Регистрация / Вход
Прислать материал

Полупроводниковые наногетероструктуры А3В5 для вертикально-излучающих лазеров ближнего ИК-диапазона

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
наногетероструктура, оптический микрорезонатор, распределенный брэгговский отражатель, вертикально-излучающий лазер, молекулярно-пучковая эпитаксия

Цель проекта:
Новое поколение компактных источников лазерного излучения ближнего ИК-диапазона c вертикальным оптическим микрорезонатором, т.н. вертикально-излучающие лазеры (ВИЛ) находят широкое применение в сверхскоростных меж- и внутрисистемных каналах оптической связи (локальные сети, суперкомпьютеры, бортовая аппаратура), сверхминиатюрных атомных стандартах частоты и компактных квантовых магнитометрических датчиках. Однако отсутствие отечественной технологии изготовления ВИЛ сильно ограничивает внедрение таких лазеров в отечественные разработки аппаратуры различного типа (ввиду отсутствия базовой технологии синтеза и диагностики соответствующих полупроводниковых наногетероструктур). С учетом существующей политики ограничений на передачу передовых разработок в РФ, данная проблематика представляется крайне актуальной и стратегически важной задачей. Данный проект направлен на решение данной проблемы. Цель проекта заключается в разработке вариантов конструкций, базовой технологии синтеза методом молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) и методов диагностики параметров полупроводниковых наногетероструктур А3В5 для вертикально-излучающих лазеров (ВИЛ) ближнего ИК-диапазона.

Основные планируемые результаты проекта:
В рамках настоящего проекта предполагается достижение основных результатов:
1. разработка эскизной конструкторской и технологической документации на технологию МПЭ-синтеза наногетероструктур A3B5 для вертикально-излучающих лазеров спектральных диапазонов 840-895 и 950-1060 нм
2. изготовление серии экспериментальных образцов наногетероструктур A3B5 для вертикально-излучающих лазеров спектральных диапазонов 840-895 и 950-1060 нм
3. разработка эскизной конструкторской документации на тестовые кристаллы вертикально-излучающих лазеров спектральных диапазонов 840-895 и 950-1060 нм
4. разработка лабораторного технологического процесса изготовления тестовых кристаллов вертикально-излучающих лазеров спектральных диапазонов 840-895 и 950-1060 нм
5. изготовление серии тестовых кристаллов вертикально-излучающих лазеров спектральных диапазонов 840-895 и 950-1060 нм

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Экспериментальные образцы наногетероструктур A3B5 для вертикально-излучающих лазеров спектральных диапазонов 840-895 и 950-1060 нм, удовлетворяющих следующим критериям:
- размер (диаметр) подложек - не менее 76 мм
- материал эпитаксиальных слоев – AlGaAs-InGaAs
- среднее значение резонансной длины волны в диапазоне 840-895нм или 950-1060 нм
- допустимое отклонение от проектного значения резонансной длины волны в пределах площади подложки - не более ±5 нм
- отклонение среднего значения резонансной длины волны для двух наногетероструктур, изготовленных в последовательно выполненных технологических процессах - не более ±5 нм
- плотность поверхностных дефектов с линейными размерами более 1 мкм – не более 500 см-²

Тестовые кристаллы вертикально-излучающих лазеров спектральных диапазонов 840-895 и 950-1060 нм, удовлетворяющих следующим критериям:
- длина волны генерации в спектральном диапазоне 840-895нм или 950-1060 нм
- пороговый ток не более 2 мА
- средняя мощность излучения в многомодовом режиме генерации не менее 3 мВт
- возможность лазерной генерации в непрерывном режиме в диапазоне температур 20-85°С без принудительного охлаждения


Для достижения цели настоящего проекта необходимо решить ряд взаимосвязанных задач:
1. Поиск оптимальных вариантов конструкции полупроводниковых наногетероструктур A3B5 для ВИЛ ближнего ИК-диапазона исходя из предполагаемой специфики использования создаваемых на их основе лазерных излучателей
2. Оптимизация технологических режимов синтеза активных областей вертикально-излучающих лазеров на основе напряженных квантоворазмерных наногетероструктур A3B5 методом молекулярно-пучковой эпитаксии с использованием широкого набора методов анализа структурных, электрофизических и оптических характеристик
3. Оптимизация технологических режимов и разработка базовой технологии молекулярно-пучковой эпитаксии синтеза полупроводниковых многослойных наногетероструктур A3B5 c вертикальными оптическими микрорезонаторами
4. Разработка методов диагностики полупроводниковых многослойных наногетероструктур A3B5 c вертикальными оптическими микрорезонаторами, в том числе неразрушающих способов определения толщины и состава слоев структур с распределенными брэгговскими отражателями
5. Разработка маршрута и отработка ключевых операций лабораторного технологического процесса изготовления тестовых кристаллов вертикально-излучающих лазеров
6. Приборная апробация разработанных полупроводниковых многослойных наногетероструктур A3B5 c вертикальными оптическими микрорезонаторами

Предлагаемый путь достижения основной цели проекта полностью соответствует технологическому циклу разработки вертикально-излучающих лазеров, ведущиеся в ряде зарубежных ведущих университетов (Chalmers Universtiy, University of California, Ulm University of Technology, Technical University of Berlin) и научных отделах передовых компаний (Finisar, ULM Photonics, Avago, Emcore), что позволяет ожидать достижения технических характеристик по совокупности не уступающей передовому мировому уровню.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемые наногетероструктуры А3В5 с вертикальным оптическим микрорезонатором предназначены для создания нового поколения отечественных компактных источников лазерного излучения, применяемых в информационно-вычислительных системах и комплексах бортовой радиоэлектронной аппаратуры, для специализированных источников лазерного излучения в компактных атомных стандартах частоты и магнитометрических датчиков.
Перспективы внедрения результатов работы в целом связаны с созданием отечественной технологии производства вертикально-излучающих лазеров на базе профильных предприятий электронной промышленности (ОАО «ОКБ Планета», ОАО «НПП «Салют», ЗАО «Светлана-Электронприбор», ОАО «НПП «Полюс», ООО «Коннектор Оптикс» и др.). Интерес к разработке отечественной технологии вертикально-излучающих лазеров ближнего ИК-диапазона предварительно подтвержден рядом отечественных организаций: ОАО «НИИ «Полюс» им. М.Ф.Стельмаха», ЗАО «Центр ВОСПИ», ОАО «Российский институт радионавигации и времени», ОАО «НПП «Салют», ОАО «Концерн «ЦНИИ «ЭЛЕКТРОПРИБОР». Следует отметить, что предпосылками для успешного внедрения результатов разработки в производство является непосредственно участие в проекте в качестве соисполнителя одного из потенциальных промышленных производителей гетероструктур для ВИЛ (ООО «Коннектор Оптикс») и наличие промышленного партнера, заинтересованного в разработке технологии кристаллов быстродействующих ВИЛ и устройств на их основе (ОАО «ОКБ Планета»).В случае успешного выполнения проекта у исполнителя будут все необходимые и экспериментально апробированные конструктивно-технологические наработки для постановки опытно конструкторской работы (ОКР) по созданию технологии производства ВИЛ ближнего ИК-диапазона.
В целом выполнение настоящего проекта позволит существенно развить научно-технический комплекс страны в области нанотехнологий, в том числе создать новые отечественные технологии и снизить зависимость от импортной компонентной базы, а также создать технологический задел в стратегически важном направлении – разработка компактных специализированных источников лазерного излучения.

Текущие результаты проекта:
Результаты работы, полученные в 2015:
1. Разработана эскизная конструкторская документация и лабораторные технологические инструкции на технологию МПЭ-синтеза макетов наногетероструктур распределенных брэгговских отражателей (РБО) спектральных диапазонов (840-895) нм и (950-1060) нм
2. Разработаны программы и методики исследовательских испытаний макетов наногетероструктур РБО спектральных диапазонов (840-895) нм и (950-1060) нм
3. Изготовлены и проведены исследовательские испытания макетов наногетероструктур РБО спектральных диапазонов (840-895) нм и (950-1060) нм
4. Разработана эскизная конструкторская документация и лабораторные технологические инструкции на технологию МПЭ-синтеза макетов наногетероструктур A3B5 для ВИЛ спектральных диапазонов (840-895) нм и (950-1060) нм
5. Разработаны программы и методики исследовательских испытаний макетов наногетероструктур A3B5 для ВИЛ спектральных диапазонов (840-895) нм и (950-1060) нм
6. Изготовлены макеты наногетероструктур A3B5 для ВИЛ спектральных диапазонов (840-895) нм и (950-1060) нм
7. Разработаны лабораторные технологические инструкции на технологию прецизионного сухого травления многослойных наногетероструктур, технологию планаризации диэлектриком с низкой диэлектрической проницаемостью и технологию формирования омических контактов к полупроводниковым контактным слоям AlGaAs
8. Индустриальным партнером закуплено технологическое оборудование для последующей разработки планарной технологии тестовых кристаллов ВИЛ согласно своему инвестиционному плану
9. Проводятся исследовательские испытания макетов наногетероструктур A3B5 для ВИЛ спектральных диапазонов (840-895)/(950-1060) нм
10. Заканчиваются работы по разработке технологии изготовления тестовых кристаллов ВИЛ спектральных диапазонов (840-895)/(950-1060) нм