące elektrony oraz domieszkowanie tych warstw, według niniejszego wynalazku, traktowane są jako lokalne zaburzenie współczynnika załamania i koncentracji domieszki i nie są uwzględnione odpowiednio we wzorze W2 i W4. Dzięki zastosowaniu ciągłej, nie skokowej i łagodnej zmiany zawartości indu i/lub glinu w dolnej i górnej warstwie światłowodowo-okładkowej uzyskano analogicznie ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę współczynnika załamania w tych warstwach. To pozwoliło z kolei na uzyskanie większego przykrycia modu optycznego z obszarem aktywnym (warstwą emitującą światło) oraz, poprzez jej nieskokowy charakter, ominięcie powstania interfejsu pomiędzy falowodem a okładką, skutkującym powstaniem bariery energetycznej w pasmach, utrudniającej przemieszczanie się nośników do obszaru aktywnego. Parametry zastosowane we wzorach W1-W4 zapewniają optymalną zmianę współczynnika załamania w warstwach wraz ze wzrostem epitaksjalnym oraz optymalne przykrycie modu z obszarem aktywnym diody laserowej.
Wykorzystanie w konstrukcji diody laserowej według niniejszego wynalazku dolnej warstwy światłowodowej, rozmieszczonej pomiędzy dolną warstwą światłowodowo-okładkową i warstwą aktywną, pozwoliło zapewnić odpowiednie warunki w reaktorze do optymalnego wzrostu studni (zmiana temperatury), dzięki czemu uzyskano wysokiej jakości studnie kwantowe. Natomiast górna warstwa światłowodowa, rozmieszczona pomiędzy warstwą aktywną i górną warstwą światłowodowo-okładkową zabezpieczała studnie kwantowe przed rozkładem termicznym w trakcie wzrostu (górna warstwa światłowodowa jest wzrastana w temperaturze zbliżonej do wzrostu warstwy aktywnej). Co więcej, zarówno dolna warstwa światłowodowa, jak i górna warstwa światłowodowa pozwalają zoptymalizować położenie maksimum modu optycznego względem warstw aktywnych, tym samym zwiększając współczynnik wypełnienia przez światło obszaru aktywnego. Dodatkowo, warstwy te zapobiegają dyfuzji domieszek (zwłaszcza magnezu) do obszaru aktywnego, zapobiegając przed tworzeniem się centrów rekombinacji niepromienistej w obszarze emitującym światło. Wynalazek pozwala na otrzymanie diody laserowej o niższym prądzie progowym, wynikającym ze zwiększonego przykrycia modu optycznego z obszarem aktywnym, polepszeniem wstrzykiwania nośników do obszaru aktywnego oraz uniknięcia powstania interfejsów pomiędzy okładkami światłowodu a światłowodem.
Przykładowe realizacje wynalazku zaprezentowano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój diody laserowej według jednego przykładu realizacji niniejszego wynalazku, fig. 2 przedstawia profil współczynnika załamania warstw diody laserowej według jednego przykładu realizacji niniejszego wynalazku, fig. 3a i fig. 3b przedstawiają profil domieszkowania warstw diody laserowej według jednego przykładu realizacji niniejszego wynalazku, odpowiednio dla krzemu i magnezu, fig. 4 przedstawia kolejne etapy technologiczne wytworzenia grzbietu diody laserowej według jednego przykład u realizacji niniejszego wynalazku, fig. 5a i fig. 5b przedstawiają zależność mocy optycznej od prądu, odpowiednio dla diody laserowej według jednego przykładu realizacji niniejszego wynalazku oraz dla referencyjnej diody laserowej.
P r z y k ł a d 1
Jeden z możliwych przykładów realizacji niniejszego wynalazku stanowi dioda laserowa emitująca fale elektromagnetyczne o długości 425 nm, wytworzona na jednorodnym podłożu GaO xN1-x uzyskanym ze wzrostu wysokociśnieniowego, o strukturze przedstawionej na fig. 1. W pierwszym etapie wykonano podłoże GaO0.0005N0.9995 metodą wzrostu z roztworu azotu w galu przy ciśnieniu 1000 MPa i temperaturze 1500°C. Otrzymany kryształ przecięto i wypolerowano tak, aby utworzył płytkę płaskorównoległą o grubości 200 pm. Powierzchnia o polarności galowej tego kryształu miała po wypolerowaniu mechanochemicznym gładkość atomową, objawiającą się stopniami atomowymi w obrazie Mikroskopu Sił Atomowych. Powierzchnia kryształu była zdezorientowana co najmniej o 0,5° kątowego w stosunku do kierunku osi krystalograficznej c heksagonalnej struktury GaN (wurcytu).
Następnie, podłoże 1 umieszczono w reaktorze MOVPE, gdzie w temperaturze około 1050°C wykonano warstwę okładkową 2 z Ga0.92Al0.08N o grubości 300 nm domieszkowanego krzemem do poziomu 5 x 1018 cm-3. Następnie, kontynuowano wzrost zmieniając przepływ gazów nośnych oraz temperaturę wzrostu w sposób ciągły wytwarzając warstwę światłowodowo-okładkową 3 o grubości 350 nm.
PL 228 535 B1
W ten sposób uzyskano ciągłą zmianę składu (obniżenie zawartości glinu) odpowiadającą profilowi współczynnika załamania nn przedstawionemu na fig. 2 (obszar 3). Profil współczynnika załamania wytworzonej warstwy światłowodowo-okładkowej 3 opisany jest wzorem W1 z następującymi zadanymi parametrami: ai = 2,5195, a2 = 30, a3 = -205, a4 = 2,489. Jednocześnie wprowadzano domieszkę krzemową do warstwy światłowodowo-okładkowej 3 w celu zapewnienia przewodnictwa typu n zgodnie ze wzorem W3, gdzie współczynniki miały następującą wartość: C1 = 5 x 1018, C2 = 30, C3 = -205. Profil domieszkowania dopn dolnej warstwy światłowodowo-okładkowej 3 zamieszczono na fig. 3a. Następnie, wytworzono dolną warstwę światłowodową 4 niedomieszkowanego GaN o grubości około 20 nm również pełniącą rolę dolnego falowodu. Po obniżeniu temperatury do 820°C wykonano obszar wielostudni kwantowej ln0,1Ga0,9N/ln0,02Ga0,98N o grubości odpowiednio 2,5 nm i 7,4 nm, stanowiącej warstwę emitującą światło 5, przy czym liczba powtórzeń wielostudni wynosiła trzy. Następnie, zwiększono temperaturę wzrostu do 900°C i wytworzono górną warstwę światłowodową 6 niedomieszkowanego GaN o grubości 45 nm będącą częścią obszaru światłowodu. Kontynuowano wzrost zmieniając przepływ gazów nośnych oraz temperaturę w sposób ciągły, w celu uzyskania zmian składu odpowiadających profilowi współczynnika załamania np przedstawionemu na fig. 2 (obszar 7). Zmiany obejmowały wprowadzenie glinu do warstwy i zwiększenie jego ilości. Profil współczynnika załamania np wytworzonej górnej warstwy światłowodowo-okładkowej 7 opisany jest wzorem W2, dla którego poszczególne parametry przyjmują następującą wartość b1 = 2,5192, b2 = 25, b3 = 175, b4 = 2,502, a jej grubość wynosi 250 nm. Jednocześnie wprowadzano domieszkę magnezową do górnej warstwy światłowodowo-okładkowej 7 w celu zapewnienia przewodnictwa typu p zgodnie ze wzorem W4, gdzie współczynniki miały następującą wartość: d1 = 1 x 1019, c2 = 25, c3 = 175. Profil domieszkowania dopp górnej warstwy światłowodowo-okładkowej 7 zamieszczono na fig. 3b. Podczas wzrostu górnej warstwy światłowodowo-okładkowej 7, w odległości 48 nm od ostatniej studni kwantowej, podwyższono skokowo temperaturę reaktora do poziomu 1050°C, aby wykonać warstwy blokujące ucieczkę elektronów ze stopu AI0,2Ga0,8N:Mg, przy czym domieszkowanie odbyło się na poziomie 5 x 1019 cm-3. Kolejną warstwą była górna warstwa okładkowa 8 o stałym składzie Al0.08Ga0.95N, grubości 125 nm i domieszkowaniu na poziomie 1 x 1019 cm-3. Wzrost struktury zakończono na cienkiej warstwie pod kontaktowej 9 z GaN:Mg o koncentracji magnezu większej niż 1020 cm-3 i grubości 80 nm. Po zakończeniu wzrostu struktury schłodzono reaktor w atmosferze azotu.
Kolejnym etapem technologicznym było osadzenie kontaktów górnego 10 i dolnego (na podłożu 1) wykonanych ze stopu nikiel-tytan-złoto lub nikiel-złoto lub nikiel-molibden-złoto lub nikiel-pallad-złoto, o grubości 100-500 nm. Następnie, wykonano fotolitografię definiującą kształt grzbietu w postaci prostego paska prostopadłego do płaszczyzn łatwej łupliwości kryształu (przyszłych okien wyjściowych światłowodu).
Proces wytworzenia grzbietu i kontaktu górnego został schematycznie przedstawiony na fig. 4. Pierwszym etapem technologicznym było nałożenie warstwy fotorezystu 11a o grubości od 0,5 pm do 5 pm na obszar projektowanego światłowodu. Następnie, przeprowadzone zostało dwuetapowe suche trawienie kryształu przy pomocy aktywnych jonów. W pierwszym etapie całkowicie trawione jest nieprzykryte fotorezystem złoto. W drugim etapie wytrawiony zostaje grzbiet do głębokości, dla której pierwsza pochodna wzoru W2 osiąga minimum. Dla podanego przypadku było to 173 nm od środka obszaru aktywnego, czyli 360 nm od powierzchni struktury.
Dla innego przypadku korzystne jest wytrawienie grzbietu do momentu dla którego wartość współczynnika załamania mieści się w zakresie od 99% do 80% wartości maksymalnej współczynnika załamania np określonego wzorem W2. Czyli dla podanego przypadku jest to zakres od 90 nm do 178 nm od środka obszaru aktywnego, czyli od 443 nm do 355 nm od powierzchni struktury.
W ten sposób utworzony został grzbiet w kontakcie górnym 10, warstwie podkontaktowej 9, górnej warstwie okładkowej 8 oraz częściowo górnej warstwie światłowodowo-okładkowej 7, co przedstawiono na schemacie na fig. 4b. Następnie, na cały kryształ osadzona została warstwa izolatora 11 z materiału SiO2 o grubości 250 nm, widoczna na fig. 4c. Z powodu dużej grubości fotorezystu jego krawędzie boczne nie są całkowicie przykryte izolatorem 11. Przeprowadzenie mokrego trawienia pozwala na odsłonięcie grzbietu (fig. 4d), przy jednoczesnym pozostawieniu izolatora 11 na ścianach bocznych grzbietu oraz obszarze poza grzbietem. Kolejnym etapem technologicznym jest osadzenie elektrolityczne kontaktu górnego 12 o grubości od 1 pm do 8 pm.
Następnie, podzielono kryształ wzdłuż płaszczyzn łatwej łupliwości tworząc linijki zawierające wiele przyrządów, przy czym podział zachodził wzdłuż zaplanowanych położeń okien światłowodów poszczególnych przyrządów. Pierwszym etapem umożliwiającym podział było zarysowanie kryształu
PL 228 535 Β1 wzdłuż linii planowanego podziału. Następnie, na skutek naprężeń mechanicznych doprowadzono do pęknięcia kryształu wzdłuż płaszczyzn łatwej łupliwości.
Kolejnym etapem był podział linijek na poszczególne przyrządy odbywający się w sposób analogiczny jak w przypadku podziału na linijki, jednak nie wzdłuż płaszczyzn łatwej łupliwości, ale prostopadle do nich.
Ostatnim etapem był montaż przyrządów w standardowej obudowie TO-56. Na podstawce obudowy umieszczono cienką warstwę lutowia SnPb lub podkładkę wytworzoną z AIN, pokrytą cienką warstwą AuSn lub innego lutowia. Na niej umieszczono przyrząd stroną podłożową (fig. 1, obszar 1), pokrytą kontaktem, w kierunku lutowia. Proces wygrzewania w temperaturze powyżej temperatury topnienia lutowia umożliwił trwałe połączenie przyrządu z podstawką. Następnie, przy użyciu techniki ballbondingu utworzono kontakt elektryczny z materiałem kontaktu górnego 12 (fig. 1 obszar 12). Następnie, zamknięto hermetycznie obudowę lasera stosując atmosferę ochronną zapobiegającą skraplaniu się pary wodnej wewnątrz obudowy.
Dzięki zastosowaniu dolnej i górnej warstwy światłowodowo-okładkowej 3 i 7 o nieliniowej zmianie współczynnika załamania oraz o nieliniowym profilu domieszkowania zmniejszono prąd progowy lasera oraz zwiększono przyrost mocy w funkcji prądu, powyżej prądu progowego diody laserowej, co przedstawiono na fig. 5a w porównaniu z referencyjną diodą laserową o identycznej strukturze warstwowej przyrządu, z klasyczną skokową strukturą falowodów, której zależność optoelektryczna została przedstawiona na fig. 5b. Tym samym rozwiązano przedstawiony problem techniczny.
Claims (11)
- Zastrzeżenia patentowe1. Dioda laserowa na bazie stopu AlInGaN, zawierająca podłoże (1) z azotku galu, dolną warstwę okładkową (2) o przewodnictwie elektrycznym typu n, dolną warstwę światłowodowo-okładkową (3) o przewodnictwie elektrycznym typu n, warstwę emitującą światło (5), górną warstwę światłowodowo-okładkową (7) o przewodnictwie elektrycznym typu p, górną warstwę okładkową (8) o przewodnictwie elektrycznym typu p oraz warstwę podkontaktową (9) o przewodnictwie elektrycznym typu p, znamienna tym, że dolna warstwa światłowodowo-okładkowa (3) oraz górna warstwa światłowodowo-okładkowa (7) posiadają ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę zawartości indu i/lub glinu.
- 2. Dioda laserowa według zastrz. 1, znamienna tym, że dolna warstwa światłowodowo-okładkowa (3) posiada ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę współczynnika załamania nn, opisaną wzorem (W1):nn = (W1) l+e “2 gdzie: x stanowi odległość od warstwy emitującej światło (5); ai zawiera się w przedziale od 2,38 do 2,66; a2 zawiera się w przedziale od 1 do 100; a3 zawiera się w przedziale od -800 do 0; a4 zawiera się w przedziale od 2,32 do 2,57.
- 3. Dioda laserowa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że dolna warstwa światłowodowookładkowa (3) posiada ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę profilu domieszkowania krzemem dopn, opisaną wzorem (W3):dopn= (W3) l+e c2 gdzie: x stanowi odległość od warstwy emitującej światło (5); ci zawiera się w przedziale od 1 10i8 do 1 1020; c2 zawiera się w przedziale od 1 do 100; C3 zawiera się w przedziale od -800 do 0.
- 4. Dioda laserowa według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3, znamienna tym, że górna warstwa światłowodowo-okładkowa (7) posiada ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę współczynnika załamania nP, opisaną wzorem (W2):np = —-(-χ_63) + (W2) l+ePL 228 535 Β1 gdzie: x stanowi odległość od warstwy emitującej światło (5); bi zawiera się w przedziale od 2,32 do 2,57; b2 zawiera się w przedziale od 0,01 do 100; b3 zawiera się w przedziale od 0 do 800; b4 zawiera się w przedziale od 2,38 do 2,66.
- 5. Dioda laserowa według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4, znamienna tym, że górna warstwa światłowodowo-okładkowa (7) posiada ciągłą, nieskokową i łagodną zmianę profilu domieszkowania magnezem dopP, opisaną wzorem (W4):d°pp = (W4) l+e dz gdzie: x stanowi odległość od warstwy emitującej światło (5); di zawiera się w przedziale od 1 1018 do 1 1020; d2 zawiera się w przedziale od 1 do 100; d3 zawiera się w przedziale od 0 do 800.
- 6. Dioda laserowa według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 5, znamienna tym, że posiada strukturę grzbietową, przy czym grzbiet utworzony jest do głębokości w zakresie od warstwy emitującej światło (5) do co najmniej pierwszej pochodnej funkcji (W2), korzystnie do głębokości w zakresie od 99% do 80% wartości maksymalnej współczynnika załamania nP, określonego wzorem (W2).
- 7. Dioda laserowa według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 6, znamienna tym, że pomiędzy dolną warstwą światłowodowo-okładkową (3) a warstwą emitującą światło (5) znajduje się dolna warstwa światłowodowa (4) o przewodnictwie elektrycznym typu n lub niedomieszkowana.
- 8. Dioda laserowa według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 7, znamienna tym, że pomiędzy warstwą emitującą światło (5) a górną warstwą światłowodowo-okładkową (7) znajduje się górna warstwa światłowodowa (6) o przewodnictwie elektrycznym typu p lub niedomieszkowana.
- 9. Dioda laserowa według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 8, znamienna tym, że górna warstwa światłowodowo-okładkowa (7) zawiera obszar blokujący ucieczkę elektronów.
- 10. Dioda laserowa według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 9, znamienna tym, że warstwa podkontaktowa (9) domieszkowana jest akceptorami powyżej koncentracji 1020 cm·3.
- 11. Dioda laserowa według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 10, znamienna tym, że emituje światło o długości fali z zakresu od 380 nm do 555 nm.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL414739A PL228535B1 (pl) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Dioda laserowa na bazie stopu AllnGaN |
| PCT/PL2016/050053 WO2017082746A1 (en) | 2015-11-10 | 2016-11-10 | Alingan alloy based laser diode |
| EP16810102.0A EP3375056B8 (en) | 2015-11-10 | 2016-11-10 | Allngan alloy based laser diode |
| US15/774,695 US10439362B2 (en) | 2015-11-10 | 2016-11-10 | AlInGaN alloy based laser diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL414739A PL228535B1 (pl) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Dioda laserowa na bazie stopu AllnGaN |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL414739A1 PL414739A1 (pl) | 2017-05-22 |
| PL228535B1 true PL228535B1 (pl) | 2018-04-30 |
Family
ID=57543122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL414739A PL228535B1 (pl) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Dioda laserowa na bazie stopu AllnGaN |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10439362B2 (pl) |
| EP (1) | EP3375056B8 (pl) |
| PL (1) | PL228535B1 (pl) |
| WO (1) | WO2017082746A1 (pl) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL438136A1 (pl) * | 2021-06-13 | 2022-12-19 | Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk | Epitaksjalna struktura laserowa i sposób wytwarzania epitaksjalnej struktury laserowej |
| JP2023031164A (ja) * | 2021-08-24 | 2023-03-08 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 窒化物系半導体発光素子 |
| PL246920B1 (pl) * | 2021-11-26 | 2025-03-31 | Inst Wysokich Cisnien Polskiej Akademii Nauk | Układ lasera i światłowodu oraz sposób jego wytwarzania |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4916708A (en) * | 1989-06-26 | 1990-04-10 | Eastman Kodak Company | Semiconductor light-emitting devices |
| US5173912A (en) | 1991-04-02 | 1992-12-22 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Double-carrier confinement laser diode with quantum well active and sch structures |
| US6555403B1 (en) * | 1997-07-30 | 2003-04-29 | Fujitsu Limited | Semiconductor laser, semiconductor light emitting device, and methods of manufacturing the same |
| US6586762B2 (en) | 2000-07-07 | 2003-07-01 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device with improved lifetime and high output power |
| JP3864735B2 (ja) * | 2000-12-28 | 2007-01-10 | ソニー株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| KR100906760B1 (ko) | 2001-03-28 | 2009-07-09 | 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 | 질화물 반도체 소자 |
| WO2005050748A1 (ja) * | 2003-11-19 | 2005-06-02 | Nichia Corporation | 半導体素子及びその製造方法 |
| US8144743B2 (en) * | 2008-03-05 | 2012-03-27 | Rohm Co., Ltd. | Nitride based semiconductor device and fabrication method for the same |
| US9042416B1 (en) | 2013-03-06 | 2015-05-26 | Corning Incorporated | High-power low-loss GRINSCH laser |
-
2015
- 2015-11-10 PL PL414739A patent/PL228535B1/pl unknown
-
2016
- 2016-11-10 EP EP16810102.0A patent/EP3375056B8/en active Active
- 2016-11-10 US US15/774,695 patent/US10439362B2/en active Active
- 2016-11-10 WO PCT/PL2016/050053 patent/WO2017082746A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20180331501A1 (en) | 2018-11-15 |
| PL414739A1 (pl) | 2017-05-22 |
| EP3375056B8 (en) | 2021-08-18 |
| EP3375056A1 (en) | 2018-09-19 |
| EP3375056B1 (en) | 2021-07-14 |
| WO2017082746A1 (en) | 2017-05-18 |
| US10439362B2 (en) | 2019-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100763827B1 (ko) | 반도체 레이저 소자 및 그 제조방법 | |
| US8750343B2 (en) | Nitride-based semiconductor light-emitting device, nitride-based semiconductor laser device, nitride-based semiconductor light-emitting diode, method of manufacturing the same, and method of forming nitride-based semiconductor layer | |
| US8227818B2 (en) | Horizontal emitting, vertical emitting, beam shaped, distributed feedback (DFB) lasers fabricated by growth over a patterned substrate with multiple overgrowth | |
| US7083996B2 (en) | Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP3372226B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JP5028640B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| KR100362862B1 (ko) | 화합물 반도체 레이저 | |
| CN101232068B (zh) | 半导体发光元件 | |
| TWI426674B (zh) | 光電組件及光電組件之製造方法 | |
| JP5731084B2 (ja) | 半導体光素子、半導体レーザ素子、及びその製造方法、並びに半導体レーザモジュール及び半導体素子の製造方法 | |
| US20010032975A1 (en) | Nitride based semiconductor photo-luminescent device | |
| CN1267109A (zh) | 晶片键合的铝镓铟氮结构 | |
| PL228535B1 (pl) | Dioda laserowa na bazie stopu AllnGaN | |
| JP4821385B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子 | |
| US10177534B2 (en) | Electron beam pumping for light emission | |
| WO2013181040A1 (en) | Laser diodes including substrates having semipolar surface plane orientations and nonpolar cleaved facets | |
| EP3353820B1 (en) | Alingan-based superluminescent diode | |
| WO2015187046A1 (en) | Alingan-based superluminescent diode | |
| US20240178638A1 (en) | Semiconductor laser diode array and the method for manufacturing a two-dimensional semiconductor laser diode array | |
| KR20060039762A (ko) | 질화물반도체 발광소자 | |
| JP3950473B2 (ja) | 化合物半導体レーザ |