Исследование двухчастотных полупроводниковых лазеров методом ближнепольной сканирующей оптической микроскопии

• Автор: Левичев, Вадим Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 132 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава I. Методы изучения топографии и характеристик излучения полупроводниковых лазеров (литературный обзор)
1.1. Общие характеристики полупроводниковых лазеров на гетероструктурах
1.2. Исследование морфологии гетероструктур
1.3. Исследование характеристик излучения полупроводниковых
лазеров
Глава II. Методы и объект исследования
2.1. Атомно-силовая микроскопия
2.2. Ближнепольная сканирующая оптическая микроскопия
2.3. Двухчастотный лазер
2.4. Метод жидкостного селективного химического травления
Глава III. Исследование полупроводникового лазера
3.1. Экспериментальная установка
3.2. Ближнепольные зонды
3.3. Изучение ближнепольного излучения полупроводникового лазера
3.4. Геометрия излучающей области двухчастотного
полупроводникового лазерного диода
Глава IV. Результаты исследования пространственной
структуры излучения двухчастотного лазера
4.1. Сопоставление топографии излучающей поверхности полупроводникового лазера и его излучения в ближнем поле
4.2. Спектрально разрешенное исследование пространственной структуры излучения в ближнем поле
4.3. Модальная структура излучения лазерных диодов
Заключение
Литература

Введение
Нобелевская премия по физике на стыке двух столетий, то есть в 2000 г., была присуждена трем физикам: академику Жоресу Ивановичу Алферову, директору Санкт-Петербургского физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, и американским ученым Герберту Крэмеру из Калифорнийского Университета в Санта Барбаре и Джеку Колби из фирмы Тексас Инструменте. Самая престижная научная премия дана за исследования в области физики полупроводников и полупроводниковой технологии, что предопределило значимость данных разработок во многих областях физики и техники, ознаменовало новый этап в области микроэлектроники и зародившейся недавно наноэлектроники.
Главными достижениями первых двух физиков считаются предложение и создание полупроводниковых приборов, основанных на применении полупроводниковых гетероструктур. Гетероструктура представляет из себя многослойную структуру из полупроводников разного состава, в котором каждый слой имеет свою ширину запрещенной зоны, положение потолка валентной зоны и дна зоны проводимости. На основе гетероструктур созданы мощные высокоэффективные светоизлучающие диоды, используемые в дисплеях, лампах тормозного освещения в автомобилях и светофорах. В гетероструктурных солнечных батареях, которые широко используются в космической и наземной энергетике, достигнуты рекордные эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую.
Одним из ярких применений полупроводниковых гетеропереходов является полупроводниковый лазер, или лазерный диод. Сегодня один только рынок гетеролазеров соответствует рынку всей полупроводниковой промышленности за 80-й год. Лазеры на гетероструктурах - то, что доминирует в современных информационных технологиях, и нобелевская премия за них была дана в том числе с точки зрения социальной значимости. Именно такой лазер был предложен независимо в 1963 г. в авторском свидетельстве ленинградских физиков Ж.И. Алферова и Р.Ф. Казаринова (живущего сейчас в
США) и в работе Г.Крэмера. В принципе, лазер на основе излучающего диода предлагали и значительно раньше, в частности, в 1953 г. знаменитый математик Джон фон Нейман, в 1959 г. советские физики Н.Г. Басов (впоследствии нобелевский лауреат), Б.М. Вул и Ю.М. Попов независимо друг от друга [1]. Впервые такой лазер был реализован разными группами физиков в СССР и США в 1962 г. [2] Однако индуцированное излучение света, которое отличает работу лазера от других светоизлучателей, в таких диодах было едва выражено.
Если возможность управления типом проводимости полупроводника с помощью легирования различными примесями и идея инжекции неравновесных носителей заряда - те семена, из которых выросла полупроводниковая электроника, то гетероструктуры дают возможность решить значительно более общую проблему управления фундаментальными параметрами в полупроводниковых кристаллах и приборах: шириной
запрещенной зоны, эффективными массами носителей и их подвижностями, показателем преломления, электронным энергетическим спектром и т. д.
На основе предложенных в 1970 г. Ж.И. Алферовым и его сотрудниками идеальных переходов в многокомпонентных соединениях йтСаАяР созданы полупроводниковые лазеры, работающие в существенно более широкой спектральной области. Они нашли широкое применение в качестве источников излучения в волоконно-оптических линиях связи повышенной дальности. Современные информационные системы должны отвечать двум простым, но основополагающим требованиям: быть быстрыми, чтобы большой объем информации можно было передать за короткий промежуток времени, и компактными, чтобы уместиться в офисе, дома, в портфеле или кармане.
Гетеролазеры передают, а гетероприемники принимают информационные потоки по волоконно-оптическим линиям связи. Гетеролазеры можно обнаружить также в проигрывателях СБ-дисков, устройствах, декодирующих товарные ярлыки, лазерных указках и во многих других приборах. Сейчас очень трудно представить современную физику твердого тела без полупроводниковых гетероструктур. Полупроводниковые гетероструктуры,
накачки в основном происходит в непосредственной близости от иглы -источника света.
В данной работе для исследования полупроводниковых лазеров мы использовали ближнепольную сканирующую оптическую микроскопию как метод перспективный и эффективный в данном направлении. Она позволяет получить представление о структуре электромагнитного поля лазерного луча в ближнем поле, то есть в непосредственной близости от активной области лазера, и одновременно с этим позволяет связывать параметры излучения с геометрией активной области. Спектральное разрешение обеспечивалось путем пропускания собранного излучения через решетчатый монохроматор, что позволило раздельно исследовать характеристики пространственного распределения излучения лазера.