Разработка мощных ИК диодов с РБО на 850 и 920 нм методом МЛЭ

Излучающие диоды инфракрасного диапазона (λ = 0.74 – 2000 мкм) широко используются в технике ночного видения, инфракрасного освещения, дистанционного управления и др. Но аэрозольное и релеевское рассеяния, молекулярное поглощение оптического сигнала в атмосфере приводят к энергетическим потерям большей части ИК диапазона. Изготовление ИК диодов на длины волн 850 и 920 нм обусловлено наименьшим затуханием оптического сигнала в атмосфере. Целью работы является создание ИК диодов на 850 и 920 нм с большим внешним квантовым выходом. Для увеличения интенсивности излучения ИК диодов было предложено использовать распределенный брэгговский отражатель (РБО), помещённый под активной областью диода. В РБО происходит чередование материалов с большим и меньшим показателями преломления, где толщины каждого выбираются такими, чтобы оптическая длина пути nd была кратна четверти длины волны. Так, лучи, отраженные от границ раздела двух материалов, находятся в фазе, что приводит к их конструктивной интерференции. В результате в определенном диапазоне длин волн такая многослойная структура очень эффективно (R ~ 95%) отражает падающее излучение. На основе литературных данных и результатов расчёта[1], РБО, выращенный на гетероструктурах AlxGa1 - xAs методом МЛЭ с чередующимися составами по х = 0.9 и х = 0.1, обладает наилучшим спектром отражения по сравнению с другими материалами и составами для падающего излучения с длиной волны 850 нм. В РБО толщины слоёв выбираются таким образом, чтобы оптическая длина пути в каждом из них была равна λ/4, то есть где niLi – показатель преломления и толщина i-го слоя. Показатель преломления гетероструктурыAlxGa1-xAs был рассчитан по следующим формулам: где n – действительная часть показателя преломления; λ – длина волны в вакууме; h – постоянная Планка; c – скорость света в вакууме; А0(х) = 6.3+19х и В0(х)=9.4-10.2х – расчётные константы в зависимости от состава AlxGa1-xAs; Е0(х) = 1.425+1.155х+0.37х 2 – ширина запрещенной зоны в Гдолние в зависимости от состава структуры; Е0(х)+Δ(х) = 1.765+1.155х+0.37х 2 – спин-орбитальная энергия расщепления в зависимости от состава структуры. Для Al0.9Ga0.1As n = 3.0614, для Al0.1Ga0.9As n = 3.5728. Соответственно толщины слоёв при длине волны λ = 850 nm: Al0.9Ga0.1As L0.9 = 69.4nm Al0.1Ga0.9As L0.1 = 59.5nm В ходе работы был выращен тестовый образец методом МЛЭ и получен спектр отражения. Проведен контроль слоев методом СЭМ и установлено соответствие между экспериментально полученным и расчетным значениям толщин слоев РБО. Таким образом, получены поправочные коэффициенты для роста структуры требуемой длины волны. А также определено минимальное число пар слоёв (24 шт.) необходимое для достижения коэффициента отражения R > 90%.