Современная электроника №9/2024

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 27 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 9 / 2024 Использование модернизирован- ного метода жидкофазной эпитак- сии (МЖФЭ) позволило получить более качественные образцы с мень- шим количеством дефектов, что спо- собствовало улучшению оптических свойств и снижению порогового тока. Использование контроля концен- трации легирующих элементов и компонентов раствора в течение все- го процесса МЖФЭ дало возможность изменять свойства получаемых сло- ев, таких как ширина запрещённой зоны и проводимость. Кроме того, кон- троль условий кристаллизации в жид- кой фазе позволил избежать образо- вания макрорельефа на поверхности и обеспечил более высокое качество эпитаксиальных слоев. С помощью МЖФЭ была получена согласованная по кристаллическим решеткам структура ДГС для новой конструкции лазера, разработанная группой Алфёрова. Широкозонные эмиттеры n- и p-типа (твёрдые раство- ры Al x Ga 1–x As) были легированы теллу- ром и германием. С новой конструкцией ДГС-лазера группа Алфёрова добилась непрерыв- ного режима работы. Статья с описа- нием результатов этой работы была отправлена в журнал «Физика и тех- ника полупроводников – ФТП» в мае 1970 года. На рис. 8, взятом из Нобелевской лекции Алфёрова, приведено схема- тическое изображение структуры пер- вого инжекционного ДГС-лазера, рабо- тающего в непрерывном режиме при комнатной температуре [39]. В конструкции ДГС-лазера на рис. 8 использована геометрия, в которой активная область размещена на мед- ных теплоотводах, покрытых сере- бром. Такая геометрия позволяла эффективно отводить тепло из актив- ной области. Эта идея использова- лась в дальнейшем практически во всех ДГС-лазерах. В одном случае для отвода тепла использовались алмаз- ные основания. В других вариантах активная область изготавливалась в виде узких полосок («полосковая гео- метрия»). В этой конструкции усовершенство- ванный вариант гетеролазера на осно- ве AlAs-GaAs работал в непрерывном режиме при 300К. Пороговая плот- ность тока при комнатных темпера- турах находилась в диапазоне от 900 до 1000 А/см 2 [40]. Следует отметить, что примерно в то же время группа Хаяши и Паниша смогла уменьшить пороговый ток до 1600 А/см 2 и реализовать работу свое- го лазера в непрерывном режиме [41]. Летом 1971 года Жорес Алфёров с коллегами подали заявку на изобре- тение, в которой был обобщён опыт лаборатории в исследованиях ДГС- лазеров на основе AlAs-GaAs [42]. Крайне важно то, что в этой заяв- ке авторы сформулировали идею, которая в будущем была воплощена в «лазерах с распределённой обрат- ной связью – РОС» (Distributed Feedback Laser). В этом патенте описана модель ДГС- лазера, конструкция которого анало- гична показанной на риc. 6. За счёт двухсторонней инжекции создаётся инверсная заселённость носителей тока, которая с помощью оптическо- го резонатора специальной конструк- ции позволяет получить когерентное световое излучение. Простыми словами принцип дей- ствия оптического резонатора РОС лазера можно объяснить с помощью схемы, показанной на рис. 9 [43]. В РОС-лазерах гофрированная гете- рограница создаёт периодическое изменение показателя преломле- ния и приводит к интерференцион- ному отражению стимулированного излучения. Период решётки выби- рается таким образом, чтобы обеспе- чить выполнение условия Брэгга для отражений в обратном направлении d = λ/2n e , где λ – длина волны света в вакууме, n e – эффективный показа- тель преломления активной области, d – период решётки. Период решётки, например, в лазере на арсениде гал- лия равен 130 нм. Поскольку отражение от перио- дической структуры существует для лучей, распространяющихся в обоих направлениях, то обратная связь в обо- их направлениях распределяется по всей длине лазера. Кроме того, благо- даря селективности обратной связи РОС-лазер работает в режиме одно- модовой генерации. Первыми сообщили о практиче- ской реализации РОС-лазера амери- канские физики из California Institute of Technology, Pasadena. Свою статью в журнале Applied Physics Letters они зарегистрирова- ли 13 февраля 1973 года. В этой ста- тье описан лазер с распределённой обратной связью на основе GaAs с оптической накачкой. В экспе- риментах был получен узкий сти- мулированный спектр с длиной волны около 0,83 мкм при порого- вой мощности накачки примерно 2×10 5 Вт/см 2 [44]. В следующем, 1974 году были опу- бликованы две работы. Группа Жоре- са Алфёрова сообщила об успешных испытаниях своего полупроводнико- вого квантового генератора с поверх- ностной решёткой, распределённой обратной связью и сверхмалой рас- ходимостью излучения [45]. Группа из Калифорнийского иссле- довательского центра Xerox Palo Alto Research Center представила резуль- таты экспериментов с лабораторной моделью GaAs/GaAlAs лазерного дио- да с распределённой обратной связью (DFB) и одиночным гетеропереходом (SH). В зависимости от периода решёт- ки различные образцы этого лазерно- го диода излучали в диапазоне от 8430 до 8560 Å [46]. Наряду с ДГС-лазерами с середины 1970-х начало развиваться направле- Рис. 8. Упрощённое схематическое изображение структуры инжекционного ДГС-лазера, работающего в непрерывном режиме при комнатной температуре, разработанное группой Алфёрова