Epitaksinės technologijos

Suomijos Tamperės technologinis universitetas optoelektronikos bendrijoje žinomas 1999 m. puslaidininkių fizikos katedros pagrindu sukurto Optoelektronikos tyrimų centro dėka. Centre kuriama AIIIBV puslaidininkinių junginių technologija; kasmet jis susilaukia apie 3 mln. eurų vertės mokslinio bendradarbiavimo grantų ir kontraktų – apie 80 proc. šios sumos sudaro šalutinės lėšos.

Optoelektronikos tyrimų centras (OTC) bendradarbiauja su daugiau kaip 30 viso pasaulio kompanijų ir universitetų, tokių kaip, pavyzdžiui, suomių kompanija Tutcore, gaminančia lazerinius diodus, Modulight (Suomija), kuriančia puslaidininkinius optoelektronikos komponentus, prancūzų firmos Memscamp filialu, besispecializuojančiu rezonansinio rezonatoriaus šviesos diodų kūrime, ir skatina naujų įmonių atsiradimą.

OTC direktorius Markus Pessa sako: „Mes daugiau dėmesio skiriame ne fundamentaliajai fizikai, o technologijų kūrimui, todėl nėra nieko keisto, kad mūsų žmonės žino, kaip tyrimų rezultatus reikia įdiegti į komercinius gaminius.” OTC yra penki komerciniai molekulių pluoštelio epitaksijos (MBE – Molecular Beam Epitaxy) įrenginiai. Šiuo požiūriu universitetas yra vienas iš didžiausių MBE mokslinių centrų Europoje.

Išparduota

„1991 m. aš pasiūliau įkurti Tutcore, kadangi iš užsienio susilaukdavome vis daugiau prašymų tiekti specialiai sukonstruotus epitaksinius darinius”, – sako Pessa. Dešimtojo dešimtmečio viduryje, kada naujai įsikūrusią įmonę panoro pirkti bent kelios kompanijos, Tutcore pradėjo įrenginėti savo švariąsias patalpas. 1996 m. pabaigoje apie 80 proc. akcijų jau buvo parduota Coherent (JAV), kuri pamatė, jog jos patirties derinimas su puslaidininkinių komponentų gamyba, kuriant galingus lazerius, galėtų būti labai perspektyvus.

Tutcore prezidentas Harry Asonenas pasakė: „980 nm bangos ilgio kaupinančius lazerius tuomet jau gamino daugelis firmų, todėl mes sutelkėme dėmesį į galingų prietaisų gamybą.”

Svarbiausi Tutcore mokslininkai savo patirtį įgijo Tamperės Technologijos universitete – jie tuo metu buvo vienintelė pasaulyje grupė, rimtai pasišventusi didelės galios InGaAsP lazerių, neturinčių aliuminio, kūrimui.

Lazeriai be aliuminio

Norint pagaminti didelės galios lazerinius diodus, būtina ženkliai sumažinti puslaidininkyje generuojamos šilumos kiekį. InGaAsP kvantinis našumas siekia 55 % ir viršija AlGaAs lazerių kvantinį našumą 45 %, be to, pirmoji medžiaga pasižymi geresniu šilumos laidumu, suteikiančiu bealiuminiams lazeriams didesnį bangos ilgio stabilumą dirbant aukštesnėse temperatūrose. Tai ypač svarbu tuomet, kai siekiant gauti didesnę galią keli lazeriniai diodai sudedami į vieną matricą. Pastarajam pritaikymui Tutcore sukūrė specialią aušinimo technologiją.

Medžiagotyros požiūriu InGaAsP yra gana sudėtinga medžiaga. „Komercinė metaloorganinio cheminių dujų nusodinimo (MOCVD – Metal Organic Chemical Vapor Deposition) technologija nepasiekė brandos, būtinos gaminant galingus bealiuminius prietaisus”, – teigia Asonenas. „Naudojant MBE technologiją galima tiksliau nustatyti reikiamą junginio sudėtį ir legiravimo lygį.” Savaime aišku, jog už šiuos privalumus reikia daugiau mokėti, nes MBE technologija ženkliai brangesnė negu MOCVD.

Tutcore dirba daugiau kaip 50 mokslininkų, inžinierių ir technikų. Kompanijos apyvarta 2000 m. buvo apie 20 mln. eurų. Coherent gamina čia iš daugelio lazerinių diodų matricas, kurios naudojamos daugeliui įvairių pritaikymų.

Ne taip seniai kompanijos Coherent suomiškasis padalinys pagamino 980 nm bangos ilgio VCSEL tipo (Vertical Cavity Surface Emitting Laser – vertikalaus rezonatoriaus paviršiuje šviečiantis lazeris) kaupinimui skirtus lazerinius diodus. Jie yra vienmodžiai ir turi prijungtas skaidulas. Skaidulos išvesties galia siekia 500 mW, bet Asonenas sako, kad šis parametras gali dar pagerėti.

Metams bėgant OTC grupė ir toliau tęsė savo darbus lazerinių diodų, rezonansinių šviesos diodų ir saulės elementų srityje. Ji kūrė galu spinduliuojančius lazerius bangos ilgių diapazonui nuo 600 iki 1600 nm bei AlGaInAs ir GaInAsN/GaAs komponentus, skirtus skaidulinėms optinėms duomenų perdavimo sistemoms. Naujausios OTC tyrimų sritys apėmė VCSEL kūrimą, auginimą ir gamybą, rezonansinius 650 ir 1000 nm bangos ilgio šviesos diodus, skirtus polimerinių optinių skaidulų ryšio sistemoms.

Birželio mėnesį Grenoblio kompanija Memscap SA (Prancūzija) įkūrė Memscap Oy, kuri bendradarbiaudama su OTC sukūrė daug rezonansinių šviesos šaltinių polimerines skaidulas naudojančioms trumpų nuotolių optinėms ryšio sistemoms. Per artimiausius 18 mėnesių Suomijoje planuojama baigti šių komponentų gamybos linijos statybą.

OTC taip pat kuria sudėtingus daugelio sandūrų saulės elementus, kurie pasižymės dideliu efektyvumu, geru atsparumu radiacijai bei padidintu galios ir svorio santykiu. Dvigubos sandūros GaInP/GaAS saulės elementai jau buvo išbandyti žemaorbičiame palydove „Equator-S”.

Pastaruoju metu OTC yra plečiami GaN pagrindu gaminamų puslaidininkinių ultravioletinių ir mėlynų šviesos šaltinių kūrimo darbai, kurių metu pritaikomas naujas auginimo būdas naudojant aukštesnes nei įprasta temperatūras.

Gausėjant telekomunikacinių pritaikymų, praėjusių metų gegužės mėnesį buvo įkurta firma Modulight. Ši firma specializuojasi puslaidininkinių optoelektronikos komponentų gamyboje. Joje dirba daugiau kaip 20 žmonių. Ateityje Modulight firmos stambiausias akcininkas yra prancūzų kompanija PicoGiga iš „Optikos slėnio”, gaminanti bevielio ryšio sistemoms elektronikos komponentus. Modulight gamins svarbiausius tinklo elementus, tokius kaip šviesos siųstuvus ir imtuvus. Ji jau pradėjo gaminti 1310 nm nešaldomus 2,5 Gb/s Fabri-Perot lazerinius diodus, o greitai firmos gaminių sąrašą papildys 10 Gb/s lazeriai, spinduliuojantys 1310 nm ir 1550 nm spinduliuotę, bei labai jautrūs griūtiniai fotodiodai.

Sparčiai besivystanti technologija

„Esu patenkintas tuo, kad Suomijos mokslą finansuojančios organizacijos suprato, kaip intensyviai šiuo metu vystosi puslaidininkinių junginių pramonė”, – sako Pessa.

Tai matyti vien iš to, jog TE-Centre (vietinė organizacija, priklausanti Suomijos Prekybos ir pramonės ministerijai) paskyrė OTC beveik 1,5 mln. eurų puslaidininkinių junginių, optoelektronikos ir skaidulinio ryšio technikos tyrimų koordinavimui.

„2 km atstumu nuo OTC rasime daugiau kaip 10 MBE reaktorių. Tai didžiausias tokių sistemų tankis Europoje. OTC ir nuo jo atskilusios kompanijos stengsis išlikti priešakyje, o tai reiškia, jog mūsų laukia sunkus ir kruopštus darbas”, – reziumavo Pessa.