Современная электроника №1/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 14 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 1 / 2025 Жорес Алфёров – учёный, благодаря которому работает большинство современных полупроводниковых лазеров. Часть 3. Полупроводниковые лазеры на базе квантовых плоскостей и квантовых проволок Рис. 1. Зависимость плотности состояний от энергии для объёмных структур и идеальных образцов КРЭ-нанокристаллов (2D, 1D, 0D) Во второй части статьи, опубликованной в журнале «Современная электроника» № 9, 2024, были описаны основные научные достижения группы Жореса Алферова в 1960-х – 1970-х годах в области разработки двойных гетероструктур и создания на их основе полупроводниковых инжекционных ДГС-лазеров. В этой части рассмотрены основные работы этих учёных, посвящённые разработкам гетерогенных лазеров на базе квантовых плоскостей и квантовых проволок. Виктор Алексеев Полупроводниковые гетеро­ структуры и лазеры на базе квантовых плоскостей К концу 1970-х стремительный рост разработок полупроводниковых лазе- ров на базе двойных гетероструктур заметно снизился. Используя классическую схему ДГС-лазера, разработанного Алфёро- вым, больше невозможно было уве- личивать мощность и эффективность, а также снижать пороговые значения плотности тока. Необходимы были новые решения. В 1978 году Ник Холоньяк (Nick Holonyak) с коллегами (Dupuis R.D., Dapkus P.D., Rezek E.A., Chin R.) впер- вые продемонстрировали успешную работу лазера на основе квантово- размерных лазерных гетероструктур Ga (1−x) Al x As-GaAs [1]. В этой работе описан лазер с кван- товой ямой на базе гетероструктуры Ga (1−x) Al x As-GaAs, полученной с исполь- зованием одного из первых вариан- тов метода, который в настоящее вре- мя получил название «Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy – MOVPE» (паро- фазная эпитаксия металл-органиче- ских соединений). Здесь впервые в лазерной тематике появился термин «Quantum Wells Heterogeneous Laser Structure» (гетерогенные лазерные структуры на основе квантовых ям). Квантовые ямы (Quantum Wells) являются одним из трёх представи- телей полупроводниковых микрокри- сталлов c квантово-размерным эффек- том «КРЭ-нанокристаллы». Для этого класса перестают работать простые законы физики макромира, и их пове- дение может быть рассмотрено толь- ко с использованием элементов кван- товой механики. Квантово-размерный (КРЭ) эффект (Quantum-Confined Effect – QCE) описывает изменение термоди- намических, кинетических и оптиче- ских свойств кристаллов в случаях, когда хотя бы один из их геометри- ческих размеров становится соизме- римым с длиной свободного пробега электрона (длина волны де Бройля). Запрет на «свободное» перемещение носителей заряда оценивается с помо- щью параметра «Degrees of Freedom – DOF». В группу КРЭ-нанокристаллов входят: двумерные 2-DOF (Quantum Wells); одномерные 1-DOF (Quantum Wire, Carbon Nanotubes) и нульмер- ные 0-DOF (Quantum Dots) полупрово- дниковые микрокристаллы. На рис. 1 показаны зависимости плот- ности состояний (ПС) от энергии для объёмных структур и идеальных образ- цов КРЭ-нанокристаллов, полученные с помощьюмодельных расчётов. Под тер- мином «идеальный» понимается гео- метрически точная фигура без каких- либо поверхностных изъянов с полным запретом распространения зарядов по соответствующим направлениям [2]. Величина (ПС) задаёт количество доступных электронных состояний на каждом энергетическом уровне. 3D-объём E E E E Ec Ec Ec Ec Ev Ev Ev Ev N(E) N(E) N(E) N(E) 2D-квантовая яма 1D-квантовый провод 0D-квантовая точка