Современная электроника №2/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 11 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2025 ми КТ вызывает такие процессы, как, например, расщепление мод для одно- го и того же экситонного перехода КТ. Наряду с этим максимальное усиле- ние в основном зависит от относи- тельного расположения квантовых точек в массиве в сравнении с пара- метрами световой волны в кристал- ле [30]. Детальный разбор этих моделей с погружением в сложнейшую интер- претационную математику, использу- емую в квантовой механике, выходит за рамки этой статьи. Выделим толь- ко один из наиболее важных выво- дов, вытекающих из этих работ. Было доказано, что с теоретической точки зрения нет никаких препятствий для создания полупроводникового инжек- ционного лазера на квантовых точках (Quantum Dot’s Laser – QDL). Поскольку волновая функция основного состоя- ния полностью локализована внутри самой квантовой точки, то теоретиче- ски возможной становится реализа- ция на практике инжекционного лазе- ра QDL со сверхвысокими значениями «удельного усиления». Инжекционные лазеры с вертикально связанными квантовыми точками – VCQD Предварительные лабораторные исследования группы Алфёрова пока- зали, что лазерам на квантовых точ- ках (QDL) свойственна низкая, но при этом крайне стабильная порого- вая плотность тока – около 40 А/см 2 при криогенных температурах и при- мерно 62 А/см 2 при комнатной тем- пературе. Для QDL характерны боль- шие значения внутренней квантовой эффективности (80%), а также параме- тры удельного и дифференциально- го усиления, значительно превышаю- щие аналогичные цифры для лазеров на квантовых ямах [31, 32]. В работе [33] было показано, что для лазеров на основе квантовых точек InAs/GaAs коэффициент уси- ления может достигать исключи- тельно больших значений, вплоть до 6,8×10 4  см −1 при плотности тока 80 А/см 2 (77К). Наряду с этим макси- мальное значение дифференциаль- ного усиления составило 2×10 −12 см 2 при 20 А/см 2 (77К). Таким образом, дифференциальное усиление лазеров на квантовых точках может быть на 3 порядка выше по сравнению с лазе- рами на квантовых ямах. Однако эксперименты показали, что в реальных образцах массивов гетероструктур на квантовых точках существовала сильная температур- ная зависимость пороговой плотности тока при комнатных температурах. В дополнение к этому выяснилось, что при температурах выше 150K наблю- далось заметное снижение усиления. Решить эти проблемы удалось за счёт использования объёмных гете- роструктур с вертикально связанны- ми квантовыми точками (Vertically Coupled Quantum Dots – VCQD) [34, 35]. К концу 1990-х сложилась общепри- знанная схема изготовления масси- вов вертикально связанных кван- товых точек, которая представляла собой примерно одинаковые техно- логические последовательности опе- раций, отличающиеся специфически- ми особенностями, обусловленными назначением конечных изделий. Обобщённая схема гетерострукту- ры на основе вертикального масси- ва квантовых точек InGaAs показана на рис. 7 [36]. Ниже описана стандартная проце- дура получения массива квантовых точек InGaAs с помощью модифици- рованного метода «MBE – Stranski – Krastanow». Кроме того, использует- ся метод «химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений MOCVD», в котором рост кристаллов осуществляется не в высо- ком вакууме, как в MBE, а из парога- зовой смеси пониженного или атмос- ферного давления (от 2 до 101 кПа). На первом этапе на подложке GaAs формируется тонкий (1–2 ML) смачи- вающий слой InGaAs (Wetting Layer – WL). Процесс MBE проводится при больших температурах (400–600°C) в условиях сверхвысокого вакуума (вплоть до 10 –8 Па). По мере образования на подложке дополнительных слоёв мономолеку- лярных плёнок InGaAs благодаря несо- гласованным параметрам решёток нарастает деформация, что приводит к образованию островков нестабиль- ности на поверхности смачивающе- го слоя (WL). Обычно при толщине WL от 1,5 до 1,7 ML из-за релаксации деформации запускается механизм формирования 3D островков. В это же самое время атомы InAs стараются занять место на подложке, которое соответствует минимальным значениям поверх- ностной энергии в новой кристалли- ческой решётке, образованной на гра- нице контакта InGaAs/GaAs. При этом образовавшийся WL-слой остаётся под квантовыми точками после их форми- рования и может действовать в даль- нейшем в качестве канала для достав- ки носителей заряда непосредственно в квантовые точки. Поскольку слиш- ком большое значение может приве- сти к плохому формированию точек, а слишком малое не обеспечивает адекватный транспорт носителей, на этом этапе необходим тщатель- ный контроль за толщиной WL-слоя. Рис. 7. Обобщённая схема гетероструктуры на основе вертикального массива квантовых точек InGaAs InAs QDs 2,42 ML GaAsSb buf. 10 ML p + -GaAs 200 нм p-Al 0.3 Ga 0.7 As 1,5 мкм n-Al 0.3 Ga 0.7 As 1,5 мкм i-GaAs 77 нм i-GaAs 77 нм i-GaAs 60 нм n-GaAs buff 200 нм n-GaAs(001) sub.