автореферат диссертации по электронике, 05.27.03, диссертация на тему:Улучшение параметров излучательной рекомбинации инжекционных лазеров на основе гетероструктур с активной областью квазинулевой размерности

На правах рукописи

Г Та ОД

КОГНАТОВ Владимир Ильич 1 8 Д-К ^

УЛУЧШЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ РЕКОМБИНАЦИИ ИНЖЕКЦИОННЫХ ЛАЗЕРОВ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР С АКТИВНОЙ ОБЛАСТЬЮ КВАЗИНУЛЕВОЙ РАЗМЕРНОСТИ (В СИСТЕМАХ АЗВ5 И А2В6)

специальность 05.27.03 - квантовая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Институте лазерной техники и технологий Балтийского государственного технического университета "Военмех" им. Д.Ф.Устинова

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент В.В.Лобачев Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор л.Е. Воробьев кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник И.С.Тарасов

Ведущая организация:

Российский центр лазерной физики при Санкт-Петербургском государственном университете

Защита диссертации состоится «» ^ с г г, <5г^ 2000 г. в часов на заседании диссертационного совета К 053.26.02 в Санкт-Петербургском Государственном Институте точной механики и оптики (Техническом Университете) по адресу: 197101, Санкт-Петербург, ул. Саблинская, д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПб ГИТМО (ТУ).

Автореферат разослан И? » 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

А.А.Солунин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

С момента создания первых лазерных источников, полупроводники, как рабочее тело для лазеров, привлекли к себе особое внимание, во-первых, возможностью создания лазеров в широком диапазоне длин волн - от далекой инфракрасной области до ультрафиолетового диапазона, во-вторых, возможностью достижения больших значений КПД, близких к 100%, и в-третьих, компактностью и простотой конструкции лазерного диода. Эти возможности обусловлены как высокой концентрацией активных центров в полупроводниковом кристалле, так и особенностями их энергетической зонной структуры, обуславливающей значительно более широкий диапазон энергий для оптических переходов, чем, например, в обычных газовых лазерах, для которых характерны узкополосные дискретные переходы.

Возможность управления выходными излучательными характеристиками путем изменения таких внешних параметров как температура, давление, напряженность магнитного поля и друшх делает полупроводниковые лазеры (ГШ) незаменимыми техническими устройствами и уникальными физическими объектами.

Экономичность, малые размеры и простота устройства промышленно выпускаемых сейчас лазерных диодов во многом обуславливают их дешевизну и коммерческую доступность среди лазеров всех прочих типов.

За последнее время инжекционные ПЛ получили широкое распространение в различных устройствах обработки информации, дальномерах и локационных системах, в системах волоконно-оптической связи, они также интенсивно используются для решения многих медицинских задач.

Однако реализация упомянутых преимуществ возможна только в оптимальных, с точки зрения конструкции, лазерных диодах, обладающих высокой эффективностью излуча-тельных процессов, создание и изучение которых при постоянном улучшении их люминесцентных параметров является и на сегодняшний день актуальной исследовательской задачей, определяющей дальнейшее практическое применение ПЛ.

По аналогии с тем, как в свое время открытие гетероперехода инициировало активные теоретические и практические исследования полупроводниковых лазерных диодов во всем мире, в настоящее время необходимость применения гетеросгруктур пониженной размерности с латеральными размерами активной области порядка длины волны де Бройля носителей в материале, представляется наиболее перспективной с точки зрения расширения возможностей полупроводниковых инжекционных лазеров. В подобных гетероструктурах вследствие пространственного ограничения инжектированных носителей проявляются эффекты размерного квантования и, как результат, осуществляется качественное видоизменение картины плотности состояний. В предельном случае носители заряда ограничены во всех трех направлениях и модификация электронных свойств выражена наиболее отчетливо.

Теоретические расчеты прогнозируют для лазеров на основе нульмерной активной области низкое значение пороговой плотности тока и ее высокую температурную стабильность, увеличение скорости модуляции и достижение более узких спектров оптического усиления.

Несмотря на то, что на практике приходится иметь дело с реальными объектами, свойства которых несколько отличаются от теоретически предсказанных (как обычно и бывает, когда появляется новый класс лазеров), использование наноостровковой активной области уже сейчас позволяет создавать принципиально новый класс полупроводниковых лазеров со значительно улучшенными характеристиками, преобладающими над свойствами лазеров на квантовых ямах.

К началу данной работы была предложена и осуществлена технология выращивания лазерных гетероструктур с активной областью на основе квантоворазмерных островков. На-нообъесты формировались в результате роста полупроводников с различающимися параметрами кристаллической решетки ОпАвЛЗаАв, Сс^е/гпЭе и др.) при соблюдении условия псевдоморфной гетероэпитаксии, когда критическая толщина образования дислокаций несоответствия превосходит критическую толщину, соответствующую началу островкового роста.

В системе материалов (1п,6а)Аз/6аАз была продемонстрирована лазерная генерация при комнатной температуре, но вместе с тем отсутствовали исследования механизмов внутренних утечек, особенностей температурных зависимостей пороговой плотности тока и спектров излучения, знание которых позволяет выработать практические рекомендации по конструктивному улучшению лазерных диодов с целью достижения большей эффективности лазерных процессов.

Незначительное время жизни сине-зеленых лазеров в системе А2В6 (несколько секунд), вследствие их катастрофически быстрой деградации, не позволяло изучать свойства подобных структур и данные по исследованию излучательной рекомбинации в них отсутствовали вообще.

Целью данной работы являлось повышение эффективности излучательной рекомбинации в низкоразмерных полупроводниковых лазерных гетероструктурах при помощи детального исследования их злектролюминесцентных параметров.

Для достижения указанной цели решался следующий комплекс задач:

1. Практическая реализация методик электролюминесцентного исследования процессов излучательной рекомбинации в полупроводниковых лазерах на основе низкоразмерных гетероструктур;

2. Исследование приборных характеристик инжекционных лазеров пониженной размерности;

3. Выявление особенностей спонтанной и вынужденной излучательной рекомбинации в лазерах на основе гетероструктур с активной областью квазинулевой размерности;

4. Исследование влияния температуры на основные характеристики квантоворазмерных лазерных гетероструктур;

5. Выработка и практическая реализация рекомендаций по оптимизации параметров гетероструктур с цепью улучшения выходных излучательных характеристик полупроводниковых лазерных диодов.

Приоритет представляемой работы состоит, во-первых, в самом выборе объекта для исследования - нового поколения полупроводниковых лазерных диодов, излучающих в чрезвычайно важных с практической точки зрения областях: инфракрасный диапазон (лазеры на основе соединений АЗВ5) и сине-зеленая область видимой части спектра (лазеры на основе соединений A2BS). Во-вторых, проведенные исследования являются пионерскими в данной области и полученные результаты обсуждаются впервые.

Научная новизна работы:

• Исследования механизмов внутренних утечек из состояний квантоворазмерных островков в (ln,Ga,AI)As лазерных гетероструктурах показали принципиальную возможность снижения пороговой плотности тока при комнатной температуре до значений порядка 15 А/см2.

• Впервые исследованы структурные и оптические свойства InAs нанообъекгов в матрице InGaAs на подложках InP. При низких температурах (77 К) реализована низкопороговая лазерная генерация при плотности тока - 11 А/см2 на длине волны 1.9 мкм, что является наименьшим значением пороговой плотности тока при наибольшей длине волны излучения для инжекционных лазеров на основе гетероструктур квазинулевой размерности.

• Впервые синтезированы квантоворазмерные островки CdSe в активной области BeMgZnSe/ZnCdSe лазерных гетероструктур (сине-зеленый диапазон видимой части спектра) и проведено детальное исследование инжекционных лазеров на их основе. Реализация в гетероструктурах новой конструкции дробно-монослойной области рекомбинации позволила создать инжекционные сине-зеленые лазеры, обладающие увеличенным временем жизни. Впервые осуществлена устойчивая квазинепрерывная работа лазера с рекордно высокой выходной мощностью 200 мВт.

Практическая значимость работы:

• Исследование полупроводниковых инжекционных лазеров методами электролюминесценции позволило получить принципиально новую информацию об эффективности процессов излучательной рекомбинации в лазерных структурах нового поколения.

• Изучение температурных особенностей основных излучательных параметров ПЛ инжекционных лазеров на основе квантоворазмерных гетероструктур позволило выработать практические рекомендации по улучшению их приборных характеристик.

• Анализ полученных результатов позволил создать новую серию низкоразмерных гетероструктур и лазерных диодов на их основе с улучшенными ватт-амперными и спектральными характеристиками. Впервые показано, что использование более широкозонной в сравнении с GaAs матрицы AlGaAs позволяет значительно подавить термическое обеднение состояний квантовых точек при комнатной температуре, являющейся основной причиной термической деградации лазерных характеристик на их основе. Вызванное этим улучшение локализации неравновесных носителей позволило получить рекордно низкую пороговую плотность тока 62 А/см2 при комнатной температуре.

К защите представляются следующие научные положения:

1. Использование нескольких слоев квантоворазмерных островков (ln,Ga)As, помещенных в матрицу (AI,Ga)As в качестве активной области полупроводниковых инжекционных лазеров позволяет за счет увеличения энергии локализации неравновесных носителей снизить абсолютную величину пороговой плотности тока при комнатной температуре до 62 А/см2 и увеличить диапазон ее температурной стабильности до значений характеристической температуры То = 430 К.

2. Применение фосфида индия в качестве подложки для роста лазерных гетероструктур сильно модифицирует энергетический спектр состояний, локализованных в квантоворазмерных островках InAs, помещенных в матрицу (ln,Ga)As и позволяет создавать инжек-ционные лазеры, излучающие на длине волны 1.9 мкм с рекордно низкими значениями пороговой плотности тока в 11 А/см2 при 77 К.

3. Использование оригинальной конструкции квантоворазмерных гетероструктур на основе системы материалов (Be,Mg,Zn,Cd)Se позволяет создавать инжекционные сине-зеленые лазеры, обладающие увеличенным временем жизни, за счет пространственного разделения дефектных областей и областей излучательной рекомбинации, которые демонстрируют устойчивую работу с выходной мощностью 200 мВт при квазинепрерывной накачке.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях и симпозиумах:

Международном симпозиуме по свойствам, получению и приборному применению структур на квантовых точках (Саппоро, Япония, ноябрь 1996 г., июнь 1998 г.); 39-й Международной конференции по электронным материалам (Форт Коллинс, США июнь 1997 г); Международной конференции CLEO Pacific Rim'97 (Chiba, Japan, июль 1997 г.); Международных симпозиумах «Наноструктуры: Физика и технология» (СПб, июнь 1998 г., июнь 1999 г., июнь 2000 г.); 2-й Международней конференции "Nondestructive Testing and Computer Simulation in Science and Engineering" (СПб, июнь 1998 г.); 10-й Международной конференции по полупроводниковым и изолирующим материалам (Беркли, США, июнь 1998 г.); Международной конференции CLEO®/Europe-EQEC'98 (Глазго, Великобритания, сентябрь 1998 г.); 1-й Международной конференции для молодых ученых по Оптике Лазеров (СПб, июнь 2000 г); Международной школе по нанотрубкам и наноструктурам "Nanotubes & Nanostructures" (Santa Margherita di Pula, Italy, сентябрь 2000 г.); Международной конференции (EURESCO) по фундаментальным аспектам науки о поверхности (Castelvechio Pascoli, Italy, октябрь, 2000 г.).

Основные результаты диссертации опубликованы в 20 печатных работах, в том числе 11 - в реферируемых журналах и 9 - в материалах международных научных конференций.

Личный вклад автора в проведенные исследования: участие в постановке задачи, разработке и реализации экспериментальных методик исследования электролюминесцентных характеристик полупроводниковых лазеров на основе гетероструктур с активной обла-

стью кваэинулевой размерности; проведение экспериментальной диагностики и обработка результатов исследований люминесцентных параметров инжекционных лазерных диодов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность улучшения излучательных параметров инжекционных лазеров пониженной размерности, как характеристик, суммарно отражающих потребительские свойства полупроводниковых лазерных диодов. Сформулированы цель и задачи работы, а также представлены научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер.

В первом параграфе рассмотрены основные излучательные параметры, характеризующие работу полупроводникового инжекционного лазера. Показаны основные достижения в этой области и кратко обсуждаются потенциальные сферы прикладного применения ПЛ.

Во втором параграфе описаны преимущества лазерных диодов на основе низкоразмерной активной области. Обсуждаются теоретические преимущества трехмерного ограничения носителей заряда, и рассматривается его влияние на лазерные характеристики. Показано, что применение наноостровков (квантовые точки, КТ), обладающих небольшой дисперсией (< 10%) по размерам и составу, в активной области полупроводниковых инжекционных лазеров, приведет к дальнейшему прогрессу в улучшении их излучательных параметров.

В третьем параграфе рассмотрены общие принципы молекулярно-пучковой зпитак-сии (МПЭ) для роста квантоворазмерных гетероструктур. Показано, что среди всех известных и доступных методов создания трехмерных (3D) объектов наиболее приемлемым являются те, которые позволяют синтезировать наноостровки непосредственно в процессе роста (/л situ) полупроводниковых структур без использования сложных и, самое главное, малоэффективных подходов.

Во второй главе рассматривается технология МПЭ выращивания лазерных гетероструктур, исследование которых проводилось в настоящей работе, и описываются методы формирования наноразмерных островков в активной области инжекционных лазеров.

В первом параграфе описывается методика создания полупроводниковых гетероструктур в системе (ln,Ga,AI)As на подложках GaAs и InP. Обсуждается методика эффективного получения (ln,Ga)As нанообъектов непосредственно в процессе роста всей структуры в результате использования спонтанной морфологической трансформации упруго-напряженного слоя. В этом случае, при гетероэпитаксии материалов с различающимися параметрами решетки, на начальной стадии рост происходит послойно, но с увеличением толщины осаждаемый слой накапливает большую упругую энергию и системе становится выгодно уменьшить свою полную энергию путем образования изолированных островков.

При этом массив получаемых нанообъектов располагается на тонком сплошном «смачивающем» слое, согласно механизму роста Странского-Крастанова.

Исследования морфологии поверхности эпитаксиального слоя 1пАз на ваАн на самых ранних этапах осаждения показывают, что переход от двумерного (послойного) роста к трехмерному (островковому) происходит при достижении критической толщины 1.6 -5-1.7 моноспоя (МС). В процессе роста технологией МПЭ этот процесс обычно контролируется путем наблюдения картины дифракции быстрых электронов, направленных на подложку под очень малым углом к поверхности. Появление на дифракционной картине штрихов вместо длинных полос, характерных для двумерного роста, указывает на возникновение микроскопических островков на поверхности. Дальнейшее увеличение толщины 1пА$ приводит к появлению ярких точек в дифракционной картине, характерных для развитого остров-кового рельефа. Если на этом этапе прекратить осаждение 1пАэ и зарастить полученную структуру арсенидом галлия, то система 1пАэ островков в СаАэ может рассматриваться как массив квантовых точек узкозонного материала в широкозонной матрице.

В случае lno.5Gao.5As на самом начальном этапе роста образуются островки с круглым основанием, диаметром примерно 60 А. На этом этапе характерно также образование отдельных локальных агломератов островков. Увеличение эффективной толщины осажденного 1пСаАз ведет к образованию хорошо развитых островков пирамидальной формы, улучшению однородности их размеров и расположения в плоскости роста. Типичные размеры основания составляют 80 140 А при высоте 40 -8- 60 А.

В параграфе показано, что образующиеся островки являются плотно упакованными, располагаясь приблизительно вдоль направлений [100] и отличаются высокой поверхностной плотностью (3 + 5*101° см"2), что обуславливает возможность их потенциального применения в качестве активной области ПЛ.

Второй параграф посвящен особенностям изготовления сине-зеленых лазерных излучателей на основе полупроводниковых материалов 2 и 6 группы периодической системы элементов. Рассматривается методика формирования слоев лазерной структуры, которая не требует остановок ростового процесса на интерфейсах и использует идею компенсации разнополярных напряжений.

Обсуждается, что для образования наноразмерных (Сс1,2п)3е островков наиболее приемлемым, с точки зрения получения относительно мало-дефектных лазерных структур, является метод осаздения незавершенных монослоев Сс18е на поверхности гиБе. В данном случае образование наноостровков по методу Странского-Крастанова обычно затруднено из-за преобладания механизма релаксации напряжений посредством образования внутренних дефектов. В результате, интенсивность люминесценции диодов на основе таких структур резко падает.

Рассмотрены особенности МПЭ роста дробно-моноспойных (ДМС) структур СЬве/глве с номинальными толщинами Сс1ве (ш) в диапазоне 0 < \лг < 3 МС, не обязательно кратным целому числу монослоев. Показано, что увеличение ад до критической толщины 3 МС, приводит к нелинейному росту эффективности люминесценции, сопровождаемому значительным красным сдвигом максимума спектра. Интегральная интенсивность люминесцен-

ции увеличивается более чем в 350 раз при десятикратном увеличении осажденного Сс13е. При V/ < 3 наблюдается резкое падение интенсивности люминесценции, связанное, вероятно, с образованием дефектов в островках.

Продемонстрировано, что используемый в работе метод выращивания активной области лазера позволяет при соответствующих режимах роста и оригинальной методике самого процесса роста формировать самоорганизующиеся псевдоморфные островки, которые служат действенными центрами локализации носителей, вызывая одновременно эффективное пространственное разделение дефектных областей и областей, обеспечивающих излу-чательную рекомбинацию.

Третья глава посвящена исследованию лазеров на основе двойных гетероструктур раздельного ограничения с низкоразмерной активной областью при комнатной температуре.

В первом параграфе изложены особенности подготовки экспериментальных образцов и проведения экспериментов. Кратко рассмотрены основные моменты технологии постростовой обработки выращенных гетероструктур и описаны способы создания излучающих приборов для исследований на их основе. Кроме того, особое внимание уделено описанию основных методик проведения экспериментов.

Во втором параграфе обсуждаются излучательные характеристики АЗВ5 низкоразмерных полупроводниковых инжекционных лазеров, отличающихся числом слоев (Ы = 1,3,6,10) наноосгровков (1п,Са)Ав в активной области и материалом матрицы (СаАв, АЮаАз).

Для исследования электролюминесценции (ЭЛ) были изготовлены лазеры полоско-вой конструкции с оксидной БЮг изоляцией. С целью минимизации потерь на выход излучения формировались также образцы с замкнутой внутренней кольцевой модой («четырехско-лотые» образцы). Основные параметры измерялись при квазинепрерывном режиме накачки с длительностью импульса -1.5 мкс и частотой повторения - 5 кГц. Для исследования пороговой плотности тока и дифференциальной квантовой эффективности (т^,«) были использованы лазерные диоды с различной длиной (от 80 мкм до 3.5 мм) оптического резонатора.

Поскольку число носителей заряда, которые могут участвовать в лазерной генерации, ограничено плотностью наноостровков, зависимость усиления от плотности тока накачки должна испытывать насыщение по достижении некоторого значения. Так, насыщение усиления в лазерах с одним слоем 30 островков (№ = 1) проявлялось в резком сверхлинейном увеличении ,1№ при увеличении потерь на выход излучения. При этом в спектрах ЭЛ увеличение тока накачки сопровождалось сдвигом линии генерации от состояний в КТ к вышележащим по энергии состояниям.

Продемонстрировано, что с увеличением числа слоев КТ (начиная с 3 до 10) удается преодолеть этот эффект и уменьшить пороговые токи лазерной генерации, а также значительно улучшить эффективность излучательной рекомбинации. Так, в частности, показано, что максимально достигаемая дифференциальная квантовая эффективность в (1п,Са)АБ/СаА8 структурах увеличена с 30 % для однослойной структуры до 50 % для лазе-

ров с N = 10; пороговая плотность тока для 10 слоев КТ снижена до 100 А/см2 при комнатной температуре, что в 9 раз ниже по сравнению со струюурой с N = 1.

Измерения по оригинальной методике внутреннего квантового выхода вынужденного излучения для лазеров на основе (1п,Са)А5 квантовых точек, помещенных в СаАэ матрицу показали, что при комнатной температуре эта величина составляет 50 %, то есть половина всех спонтанно излученных фотонов принимает участие в вынужденном излучении.

В параграфе обсуждается, что использование более широкозонного по сравнению с ЗаАв соединения АЮаАв в качестве матрицы для (1п,Са)А5 наноостровков приводит к увеличению внутреннего квантового выхода генерации при комнатной температуре в 1.3 раза до величины 65 % и это является непосредственным следствием улучшения локализации носителей в активной области лазеров. В итоге демонстрируется, что использование нескольких слоев КТ (1п,Са)А8 в матрице АЮаАв позволило понизить пороговую плотность тока при комнатной температуре до 62 А/см2, что является абсолютным рекордом на момент получения для данного типа лазеров.

В третьем параграфе приведены основные электролюминесцентные характеристики ВеМд2п5е/гпСс13е сине-зеленых полупроводниковых лазеров. Обсуждается, что именно использование новой конструкции активной области, содержащей дробно-монослойную область рекомбинации СсЮе в расширенной квантовой яме гпЭе и волновод на основе переменно-напряженной короткопериодной сверхрешетки, совместно с применением Бе-содержащих соединений, обладающих наибольшей среди широкозонных соединений А2В6 твердостью решетки, суммарно позволяет создавать надежные сине-зеленые лазерные диоды, харктеризующиеся увеличенным временем жизни. Это, в конечном итоге, и позволило впервые провести их детальное исследование.

В параграфе проанализированы зависимости пороговой плотности тока и обратной дифференциальной квантовой эффективности от оптических потерь на выход излучения и длины лазерного резонатора, соответственно. Продемонстрировано, что несмотря на существенную величину плотности квантоворазмерных островков (- Ю10 см"2), образцам с большими значениями потерь на выход излучения присущ эффект насыщения усиления, что приводит к невозможности достижения генерации в коротких образцах и обсуждается, что резкий рост ^ с уменьшением длины резонатора в данном случае может быть объяснен значительным неоднородным уширением, вызванным разбросом наноостровков по составу и размерам.

Показано, что несмотря на относительно высокий (по сравнению с соединениями АЗВ5) уровень внутренних потерь (25+ 30 см'1) в первых лазерных структурах, излучатели характеризуются значительной величиной внутреннего квантового выхода стимулированного излучения - 40%.

При исследовании дальнего поля излучения обнаружено, что генерация в инжекци-онных лазерах на основе гпЭе с ДМС активной областью осуществляется в одной поперечной моде в широком интервале токов накачки, что является следствием хорошего оптического ограничения и оптимальной конструкции лазерного волновода.

Продемонстрировано, что ближнее поле (БП) излучения лазерных диодов имеет ряд отличительных особенностей, заключающихся, в частности, в неоднородном распределении интенсивности лазерного излучения в направлении перпендикулярном направлению распространения. Обсуждается, что асимметричная картина БЛ на пороге генерации может быть удовлетворительно объяснена наличием антиволноводного эффекта в исследуемых BeMgZnSe/ZnCdSe лазерах, который вследствие локального снижения показателя преломления, обусловленного в свою очередь, относительно высокими значениями пороговой плотности тока и специфическим поведением усиления, подавляет диссипатовное ограничение световой волны (gain-guided) и способствует выжиманию света из середины к границам прокачиваемой области,

В ходе мощностных экспериментов продемонстрирована устойчивая работа лазерного диода с выходной мощностью 200 мВт в квазинепрерывном режиме, что является абсолютным рекордом на данный момент для подобного класса соединений.

В четвертой главе обсуждаются особенности температурных зависимостей люминесцентных параметров инжекционных АЗВ5 лазерных гетероструктур на основе квантовораз-мерной активной области.

В первом параграфе обсуждается температурное поведение пороговой плотности тока для (ln,Ga,AI)As лазеров на основе гетероструктур, выращенных на GaAs подложке.

Продемонстрировано, что во всем диапазоне температур наблюдения вынужденная излучательная рекомбинации в лазерных структурах осуществляется через основное, локализованное в активной области, состояние для носителей, что подтверждается линейной зависимостью длины волны излучения генерации в интервале 77 + 300 К.

Показано, что для лазеров на основе наноостровковой активной области зависимость J», от температуры состоит, по крайней мере, из трех участков в диапазоне 77 + 300 К. Первый участок, обычно имеющий место в интервале 77+125 К, может характеризоваться относительно горизонтали различными наклонами и, в подавляющем большинстве случаев, описывается отрицательными значениями характеристической температуры. Подобное поведение температурной зависимости Jth никогда ранее не наблюдалось в лазерных структурах на основе соединений АЗВ5 и является одной из отличительных особенностей люминесцентных характеристик гетероструктур с активной областью квазинулевой размерности. Рассматривается, что этот участок может быть связан с изменением распределения инжектированных носителей в нанообъектах от неравновесного при низких температурах к равновесному при высоких.

Обсуждается, что в диапазоне 100 + 300 К сверхлинейный температурный рост пороговой плотности тока и наличие температуры (точка перегиба), при которой наблюдается ее резкое возрастание, может быть описан суммарным влиянием температурно-зависимых бе-зызлучательной рекомбинации и делокализации носителей из активной области, приводящих к экспоненциальному снижению эффективности излучательных процессов в исследуемых структурах.

Демонстрируется, что использование нескольких слоев (ln,Ga)As квантовых точек в матрице AIGaAs, позволяет значительно подавить термический выброс носителей, за счет

увеличения энергетического расстояния между уровнем квантовых точек и уровнем смачивающего слоя. Это в свою очередь обуславливает высокую температурную стабильность пороговой плотности тока, описываемую значениями характеристической температуры То = 430 К, что превосходит теоретический предел для лазеров на основе квантовых ям.

Второй параграф посвящен исследованию эффективности излучательной рекомбинации в (1п,Са)Аз/(А1,Са)А5ЛЗаАз лазерных структурах и ее характерным особенностям при изменении температуры наблюдения.

Применение оригинальной методики создания и измерения экспериментальных образцов позволило разделить и рассмотреть отдельно спонтанные и вынужденные процессы излучения в широком диапазоне температур и токов накачки. Для количественной оценки эффективности спонтанной рекомбинации за основу брался тот факт, что при сверхнизких, гелиевых температурах все инжектированные носители рекомбинируют излучательно, и, т.к. эффективность этого процесса практически не меняется в широком температурном диапазоне (вплоть до 90 К) можно заключить, что эффективность спонтанной излучательной рекомбинации при азотных температурах составляет 100%. Такое нормирование позволяет оценить максимально достижимое значение эффективности спонтанной излучательной рекомбинации при комнатной температуре и температурную зависимость этого значения. Численные оценки этой характеристики при комнатной температуре показывают, что порядка 40 % инжектированных носителей рекомбинирует излучательно, причем сопоставление спектральных и температурных измерений наглядно демонстрирует преимущественное протекание этого процесса через состояния в активной области.

Проведенный анализ температурных зависимостей эффективности спонтанной излучательной рекомбинации показывает их сверхлинейный спад при увеличении температуры наблюдения, который имеет несколько участков подобно температурной зависимости пороговой плотности тока и является прямым следствием усиления с температурой безызлуча-тельной рекомбинации.

Обсуждается, что при температурах не более 80 К безызпучательные процессы практически не проявляются, и внутренний квантовый выход вынужденного излучения составляет величину лорччка 100 %. Уменьшение локализации носителей при увеличении температуры от азотной до комнатной приводит к снижению внутреннего квантового выхода генерации до 50% и до 65 % для островков помещенных в СаАв и АЮаАэ матрицу, соответственно, характеризуясь при этом линейно спадающей зависимостью.

В третьем параграфе рассмотрены инжекционные лазеры на основе 1пАз квантово-размерных островков, сформированных в 1пЗаАв матрице, решеточно согласованной к подложке 1пР.

Показано, что применение соединений с фосфором (1пР подложка) сильно модифицирует энергетический спектр состояний, локализованных в квантоворазмерных островках ¡пАв, помещенных в матрицу (1п,Са)А5, что позволяет значительно расширить потенциально достижимый оптический диапазон излучения полупроводниковых лазеров, на основе кван-торазмерных гетероструктур, и продлить его в инфракрасную область вплоть до 1.9 мкм.

Для подобных структур впервые удалось продемонстрировать лазерную генерацию на длине волны 1.9 мкм с пороговой плотностью тока 11 А/см2 при 77 К, что является наи-

меньшим из когда-либо сообщенных значений Jj, для всех видов полупроводниковых лазеров и температур наблюдения.

Проведенный температурный анализ спектров электролюминесценции исследуемых InAs/lnGaAs/lnP экспериментальных образцов в широком интервале токов накачки продемонстрировал тот факт, что положение пика длины волны излучения на пороге генерации и выше, в точности соответствует максимуму спектра спонтанного излучения, измеренного на токах ниже порогового - (0.2 + 0.9) * Jj,, в отличие от InGaAs/GaAs структур, в которых линия генерация обычно наблюдается на длинноволновом склоне спектра и на несколько нанометров (~ 40 нм при комнатной температуре) сдвинута относительно вышеупомянутого максимума.

Анализ зависимости обратной т^« от длины лазерного резонатора позволил определить величины внутренней квантовой эффективности и внутренних потерь, которые при 77 К составили 40% и 1 см"1, соответственно. Увеличение температуры приводит к снижению эффективности вынужденных процессов и при 150 К только 10 % носителей дают вклад в излучение лазерной генерации. При этом в диапазоне температур 77 + 150 К зависимость характеризуется линейным спадом. Внутренние же модальные потери остаются постоянными на уровне одного обратного сантиметра и являются наглядным доказательством хорошего внутреннего совершенства первых лазерных низкоразмерных структур в системе InAs/lnGaAs, выращенных на подложке InP.

В параграфе показано, что начиная со 100 К, вследствие неэффективного электронного ограничения эмиттерными (InAIAs и InP) слоями происходит заметная делокализация носителей из островков, что проявляется в катастрофическом росте пороговой плотности тока с увеличением температуры наблюдения. В терминах характеристической температуры эта зависимость описывается параметром Т0 = 25 К; при этом наибольшая температура, при которой наблюдалась лазерная генерация составила 200 К.

Обсуждается, что проблема термического выброса может быть решена за счет использования более широкозонного четверного раствора InGaAIAs в качестве материала матрицы, по аналогии с подходом реализованным для лазерных структур, выращиваемых на подложках GaAs.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Использование активной области квазинулевой размерности в системах АЗВ5 и А2В6 для создания полупроводниковых инжекционных лазеров позволяет значительно улучшить их выходные излучательные характеристики;

2. Использование сверхтонких CdSe вставок в матрице ZnSe для создания дробно-монослойной активной области BeMgZnSe/ZnCdSe лазеров приводит к эффективному пространственному разделению областей излучательной рекомбинации и областей скопления дефектов и, как результат, повышение эффективности процессов излучательной рекомбинации;

3. Эффективная пространственная локализация неравновесных носителей в самоорганизующихся CdSe нанообъектах позволяет увеличить в низкоразмерных сине-зеленых ин-

жекционных лазерах внутренний квантовый выход вынужденного излучения до 40 % при комнатной температуре;

4. Созданные с использованием халькогенидов бериллия, сине-зеленые лазерные диоды обладают улучшенной деградационной устойчивостью и характеризуются увеличенным временем жизни, что позволяет реализовать их устойчивую работу в одномодовом режиме с выходной мощностью 200 мВт при квазинепрерывной накачке;

5. Использование (1п,Са)Аз упорядоченных трехмерных островков, помещенных в матрицу (1п,ва,А1)Аз и выращенных на подложках СаАв, 1пР, в активной области инжекционных лазеров, позволяет за счет модификации энергетического спектра перекрыть диапазон достигаемых длин волн 0.85-5-2 мкм;

6. Высокая пороговая плотность (1 кА/см2) тока в лазерах с одним слоем 1пАз наноостров-ков объясняется мощной делокализацией инжектированных носителей из активной области. Увеличение числа слоев квантоворазмерных островков привело к увеличению энергии локализации неравновесных носителей и, как результат, к уменьшению пороговой плотности тока до 300 А/см2 (для 3 слоев) и до 100 А/см2 (для 10 слоев). Одновременно была увеличена и дифференциальная квантовая эффективность, соответственно, с 30 % до 50 %;

7. Использование более широкозонного твердого раствора АЮаАэ вместо СаАэ в качестве матрицы квантовых точек позволило значительно снизить пороговую плотность тока до 62 А/см2 и поднять эффективность вынужденного излучения до 65 % при комнатной температуре за счет предотвращения термического выброса носителей из квантоворазмерных островков. Кроме того, это привело к увеличению диапазона температурной стабильности пороговой плотности тока до значений характеристической температуры Т0 = 430 К;

8. Пороговая плотность тока в (1п,ва)А8/АЮаА8 низкоразмерных лазерных гетерострукту-рах может быть снижена до 15 А/см2 при комнатной температуре без качественного изменения внутренней структуры и состава слоев за счет снижения общего уровня безыз-лучательных потерь и повышения квантовой эффективности;

9. В (1п,Оа)Ав/(А1,Са)Ав структурах, выращенных на ваЛв и 1пР подложках, в широком диапазоне температур (вплоть до комнатной) и во всем диапазоне плотностей порогового тока лазерная генерация происходит через состояния, локализованные в наноостровках. Явным доказательством этого является наличие монотонного характера зависимости длины волны излучения лазерной генерации от температуры;

10. Наличие температурной зависимости пороговой плотности тока в лазерах с активной областью на основе (1п,Са)Аз квантоворазмерных островков обусловлено температурным ростом безызлучательных процессов и снижением эффеетивностей спонтанной и вынужденной рекомбинации. Внутренние модальные потери не проявляют сильной зависимости от температуры и составляют 7 см"1 и 1 ом"1 для структур, выращенных на СаАв и 1пР подложках, соответственно;

11. Реализована лазерная генерация на длине волны 1.9 мкм с пороговой плотностью тока 11 А/см2 при 77 К в структуре с активной областью на основе квантоворазмерных InAs островков в матрице (ln,Ga)As, выращенной на подложке InP.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, N.N.Ledentsov, M.V.Maximov, P.S.Kop'ev, Zh.l.Alferov. Vertically coupled quantum dot lasers: first device oriented structures with high internal quantum efficiency // Jpn. J. Appl. Phys.,

1997, v.36(6B), Part 1, p.4219.

2. С.В.Зайцев, Н.Ю.Гордеев, В.И.Копчатов, А.М.Георгиевский, В.М.Устинов, А.Е.Жуков, А.Ю.Егоров, А.Р.Ковш, Н.Н.Леденцов, П.С.Копьев, Д.Бимберг, ЖИАпферов. Лазеры на квантовых точках: основные компоненты пороговой плотности тока // Физика и Техника Полупроводников, 1997, т.31(9), с.1106.

3. S.V.Zaitsev, A.M.Georgievski, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, A.R.Kovsh, N.N.Ledentsov, P.S.Kop'ev, Zh.l.Alferov, D.Bimberg, G.S.Buller, I.Gontijo. Room temperature multi-stacked quantum dot lasers: basic components of threshold current density // Proc. CLEO Pacific Rim'97, Chiba, Japan, 1997, p.60.

4. A.E.Zhukov, V.M.Ustinov, A.Yu.Egorov, A.R.Kovsh, A.F.Tsatsul'nikov, M.V.Maximov, N.N.Ledentsov, S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, Yu.M.Shernyakov, P.S.Kop'ev, D.Bimberg, and Zh.l.Alferov. Injection lasers based on InGaAs quantum dots in an AlGaAs matrix// J. Electronic Materials, 1998, v.27(3), p.106.

5. V.I.Kopchatov, S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, A.Yu.Egorov, A.R.Kovsh, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, and P.S.Kop'ev. Radiative characteristics of InAs/lnGaAs/lnP quantum dot Injection lasers // Proc. Int. Symp. Nanostructures: Physics and Technology, St.Petersburg, Russia,

1998, p.402.

6. V.I.Kopchatov, S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, A.R.Kovsh, and P.S.Kop'ev. Semiconductor injection quantum dot laser: temperature dependence of radiative recombination II Proc. Int. Workshop NDTCS-98, St.Petersburg, Russia, 1998, A8.

7. S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, P.S.Kop'ev. Multi-stacked InAs/lnGaAs/lnP quantum dot laser (J№=11A/cm2, >.=1.9 цш (T=77K))//Jpn. J. Appl. Phys.,1999, v.38(1B), Part 1, p.601.

8. A.E.Zhukov, V.M.Ustinov, A.Yu.Egorov, A.R.Kovsh, S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, N.N.Ledentsov, A.F.Tsatsul'nikov, B.V.Volovik, P.S.Kop'ev. Low-threshold quantum dot injection laser emitting at 1.9 цт II Proc. Conf. on Semiconducting and Insulating Materials, Berkeley, USA, 1998, Fr.2.1.

9. А.Е.Жуков, А.Ю.Егоров, А.Р.Ковш, В.М.Устинов, С.В.Зайцев, Н.Ю.Гордеев, В.И.Копчатов, А.В.Лунев, А.Ф.Цацульников, Б.В.Воловик, Н.Н.Леденцов, П.С.Копьев. Исследование приборных характеристик низкопорогового лазера на квантовых точках, излучающего на 1.9 мкм // Физика и Техника Полупроводников, 1998, т.32(7), с.892.

10. S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, A.R.Kovsh, and P.S.Kop'ev. Vertically coupled quantum dot injection laser grown on InP (100) substrate // Proo. CLEO®/Europe-EQEC'98, Glasgow, UK, 1898, p.48.

11. V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, A.R.Kovsh, S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, N.N.Ledentsov, A.F.Tsatsul'nikov, B.V.Volovik, P.S.Kop'ev, Z.I.AIferov, S.S.Ruvimov, Z.Litiental-Weber and D.Bimberg. Low threshold quantum dot injection laser emitting at 1.9 pm // Electronics Letters, 1998, v. 34(7), p.670.

12. A.E.Zhukov, A.R.Kovsh, V.M.Ustinov, A.Yu.Egorov, N.N.Ledentsov, A.F.Tsatsul'nikov, M.V.Maximov, Yu.M.Shemyakov, V.I.Kopchatov, A.V.Lunev, P.S.Kop'ev, D.Bimberg, Zh.lAlferov. Gain characteristics of quantum dot injection lasers // Semiconductor Science and Technology, 1999, v. 14(1), p.118.

13. V.I.Kopchatov, N.Yu.Gordeev, S.V.Ivanov, P.S.Kop'ev, H.-J.Lugauer, G.Reuscher, A.Waag, G.Landwehr. Peculiarities of Radiative Recombination in BeMgZnSe/ZnCdSe Injection Lasers // Proc. Int. Symp. Nanostructures: Physics and Technology, St.Petersburg, Russia, 1999, p.146.

14. V.I.Kopchatov, N.Yu.Gordeev, L.Ya.Karachinsky, P.S.Kop'ev, I.I.Novikov, V.M.Ustinov and S.V.Zaitsev. Low-threshold injection quantum dot laser: carriers escape and non-radiative recombination // Proc. Int. Conf. for Young Scientists on Laser Optics (LO-YS'2000), St.Petersburg, Russia, 2000, ThS4-05, p.99.

15. С.В.Зайцев, Н.Ю.Гордеев, L.A.Graham, В.И.Копчатов, Л.Я.Карачинский, И.И.Новиков, D.L.Huffaker, П.С.Копьев. Сверхизлучение в полупроводниках // Физика и техника полупроводников, 1999, т.33(12), с. 1456.

16. S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, L.Ya.Karachinsky, V.I.Kopchatov, I.I.Novikov, I.S.Tarasov, NA.Pikhtin, V.M.Ustinov, and P.S.Kop'ev. Collective Resonance and Form-Factor of Homogeneous Broadening In Semiconductors//Appl. Phys. Lett., 2000, v.76(18), p.2514,

17. Н.Ю.Гордеев, С.В.Зайцев, В.И.Копчатов, Л.Я.Карачинский, И.И.Новиков, В.М.Устинов, П.С.Копьев. Рассмотрение неоднородного уширения излучения гетероструктур на квантовых точках в рамках модели сверхизлучения // Письма в журнал технической физики, 2000, т.26(6), с.78.

18. V.I.Kopchatov, N.Yu.Gordeev, N.D.II'inskaja, S.V.Ivanov, P.S.Kop'ev, H.-J.Lugauer, G.Reuscher, A.Waag, G.Landwehr. Electroluminescence study of green Be-contained ll-VI lasers // Proc. Int. Symp. Nanostructures: Physics and Technology, St.Petersburg, Russia, 2000, p.27.

19. V.I.Kopchatov, N.Yu.Gordeev, LYa.Karachinsky, P.S.Kop'ev, I.I.Novikov, V.M.Ustinov and S.V.Zaitsev. Quantum dot laser heterostructures: electroluminescent investigation // Int. School and Workshop "Nanotubes and Nanostructures 2000", Santa Margherita di Pula, Italy, 2000.

20. V.I.Kopchatov, N.Yu.Gordeev, L.Ya.Karachinsky, P.S.Kop'ev, I.I.Novikov, V.M.Ustinov and S.V.Zaitsev. Electroluminescence study of low-threshold quantum dot laser // EURESCO Conf. on fundamental aspects of surface science, Castelvechio Pascoli, Italy, 2000.

Содержание.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и обзор литературы.

1.1. Параметры излучательной рекомбинации, характеризующие работу полупроводникового инжекционного лазерного диода.

1.2. Преимущества лазеров на основе активной области квазинулевой размерности.

1.3. Молекулярно-пучковая эпитаксия для роста квантоворазмерных гетероструктур и способы создания квантоворазмерных систем.

Глава 2. Особенности технологии формирования лазерных гетероструктур пониженной размерности.

2.1. Лазерные структуры с массивами квантоворазмерных (ln,Ga)As островков в матрице (AI,Ga)As, выращенные на подложках GaAs и InP.

2.2. А2В6 наноструктуры со сверхтонкими дробно-монослойными вставками CdSe в ZnSe матрице.

Глава 3. Люминесцентные характеристики инжекционных лазерных гетероструктур.

3.1. Особенности подготовки образцов и проведения экспериментов.

3.2. Пороговые и дифференциальные характеристики (ln,Ga,AI)As инжекционных лазеров.

3.3. Сине-зеленые лазеры на основе халькогенидов бериллия с дробно-монослойной активной областью.

Глава 4. Температурные зависимости параметров излучательной рекомбинации низкоразмерных лазерных АЗВ5 структур.

4.1. Температурная зависимость пороговой плотности тока (ln,Ga,AI)As лазеров на основе гетероструктур, выращенных на GaAs подложке.

4.2. Эффективность вынужденной и спонтанной излучательной рекомбинации.

4.3. Лазеры на основе гетероструктур с квантоворазмерными островками в системе InAs/lnGaAs/lnP.

С момента создания первых лазерных источников, полупроводники, как рабочее тело для лазеров, привлекли к себе особое внимание, во-первых, возможностью создания лазеров в широком диапазоне длин волн -от далекой инфракрасной области до ультрафиолетового диапазона, во-вторых, возможностью достижения больших значений КПД, близких к 100%, и в-третьих, компактностью и простотой конструкции лазерного диода. Эти возможности обусловлены как высокой концентрацией активных центров в полупроводниковом кристалле, так и особенностями их энергетической зонной структуры, обуславливающей значительно более широкий диапазон энергий для оптических переходов, чем, например, в обычных газовых лазерах, для которых характерны узкополосные дискретные переходы.

Возможность управления выходными излучательными характеристиками путем изменения таких внешних параметров как температура, давление, напряженность магнитного поля и других делает полупроводниковые лазеры (ПЛ) незаменимыми техническими устройствами и уникальными физическими объектами.

Экономичность, малые размеры и простота устройства промышленно выпускаемых сейчас лазерных диодов во многом обуславливают их дешевизну и коммерческую доступность среди лазеров всех прочих типов.

За последнее время инжекционные ПЛ получили широкое распространение в различных устройствах обработки информации, дальномерах и локационных системах, в системах волоконно-оптической связи, они также интенсивно используются для решения многих медицинских задач.

Однако реализация упомянутых преимуществ возможна только в оптимальных, с точки зрения конструкции, лазерных диодах, обладающих высокой эффективностью излучательных процессов, создание и изучение которых при постоянном улучшении их люминесцентных параметров является и на сегодняшний день актуальной исследовательской задачей, определяющей дальнейшее практическое применение ПЛ.

По аналогии с тем, как в свое время открытие гетероперехода инициировало активные теоретические и практические исследования полупроводниковых лазерных диодов во всем мире, в настоящее время необходимость применения гетероструктур пониженной размерности с латеральными размерами активной области порядка длины волны де Бройля носителей в материале, представляется наиболее перспективной с точки зрения расширения возможностей полупроводниковых инжекционных лазеров. В подобных гетероструктурах вследствие пространственного ограничения инжектированных носителей проявляются эффекты размерного квантования и, как результат, осуществляется качественное видоизменение картины плотности состояний. В предельном случае носители заряда ограничены во всех трех направлениях и модификация электронных свойств выражена наиболее отчетливо.

Теоретические расчеты прогнозируют для лазеров на основе нульмерной активной области низкое значение пороговой плотности тока и ее высокую температурную стабильность, увеличение скорости модуляции и достижение более узких спектров оптического усиления.

Несмотря на то, что на практике приходится иметь дело с реальными объектами, свойства которых несколько отличаются от теоретически предсказанных (как обычно и бывает, когда появляется новый класс лазеров), использование наноостровковой активной области уже сейчас позволяет создавать принципиально новый класс полупроводниковых лазеров со значительно улучшенными характеристиками и преобладающими над свойствами лазеров на квантовых ямах.

К началу данной работы была предложена и осуществлена технология выращивания лазерных гетероструктур с активной областью на основе кван-товоразмерных островков. Нанообъекты формировались в результате роста полупроводников с различающимися параметрами кристаллической решетки (InAs/GaAs, CdSe/ZnSe и др.) при соблюдении условия псевдоморфной гете-роэпитаксии, когда критическая толщина образования дислокаций несоответствия, превосходит критическую толщину, соответствующую началу ост-ровкового роста.

В системе материалов (ln,Ga)As/GaAs была продемонстрирована лазерная генерация при комнатной температуре, но вместе с тем отсутствовали исследования механизмов внутренних утечек, особенностей температурных зависимостей пороговой плотности тока и спектров излучения, знание которых позволяет выработать практические рекомендации по конструктивному улучшению лазерных диодов с целью достижения большей эффективности лазерных процессов.

Незначительное время жизни сине-зеленых лазеров в системе А2В6 (несколько секунд), вследствие их катастрофически быстрой деградации, не позволяло изучать свойства подобных структур и данные по исследованию излучательной рекомбинации в них отсутствовали вообще.

Целью данной работы являлось повышение эффективности излучательной рекомбинации в низкоразмерных полупроводниковых лазерных гетер оструктурах при помощи детального исследования их электролюминесцентных параметров.

Для достижения указанной цели решался следующий комплекс задач:

1. Практическая реализация методик электролюминесцентного исследования процессов излучательной рекомбинации в полупроводниковых лазерах на основе низкоразмерных гетероструктур;

2. Исследование приборных характеристик инжекционных лазеров пониженной размерности;

3. Выявление особенностей спонтанной и вынужденной излучательной рекомбинации в лазерах на основе гетероструктур с активной областью квазинулевой размерности;

4. Исследование влияния температуры на основные характеристики кванто-воразмерных лазерных гетероструктур;

5. Выработка и практическая реализация рекомендаций по оптимизации параметров гетероструктур с целью улучшения выходных излучательных характеристик полупроводниковых лазерных диодов.

Приоритет представляемой работы состоит, во-первых, в самом выборе объекта для исследования - нового поколения полупроводниковых лазерных диодов, излучающих в чрезвычайно важных с практической точки зрения областях: инфракрасный диапазон (лазеры на основе соединений АЗВ5) и сине-зеленая область видимой части спектра (лазеры на основе соединений А2В6). Во-вторых, проведенные исследования являются пионерскими в данной области и полученные результаты обсуждаются впервые.

Практическая значимость работы:

Исследование излучательной рекомбинации в полупроводниковых ин-жекционных лазерах методами электролюминесценции дает информацию об эффективности процессов накачки, преобразования и выхода полезного излучения.

Изучение температурных особенностей основных излучательных параметров позволило выработать практические рекомендации по улучшению приборных характеристик инжекционных лазеров на основе квантоворазмер-ных гетероструктур.

Анализ полученных результатов позволил создать серию низкоразмерных гетероструктур и лазерных диодов на их основе с улучшенными ватт-амперными и спектральными характеристиками. Впервые показано, что использование более широкозонной в сравнении с GaAs матрицы AIGaAs позволяет значительно подавить термическое обеднение состояний квантовых точек при комнатной температуре, являющейся основной причиной термической деградации лазерных характеристик на их основе. Вызванное этим улучшение локализации неравновесных носителей позволило получить рекордно низкую пороговую плотность тока 62 А/см2 при комнатной температуре.

Исследования механизмов внутренних утечек из состояний квантово-размерных островков в (ln,Ga,AI)As лазерных гетероструктурах показали возможность снижения пороговой плотности тока при комнатной температуре до значений порядка 15 А/см2.

Впервые исследованы структурные и оптические свойства InAs нано-объектов в матрице InGaAs на подложках InP и при низких температурах (77 К) реализована низкопороговая лазерная генерация при пороговом токе 11 А/см2 на длине волны 1.9 мкм, что является наименьшим значением пороговой плотности тока при наибольшей длине волны излучения, когда-либо опубликованных для инжекционных лазеров на основе гетероструктур квазинулевой размерности.

Впервые удалось синтезировать квантоворазмерные островки CdSe в активной области BeMgZnSe/ZnCdSe лазерных гетероструктур (сине-зеленый диапазон видимой части спектра) и провести детальное исследование инжекционных лазеров на их основе. Реализация в гетероструктурах новой конструкции дробно-монослойной области рекомбинации позволила создать инжекционные сине-зеленые лазеры, обладающие увеличенным временем жизни и впервые осуществить устойчивую квазинепрерывную работу с рекордно высокой выходной мощностью 200 мВт.

К защите представляются следующие научные положения:

1. Использование нескольких слоев квантоворазмерных островков (ln,Ga)As, помещенных в матрицу (AI,Ga)As в качестве активной области полупроводниковых инжекционных лазеров позволяет за счет увеличения энергии локализации неравновесных носителей снизить абсолютную величину пороговой плотности тока при комнатной температуре до 62 А/см2 и увеличить диапазон ее температурной стабильности до значений характеристической температуры Т0 = 430 К.

2. Применение фосфида индия в качестве подложки для роста лазерных ге-тероструктур сильно модифицирует энергетический спектр состояний, локализованных в квантоворазмерных островках InAs, помещенных в матрицу (ln,Ga)As и позволяет создавать инжекционные лазеры, излучающие на длине волны 1.9 мкм с рекордно низкими значениями пороговой плотности тока в 11 А/см2 при 77 К.

3. Использование оригинальной конструкции квантоворазмерных гетерост-руктур на основе системы материалов (Be,Mg,Zn,Cd)Se позволяет создавать инжекционные сине-зеленые лазеры, обладающие увеличенным временем жизни, за счет пространственного разделения дефектных областей и областей излучательной рекомбинации, которые демонстрируют устойчивую работу в с выходной мощностью 200 мВт при квазинепрерывной накачке.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях и симпозиумах: Международном симпозиуме по свойствам, получению и приборному применению структур на квантовых точках (Саппоро, Япония, ноябрь 1996 г., июнь 1998 г.); 39-й Международной конференции по электронным материалам (Форт Коллинс, США июнь 1997 г); Международной конференции CLEO

Pacific Rim'97 (Chiba, Japan, июль 1997 г.); Международных симпозиумах «Наноструктуры: Физика и технология» (СПб, июнь 1998 г., июнь 1999 г., июнь 2000 г.); 2-й Международной конференции "Nondestructive Testing and Computer Simulation in Science and Engineering" (СПб, июнь 1998 г.); 10-й Международной конференции по полупроводниковым и изолирующим материалам (Беркли, США, июнь 1998 г.); Международной конференции CLEO®/Europe-EQEC'98 (Глазго, Великобритания, сентябрь 1998 г.); 1-й Международной конференции для молодых ученых по Оптике Лазеров (СПб, июнь 2000 г); Международной школе по нанотрубкам и наноструктурам "Nanotubes & Nanostructures" (Santa Margherita di Pula, Italy, сентябрь 2000 г.); Международной конференции (EURESCO) по фундаментальным аспектам науки о поверхности (Castelvechio Pascoli, Italy, октябрь, 2000 г.).

По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ [154156, 159-175], в том числе 11 статей и 9 тезисов докладов на международных научных конференциях.

Заключение

В ходе диссертационной работы были получены следующие основные результаты:

1. Использование активной области квазинулевой размерности в системах АЗВ5 и А2В6 для создания полупроводниковых инжекционных лазеров позволяет значительно улучшить их выходные излучательные характеристики;

2. Использование сверхтонких CdSe вставок в матрице ZnSe для создания дробно-монослойной активной области BeMgZnSe/ZnCdSe лазеров приводит к эффективному пространственному разделению областей излучательной рекомбинации и областей скопления дефектов и, как результат, повышение эффективности процессов излучательной рекомбинации;

3. Эффективная пространственная локализация неравновесных носителей в самоорганизующихся CdSe нанообъектах позволяет увеличить в низкоразмерных сине-зеленых инжекционных лазерах внутренний квантовый выход вынужденного излучения до 40 % при комнатной температуре;

4. Созданные с использованием халькогенидов бериллия сине-зеленые лазерные диоды обладают улучшенной деградационной устойчивостью и характеризуются увеличенным временем жизни, что позволяет реализовать их устойчивую работу в одномодовом режиме с выходной мощностью 200 мВт при квазинепрерывной накачке;

5. Использование (ln,Ga)As упорядоченных трехмерных островков, помещенных в матрицу (ln,Ga,AI)As и выращенных на подложках GaAs, InP, в активной области инжекционных лазеров, позволяет за счет модификации энергетического спектра перекрыть диапазон достигаемых длин волн 0.85 -г- 2 мкм;

6. Высокая пороговая плотность (1 кА/см2) тока в лазерах с одним слоем InAs наноостровков объясняется мощной делокализацией инжектированных носителей из активной области. Увеличение числа слоев квантово-размерных островков привело к увеличению энергии локализации неравновесных носителей и, как результат, к уменьшению пороговой плотности тока до 300 А/см2 (для 3 слоев) и до 100 А/см2 (для 10 слоев). Одновременно была увеличена и дифференциальная квантовая эффективность, соответственно, с 30 % до 50 %;

7. Использование более широкозонного твердого раствора AIGaAs вместо GaAs в качестве матрицы квантовых точек позволило значительно снизить пороговую плотность тока до 62 А/см2 и поднять эффективность вынужденного излучения до 65 % при комнатной температуре за счет предотвращения термического выброса носителей из квантоворазмерных островков. Кроме того, это привело к увеличению диапазона температурной стабильности пороговой плотности тока до значений характеристической температуры То = 430 К;

8. Пороговая плотность тока в (ln,Ga)As/AIGaAs низкоразмерных лазерных гетероструктурах может быть снижена до 15 А/см2 при комнатной температуре без качественного изменения внутренней структуры и состава слоев за счет снижения общего уровня безызлучательных потерь и повышения квантовой эффективности;

9. В (ln,Ga)As/(AI,Ga)As структурах, выращенных на GaAs и InP подложках, в широком диапазоне температур (вплоть до комнатной) и во всем диапазоне плотностей порогового тока лазерная генерация происходит через состояния, локализованные в наноостровках. Явным доказательством этого является наличие монотонного характера зависимости длины волны излучения лазерной генерации от температуры;

10. Наличие температурной зависимости пороговой плотности тока в лазерах с активной областью на основе (ln,Ga)As квантоворазмерных островков обусловлено температурным ростом безызлучательных процессов и снижением эффективностей спонтанной и вынужденной рекомбинации. Внутренние модальные потери не проявляют сильной зависимости от температуры и составляют 7 см"1 и 1 см"1 для структур, выращенных на GaAs и InP подложках, соответственно;

11. Реализована лазерная генерация на длине волны 1.9 мкм с пороговой о плотностью тока 11 А/см при 77 К в структуре с активной областью на основе квантоворазмерных InAs островков в матрице (ln,Ga)As, выращенной на подложке InP.

В заключении хотелось бы поблагодарить моего научного руководителя к.т.н. В.В.Лобачева за постоянный интерес и помощь на всех этапах подготовки данной работы, чьи советы и рекомендации во многом способствовали успешному завершению диссертационной работы.

Отдельное спасибо хочется выразить к.ф.-м.н. С.В.Зайцеву за дружескую поддержку и помощь на ранних стадиях написания работы.

Также хочу поблагодарить за поддержку и посильную помощь моих коллег Н.Ю.Гордеева, A.M.Георгиевского, Л.Я.Карачинского, И.И.Новикова, С.В.Иванова, С.В.Сорокина, В.М.Устинова.

1. Ж.И. Алферов. История и будущее полупроводниковых гетероструктур 1. Физика и техника полупроводников, 1998, т. 32(1), с.З.

2. Х.Кейси, М.Паниш. Лазеры на гетероструктурах: в 2 т., М., Мир, 1981.

3. P.S.Zory, Jr. Quantum Well Lasers. Academic Press, Inc. 1993.

4. П.Г.Елисеев Введение в физику инжекционных лазеров. М., Наука, 1983.

5. О.В.Богданкевич, С.А.Дарзнек, П.Г.Елисеев. Полупроводниковые лазеры. М., Наука, 1976.

6. R.N.Hall, G.E.Fenner, J.D.Kingsley, T.J.Soltys, R.O.Carlson. Coherent light Emission from GaAs junctions // Phys. Rev. Lett., 1962, v.9, p.366.

7. M.I.Nathan, W.P.Dumke, G.Burns, F.H.Dill, Jr., G.J.Lasher. Stimilated emission of radiation from GaAs p-n-junctions//Appl. Phys. Lett., 1962, v.1, p.62.

8. N.Holonyak, Jr., S.F.Bevacqua. Coherent (visible) light emission from Ga(As1. XPX) junctions//Appl. Phys. Lett., 1962, v.1, p.82.

9. В.С.Багаев, Н.Г.Басов, Б.М.Вул, Б.Д.Копыловский, О.Н.Крохин, Ю.М.Попов, Е.П.Маркин, А.Н.Хвощев, А.П.Шотов. Полупроводниковый квантовый генератор на р-п-переходе в GaAs II ДАН СССР, 1963, т.150, с.275.

10. W.E.Engeler, M.Gartinkel. Characteristics of a continuous high power GaAs junction laser//J. Appl. Phys. 1964, v.35, p.1734.

11. H.M.Ciftan, P.P.Debye. On the parameters which affect the CW output of GaAs lasers // Appl. Phys. Lett., 1965, v.6, p.120.

12. П.Г.Елисеев, В.П.Страхов. Полупроводниковый квантовый генератор непрерывного действия с выходной мощностью в несколько ватт // Журнал технической физики, 1970, т.40, с. 1564.

13. Ю.А.Дрожбин, Ю.П.Захаров, В.В.Никитин. Генерация ультракоротких световых импульсов на ПКГ на GaAs // письма в журнал экспериментальной и теоретической физики, 1967, т.5, с. 180.

14. В.Д.Курносов, А.А.Плешков, Л.А.Ривлин. Динамика излучения полупроводниковых квантовых генераторов // Труды IX Международной конференции по физике полупроводников, 1969, Ленинград, Наука, т.1, с.582.

15. D.F.Nelson, M.Gershenzon, A.Ashrin. Band-filling model for GaAs injection luminescence //Appl. Phys. Lett., 1963, v.2, p.182.

16. В.С.Багаев, Ю.Н.Берозашвили, Б.М.Вул. О механизме рекомбинационного излучения арсенида галлия // Физика твердого тела, 1964, т.6, с. 1399.

17. J.C.Dyment, L.A.D'Asaro. Continuous operation of GaAs injection lasers on diamond heat sink at 200 К//Appl. Phys. Lett., 11(9), 292 (1967).

18. Ж.И.Алферов, Р.Ф.Казаринов. // Авторское свидетельство, СССР, 1963, №28448.

19. H.Kroemer. A proposed class of heterojunction injection lasers // Proc. IEEE, 1963, v.51, p.1782.

20. Ж.И.Алферов, В.М.Андреев, В.М.Королько. Когерентное излучение в эпитаксиальных структурах с гетероперходом в системе AlAs-GaAs // Физика и техника полупроводников, 1968, т.2, с. 1545.

21. Ж.И.Алферов, В.М.Андреев, Е.Л.Портной, М.К.Туркан. Инжекционные лазеры на основе гетеропереходов в системе с низким порогом генерации при комнатной температуре // Физика и техника полупроводников, 1969, т.З, с. 1328.

22. W.T.Tsang. Extremely low threshold (AI,Ga)As graded-index waveguide separate confinement heterostructures lasers grown by molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Lett., 1982, v.40, p.217.

23. J.P. van derZiel, R.Dingle, R.C.Miller, W.Wiegmann, W.A.Nordland. Laser oscillation from quantum states in very thin GaAs-AI0.2Ga0.eAs // J. Appl. Phys. Lett., 1975, v.26, p.463.

24. R.D.Dupuis, P.D.Dapkus, N.Holonyak, E.A.Rezek, R.Chin. Room-temperature laser operation of quantum well Gai-xAlxAs-GaAs laser diodes grown by meta-loorganic chemical vapour deposition //Appl. Phys. Lett., 1978, v.32, p.295.

25. N.Holonyak, Jr., R.M.Kolbas, R.D.Dupuis, and P.D.Dapkus. Quantum-well het-erostructure lasers II IEEE J. Quantum Electron., 1980, v.QE-16(2), p.170.

26. Ж.И.Алферов, Н.Ю.Антонишкис, И.Н.Арсеньев, Д.З.Гарбузов, В.И.Колышкин, Т.А.Налет, Н.А.Стругов, А.В.Тикунов. Квантоворазмерные InGaAsP/GaAs (Х = 0.86^-0.78 мкм) лазеры раздельного ограничения // Физика и техника полупроводников, 1988, т.6, с.1031.

27. Н.Ю.Антонишкис, И.Н.Арсеньев, Д.З.Гарбузов, В.И.Колышкин, А.Б.Комисаров, А.В.Кочерян, Т.А.Налет, Н.А.Стругов. Мощный непрерывный гетеролазер с диэлектрическим зеркалом // Письма журнал технической физики, 1988, т.14, с.699.

28. П.Г.Елисеев. Коммуникационные лазеры // Труды Физического института им. П.Н.Лебедева М., Наука, 1992, т.216, с.З.

29. S.Y.HU, D.B.Young, S.W.Corzine, A.C.Gossard, and L.A.Coldren. High efficiency and low threshold InGaAs/AIGaAs quantum well lasers // J. Appl. Phys., 1994, v.76, p.3932.

30. P.Blood. Heterostructures in semiconductor lasers // published in "Physics and technology of heterostructure devices", ed. D.V.Morgan and R.H.Williams, Peter Perigrinus, 1991, Chapter 7, p.231.

31. I.Hayashi. Heterostructure lasers // IEEE Trans. Electron. Dev., 1984, v.ED-31, p.1630.

32. D.Bimberg, M.Grundmann, N.N.Ledentsov. Quantum Dot heterostructures, John Wiley & Sons Ltd., 1998.

33. Y.Arakawa and H.Sakaki. Multidimensional quantum well laser and temperature dependence of its threshold current//Appl. Phys. Lett., 1982, v.40, p.939.

34. Y.Miyake, H.Hirayama, K.Kudo, S.Tamura, S.Arai, M.Asada, Y.Miyamoto, and Y.Suematsu. Room-temperature operation of GalnAs/GalnAsP/lnP SCH lasers with quantum-wire size active region // IEEE J. Quantum Electron., 1993. v.QE-29, No.6, p.2123.

35. Е.Кароп, M.Walther, J.Christen, M.Grundmann, C.Caneau, D.M.Hwang, E.Colas, R.Bhat, G.H.Song, and D.Bimberg. Quantum wire heterostructures for optoelectronic applications // Superlattice and Microstructures, 1992, v. 12, p.491.

36. I.Suemune and L.A.Coldren. Band-mixing effects and excitonic optical properties of GaAs quantum wire structures comparison with quantum wells // IEEE J. Quantum. Electron., 1988, v.QE-24, p.1778.

37. S.Tiwari and J.M.Woodall. Experimental comparison of strained quantum wire and quantum well laser characteristics//Appl. Phys. Lett., 1994, v.64, p.2211.

38. T.Yuasa, M.Ogawa, K.Ando, and H.Yonezu. Degradation of (AI,Ga)As DH lasers due to facet oxidation //Appl. Phys. Lett., 1978, v.32, p.119.

39. S.H.Xin, P.D.Wang, A.Yin, C.Kim, M.Dobrovollska, J.L.Merz, J.K.Furdyna. Formation of self-assembling CdSe quantum dots on ZnSe by molecular beam epitaxy//Appl. Phys. Lett, 1996, v.69(25), p.3884.

40. K.Nakano. Degradation Model for ll-VI Compounds Semiconductor Lasers // Proc.lnt. Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes, Eds. K.Onabe, K. Hiramatsu, K. Itaya, Y.Nakano, Chiba, Japan, 1998, p.395.

41. L.V.Asryan and R.A.Suris. Inhomogeneous line broadening and the threshold current density of a semiconductor quantum dot laser // Semicond. Sci. Tech-nol., 1996, v.11(4), p.554.

42. L.V.Asryan and R.A.Suris. Temperature dependence of the threshold current density of a quantum dot laser // IEEE J. Quantum. Electron., 1998, v.QE-34, p.851.

43. A.Y.Cho and J.R.Arthur. Molecular beam epitaxy // Progr. Solid State Chem., 1975, v.10(3), p.157.

44. A.Y.Cho. Morphology of epitaxial growth of GaAs by molecular beam method: the observation of surface structures // J. Appl. Phys., 1970, v.41(7), p.2780.

45. T.lrisawa, Y.Arima, and T.Kuroda. Periodic changes in the structure of a surface growing under MBE conditions // J. Cryst. Growth, 1990, v.99, pp.491.

46. S.M.Wang, T.G.Andersson, and P.M.J.Ekenstedt. Temperature dependent transition from two-dimensional to three-dimensional growth in highly strained lnxGai.xAs/GaAs (0.36 < x < 1) single quantum wells // Appl. Phys. Lett., 1992, v.61(26), p.3139.

47. N.Grandjean, J.Massies, and F.Raymond. Molecular beam epitaxy of InGaAs on GaAs(001) with and without surfactant action: a comparative study // Proc. European Workshop on MBE, Bardonecchia, Italy, 1993, PB4.

48. D.Saito, H.Yonezu, T.Kawai, M.Yokozeki, and K.Pak. Increase in critical thickness and optical emission range in (lnAs)1(GaAs)n strained short-period su-perlattices // Jpn. J. Appl. Phys., 1994, v.33(9A), p.L1205.

49. Ал.Л. Эфрос, А.Л.Эфрос. Межзонное поглощение света в полупроводниковом шаре // Физика и техника полупроводников, 1982, т.16(7), с.1209.

50. O.Brandt, L.Tapfer, K.PIoog, R.Bierwolf, M.Hohenstein, F.Phillipp, H.Lage, and A.Heberle. InAs quantum dots in a single-crystal GaAs matrix // Phys. Rev. B, 1991, v.44(15), p.8043.

51. G.D.Stucky, J.E.Mac Dougall. Quantum confinement and host/guest chemistry: probing a new dimension // Science, 1990, v.247(4943), p.669.

52. W.A.Saunders, P.C.Sercel, H.A.Atwater, and K.J.Vahala. Vapour phase synthesis of crystalline nanometer-scale GaAs clusters // Appl. Phys. Lett., 1992, v.60(8), p.950.

53. C.W.White, J.D.Budai, S.P.Withrow, J.G.Zhu, S.J.Pennycook, R.A.Zuhr, D.M.Hembree Jr., D.O.Henderson, R.H.Magruder, M.J.Yacaman,

54. G.Mondragon, S.Prawer. Encapsulated nanocrystals and quantum dots formed by ion beam synthesis // Proc. Conf. IBMM-96, USA, 1996.

55. R.K.Jain and R.C.Lind. Degenerate four-wave mixing in semiconductor-doped glasses // J. Opt. Soc. Am., 1983, v.73(5), p.647.

56. S.Y.Chou. Nanoimprint lithography and lithographically-induced self-assembling innovation methods for nanostructures manufacturing // EURESCO Conf. on fundamental aspects of surface science, Castelvechio Pascoli, Italy, 2000.

57. K.Thonke. Definition of semiconductor quantum structures by self-organizing polimer masks // EURESCO Conf. on fundamental aspects of surface science, Castelvechio Pascoli, Italy, 2000.

58. G.Yusa, H.Noge, Y.Kadoya, T.Someya, T.Suga, P.Petroff and H.Sakaki. Fabrication of 10-nanometer-scale GaAs dot structures by in situ selective gas etching with self-assembled InAs dots as a mask // Jpn. J. Appl. Phys., 1995, v.34(9B), Part 2, p.L1198.

59. D.Leonard, M.Krishnamurthy, C.M.Reaves, S.P.Denbaars and P.M.Petroff. Direct formation of quantum-size dots from uniform coherent islands of InGaAs on GaAs surfaces //Appl. Phys. Lett., 1993, v.63(23), p.3203.

60. J.M.Moison, F.Houzay, F.Barthe, L.Leprince, E.Andre, and O.Vatel. Self-organized growth of regular nanometer-scale InAs dots on GaAs // Appl. Phys. Lett., 1994, v.64(2), p.198.

61. M.Krishnamurthy, J.Drucker and J.A.Venable. Microstructural evolution during the heteroepitaxy of Ge on vicinal Si (100) // J. Appl. Phys., 1991, v.69(9), p.6461.

62. D. Schikora, S. Schwedhelm, D.J. As, K. Lischka, D. Litvinov, A. Rosenauer, D. Gerthsen, M. Strassburg, A. Hoffmann, D. Bimberg. Investigations on the Stranski-Krastanow Growth of CdSe Quantum Dots // Appl. Phys. Lett., 2000, v.76, p.418.

63. С.В.Иванов, А.А.Торопов, С.В.Сорокин, Т.В.Шубина, И.Д.Седова, П.С.Копьев, Ж.И.Алферов, А.Вааг, Х.Д.Лугауэр, Г.Решер, М.Кайм,

64. Ф.Фишер, Г.Ландвер. Сине-зеленые лазеры на основе ZnSe с новым типом активной области // Физика и техника полупроводников, 1999, т.ЗЗ, с.1115.

65. Э.Зенгуил. Рост кристаллов Физика поверхности М., Мир, 1990.

66. P.Chen, Q.Xie, A.Madhukar, L.Chen, and A.Konkar. Mechanisms of strained island formation in molecular beam epitaxy of InAs on GaAs(100) // J. Vac. Sci. Technol. B, 1994, v.12(4), p.2568.

67. H.Kitabayashi and T.Yano. Atomic force microscope observation of the initial stage of InAs growth on GaAs substrates, Proc. Int. Conf. on MBE, Osaka, Japan, 1994, p.415.

68. J.S.Lee, K.Kudo, S.Niki, A.Yamada, Y.Makita, and K.Tanaka. The initial growth stage of the InAs quantum well structures on variously oriented GaAs substrates // Jpn. J. Appl. Phys., 1993, v.32(11A), p.4889.

69. V.A.Shchukin, N.N.Ledentsov, P.S.Kop'ev, and D.Bimberg. Spontaneous formation of ordered arrays of quantum dots // Proc. Int. Semiconductor Device Research Symposium, Charlottesville, USA, 1995, p.581.

70. Q.Xie, P.Chen, and A.Madhukar. InAs island-induced-strain driven adatom migration during GaAs overlayer growth // Appl. Phys. Lett., 1994, v.65(16), p.2051.

71. V.M.Ustinov, A.Yu.Egorov, A.E.Zhukov, M.V.Maksimov, A.F.Tsatsulnikov, N.N.Ledentsov, N.Yu.Gordeev, S.V.Zaitsev, Yu.M.Shernyakov, N.A.Bert,

72. A.O.Kosogov, P.S.Kop'ev, D.Bimberg, and Zh.l.Alferov. Room temperature CW operation of quantum dot injection laser// Proc. Int. Symp. Nanostructures: Physics and Technology, St.Petersburg, Russia, (1996), p.343.

73. Ж.И.Алферов, Н.А.Берт, А.Ю.Егоров, А.Е.Жуков, П.С.Копьев, А.О.Косогов, И.Л.Крестников, Н.Н.Леденцов, А.В.Лунев, М.В.Максимов, А.В.Сахаров,

74. B.М.Устинов, А.Ф.Цацульников, Ю.М.Шерняков, Д.Бимберг. Инжекционный гетеролазер на основе массивов вертикально совмещенных квантовых точек InAs в матрице GaAs // Физика и техника полупроводников, 1996, т.30(2), с.351.

75. R.Leon, C.Lobo, A.Clark, R.Bozek, A.WysmoIek, A.Kuriewski, and M.Kaminska. Different paths to tunability in lll-V dots // J. Appl. Phys., 1998, v.84(1), p.248.

76. S.Fafard, Z.Wasilewski, J.McCaffrey, S.Raymond, and S.Charbonneau. InAs self-asssembled quantum dots on InP by molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Lett., 1996, v.68(7), p.991.

77. P.J.Parbrook, P.J. right, B.Cockayne, A.G.Cullis, B.Henderson, K.P.O'Donnel. The growth of ZnSe/CdSe and ZnS/CdS strained layer superlattices by MOVPE // J. Cryst. Growth, 1990, v.106, p.503.

78. S.Fujita, Y.Wu, Y.Kawakami, S.Fujita. Metalorganic molecular beam epitaxial growth and characterization of CdSe/ZnSe strained-layer single quantum wells and superlattices on GaAs substrates // J. Appl. Phys., 1992, v.72(11), p.5233.

79. H.Zajicek, P.Juza, E.Abramof, O.Pankratov, H.Sitter, M.Helm, G.Brunthaler, W.Faschinger, K.Lischka. Photoluminescence from ultrathin ZnSe/CdSe quantum wells //Appl. Phys. Lett., 1993, v.62, p.717.

80. S.J.Hwang, W.Shan, J.J.Song, Z.Q.Zhu, T.Yao. Effect of hydrostatic pressure on strained CdSe/ZnSe single quantum wells // Appl. Phys. Lett., 1994, v.64, p.2267.

81. T.Matsumoto, T.lwashita, K.Sasamoto, T.Kato. Atomic layer epitaxy of CdSe/ZnSe short period superlattices // J. Cryst. Growth, 1994, v. 138, p.63.

82. U.Neukirch, D.Weckendrup, W.Faschinger, P.Juza, H.Sitter Exiton relaxation dynamics in ultrathin CdSe/ZnSe single quantum wells // J. Cryst. Growth, 1994, v.138, p.849.

83. S.Yamaguchi, Y.Kawakami, S.Fujita, S.Fujita, Y.Yamada, T.Mishina, Y.Masumoto. Recombination dynamics of localized exitons in a CdSe/ZnSe/ZnSxSei-x single-quantum-well structures // Phys. Rev. B, 1996, v.54(4), p.2629.

84. F.FIack, N.Samarth, V.Nikitin, P.A.Crowell, J.Shi, J.Levy, D.D.Awschaiom. Near-field optical spectroscopy of localized exitons in strained CdSe quantum dots // Phys. Rev. B, 1996, v.54(24), p.R17312.

85. K.P.O'Donnell, D.M.Bagnall, P.J.Wright, B.Cockayne. (Dark line defects, bright line lasers) microscopic studies of single-short lasing in Cdse quantum wells // Phys. Stat. Sol. (b), 1995, v. 187, p.451.

86. T.Yao, Y.Miyoshi, Y.Makita, S.Maekawa. Growth rate and sticking coefficient of ZnSe and ZnTe grown by molecular beam epitaxy // Jpn. J. Appl. Phys., 1977, v. 16(2), p.369.

87. S.Fafard, D.Leonard, J.I.Merz, P.M.Petroff. Selective excitation of the photoluminescence and the energy levels of ultrasmall InGaAs/GaAs quantum dots //Appl. Phys. Lett., 1994, v.65(11), p.1388.

88. Радиус экситона в объемном CdSe был оценен, используя данные Landolt-Bornstein, Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York, 1982, v.3(17b), p.202.

89. H.-C.Ko, D.-C.Park, Y.Kawakami, S.Fujita, S.Fujita. Self-organized CdSe quantum dots onto cleaved GaAs (110) originating from Stranski-Krastanow growth mode // Appl. Phis. Lett., 1997, v.70(24), p.3278.

90. S.H.Xin, P.D.Wang, A.Yin, C.Kim, M.Dobrovollska, J.L.Merz, J.K.Furdyna. Formation of self-assembling CdSe quantum dots on ZnSe by molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Lett., 1996, v. 9, p.3884.

91. K.Leonardi, H.Heinke, K.Ohkawa, D.Hommel, H.Selke, F.Gindele, U.Woggon. CdSe/ZnSe quantum structures grown by migration enhanced epitaxy: Structural and optical investigations//Appl. Phys. Lett., 1997, v.71(11), p.1510.

92. R.Notzel Self-organized growth of quantum-dot structures // Semicond. Sci. and Technol., 1996, v.11(10), p.1365.

93. J.L.Merz, S.Lee, J.K.Furdyna. Self-organized growth, ripening, and optical properties of wide-bandgap ll-VI quantum dots // J. Cryst. Growth, 1998, v.184/185, p.228.

94. D.Hommel, K.Leonardi, H.Heinke, H.Selke, K.Ohkawa, F.Gindele, U.Woggon. CdSe/ZnSe Quantum Dot Structures: Structural and Optical Investigations // Phys. Stat. Sol. B, v. 202, pp.835-838 (1997).

95. I.Suemune, K.Uesugi, H.Suzuki, H.Nashiki, M.Arita. Low Dimensional ll-VI Semiconductor Structures: ZnSe/MgS superlattices and CdSe Self-Organized Dots // Phys. Stat. Sol. B, 1997, v.202, p.845.

96. M.Arita, A.Avramescu, K.Uesugi, I.Suemune, T.Numai, H.Machida, N.Shimoyama. Self-Organized CdSe Quantum Dots on (100)ZnSe/GaAs Surfaces Grown by Metalorganic Molecular Beam Epitaxy // Jpn. J. Appl. Phys., 1997, v.36(6B), part 1, p.4097.

97. K.Leonardi, H.Selke, H.Heinke, K.Ohkawa, D.Hommel, F.Gindele, U.Woggon. Formation of self-assembling ll-VI semiconductor nanostructures during migration enchanced epitaxy//J. Cryst. Growth, 1998, v. 184/185, p.259.

98. H.Kirmse, R.Schneider, M.Rabe, W.Neumann, F.Henneberger. Transmission electron microscopy investigation of structural properties of self-assembled CdSe/ZnSe quantum dots // Appl. Phys. Lett., 1998, v.72(11), p.1329.

99. R.Cingolani, O.Brandt, L.Tapfer, G.Scamarcio, G.C.La Rocca, K.Ploog. Exiton localization in submonolayer InAs/GaAs multiple quantum wells // Phys. Rev. B, 1990, v.42(5), p.3209.

100. N.Magnea. ZnTe fractional monolayer and dots in CdTe matrix // J. Cryst. Growth, 1994, v.138, p.550.

101. H.-C. Ко, D.-C.Park, Y.Kawakami, S.Fujita, S.Fujita. Self-organized CdSe quantum dots onto cleaved GaAs (100) originating from Stranski-Krastanow growth mode // Appl. Phys. Lett., 1997, v.70(24), p.3278.

102. K.Leonardi, H.Heinke, K.Ohkawa, D.Hommel, H.Selke, F.Gindele, U.Woggon. CdSe/ZnSe quantum structures grown by migration enhanced epitaxy: structural and optical investigation // Appl. Phys. Lett., 1997, v.71(11), p.1510.

103. S.V.Ivanov, A.A.Toropov, T.V.Shubina, S.V.Sorokin, A.V.Lebedev, P.S.Kop'ev, G.R.Pozina, J.P.Bergman, B.Monemar. Growth and excitonic properties of single fraction monolayer CdSe/ZnSe structures // J. Appl. Phys., 1998, v.83(6), p.3168.

104. Z. Zhu, H. Yoshihara, K. Takebayashi, T. Yao. Interfacial alloy formation in ZnSe/CdSe quantum-well heterostructures characterized by photoluminescence spectroscopy//Appl. Phys. Lett., 1993, v.63(12), p.1678.

105. A.Rosenauer, T.Reisinger, E.Steinkirchner, J.Zweck, W.Gebhard. High resolution transmission electron microscopy determination of Cd diffusion in CdSe/ZnSe single quantum well structures // J. Cryst. Growth, 1995, v.152, p.42.

106. F.Gindele, C.Varkle, U.Woggon, W.Langbein, J.M.Hvam, K.Leonarke, K.Ohkawa, D.Hommel//J. Cryst. Growth, 1998, v. 184/185, p.306.

107. I.Sedova, T.Shubina, S.Sorokin, A.Sitnikova, A.Toropov, S. Ivanov, M.Willander. CdSe layers of below critical thickness in ZnSe matrix: intrinsic morphology and defect dormation // Acta Physica Polonica A, 1998, v.94, p.519.

108. S.V.Ivanov, A.A.Toropov, T.V.Shubina, S.V.Sorokin, A.V.Lebedev, I.V.Sedova, P.S.Kop'ev. II-VI Laser Heterostructures with different types of active region // Proc. Int. Symp. Nanostructures: Physics and Technology, St. Petersburg, Russia, 1999, p.1.

109. С.В.Иванов, П.С.Копьев, А.А.Торопов. Сине-зеленые лазеры на основе короткопериодных сверхрешеток в системе А2В6 // УФН, 1999. т. 169(4), с.468.

110. D.Albert, J.Nurnberger, V.Hock, M.Ehinger, W.Faschinger, G.Landwehr. Influence of p-type doping on the degradation of ZnSe laser diodes // Appl. Phys. Lett., 1999, v.74(14), p.1957.

111. D.C.Houghton, M.Davies, M.Dion. Design criteria for structurally stable, highly strained multiple quantum well devices // Appl. Phys. Lett., 1994, v.64(4), p.505.

112. B.J.Wu, L.H.Kuo, J.M.DePuydt, G.M.Haugen, M.A.Haase, L.Salamanca-Riba. Growth and characterization of ll-VI blue light-emitting diodes using short period superlattice //Appl. Phys. Lett., 1996, v.68(3), p.379.

113. A.Waag, F.Fischer, H.-J.Luguaer, T.Litz, J.Laubender, A.Weingartner, U.Zehnder, W.Ossau, T.Gerhard, G.Landwehr. Alternative materials for ll-VI photonics Proc. ICPS, Berlin, 1996, S.3163.

114. A.Waag, F.Fischer, K.SchQII, T.Baron, H.-J.Lugauer, Th.Litz, U.Zehnder, W.Ossau, T.Gerhardt, M.Keim, G.Reuscher, and G.Landwehr. Laser diodes based on beryllium chalcogenides //Appl. Phys. Lett., 1997, v.70(3), p.280.

115. Verie. Covalency engineering through alloying with beryllium chalcogenides in wide band-gap ll-VI crystals // J. Electron. Mater., 1998, v.27(6), p.782.

116. H.-J.Lugauer, Th.Litz, F.Fischer, A.Waag, T.Gerhard, U.Zehnder, W.Ossau, G.Landwehr. P-type doping of beryllium chalcogenides grown by molecular beam epitaxy//J. Cryst. Growth, 1997, v.175/176, p.619.

117. T.V.Shubina, S.V.Ivanov, A.A.Toropov, G.N.AIiev, M.G.Tkatchman, S.V.Sorokin, N.D.II'inskaya, P.S.Kop'ev. //J. Cryst. Growth, 1998, v. 184/185, p.596.

118. А.Е.Жуков, Квантоворазмерные напряженные гетероструктуры в системе (ln,Ga,AI)As: технология получения методом молекулярно-пучковой эпитаксии и исследование свойств, кандидатская диссертация, С.Петербург (1996).

119. А.Р.Ковш, Гетероструктуры с квантовыми точками InGaAs/AIGaAs/GaAs и InAs/lnGaAs/lnP для лазерных применений, кандидатская диссертация, С.-Петербург (1998).

120. Zh.l.Alferov, D.Z.Garbuzov, S.V.Zaitsev, A.B.Nivin, A.V.Ovchinnikov, I.S.Tarasov. Quantum dimension InGaAsP/lnP SC DHS lasers with X = 1.3 цт, Ith =41 OA/cm2, T = 23°C//Sov. Phys. Semicond., 1987, t.5(5), p.824.

121. Optical Dimension and Materials (OPTDIM) Conference, Kiev, Ukraine, 1995, p.287, N2648-45.

122. Ж.И.Алферов, Н.Ю.Гордеев, С.В.Зайцев, П.С.Кольев, И.В.Кочнев,

123. B.В.Комин, И.Л.Крестников, Н.Н.Леденцов, А.В.Лунев, М.В.Максимов,

124. A.A.Toropov, T.V.Shubina, S.V.Sorokin, A.V.Lebedev, R.N.Ryutt, S.V.Ivanov, M.Karlsteen, M.Willander. Broadening of the Excitonic Mobility edge in a macroscopically disordered CdSe/ZnSe short-period superlattice // Phys. Rev. B, 1999, 59, p.2510.

125. K. J.Beernink, J. J.AIwan, and J.J.Coleman. Antiguiding in narrow stripe gain-guiding InGaAs-GaAs strained-layer lasers // J. Appl. Phys., 1991, v.69(1), p.56.

126. N. K.Dutta, N. A. Olsson, and W. T.Tsang. Carrier induced refractive index change in AlGaAs quantum well lasers // Appl. Phys. Lett., 1984, v.45(8), p.836.

127. H.X.Jiang and J.Y.Lin. Mode spacing "anomaly" in InGaN blue lasers // Appl. Phys. Lett., 1999, v.74(8), p. 1066.

128. M.Ukita, H.Okuyama, M.Ozawa, A.lshibashi, K.Akimoto, and Y.Mori. Refractive indices of ZnMgSSe alloy lattice mached to GaAs // Appl. Phys. Lett., 1999, v.63(15), p.2082.

129. M.Asada, Y. Miyamoto, and Y. Suematsu. Gain and threshold of three-dimensional quantum-box lasers // IEEE J. Quantum Electron., 1986, v.QE-22, p.1915.

130. A.Haug. Theory of the temperature dependence of the threshold current of InGaAsP laser// IEEE J. Quantum Electron., 1985, v.QE-21(6), p.716.

131. H.C.Casey, Jr. Temperature dependence of the threshold current density in lnP-Ga0.28lno.72As0.6Po.4 (A = 1.3 pm) double heterostructure lasers // J. Appl. Phys., 1984, v.56(7), p.1959.

132. A.E.Zhukov, V.M.Ustinov, A.Yu.Egorov, A.R.Kovsh, A.F.Tsatsul'nikov, N.N.Ledentsov, S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, I.V.Kochnev, P.S.Kop'ev,

133. Zh.l.Alferov. Negative characteristic temperature of InGaAs quantum dot injection laser//Jpn. J. Appl. Phys., 1997, v.36(6B), Part 1, p.4216.

134. M.O.Lipinski, H.Schuler, O.G.Schmidt, K.Eberl, N.Y.Jip-Phillipp. Strain-induced material intermixing of InAs quantum dots in GaAs // Appl. Phys. Lett., 2000, v.77(12), p.1789.

135. F.Heinrichsdorff, A.Krost, N.Kirstaedter, M-H.Mao, M.Grundmann, D.Bimberg, A.Kosogov amd P.Werner. InAs/GaAs quantum dots grown by metalorganic chemical vapor deposition // Jpn. J. Appl. Phys., 1997, v.36(6B), Part 1, p.4129.

136. M.Grundmann, N.N.Ledentsov, O.Stier, D.Bimberg, V.M.Ustinov, P.S.Kop'ev, Zh.l.Alferov. Excited states in self-organized InAs/GaAs quantum dots: theory and experiment//Appl. Phys. Lett., 1996, v.68(7), p.979.

137. M.Grundmann, N.N.Ledentsov, O.Stier, J.Bohrer, D.Bimberg, V.M.Ustinov, P.S.Kop'ev, Zh.l.Alferov. Nature of optical transition in self-organized InAs/GaAs quantum dots // Phys. Rev. B, 1996, v.53(16), p.R10509.

138. С.В.Зайцев, Н.Ю.Гордеев, L.A.Graham, В.И.Копчатов, Л.Я.Карачинский, И.И.Новиков, D.L.Huffaker, П.С.Копьев. Сверхизлучение в полупроводниках//Физика и техника полупроводников, 1999, т.33(12), с.1456.

139. S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov,

140. A.Yu.Egorov, N.N.Ledentsov, M.V.Maximov, P.S.Kop'ev, Zh.l.Alferov. Vertically coupled quantum dot lasers: first device oriented structures with high internal quantum efficiency // Jpn. J. Appl. Phys., 1997, v.36(6B), Part 1, p.4219.

141. С.В.Зайцев, Н.Ю.Гордеев, В.И.Копчатов, А.М.Георгиевский,

142. B.М.Устинов, А.Е.Жуков, А.Ю.Егоров, А.Р.Ковш, Н.Н.Леденцов, П.С.Кольев, Д.Бимберг, Ж.И.Алферов. Лазеры на квантовых точках: основные компоненты пороговой плотности тока // Физика и Техника Полупроводников, 1997, т.31(9), с.1106.

143. S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, P.S.Kop'ev. Multi-stacked InAs/lnGaAs/lnP quantum dot laser (Jth = 11 A/cm2, I = 1.9 \xm (T = 77 K)) // Jpn. J. Appl. Phys.,1999, v.38(1B), Part 1, p.601.

144. A.E.Zhukov, V.M.Ustinov, A.Yu.Egorov, A.R.Kovsh, S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, N.N.Ledentsov, A.F.Tsatsul'nikov, B.V.Volovik,

145. P.S.Kop'ev. Low-threshold quantum dot injection laser emitting at1.9|im // Proc. Conf. on Semiconducting and Insulating Materials, Berkeley, USA, 1998, Fr.2.1.

146. S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev, V.I.Kopchatov, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, A.R.Kovsh, and P.S.Kop'ev. Vertically coupled quantum dot injection laser grown on InP (100) substrate // Proc. CLEO®/Europe-EQEC'98, Glasgow, UK, (1998), p.48.