Современная электроника №2/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 15 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2025 расширить длинноволновый предел излучения в структурах, выращенных методом МПЭ на подложках арсени- да галлия. В следующей модели вертикально- го резонансного поверхностно-излу- чающего лазера, излучающего на длине волны 1,3 мм, разработанной группой Алфёрова [47], в качестве материала матрицы использовались несколько иные составы активного и буферного слоёв, позволившие зна- чительно снизить пороговое значе- ние плотности тока в исследуемых образах. Структурная схема этого VCSEL- лазера, разработанная группой Алфё- рова, показана на рис. 9. Гетероструктура лазера была выра- щена на подложке GaAs (substrate) методом МЛЭ. Верхний и нижний резонаторы Брэгга (DBR) состоят из чередующихся слоёв GaAs, AlO тол- щиной λ\4. В центре структуры разме- щена активная область, содержащая три слоя массивов пирамидообразных квантовых точек In 0,15 Ga 0,85 As. Толщи- на каждого слоя составляла 5 нм. Слои квантовых точек разделены между собой барьерным слоем GaAs толщи- ной 25 нм. Границы активной области лигиро- ваны до величин 10 17 см –3 и 10 18 см –3 соответственно для (n) и (p) областей. Плотность КТ внутри слоёв составля- ла приблизительно 5×10 10 на квадрат- ный сантиметр. При этом волновые функции носителей заряда не пере- крываются ни в поперечном, ни в вертикальном направлениях. Напря- жение смещения подаётся через рас- пределённые контакты 1,0 λ (n) GaAs и 1,0 λ (p) GaAs. Во время синтеза всей гетерострук- туры были окислены соответствую- щие слои AlAs, образующие токовую апертуру. Лабораторный образец VCSEL-лазера тестировался с использованием источ- ника тока, работавшего в импульс- ном режиме с пакетами 100 наносе- кундных импульсов с периодом от 1 до 10 мкс. Исследовалось излучение в райо- не 1,3 мкм. Разброс от пиковой дли- ны волны излучения составил около 10%. Авторы объяснили это некоторы- ми недостатками технологии синте- за, такими, например, как отсутствие вращения подложки во время роста структуры. Эти и другие технические ошибки могли привести к неоднород- ности параметров квантовых точек в структуре массива. Сравнение экспериментальных данных с теоретическими оценками позволило утверждать, что в процес- се генерации когерентного излучения важную роль играет переход основно- го состояния экситона КТ. Эта работа группы Алфёрова имела очень большое значение для дальней- шего развития миниатюрных тран- зисторных лазеров. Во-первых, была подтверждена корректность направ- ления развития миниатюрных тран- зисторных лазеров, связанная с самой идей VCSEL. Во-вторых, были выявле- ны недостатки этих первых моделей и намечены пути их устранения. Было отмечено, что значительное улуч- шение производительности тако- го типа лазеров может быть достиг- нуто за счёт увеличения количества слоёв КТ, выращенных с уменьшен- ной толщиной разделительного слоя и уменьшенным размером микрорезо- натора. Кроме того, необходимо было модернизировать токовую апертуру и внутрирезонаторные распределён- ные контакты [48]. Рассмотренные в этой статье (части 1, 2, 3, 4) научные работы Жореса Алфё- рова явились основанием для при- суждения ему в 2000 году Нобелев- ской премии за выдающийся вклад в разработку полупроводниковых гете- роструктур и создание на их основе микроэлектронных компонентов. Необходимо отметить, что ещё в течение двадцати лет после получе- ния Нобелевской премии Жорес Алфё- ров продолжал активно работать в этой области и написал ещё много статей, рассмотрение которых, воз- можно, будет продолжено в следую- щих номерах журнала. Достаточно сказать, что гетероген- ные структуры и изготовленные на их основе лазеры, разработанные Алфёровым, используются сегодня повсеместно в смартфонах, телеви- зорах, медицинском оборудовании, CD-проигрывателях, прожекторах, автомобильных фарах, детских игруш- ках и другом оборудовании. Наибольшее распространение полу- чили лазеры VCSEL, которые приме- няются как для оптической накач- ки волоконно-оптических лазеров (ВОЛ), так и в других приложениях, таких, например, как лазерная абсорб- ционная спектроскопия, рубидиевая спектроскопия, оптические часы и т.д. Общие схемы этих устройств факти- чески не отличаются от структуры, предложенной Алфёровым в 2000 году (рис. 9). В то же время современные технологии позволили наладить мас- Рис. 9. Структурная схема VCSEL-лазера, разработанная группой Алфёрова в 2000 году Рис. 10. Современный одномодовый диодный VCSEL-лазер с вертикальным излучением на основе GaAsP/AlGaAs Выход света InGaAs GaAs GaAs GaAs GaAs QD Внутриполостные металлические контакты Активная область микрорезонатора толщиной 1λ 1,0λ (p)GaAs проставка QD μ-полость 1,0λ (n)GaAs проставка GaAs/AIO DBR Подложка GaAs