Современная электроника №9/2024

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 9 / 2024 внутренний слой «вафли» был изго- товлен на основе GaAs, а внешние обкладки были сделаны на базе GaAsP. Изготовленный таким образом гетеро- лазер работал при криогенных темпе- ратурах [13]. Вскоре выяснилось, что пара GaAs/ GaAsP из-за несоответствия пара- метров решёток между двумя мате- риалами делала эти лазеры поли- кристаллическими, что вызывало необходимость использования высо- ких пороговых плотностей тока. Дальнейшие эксперименты с раз- личными комбинациями состава Ga-As-Ga-As-P окончательно дока- зали, что структура GaAs/GaAsP не может быть использована для созда- ния инверсной заселённости и стиму- лированного лазерного излучения при комнатных температурах и атмосфер- ном давлении. Так или иначе у группы Алфёрова обозначилась новая проблема – поиск второго компонента согласованной гетероструктуры. Нужно сказать, что сам Жорес Алфё- ров не считал эти годы потерянными впустую. В обзорной статье, посвящён- ной периоду 1970-х, он, в частности, отметил, что исследования, проведён- ные с помощью модернизированно- го метода ГФЭ, позволили выявить крайне важный «эффект расщепле- ния зоны проводимости за счёт одно- мерного периодического потенциала сверхрешётки». Эти первые сверхрешётки (super- lattices) являлись в то же время и пер- выми исследованными структурами с напряжёнными слоями [14]. В таких сверхрешётках напряже- ние решётки является дополнитель- ной степенью свободы, позволяющей в процессе эпитаксиального роста изменять непрерывно и независимо друг от друга толщину слоя, параме- тры решётки и ширину запрещённой зоны [15]. Одной из первых, посвящённых эффекту «сверхрешёток», была рабо- та Л. Эсаки (L Esaki) и Р. Цу (R Tsu) [16]. Упрощённо сверхрешётку можно представить как последовательность чередующихся слоёв более узкозон- ного и более широкозонного полу- проводников, то есть последователь- ность квантовых ям. В сверхрешётке энергетические уровни в отдельных квантовых ямах образуют энергети- ческие «минизоны», которыми мож- но управлять, меняя толщины барье- ров. Фактически, следуя теминологии Л. Эсаки, сверхрешётка представляет собой одномерный кристалл, создан- ный человеком. На рис. 4 показана упрощённая схе- ма полупроводниковой сверхрешётки [17]. Внешнее напряжение приложено между контактами в верхней и ниж- ней части устройства, состоящего из периодических структурных слоев GaAs/Al x Ga 1–x As. Квантовые ямы GaAs (7 нм) разделены на три зоны для пре- дотвращения диффузии легирования. Теоретики из ФТИ имени А.Ф. Иоф- фе показали, что протекание тока в сверхрешётках определяется тунне- лированием под действием электри- ческого поля через потенциальные барьеры, разделяющие квантовые ямы. В случае, когда основное состояние одной ямы совпадает с возбуждённым состоянием следующей ямы, возмож- но возникновение стимулированно- го излучения при туннелировании оптически возбуждённых носителей из основного состояния одной ямы в возбуждённое состояние следующей, расположенной на более низком энер- гетическом уровне [18]. Более развёрнутые теоретические описания свойств полупроводниковых сверхрешёток можно найти, напри- мер, в работе [19]. Сегодня сверхрешётки с напряжён- ными слоями образуют новый широко используемый класс полупроводнико- вых гетероструктур с настраиваемы- ми электронными свойствами. Возвращаясь к вопросам опти- мальной пары согласованных ДГС, нужно сказать, что их поиском занимались практически все веду- щие лаборатории мира. Не вдаваясь в подробности приоритета, можно считать, что первой из наиболее известных стала статья Джерри Вудолла, Ганса Руппрехта и Джор- джа Петита, опубликованная в 1967 году в журнале Applied Physics Letters, в которой были описаны раз- работанные в исследовательской лаборатории IBM эффективные све- тодиоды видимого света на основе Рис. 4. Упрощённая схема полупроводниковой сверхрешётки Рис. 5. Структурные схемы и параметры кристаллических решеток: a) GaAs; b) Al x Ga x–1 As; c) AlAs соответственно (a) (b) × N Кристаллическая система: кубическая Название пространственной группы: F-43m a (A): 5.6537 Объём ячейки (10 -6 pm -3 ): 180.72 Кристаллическая система: кубическая Название пространственной группы: F-43m a (A): 5.6604 Объём ячейки (10 -6 pm -3 ): 181.36 Кристаллическая система: кубическая Название пространственной группы: F-43m a (A): 5.6608 Объём ячейки (10 -6 pm -3 ): 181.39