Abstract
В рамках создания интегрально-оптических сверхвысокачостотных модуляторов (ИОМ) МахаЦендера было предложено использовать гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) на основе твердых
растворов InGaAs/InAlAs [1]. Авторы работы [2] предложили ГЭС с ассиметричными квантовыми
ямами (КЯ) на основе InGaAs/InAlAs, которая позволила получить большие изменения показателя
преломления на длине волны 1.55 мкм. Большим достоинством такого подхода является то, что вся
ГЭС состоит из решеточно-согласованных с подложкой (001)InP слоев InAlAs и InGaAs, что
повышает точность получения требуемого состава и всей структуры в целом. Однако, большой
коэффициент поглощения в слоях InGaAs на длине волны 1.55 мкм не позволяет реализовать
высокоэффективный ИОМ. В работе [3] представлен модулятор, где активная область состоит из
InGaAlAs/InAlAs множественных КЯ. Добавление алюминия в InGaAs КЯ позволяет сдвинуть
максимум коэффициента поглощения и эффективно проводить модуляцию на длине волны 1.55 мкм.
Авторы приводят электрооптические характеристики ГЭС, однако параметры роста, структуру и
морфологию поверхности ГЭС оставляют без обсуждения. Таким образом, целью работы является
отработка технологии роста методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) четверного твердого
раствора InGaAlAs согласованного с подложкой (001)InP синтезируемого путем совмещения роста
отдельных моноатомных слоев InAlAs и InGaAs.
Эпитаксиальные структуры синтезировались методом МЛЭ в установке Riber Compact-21T на
epi-ready подложках (001)InP. Использовались процессы предэпитаксиальной подготовки подложки
InP описанные в работе [4]. Рост четверного твердого раствора InGaAlAs проводился методом МЛЭ
синтезируемого путем совмещения роста отдельных слоев InAlAs и InGaAs при температурах 480-
490°С. Таким образом, удавалось вести непрерывный процесс роста, что исключало захват
нежелательных фоновых примесей химически активными Al-содержащими слоями и не позволяло
перегреть слои InGaAs.
Выращенные ГЭС были исследованы методом оптической дефектоскопией поверхности и
атомно-силовой микроскопией. Плотность дефектов на более чем 90% поверхности структуры не
превышает 500 см-2. Поверхность имеет явно выраженные моноатомные ступени, что характеризует
двумерный слоевой рост. Среднеквадратичная шероховатость поверхности не превышает 0,7 нм, что
соответствует 2-3 монослоям.
Используя разработанную технологию эпитаксиального роста, были получены ГЭС
InGaAlAs/InAlAs/InP, на которых изготовлены макеты ИОМ Маха–Цендера. В полученных ИОМ
наблюдалось значительное изменение коэффициента преломления в электрическом поле.
Publisher
Rzhanov Institute Semiconductor Physics SB RAS
Reference4 articles.
1. T. Arakawa et al,2007 IEEE 19th International Conference on Indium Phosphide & Related Materials,256-259 (2007).
2. T. Arakawa et al, Japanese Journal of Applied Physics, 50, 032204 (2011).
3. N. Kikuchi et al, 2012 IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium, 978 (2012).
4. D V Dmitriev et al, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 475, 012022 (2019).