Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/NEC/A19860224Elc010.shtml

Лазеры для линий с увеличенной длиной участка между ретрансляторами

Японская фирма NEC Corp. стала лидером в борьбе за завоевание рынка аппаратуры для 1,55-мкм волоконно-оптических систем связи. Этот рабочий диапазон, характеризующийся малым затуханием, по всей вероятности будет доминировать в волоконной оптике, поскольку он позволяет создавать системы, длина участков которых между ретрансляторами вдвое больше, чем у нынешних 1,3-мкм систем.

Фирма NEC выпустила сейчас в продажу на японский рынок полупроводниковый лазер1{См. в этом номере раздел «Последние новости»} и намеревается в середине 1986г. выпустить еще лазер с распределенной обратной связью и лавинный фотодиод. Чтобы получить характеристики излучения, необходимые для работы в диапазоне 1,55 мкм, эта токийская фирма модифицировала обычную технологию изготовления.

Новые изделия фирмы можно комбинировать с оптическими волокнами, у которых точка нулевой дисперсии (точка, характеризующаяся одинаковой скоростью прохождения определенного отрезка оптического волокна излучением с несколько отличающимися длинами волн) сдвинута в сторону более длинных волн. Кабели с такими волокнами выпускаются сейчас фирмой Siecor, совместным предприятием американской фирмы Corning Glass Works (Корнинг, шт.Нью-Йорк) и западногерманской Siemens AG (Мюнхен).

Новые диоды разработаны группой, возглавляемой Куниакира Ивамото, техническим руководителем 2-го отдела БИС отделения оптических полупроводников фирмы NEC (Кавасаки). Эти источники излучения получили название двухканального планарного лазерного диода со скрытой гетероструктурой. Что касается лавинного фотодиода из арсенида индия-галлия, то он представляет собой прибор с отдельным поглощением света и усилением сигнала, произведение усиления которого на ширину полосы составляет около 30 ГГц. Он обеспечивает отличные характеристики для передачи данных со скоростями до 4 Гбит/с.

Новый лазер фирмы NEC имеет выходную мощность непрерывной генерации 5 мВт, а некоторые из этих приборов дают выходную мощность в импульсе до 30 мВт, что, по утверждению фирмы, является рекордным достижением. Спектральная ширина полосы на уровне половинной мощности составляет всего 4 нм; сравнительно невелик также и пороговый ток, равный 40 мА.

Хотя лазерный диод фирмы NEC и не создает проблем дисперсии, когда модулируется сигналом с умеренно высокой частотой повторения, для самых высоких скоростей передачи данных он не идеален. Увеличение спектральной ширины полосы при высоких частотах модуляции, по-видимому, неизбежно при использовании лазеров, имеющих резонаторы Фабри—Перо, формируемые скалыванием их торцов.

По мере увеличения спектральной ширины полосы лазерного излучения длину участка между ретрансляторами ограничивает деградация сигнала, обусловленная дисперсией, а не затуханием. Поэтому в середине 1986г. фирма NEC намерена начать серийное производство лазеров с распределенной обратной связью для передачи данных в полосе 1,55 мкм со скоростями свыше 1 Гбит/с на линиях с протяженными участками.

Изготовление лазера. Технология изготовления выпускаемого сейчас серийно двухканального лазера начинается так же, как и изготовление других длинноволновых лазеров, а именно с жидкофазного эпитаксиального выращивания на подложке из фосфида индия. При этом последовательно выращиваются слой InP с примесью n-типа, беспримесный активный слой из арсенида-фосфида галлия-индия и затем слой InP с примесью p-типа, который образует двойную гетероструктуру (рис.1). Между активным слоем и находящимся поверх него слоем InP имеется чрезвычайно тонкий слой против обратного оплавления (на рисунке не показан), предотвращающий нежелательную диффузию в активный слой.

Большая мощность излучения. Новый двухканальный полупроводниковый лазер фирмы NEC дает рекордную максимальную мощность выходного излучения 30 мВт на в
Рис.1. Большая мощность излучения. Новый двухканальный полупроводниковый лазер фирмы NEC дает рекордную максимальную мощность выходного излучения 30 мВт на волне 1,55 мкм.

Обычно за этими процессами следует травление мезаструктуры для формирования полоскового активного слоя шириной 1,55 мм, в котором происходит лазерная генерация. В лазере фирмы NEC протравливаются два канала, в результате чего нетронутыми остаются активный слой вместе с находящимся поверх него покровным слоем вдоль двух краев каждого кристалла пластинки, а также и посередине кристалла. После такого травления выращиваются слои InP сначала p-, а затем n-типа для блокирования тока поверх всего кристалла за исключением области лазерной полоски.

Последующее выращивание слоя InP р-типа заполняет центральное углубление, и, наконец, самый верхний слой InGaAsP завершает полупроводниковую структуру. После разделения пластины на кристаллы и скалывания торцов резонатора кристаллы имеют размер 300*300 мкм.

Высокочувствительный диод. Даже в области длин волн 1,3 мкм лавинный InGaAs-фотодиод обладает чувствительностью на 2—3 дБ больше, чем у германиевых фотодиодов, а в области 1,55 мкм чувствительность этого фотодиода еще больше. Внешний квантовый выход равен 80%, что заметно выше, чем у германия. Темновой ток составляет лишь одну десятую величины для германиевых лавинных фотодиодов, что улучшает отношение сигнал/шум.

Фотоны здесь поглощаются в InGaAs-слое n-типа, а лавинное умножение происходит в InP-слое n--типа (рис.2). Между ними имеется переходная область из InGaAsP, которая предотвращает захват электронов потенциалом, возникающим на разрыве запрещенной зоны материалов, между которыми эта область заключена.

Без мезаструктуры. Имплантированное охранное кольцо — главный элемент планарной структуры многослойного лавинного фотодиода.
Рис.2. Без мезаструктуры. Имплантированное охранное кольцо — главный элемент планарной структуры многослойного лавинного фотодиода.

Вместо мезаструктуры фирма NEC использует для своего диода планарную конфигурацию, с тем чтобы уменьшить утечку тока по периферии. Это достигается при помощи широкого охранного кольца, формируемого в результате двух операций по имплантации бериллия с последующим отжигом при температуре 700°С. Меньшие концентрация примесей и глубина наружной части охранного кольца сводят к минимуму напряженность поля по периферии устройства. p+-область лавинного слоя формируется диффузией цинка.

Полупроводниковый лазер продается по цене примерно 2800 долл. Лавинный фотодиод, когда фирма NEC выпустит его в продажу в июне 1986г., будет стоить около 1950 долл. [No.8, pp.19,20].

Чарлз Коэн

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.04 (737), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.14

Electronics Vol.59 No.07 February 17, 1986 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.59 No.08 February 24, 1986 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Оптоэлектроника





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/NEC/A19860224Elc010.shtml