Современная электроника №1/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 18 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 1 / 2025 слое GaAs, приводящее к квантованию его энергетических уровней и образо- ванию ряда определённых энергетиче- ских состояний в квантовой яме. Это даёт возможность изготавливать лазе- ры с заранее заданной длиной волны излучения и значительно увеличить эффективность лазерного излучения по сравнению с традиционными кон- струкциями лазеров. Работы Жореса Алферова и его кол- лег внесли значительный вклад в развитие лазеров для волоконно- оптических систем связи. Конструк- ция лазера с распределённой обрат- ной связью ДГС РО – лазер (Distributed Feedback Laser – DFB Laser) на длину волны 1,1 мкм описан в статье [14]. Инжекционный полупроводнико- вый лазер, обратная связь в котором создаётся за счёт отражения световых волн от периодической решётки, созда- ваемой в активной среде, был изготов- лен на основе (In, Ga, Al)As с (InGa)As – напряжённой квантовой ямой. На рис. 6 показана выращенная методом МЛЭ структура РО ДГС-лазера с напряжённой квантовой ямой, ограниченной короткопериодной сверхрешёткой (молекулярно-луче- вая эпитаксия – МЛЭ; Molecular Beam Epitaxy – MBE). На первом этапе создания гетеро- структуры этого лазера формировал- ся активный слой. На подложке GaAs, легированной цинком, выращива- лись следующие структуры: буферный слой GaAs толщиной 0,2 мкм, легиро- ванный бериллием; широкозонный эмиттер AlGaAs толщиной 1,5 мкм, легированный бериллием; коррек- тирующий слой переменного состава AlGaAs толщиной 1000 ангстрем. После этого в процессе снижения темпера- туры в потоке мышьяка выращива- лась короткопериодная сверхрешёт- ка (КПСР) с периодом 40 ангстрем. В процессе создания активной обла- сти варьировалось соотношение тол- щины слоёв GaAs и AlGaAs с таким расчётом, чтобы получить параболиче- ское изменение эффективной ширины запрещённой зоны короткопериодной сверхрешётки. Затем при снижении температуры напылялись слои GaAs (200 Å), InGaAs (50 Å), GaAs (200 Å). После создания активной области температура снова повышалась, и в обратной последовательности в зер- кальном порядке выращивались слои AlGaAs (рис 6). Верхний эмиттер и кон- тактный слой GaAs (0,5 мкм) были легированы кремнием. Пороговая плотность тока этого лазера при температуре 300К соста- вила всего 900 А/см 2 . Лазеры с напряжённой квантовой решёткой имеют очень низкую поро- говую плотность тока и значительно меньшую ширину линии, чем обыч- ные ДГС-лазеры. Поэтому современные модификации таких лазеров нашли широкое применение в системах опти- ческой связи. Следующий этап развития гетерола- зеров был связан с квантовыми нитями. Полупроводниковые гетероструктуры и лазеры на основе квантовых трубок и нанопроволок Общее англоязычное название «Quantum Wire – QWR» объединяет КРЭ-наноструктуры с индексом степе- ни свободы «1 DOF», в которых носите- ли заряда могут перемещаться только в одном направлении. К данному классу относятся несколь- ко типов, среди которых можно отме- тить такие известные в настоящее вре- мя структуры, как: скрученные из листов графена «углеродные нанотруб- ки» (Carbon Nanotubes); нитевидные кристаллические структуры с диаме- тром несколько нанометров – «нано- проволока» (QuantumWire); «кристал- лическое нановолокно» из отдельных элементов нанопроволоки, сплетён- ных между собой (Nanowhisker); нане- сённые на подложку металлические полоски (Ni, Au и др.) шириной 1–5 нм и атомарной толщиной; протяжён- ные полупроводниковые структуры с нанометровым сечением; нитевид- ные органические молекулы. Энергетический спектр Quantum Wire (QWR) представляет собой сово- купность одномерных подзон раз- мерного квантования. На графиках зависимости плотности состояний от энергии для квантовой проволоки возникают области сингулярности при каждом приближении сверху к уровню энергии очередного кванто- вого уровня (рис. 1). Несмотря на то что перенос заряда в квантовых проволоках (QWR) осно- ван на тех же принципах, которые были описаны выше для квантовых ям, их свойства существенно различ- ны, например, в плане взаимодей- ствия между электронами и дырками. Для квантовой нити (QWR) энергия электрона также квантуется и прини- мает значения, кратные его эффектив- ной массе: E = E i + (P x ) 2 /2me. При этом каждому дискретному уровню E i соот- ветствует определённый набор кон- кретных состояний, отличающихся импульсом P x в направлении только Рис. 6. Выращенная методом МЛЭ структура ДГС-лазера с напряжённой квантовой ямой, ограниченной короткопериодной сверхрешёткой