Современная электроника №2/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 9 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2025 сначала рост происходит в плоском режиме с образованием «смачиваю- щего» слоя. При некоторой критиче- ской толщине этот планарный рост прерывается, и на поверхности обра- зуются трёхмерные наноразмерные островки InAs. Прямое экспериментальное под- тверждение возможности формирова- ния квантово-размерных микрокри- сталлов из однородных когерентных островков InGaAs на поверхностях GaAs было получено в 1993 году груп- пой Леонарда Девина [14]. Исследование процесса роста InGaAs на подложке GaAs показало, что, ког- да рост InGaAs прерывался точно при достижении критической толщины, образовывались квантовые точки InGaAs со средними размерами в рай- оне 30 нм. Плотность точек на поверх- ности варьировалась примерно от 109 до 1011 единиц на квадратный сан- тиметр. В следующей работе (1994 г.) эти же авторы установили, что в результате осаждения InAs методом молекуляр- но-лучевой эпитаксии на грани {100} кристалла GaAs самоорганизующиеся когерентные квантовые точки арсени- да индия практически одного разме- ра наблюдались только на начальном этапе перехода через критическую толщину, равную 1,50 ML [15]. Напомним, что «monolayer – ML» является наиболее распространённой единицей измерения в этой области и означает один атомный слой мате- риала. Согласно современным уточ- нённым данным для GaAs 1 ML соот- ветствует приблизительно 3,03 Å (ангстрем). В настоящей статье невозмож- но дать даже беглый обзор истории развития гетерогенных структур и инжекционных лазеров на осно- ве массивов квантовых точек. Эти вопросы можно посмотреть, напри- мер, в подробной публикации, посвя- щённой 85-летию Арта Госсарда (Art Gossard), одного из создателей и разра- ботчиков технологий на базе молеку- лярно-лучевой эпитаксии [16]. В этот период под руководством Жореса Алфёрова и Николая Леденцо- ва были проведены основные экспери- ментальные и теоретические исследо- вания массивов КТ, использованные в дальнейшем для создания отечествен- ных лазеров на квантовых точках. За годы своей научной деятельности Жорес Алфёров вместе со своими уче- никами написали более тысячи науч- ных работ. Рассмотреть все эти публи- кации не представляется возможным. Ниже кратко отмечены только те ста- тьи группы Алфёрова, которые легли в основу конструкции инжекционного лазера на квантовых точках и являют- ся необходимыми для понимания того вклада, который внёс Жорес Алфёров в развитие и становление этой отдель- ной бурно развивающейся отрасли. Использование модернизирован- ной методики МПЭ, разработанной в ФТИ им. Иоффе, позволило сотруд- никам группы Алфёрова получить квантово-размерные AlGaAs/GaAs – гетероструктуры со 100% квантовым выходом излучательной рекомби- нации. Результаты измерений фото- люминесценции показали, что вну- тренний квантовый выход (ВКВ) этих КРЭ-гетероструктур сильно зависит от толщины активной области. Так, в структурах с толщиной более 100 Å при комнатной температуре ВКВ при- ближается к 100%, а при уменьше- нии толщины активной области до 50 Å ВКВ падает до 40%. Такую зави- симость ВКВ от толщины активного слоя можно было объяснить терми- ческим выбросом носителей и после- дующей рекомбинацией в волновод- ных слоях. Верхний предел пороговой плотности излучения в исследован- ных образцах соответствовал плот- ности тока 250 А/см 2 [17]. В ходе выполнения исследований массивов КТ, проведённых в ФТИ им. Иоффе в 1990-е годы, например, было доказано, что, контролируя тол- щину смачивающего слоя и регули- руя параметры прерывания процесса роста массивов КТ, можно получать узкое распределение островков «заро- дышей» КТ по размерам [18]. Квантовые точки InAs в матрице GaAs, полученные методом молеку- лярно-лучевой эпитаксии с использо- ванием самоорганизующегося меха- низма, продемонстрировали узкое распределение размеров отдельных точек пирамидальной формы с осно- ванием 12 ±1 нм и высотой 4–6 нм [19]. В работе [20] массивы кванто- вых точек InAs/GaAs исследовались с помощью метода катодной люми- несценции. Изображения катодолю- минесценции позволили напрямую визуализировать отдельные положе- ния точек и рекомбинацию из одной точки. Плотный массив точек (око- ло 10 11 точек/см 2 ) показал наличие отчётливого пика поглощения, кото- рый практически совпадал с макси- мумом люминесценции. Полученные результаты показали, что распределе- ние линий катодолюминесценции отдельных квантовых точек InAs в матрице GaAs при температурах око- ло 50К позволяет аппроксимировать плотность электронных состояний с помощью функции, характерной для идеальных квантовых точек [21]. Температурная зависимость морфо- логических изменений слоёв InAs и In 0,5 Ga 0,5 As, выращенных методом МЛЭ, рассмотрена в работе [22]. Осаждение при температуре 450– 480°C слоёв InAs толщиной от 3 до 7 ML и In x Ga 1− x As толщиной от 5 до 10 ML продемонстрировало самооб- разование хорошо развитых пира- мидальных КТ с основанием около 12 нм, которые выстраивались в дву- мерной квадратной решётке вдоль направления {100}. При температуре осаждения около 320°C самообразую- щиеся КТ выстраивались преимуще- ственно в направлении {110}. В работе [23] приведены результа- ты исследований зависимости порого- вой плотности тока от температуры в лазерах на основе КТ (InGa)As/(AlGa)As. Обнаруженный диапазон так называ- емых «отрицательных характеристи- ческих температур» являлся следстви- ем термического выброса носителей из состояний КТ в матрицу и смачи- вающий слой. Влияние высокотемпературного отжига (High Temperature Annealing – HTA) на структурные и оптические свойства квантовых точек InAs–GaAs было рассмотрено в [24]. В системе островков, которые являются «зародышами» квантовых точек, имеются два источника упру- гих напряжений, зависящих от тем- пературных режимов синтеза: напря- жение на поверхности, обусловленное рассогласованием параметров реше- ток, и сильный градиент поверхност- ного натяжения на рёбрах островков. Отжиг при более высокой темпера- туре (700°C) структур с двумерными и трёхмерными массивами в кван- товых точках (КТ) InAs–GaAs приво- дит к увеличению размера и соответ- ствующему уменьшению содержания индия в КТ. Соответствующее умень- шение энергии локализации КТ при- водит к эффективному испарению носителей из КТ при комнатной тем- пературе.