Современная электроника №9/2024

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 25 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 9 / 2024 Ga 1–x Al x As. При комнатной темпера- туре измеренное значение внешней квантовой эффективности (External Quantum Efficiencies) составило 3,3%. Пик излучения диодов соответство- вал 1,70 эВ. Измеренное время пере- ключения для светового излучения при 300К составило 60 нс [20]. Нужно отметить, что Вудол и Руп- прехт работали в IBM над проблема- ми создания эффективных солнечных батарей. В то время они не интересо- вались ДГС-лазерами, и тема их иссле- дований не пересекалась с работами Алфёрова. Полученный ими сплав AlGaAs был предназначен для переда- чи максимального количества света из полупроводника с большой запре- щённой зоной в p-n-переход полупро- водника с запрещённой зоной мень- шей ширины [21]. Считается, что именно счастливая случайность позволила независимо от американских физиков выбрать струк- туру Ga 1–x Al x As в качестве оптимально- го варианта согласованной пары ДГС на другом краю света, в Ленинград- ском Физтехе. Сотрудники ФТИ имени Иоффе Д. Третьяков и А. Борщевский обнаружили, что оставленные на хра- нение поликристаллические образцы твёрдого раствора AlGaAs, изготовлен- ные два года назад, не изменили за это время своих свойств [22]. Дмитрий Третьяков и его коллеги из лаборатории Алфёрова установи- ли, что критичный по отношению к парам воды в свободном виде арсе- нид алюминия абсолютно устойчив в форме твёрдого раствора: арсенид галлия – арсенид алюминия. Иначе говоря, AlAs становится стабильным при добавлении небольшого количе- ства галлия. Оказалось, что в гетеро- структурах можно также работать и с чистым AlAs, поскольку его тонкий слой, зажатый между двумя другими материалами, контактирует с возду- хом только по очень тонкому краю и поэтому практически не разрушается в процессе эпитаксии [23]. На рис. 5 показаны структурные схемы и параметры кристаллических решеток: a) GaAs; b) Al x Ga x–1 As; c) AlAs соответственно [24]. По существу, «согласованная гете- роструктура» представляет собой кристалл, в котором меняется хими- ческий состав и, соответственно, физи- ческие свойства. В итоге получается новая кристаллическая монострукту- ра, обладающая совершенно иными качествами по сравнению с исходны- ми компонентами. Как видно из рис. 5, параметры кристаллической решетки всех трёх соединений практически совпада- ют: GaAs – 0,56537 нм; Al x Ga x–1 As – 0,56604 нм и AlAs – 0,56608 нм. Таким образом, благодаря соответ- ствию структурных параметров кри- сталлической решетки можно было утверждать, что GaAs является иде- альной подложкой для выращивания Al x Ga x–1 As. Это позволило создавать гетероструктуры с хорошей кристал- лической решёткой без дефектов и микронапряжений, которые обыч- но присутствуют на границе раздела полупроводников. Спустя непродолжительное время после публикации этих результатов практически сразу в основных науч- ных изданиях разработки новых ДГС- лазеров стали стремительно разви- ваться во всём мире. Импульсные низкопороговые инжекционные лазеры на основе структур AlAs-GaAs Основной целью разработчиков инжекционных полупроводниковых лазеров во всём мире, в том числе и в ФТИ имени Иоффе, в 1960–1970-е годы была борьба за снижение плотности порогового тока. Накануне Нового года команда Алфёрова получила заслуженный приз: 30 декабря 1968 года редакция журнала «Физика и техника полупро- водников – ФТП» зафиксировала посту- пление статьи Ж. Алфёрова и его кол- лег «Инжекционные лазеры на основе гетеропереходов в системе AlAs-GaAs с низким порогом генерации при ком- натной температуре» [25]. В этой статье авторы сообщали о создании первого в мире полупро- водникового лазера, работающего при комнатной температуре и име- ющего плотность порогового тока Jпор = 4,3 кА/см 2 . Однако первые вари- анты лазеров этого типа, разработан- ные группой Алфёрова, могли рабо- тать только в импульсном режиме. На рис. 6 приведены графики зави- симостей интенсивности излучения гетеролазера на основе AlAs-GaAs от длины волны при разных напряже- ниях смещения, которые Ж. Алфёров привёл в своей Нобелевской лекции [26]. При температуре 300K пороговое значение тока составило 4,3 кА/см 2 , что было рекордным на момент пода- чи статьи в редакцию. Диапазоны изменений значе- ний тока составляли: 0,7…8,3 А (а); 8,3…13,6 А (б); 13,6…18 А (в). После того как стали понятны основные пути дальнейшего разви- тия ДГС-лазеров, группа Алфёрова стала быстро и успешно продвигать- ся в этом направлении. Во-первых, были получены экспериментальные данные, подтверждающие уникаль- ные свойства широкозонных эмит- теров, эффект суперинжекции, прин- цип стимулированного излучения, а также зонную диаграмму гетеропере- хода в структуре Al x Ga 1–x As-GaAs x [27]. Кроме того, были получены данные, позволившие объяснить природу диф- фузии носителей заряда и особенности протекания тока в плавном гетеропе- реходе. Так, например, была предло- жена конструкция ДГС-лазера, отлича- ющаяся тем, что пассивные области, выполненные на основе твёрдых рас- творов структуры AlGalAs-GaAs, име- ют плавно увеличивающееся содер- жание алюминия от активного слоя к эмиттерам [28]. Как и в любой физической лабо- ратории, ежедневная работа группы Алфёрова состояла в основном из кро- потливых измерений различных пара- Рис. 6. Спектры генерации первого низкопорогового импульсного ДГС- лазера, разработанного группой Ж. Алфёрова 1,59 эВ 1,59 эВ 1,61 эВ 7100 7700 8300 8900 Длина волны, А Интенсивность излучения, произв. ед. 1,61 эВ 3 2 1 1,39 эВ × 100