Оптические и структурные свойства квантовых точек (In,Ga,Al)As на подложках арсенида галлия для светоизлучающих приборов диапазона 1.3-1.55 мкм

• Автор: Гладышев, Андрей Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор
1.1. Получение массивов квантовых точек
1.1.1. История создания квантовых точек и методы их формирования
1.1.2. Влияние условий роста на параметры массивов квантовых точек
1.2.Свойства самоорганизующихся квантовых точек ГпАз/ОаАз
1.2.1. Электронные и оптические свойства квантовых точек 1пЛя/СаЛя, полученных методом МПЭ
1.2.2. Получение длинноволнового излучения (Я=1.3 - 1.55 мкм) в структурах с квантовыми точками 1пАв/СаАв. Влияние покрывающих слоев и материала матрицы на свойства квантовых точек
1.2.3. Температурные зависимости фотолюминесценции
квантовых точек
1.2.4. Механизмы захвата и рекомбинации носителей заряда в квантовых точках
1.3. Применение квантовых точек. Лазерные характеристики
Глава 2. Экспериментальное оборудование и методы
2.1. Рост гетероструктур методом молекулярно-пучковой эпитаксии
2.2. Экспериментальные методы исследований гетероструктур
Глава 3. Метаморфные квантовые точки
получение излучения в диапазоне 1.3-1.55 мкм
3.1. Метод уменьшения плотности дефектов
3.2. Влияние количества осажденного 1пАз:
оптические и структурные свойства
3.3. Влияние состава матрицы и заращивающего слоя:
оптические и структурные свойства
3.4.Энергетическая диаграмма носителей заряда в квантовых точках 1пАз,
сформированных в метаморфной матрице
3.5.Температурные зависимости фотолюминесценции - сравнение с
квантовыми точками ГпАэ, сформированными в матрице ваАз
Глава 4. Метод управления энергетическим спектром состояний носителей заряда в квантовых точках
4.1. Влияние заращивающих слоев А1Аз и 1пА1Аз:
оптические и структурные свойства
4.2. Неравновесный характер распределения носителей заряда в квантовых точках 1пАз при комнатной температуре
4.3. Исследование возможности длинноволнового сдвига максимума фотолюминесценции квантовых точек 1пАз/1пА1Аз
4.3.1.Влияние состава заращивающего слоя 1пА1Ав на длину волны излучения квантовых точек 1пА$/1пА1Ав
4.3.2.Влияние количества осажденного 1пЛ.ч на длину волны излучения квантовых точек ЫАв/ЫАЫв
Глава 5. Применение метода управления энергетическим спектром состояний носителей заряда для метаморфных квантовых точек
5.1. Влияние состава матрицы и заращивающего слоя:
оптические и структурные свойства
5.2. Температурные зависимости интенсивности фотолюминесценции -сравнение с метаморфными квантовыми точками 1пАз/1пСаАз
Заключение
Список литературы

В последние годы в мире наблюдается бурный рост объема передаваемой информации, требующий все большего расширения полосы частот обмена информации. Такое увеличение спроса на расширение полосы частот информационного обмена в мире не может обеспечить никакая другая физическая среда кроме оптического волокна. Это является причиной роста рынка оптического волокна и оборудования для волоконно-оптических линии связи (ВОЛС), в частности, полупроводниковых лазеров диапазона 1.3-1.55 мкм, использующихся в ВОЛС в качестве излучателей.
ВОЛС имеют широкую полосу пропускания, что обусловлено чрезвычайно высокой частотой несущей 1014 Гц. Это позволяет передавать по одному оптическому волокну поток информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации. Кроме этого ВОЛС обладают такими преимуществами, как малое затухание светового сигнала, неподверженность электромагнитным помехам, химическая стойкость, возможность увеличения плотности передаваемой информации за счет передачи разных сигналов на разных длинах волн и использования воли, перпендикулярных друг другу поляризаций.
Кварцевое оптическое волокно имеет четыре спектральных окна прозрачности вблизи длин волн 0.85 мкм, 1.3 мкм, 1.55 мкм и 1.6 мкм, соответствующих минимумам световых потерь. В современных ВОЛС широко используются первые три окна прозрачности. Уровень световых потерь в оптоволокне определяет дальность передачи информации без дополнительного усиления сигнала. Кроме того, дальность передачи и, главное, скорость модуляции сигнала определяется дисперсией оптического волокна, приводящей к размытию импульсов передаваемого оптического сигнала. Минимуму потерь в кварцевом оптоволокне соответствует длина волны 1.55 мкм, а минимуму дисперсии - 1.31 мкм. На рис.1 представлена зависимость дальности передачи информации от частоты модуляции сигнала для различных полупроводниковых лазеров, использующихся в ВОЛС. Видно, что использование лазеров, излучающих на длинах волн 1.3 мкм и 1.55 мкм, позволяет существенно

Глава 3. Метаморфные квантовые точки - получение излучения в диапазоне 1.3-1.55 мкм
Как было отмечено в литературном обзоре, одним из наиболее перспективных путей для создания лазеров диапазона 1.3-1.55 мкм является использование гетероструктур с квантовыми точками 1пАБ/СаАБ. За последнее десятилетие большой прогресс был достигнут в технологии роста квантовых точек 1пАб, излучающих в диапазоне 1.3 мкм, на подложках ОэАб. В частности, были реализованы на практике лазеры с 1пАб КТ со сверхнизким значением пороговой плотности тока генерации, высокой температурной стабильностью и дифференциальной эффективностью [4, 142, 143]. Были созданы высококачественные лазеры полосковой конструкции, а также поверхностно излучающие лазеры с вертикальным резонатором (УСБЕБб), работающие на длине волны 1.3 мкм. Данные успехи мотивировали интерес к созданию структур на КТ, излучающих в диапазоне 1.55 мкм. На сегодняшний день предложены такие технологические подходы для сдвига длины волны излучения КТ 1пАб в область 1.45-1.55 мкм, как вертикально-связанные КТ [144] и КТ, выращенные при низких (320-350°С) температурах подложки [145]. Но из-за низкого структурного совершенства таких КТ лазеров на их основе создано не было.
Нами был предложен новый метод получения длинноволнового излучения от структур с КТ 1пАб на подложках СаАБ, основанный на метаморфной концепции роста [5]. Как было показано в работе [146], длина волны излучения в структурах на основе самоорганизующихся КТ 1пАб может быть управляемо увеличена за счет уменьшения ширины запрещенной зоны матрицы, окружающей массив КТ. В частности для этого можно использовать узкозопную матрицу 1пОэАб вместо более широкозонной матрицы СаАБ. Однако значительное различие постоянных решетки приводит к невозможности прямого эпитаксиального выращивания на подложках СаАБ сравнительно толстых структурно совершенных слоев 1пОаАБ. В общем случае релаксация упругих напряжений рассогласования при осаждении слоя 1пСаАБ на поверхность СаАБ сопровождается формированием дислокаций несоответствия интерфейсного типа и дислокаций,