Современная электроника №2/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 13 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2025 дом ГФЭ, выращенных на подложках сапфира с ориентацией {0001}. Полу- ченные гетероструктуры AlGaN/GaN обладали высокой подвижностью носителей в канале 1290 см 2 /(В·с) и концентрацией 1,2×10 13 см −2 (при ком- натной температуре). Проанализиро- ваны экспериментальные результаты зависимости влияния чистоты исход- ных компонентов на параметры син- тезированных гетероструктур [42]. Накопленный опыт, разработан- ные теоретические основы и создан- ная экспериментальная база позволи- ли Алфёрову с сотрудниками создать полупроводниковый инжекционный лазер на основе вертикально связан- ного массива квантовых точек InGa/ GaAs (Vertically Coupled Quantum Dots – VCQDs), работавший в непрерывном режиме при комнатной температу- ре [43]. Для того чтобы понять основные принципы работы этого типа лазе- ров, рассмотрим сначала упрощённую схему лазера с вертикальным резона- тором и поверхностным излучением (Vertical Cavity Surface Emitting Laser VCSEL), показанную на рис. 8 [44]. Фактически лазер VCSEL состоит из двух основных частей: активной зоны и резонатора. В активной зоне, состо- ящей из массива вертикально связан- ных квантовых точек VCQD, генериру- ется лазерное излучение. Резонатор, отражающий свет, выходящий из активной области обратно внутрь, выполнен по схеме распределённого брэгговского отражателя (Distributed Bragg Reflector – DBR). В лазерах VCSEL свет излучается в направлении, перпендикулярном поверхности кристалла, в отличие от обычных конструкций лазеров, излу- чающих в плоскости, параллельной поверхности. При этом ось резонато- ра VCSEL перпендикулярна плоскости гетероструктуры, а размеры актив- ной области обычно не превышают нескольких микрометров (ширина – высота – длина). Отражатель DBR представляет собой слоистую структуру, состоящую из последовательности осаждённых друг на друга материалов с разными показателями преломления. Как пра- вило, DBR изготовляются при помо- щи молекулярно-лучевой эпитаксии или химического осаждения из газо- вой фазы в том же самом технологи- ческом процессе, в котором синтези- руется активная гетероструктура на основе массива КТ. Такие рефлекторы позволяют отра- жать свет с более узкой полосой отра- жения, чем обычные отполированные грани кристалла. Слои DBR резонатора, выполняющие одновременно роль проводников тока, нанесены сверху и снизу непосред- ственно на излучающие поверхности. Как правило, они сконструированы в виде чередующихся четвертьволно- вых (λ/4) слоёв с разными показате- лями преломления. Например, один слой DBR может быть изготовлен из GaAs, а другой из Al 0,5 Ga 0,5 As. Уместно отметить, что при использовании в конструкции DBR пятидесяти таких пар становится возможным получе- ние коэффициента отражения боль- ше, чем 0,999. Конструкция DBR напоминает элек- тролитический конденсатор. Оба DBR (верхний и нижний) состоят из сло- ёв одного типа проводимости. При этом они одновременно являются p- или n-эмиттерами. Функцию волновода и корректора профиля показателя преломления может выполнять специально скон- струированный барьерный слой. Необходимо особо подчеркнуть, что в такой конструкции изолированная квантовая точка не может функцио- нировать как микролазер типа ДГС. Понятно, что для достижения инвер- сии населённости нужен ток. Однако невозможно напрямую прикрепить электрические контакты к каждой из миллионов КТ, составляющих мас- сив VCQD, и заставить их синхронно работать. Поэтому в лазерах VCSEL квантовая точка должна быть инте- грирована в тщательно спроектиро- ванную структуру полупроводниково- го устройства, которая обеспечивает общие пути инжекции носителей во всём массиве. На рис. 8 квантовые точки активной зоны (Active Layer) встроены в общую структуру p-n- перехода. Прямое смещение, прикла- дываемое ко всей структуре устрой- ства (контакты p, n), вызывает ток, который протекает через окружаю- щий полупроводниковый материал. Барьерный слой, кроме разграничи- вающих функций, также формирует потенциальные ямы для электронов и дырок и определяет смещение зон для КТ. При этом носители захватыва- ются квантовой точкой как непосред- ственно из барьерного слоя, показан- ного выше на рис. 7 (AlGaAs), так и с помощью туннелирования из сосед- них областей. Внутри КТ происходит релаксация носителей и их переход в основное состояние. Благодаря эффек- ту КРЭ фотоны, испускаемые при рекомбинации электронов и дырок, имеют дискретные энергии. Вместе с тем рефлекторы DBR, возвращаю- щие свет обратно в активную зону, позволяют выделить очень узкую спектральную линию. На этом этапе становится очень важ- ной вертикальная связь между слоя- ми квантовых точек. Носители, кото- Рис. 8. Упрощённая схема лазера с вертикальным резонатором и поверхностным излучением (VCSEL) Оксидный слой Нижний DBR p-контакт Топ DBR Активный слой n-контакт