Современная электроника №9/2024

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 23 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 9 / 2024 тах советских физиков Крёмер не знал, поскольку в начале 1960-х, во време- на «железного занавеса», на Западе были практически недоступны любые публикации на русском. В основном западные учёные узнавали о рабо- тах советских физиков с задержкой в несколько лет из англоязычных обзоров. С другой стороны, учёные в СССР, печатавшиеся в основном в оте- чественных изданиях внутри страны, практически не имели реальной воз- можности публиковать свои статьи в иностранных журналах. Несмотря на разницу в приоритет- ных датах, в 2000 году Нобелевская премия по физике в разделе «Фунда- ментальные работы в области инфор- мационных и коммуникационных технологий» была присуждена в соотношении 25% Жоресу Алфёрову и 25% Герберту Крёмеру за разработ- ки в области гетерогенных лазеров (оставшиеся 50% получил Джек Килби за изобретение интегральной схемы). Примечательно, что идея Жоре- са Алфёрова не была по достоинству оценена его коллегами. Они считали идею Алфёрова практически нереали- зуемой и называли «бумажным патен- том». Такое отношение было отчасти вызвано тем, что в качестве примера реализации, который формально необ- ходимо было указывать в заявке на изобретение, Алфёров указал фосфид галлия и сульфида кадмия в качестве эмиттеров, а селенид кадмия в каче- стве активного вещества. Достаточно быстро выяснилось, что эти соедине- ния неустойчивы при комнатных тем- пературах. Жоресу Алфёрову потребо- валось максимально использовать свою целеустремленность, мужество и талант организатора, чтобы убе- дить администрацию Физтеха и сво- их молодых сотрудников продолжить работы в этом направлении [8]. Ещё более неприятная история про- изошла и с Гербертом Крёмером, кото- рому было отказано в финансирова- нии работ над новым типом лазеров с ДГС. В качестве основания для отка- за американские научные чинов- ники использовали заключение «экспертов», заявивших о «бесперспек- тивности реализации и невозможно- сти практического использования дан- ного изобретения». Поэтому Герберт Крёмер, фактически заложивший тео- ретические основы ДГС, в последую- щие десять лет был вынужден зани- маться другими проблемами [6]. Устойчивые, согласованные полупроводниковые гетероструктуры для ДГС- лазеров В целом изобретения Алфёрова и Крёмера указали путь для дальней- шего развития полупроводниковых лазеров. Однако для того, чтобы пере- йти от теоретической схемы к дей- ствующему макету гетерогенных лазеров, работающих при нормаль- ных условиях окружающей среды, потребовались многие дальнейшие годы поисков эффективных комби- наций устойчивых полупроводни- ковых гетероструктур. Вопрос соответствия кристалли- ческих решеток в гетероструктурах является важнейшей концепцией в проектировании полупроводнико- вых приборов, особенно для лазеров и других оптоэлектронных приборов. Напомним, что гетероструктура – это единое образование, а не просто механическое соединение разных полупроводников. Гетеропереходы образуются только тогда, когда слои полупроводников с разными запре- щёнными зонами последовательно наращиваются один на другом. При этом инверсный слой образует- ся в том случае, если два разных полу- проводниковых материала имеют очень похожие параметры (постоян- ные) кристаллической решётки, опре- деляемые размерами элементарной кристаллической ячейки кристалла. В литературе обычно приводят толь- ко среднюю длину рёбер ячейки и тип решётки. Кроме того, не должно быть дефек- тов и деформаций на границе раздела между материалами. Крайне важное свойство, которым должны обладать структуры с гетеропереходами, – это сохранение всех своих параметров на протяжении по крайней мере десят- ков лет. Таким образом, в начале 1960-х годов перед разработчиками стояла крайне сложная технологическая зада- ча, решение которой многие считали вообще невозможным. Кроме того, что многие из синте- зированных образцов были просто нестабильны и разлагались на воз- духе при комнатной температуре, не удавалось избавиться и от структур- ных дефектов. Например, дислокации несоответствия образовывались при снятии деформации в случаях, когда разница в значениях постоянных кри- сталлических решёток была слишком большой для конкретной пары полу- проводников. В ряде случаев структурные дефек- ты приводили к образованию центров безызлучательной рекомбинации, в которых электроны и дырки реком- бинировали без испускания света, что сильно снижало эффективность устройства. Экспериментально было установ- лено, что для успешной работы гете- роструктуры необходимо, чтобы процентная разница в параметрах решетки не превышала 0,1%. Это зна- чительно продвинуло поиски нужно- го состава. Выбор первого из компонентов гетероструктуры не вызывал сомне- ний. Ещё в 1962 году Андерсон описал гетеропереход в структуре Ge-GaAs [9]. За период с 1960 по 1963 гг. сразу несколько лабораторий показали при- меры успешного использования арсе- нида галлия в лазерных диодах с p-n гомопереходом [10–12]. Этот химически стабильный прямо- зонный полупроводник (GaAs) имеет ширину запрещённой зоны 1,424 эВ и постоянную кристаллической решет- ки 0,56537 нм. Оставалось найти второй полупро- водник с близким параметром решёт- ки и более широкой запрещённой зоной. Идеальной гетеропарой, судя по параметрам, был непрямозонный полупроводник AlAs (арсенид алю- миния) с шириной запрещённой зоны 2,15 эВ и постоянной решётки 0,56608 нм. Однако в свободном состоя- нии он реагирует с водой и с водяным паром с образованием гидроксида алюминия и арсина. Это обстоятель- ство насторожило Алфёрова, и его группа начала работать с гетерострук- турой на основе GaAs/GaAsP. Отметим, что среди прочих дости- жений в этот период группа Алфёрова разработала многокамерную установ- ку ГФЭ, которая позволяла осаждать из газовой фазы сверхтонкие слои одно- го полупроводника на кристалличе- ской подложке другого полупроводни- ка. Данный метод давал возможность получать эпитаксиальные слои тол- щиной около десятков нанометров, которые упруго компенсировали воз- никающие деформации. Идею, заложенную в патенте Алфё- рова–Казаринова, удалось реализовать с помощью структуры ДГС, в которых