Исследование двухчастотных полупроводниковых лазеров методом ближнепольной сканирующей оптической микроскопии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

003464991

Левичев Вадим Вячеславович

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХЧАСТОТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРОВ МЕТОДОМ БЛИЖНЕПОЛЬНОЙ СКАНИРУЮЩЕЙ ОПТИЧЕСКОЙ МИКРОСКОПИИ

Специальность 01.04.05 - оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

г

л Р

Санкт-Петербург - 2009

003464991

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики, на кафедре Нанотехнологий и материаловедения

Научный руководитель:

Доктор физико-математических наук Голубок Александр Олегович.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук,

Вейко Вадим Павлович

кандидат технических наук Евстрапов Анатолий Александрович

Ведущая организация:

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Защита состоится "_14 " апреля 2009 года в 15.50 на заседании

диссертационного совета Д 212.227.02 при Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики, расположенном по адресу 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверский пр., д 49, ауд. 285

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ ИТМО Автореферат разослан " 10 " марта 2009 г.

Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.ф.-м.н. профессор

С.А. Козлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Исследование и создание новых, перспективных конструкций полупроводниковых лазеров на наногетероструктурах, становится особенно актуальным в эпоху интенсивного развития нанотехнологий. В последнее время повышенный интерес вызывают различные лазеры на гетероструктурах, генерирующие монохроматическое излучение одновременно в двух разных частотных полосах. Интерес к ним вызван, во-первых, тем, что такие лазеры обладает большей эффективностью для практических применений в области передачи информации в сравнении с обычным лазером. Во вторых, наряду с каскадным лазерами, такие устройства могли бы являться источниками излучения среднего и дальнего инфракрасного (ИК) диапазона длин волн, за счет возникновения разностной частоты между двумя модами с близкими частотами в ближнем ИК диапазоне.

Основной проблемой, в реализации таких устройств, является выполнение условия согласования фаз между модами. Было показано ['], что это условие невыполнимо, если обе моды являются основными модами лазерной структуры. Для решения этой проблемы создана конструкция инжекционного лазера с двумя и более квантовыми ямами (КЯ), одна из которых обеспечивает генерацию основной моды волновода, а другая - моды второго порядка. Для реализации такой конструкции необходимо точное согласование положения КЯ в волноводной структуре с максимумами распределения интенсивности электромагнитного излучения в соответствующих модах.

Для решения данной задачи необходимо экспериментальное исследование распределения интенсивности излучения лазера. Распределение интенсивности излучения в апертуре позволяет определить модовый состав генерируемого излучения, и его изменение в зависимости от согласования

положений КЯ в волноводной структуре. Это позволяет выявить особенности необходимые для создания многочастотных лазеров.

Весьма эффективным методом исследования лазерных наногетероструктур является метод сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), включающий в себя: сканирующую туннельную микроскопию (СТМ), сканирующую силовую микроскопию (ССМ), в том числе атомно-силовую микроскопию (АСМ) и ближнепольную сканирующую оптическую микроскопию (БСОМ). Метод БСОМ [2,3] позволяет изучать пространственное распределение интенсивности излучения лазерного диода (ЛД) с разрешением до 50 нм, т.е. существенно превосходящим дифракционный предел разрешения обычного оптического микроскопа [4].

В настоящее время также продемонстрировано [5], что АСМ на сколе ЛД структур позволяет наблюдать топографию КЯ и волноводных слоев. Вместе с тем, несмотря на то, что метод БСОМ позволяет регистрировать профиль моды излучения ЛД, нерешенной остаётся проблема пространственной привязки измеренного профиля интенсивности излучения к структуре ЛД, поскольку топографическое разрешение БСОМ недостаточно для идентификации КЯ.

Цель работы: Разработать методику исследования распределения

электромагнитного поля в волноводе лазерной структуры.

Задачи исследования.

1. Разработать спектрально разрешенную методику исследования полупроводниковых лазерных структур с помощью ближнепольной сканирующей оптической микроскопии.

2. Провести сопоставление топографии поверхности активной области и пространственного распределения излучения полупроводниковых лазерных структур.

3. Экспериментально исследовать пространственную структуру излучения двухчастотных полупроводниковых лазеров методом

спектрально разрешённой ближнепольной сканирующей оптической микроскопии.

Научная новизна работы.

1. Впервые была разработана методика, позволяющая сопоставить геометрию передней грани полупроводникового лазерного диода и пространственный профиль интенсивности его излучения в ближнем поле.

2. Впервые разработана методика спектрально разрешённой ближнепольной сканирующей микроскопии и исследована пространственная структура двухчастотного полупроводникового ЛД в ближнем поле.

3. Впервые получен профиль и карта пространственного распределения интенсивности двухчастотного полупроводникового лазера в ближнем поле.

4. Впервые осуществлено сопоставление геометрии излучающей области двухчастотного полупроводникового лазера, и пространственной структуры его излучения в ближнем поле.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Использование режима ближнепольной сканирующей оптической микроскопии на основе ближнепольных зондов с апертурой 50 нм и кварцевым датчиком силового взаимодействия, обеспечивает оптическую диагностику лазерных структур на уровне пространственного разрешения около 200 нм

2. Предложенный метод характеризации электромагнитного поля, в волноводе лазерной структуры, дает информацию, как о структуре волноводного слоя, так и о структуре излучения лазерного диода.

3. Установлена корреляция топографии поверхности активной области и пространственного распределения излучения полупроводниковых лазерных структур.

4. Пространственное разрешение разработанного метода позволяет определить распределение максимумов интенсивности излучения лазерных диодов относительно краев волноводного слоя с точностью 50 нм.

5. Предложенный метод характеризации электромагнитного поля в волноводе лазерной структуры может быть использован в качестве диагностического метода в технологии создания лазерных структур излучающих в терагерцовом диапазоне.

Практическая значимость работы.

1. Разработана эффективная методика для исследования связи геометрии активной области и пространственной структуры излучения полупроводниковых лазеров на основе квантоворазмерных гетероструктур.

2. Разработан метод спектрально разрешённой БСОМ, для исследования пространственного распределения интенсивности двухчастотных ЛД в ближнем поле.

3. Осуществлена привязка геометрии излучающей области и пространственной структуры излучения в ближнем поле полупроводникового двухчастотного ЛД.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались в виде двух работ на международном рабочем совещании "Scanning Probe Microscopy-2003" (Нижний Новгород, Россия, Март 2-5, 2003), в виде двух работ на международном рабочем совещании "Scanning Probe Microscopy-2004" (Нижний Новгород, Россия, Май 2-6, 2004), на IX Ежегодном Международном Симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, Россия, март 25 - 29, 2005), на второй межрегиональной научной школе для студентов и аспирантов «Материалы нано-, микро- и оптоэлектроники: физические свойства и применение» (Саранск, Россия 13 - 15 октября 2004), на VI

всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт - Петербург 1 - 5 декабря 2004 г), на VII всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто - и наноэлектронике (Санкт -Петербург 5-9 декабря 2005 г)

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 5 статей в научных журналах и 5 сообщений в материалах конференций.

Личный вклад автора.

Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора. Автор участвовал в постановке целей и задач исследований, в разработке методики и проведении эксперимента, при анализе результатов и формировании выводов. Подготовка к публикациям проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая ценность работы подтверждена Грантом Конкурсного Центра фундаментального естествознания для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов вузов, находящихся в ведении Федерального агентства по образованию в 2004 г. А04-2.9-987

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем диссертации составляет 132 страниц, содержит 53 рисунков, и 2 таблицы. Список литературы содержит 126 наименований и размещен на 13 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика диссертационной работы: обоснована актуальность темы, сформулированы цели работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, перечислены основные

положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации результатов, основных публикациях, объеме и структуре работы.

В Главе 1 проведен обзор работ, посвященных изготовлению полупроводниковых лазеров на квантовых ямах и сверхрешетках. Описаны их преимущества и основные характеристики. Приведено краткое описание физических причин, приводящих к возникновению излучения в лазерных гетероструктурах, и способы управления характеристиками излучения

Рассмотрены способы исследования морфологии гетероструктур, достоинства этих методов, и недостатки. Приведен обзор применения методов АСМ, ЭСМ, СТМ, РЭМ, Разобраны методы выделения рельефа на поверхности скола гетероструктур с помощью метода окисления. Так же рассмотрены методы рентгеновского определения структурных параметров сверхрешеток, совместные методы, такие как катодолюминесценции, и метод дифракции отраженных быстрых электронов. Проанализированы так же методы контроля гладкости гетерограниц, такие как: фотолюминесценция, C-V измерения, трансмиссионная электронная микроскопия.

Показано, что для различных типов гетероструктур используется разнообразные методики, а чаще всего используются совместные методики, которые дополняют друг друга.

Рассмотрены основные характеристики излучения полупроводниковых лазерных диодов на гетероструктурах. Дан обзор методов исследования диаграмм направленности, ватт-амперных, спектральных и мощностных характеристик полупроводниковых лазеров. Особое внимание уделено таким методам как Ближнепольная оптическая микроскопия и спектроскопия.

Решено в данной работе для исследования полупроводниковых лазеров использовать ближнепольную сканирующую оптическую микроскопию, как метод перспективный и эффективный в данном направлении. Данный метод даёт 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.

Глава 2 посвящена описанию методов исследования в эксперименте.

Разобрана основная схема работы атомно-силового микроскопа, его особенности, по сравнению с СТМ. Показаны способы работы АСМ и работа его основных элементов, таких как цепь обратной связи и пьезокерамический сканер. Рассмотрены факторы, влияющие на качество изображения, получаемые с помощью АСМ. Описаны основные методы АСМ исследований.

Разобрана схема работы ближнепольного сканирующего оптического микроскопа. Описано историческое развитие ближнепольных исследований. Обоснована теория ближнепольной оптической микроскопии, базирующаяся на решении классической задачи Бете. Подробно расписано устройство оптоволоконного зонда, свойства, принципы работы в ближнем поле. Подробно описаны методы изготовления зондов, контроля их пропускающей способности, оптического и топографического разрешения. Рассмотрена работа обратной связи при взаимодействии зонда и образца. Приведены схемы туннельного, оптического и пьезоэлектрического сенсора. Описаны особенности, возникающие при исследовании излучения полупроводниковых лазерных диодов.

В третьем разделе рассказывается о том, что такое двухчастотный полупроводниковый лазер, зачем он нужен и описываются физические принципы его работы. Рассмотрен принцип генерации разностной частоты, и физические ограничения возникающие в данном случае. Подробно рассматриваются условия обеспечения фазового синхронизма в полупроводниковых лазерных гетероструктурах. Приведены примеры реализации двухчастотных лазеров генерирующих разностную частоту.

В четвертом разделе описывается метод селективного химического травления. Этот метод позволяет визуализировать структуру многофазных приповерхностных слоев, у которых скорость растворения различных фаз

неодинакова. Для этого используется специальный травитель, который селективен к химическому составу гетерослоёв, что позволило визуализировать геометрию волноводной структуры, исследуемых лазеров не только методом АСМ, но так же с помощью метода БСОМ.

Совокупность предложенных методов позволяет производить более точное исследование полупроводниковых лазерных структур, выявлять их топографические и оптические особенности, получать новую полезную информацию о работе полупроводниковых ЛД.

Глава 3 посвящена описанию экспериментального исследования полупроводниковых ЛД.

Подробно описана конструкция экспериментальной установки работающей как в интегральном режиме сбора излучения, так и в режиме спектрально разрешенного исследования.

Принцип работы установки спектрально разрешённой БСОМ заключается в том, что в начале необходимо измерить спектр исследуемого лазера. Для этого, излучение от исследуемого лазера, собираемое ближнепольным зондом, пропускалось по оптоволокну через решёточный монохроматор и регистрировалось фотодетектором. После этого снимался спектр излучения исследуемого лазера с использованием стандартной методики автоматического пошагового изменения диапазона пропускания монохроматора, В дальнейшем, монохроматор фиксировался на том участке спектра, который необходимо исследовать, и производилось сканирование излучения образца. Собранное ближнепольным зондом излучение пропускалось через зафиксированный в необходимом положении монохроматор, и регистрировалось фотодетектором. Далее, сигнал по стандартной селективной методике с синхронным детектированием попадал на усилитель, затем на цифровой вольтметр, и на контроллер ECU прибора TopoMetrix® Aurora™ SNOM.

Computer

Рис. 1. Принципиальная схема рабочей установки спектрально-разрешённой ближнепольной сканирующей оптической микроскопии

Во втором разделе подробно рассматриваются свойства ближнепольных зондов использованных при исследовании. По тест-образцу определена их разрешающая способность, как в оптическом, так и в топографическом режиме исследований. Разрешающая способность используемых зондов составила примерно 200 нм.

В этом разделе также описана установка, созданная нами, для определения коэффициента пропускания ближнепольных зондов. Полученный средний коэффициент пропускания используемых ближнепольных зондов оказался в диапазоне (10"2-г103)

В разделе 3.3 представлены исследования тонкой ближнепольной структуры излучения полупроводникового лазера с использованием

и

Ближнепольной сканирующей оптической микроскопии (БСОМ). Обсуждаются методы качественного улучшения полученного ближнепольного изображения излучения.

В параграфе 3.4 подробно описан объект исследований -двухчастотный лазер и результаты исследования его топографии. Структура 1пСаРЛЗаА5/1пОаА$ ЛД была выращена методом газофазной МОС-гидридной эпитаксии при атмосферном давлении в лаборатории эпитаксиального роста Научно-Исследовательского Физико-Технического Института, ННГУ Б.Н. Звонковым.

Для данных лазеров наблюдался двухчастотный режим генерации (с разницей частот в 2,5%) в широком диапазоне токов - от 0,2 А, при постоянной накачке, до более чем 10 А при импульсной 200-нс накачке (при комнатной температуре в пределах 4-33 °С). Схематический рисунок гетероструктуры показан на рисунке 2 а.

КЯ1 КЯ2

а

б

Рис. 2. а - схематическое изображение структуры полупроводникового ЛД: 1 - n-GaAs буферный слой, 2,4 - Ino.53Gao.47P ограничивающий волновод слой (0.6 мкм), 3 - GaAs волноводный слой (1 мкм), 5 - p-GaAs контактный слой; б - АСМ изображение передней грани полупроводникового ЛД

Активная область включает три квантовые ямы InGaAs с толщиной 9 нм. Две квантовые ямы Ino.19Gao.8i As обозначены как КЯ1, локализованы в середине волноводного слоя. На рисунке 2 б представлено АСМ изображение структуры сколотой передней грани ЛД, на которых наблюдаются все слои гетероструктуры, включая КЯ и спейсерный слой между ними. Сглаживание профиля можно объяснить краевыми эффектами травления, а также эффектом конволюции при АСМ измерениях

Полученное топографическое разрешение БСОМ Aurora в АСМ режиме было хуже, чем у стандартного АСМ Accurex, что вызвано меньшей чувствительностью использованного в БСОМ Aurora пьезокварцевого сенсора сдвиговой силы по сравнению с оптико-механическим сенсором, используемом в АСМ Accurex, а также значительно большим радиусом закругления острия БСОМ-зонда (~ 200 нм), чем у стандартных АСМ зондов (~ 50 нм). Указанное обстоятельство и вызвало необходимость применения селективного травления, чтобы создать на исследуемой поверхности рельеф достаточный для обнаружения БСОМ Aurora в АСМ-режиме.

Рассматривается сравнение исследований топографии образца методом амплитудного и фазового детектирования сигнала. Амплитуда колебаний острия и фаза колебаний относительно возбуждающего напряжения (напряжения генератора пьезодрайвера) являются параметрами, которые зависят от величины взаимодействия колеблющего острия и поверхности. Согласно экспериментальному опыту, фаза колебаний является более чувствительной, по сравнению с амплитудой, к изменениям, связанным с локальными различиями поверхностной адгезии и вязкоупругости. Показано, что получение изображения сигнала фазы параллельно с топографическим изображением поверхности позволяет улучшить топографическое разрешение БСОМ

Глава 4 посвящена рассмотрению результатов исследования пространственной структуры излучения двухчастотных ЛД.

Показано, что в результате применением метода БСОМ, одновременно с определением пространственного распределения излучения ЛД, получено топографическое изображение волноводного слоя GaAs и ограничивающих слоев InGaP. Это дало возможность сопоставить профиль пространственной структуры излучения, с расположением КЯ, относительно границ волноводного слоя, определенным независимо методом АСМ.

В этой работе использовалась спектрально-разрешённая БСОМ для исследования модальной структуры излучения ЛД на основе InGaP/GaAs с InGaAs квантовыми ямами. Этот метод был применен, что бы позволить спектрально разрешить изображение распределения интенсивности ЛД излучения в ближнем поле и изучать модальный состав ЛД излучения на каждой частоте генерации отдельно. Используя этот метод, мы наблюдали работу ЛД в режиме, когда более высокая частота излучения генерировала в основной моде, в то время как более низкая частота генерировала в моде более высокого порядка.

На рисунке 3 представлены спектрально разрешённые БСОМ изображения излучающей апертуры и профили интенсивности света в направлении перпендикулярном р - п переходу. БСОМ изображение на рис. За был записан на длине волны Xi=l .005 мкм, которое соответствует излучению КЯ1. Генерация на длине волны имеет место в основной моде. Распределение света на рис. 36 зарегистрированное на длине волны Я^=1.030 мкм (КЯ2) с двумя основными пиками на профиле моды, которое означает, что генерация на длине волны Х2 происходит в моде второго порядка, как и предполагалось при разработке ЛД.

Произведено сопоставление изображения геометрии активной области, полученные с помощью БСОМ и АСМ, и пространственной структуры излучения двухчастотного лазера на каждой частоте отдельно.

На рисунке 4 представлены профили геометрии активной области передней грани ЛД, связанные по границе волноводного слоя, а также профили

ближнепольных изображений излучения ЛД на длинах волн А,, и Х2, полученные одновременно с профилем топографии.

Рис. 3 Спектрально - разрешённые БСОМ - изображения и профили линии излучающей апертуры двухчастотного ЛД. Длина волны излучения а - 1005 нм, б - 1030 нм. Ток накачки 0.2 А

Рис. 4. Профили интенсивности излучения в ближнем поле (1,2) и геометрии активной области ЛД (3,4). 1 - излучение на длине волны 2 -излучение на длине волны Х2, 3 - БСОМ, 4 - АСМ.

Показано, что в последних партиях исследуемых ЛД, на длине волны 468 нм, обнаружена генерация излучения, которое является суммарной гармоникой от излучений на длинах волн Я-i и Это говорит о том, что произошло улучшение выполнения условия согласования фаз между модами.

В третьем параграфе рассмотрена пространственная структура излучения двухчастотного лазера при различных токах накачки, на разных частотах. Так же рассмотрены изменение структуры излучения в зависимости от времени работы лазера. Обсуждается интерпретация режимов работы лазерных диодов и эволюция генерации на разных частотах.

Заключение содержит основные результаты диссертационной работы.

Основные результаты работы

1. Разработана методика, позволяющая сопоставить структуру излучающей поверхности полупроводникового лазерного диода на квантовых ямах и пространственный профиль интенсивности его излучения в ближнем поле. Применение ближнепольной сканирующей оптической микроскопии в сочетании с селективным химическим травлением дает возможность выявлять границы волноводного и ограничивающих слоев на топографическом изображении торца лазерной структуры, одновременно с пространственным распределением излучения полупроводникового лазерного диода. В свою очередь, это позволяет сопоставить профиль излучения в ближнем поле с положением квантовых ям относительно границ волноводного слоя, определенным независимо методом атомно-силовой микроскопии.

2. Произведено сопоставление изображения геометрии активной области, полученные с помощью БСОМ и АСМ, и пространственной структуры излучения двухчастотного лазера на каждой частоте отдельно. Пространственное разрешение разработанного метода позволило определить распределение максимумов интенсивности излучения лазерных диодов относительно краев волноводного слоя с точностью 50 нм

3. С помощью спектрально-разрешённой БСОМ исследован двухчастотный полупроводниковый ЛД на основе InGaP/GaAs с InGaAs квантовыми ямами излучающий на длинах волн: 1.005 мкм, и 1.030 мкм. Пространственное распределение интенсивности излучения ЛД было визуализировано отдельно на каждой длине волны излучения, ближнепольным зондом, соединённым с решёточным монохроматором. Показано, что спектрально разрешённая БСОМ, позволяет регистрировать карту распределения интенсивности ЛД излучения в ближнем поле и изучать его модальный состав отдельно на каждой частоте генерации. Исследованы временная стабильность и пространственная однородность распределения интенсивности излучения лазеров в ближнем поле, на каждой из генерируемых длин волн в зависимости от режима работы лазеров. Таким образом установлено, что спектрально разрешённая БСОМ является эффективным методом изучения двухчастотных полупроводниковых лазерных гетероструктур.

Список работ автора по теме диссертации

[А1] Левичев В.В., Максимов Г.А., Мишкин В.П., Филатов Д.О. Сопоставление топографии излучающей поверхности полупроводникового лазера и пространственной структуры его излучения в ближнем поле. // Микросистемная техника., 2003, вып. 10, стр. 28-31.

[А2] D.O.Filatov, G.A.Maximov, V.P.Mishkin, V.V.Levichev., Investigation of the structure of a semiconductor laser diode and the spatial structure of its radiation by Scanning Near-field Optical Microscopy (SNOM) and Atomic Force Microscopy (AFM). // Труды 3-го рабочего совещания по проекту НАТО SfP-973799 "Полупроводники" программы НАТО "Наука для Мира" 2003, стр.65-72

[A3] V.V.Levichev, G.A.Maximov, V.P.Mishkin, D.O.Filatov Correlation between the topography of the emitting surface of a semiconductor laser diode and the structure of its radiation in the near field. // Physics of low - dimensional structures., 2003, V. 3/4, p. 277-280.

[A4] K.P. Gaikovich, V.F. Dryakhlushin, V.V. Levichev, V.P.Mishkin Study of Near-Field Emission of Semiconductor Laser // Physics of low - dimensional structures., 2003, V. 3/4, p. 55-60.

[A5] D.O. Filatov, G.A. Maksimov, V.P. Mishkin, V.V. Levichev, V.I. Nekorkin, S.V. Morozov «Investigation of two frequency laser diodes by spectrum resolved Scanning Near-Field Optical Microscopy» - Physics of low - dimensional structures., 2004, V. 1/2, p. 173-176

[A6] D.O.Filatov, G.A.Maximov, V.P.Mishkin, V.V.Levichev Investigation of correlation between the structure of a semiconductor laser diode with the spatial structure of its radiation by Scanning Near-field Optical Microscopy (SNOM) and Atomic Force Microscopy (AFM). Proceedings of International Workshop "Scanning Probe Microscopy-2003" (Nizhny Novgorod, Russia, March 2-5, 2003) p. 199-203.

[A7] A.V. Ershov, E.I. Malysheva, S.M. Nekorkin, B.N. Zvonkov, D.O Filatov, V.V Levichev Surfase morphology and optical properties of thin-film antireflection coatings for high-power semiconductor laser diodes. Proceedings of International Workshop "Scanning Probe Microscopy-2003" (Nizhny Novgorod, Russia, March 2-5,2003) p. 143-146.

[A8] K.P. Gaikovich, V.F. Dryakhlushin, V.V. Levichev, V.P.Mishkin Study of Near-Field Emission of Semiconductor Laser Proceedings of International Workshop "Scanning Probe Microscopy-2003" (Nizhny Novgorod, Russia, March 25, 2003) p. 180-183.

[A9] K.P. Gaikovich, V.F. Dryakhlushin, V.V. Levichev, V.P.Mishkin - Study of Near-Field Emission of Semiconductor Laser Proceedings of International Workshop "Scanning Probe Microscopy-2004" (Nizhny Novgorod, Russia, May 2 -6,2004) p. 208-209.

[A10] D.O. Filatov, G.A. Maksimov, V.P. Mishkin, V.V. Levichev, V.I. Nekorkin, S.V. Morozov «Investigation of two frequency laser diodes by spectrum resolved Scanning Near-Field Optical Microscopy» Proceedings of International

Workshop "Scanning Probe Microscopy-2004" (Nizhny Novgorod, Russia, May 2 -6,2004) p. 213-215.

Список цитированной литературы.

[1] V.Ya. Aleshkin, A.A. Afonenko, N.B. Zvonkov. Difference Mode Generation in Injection Lasers II Semiconductors. - 2001. - Vol. 35. - P. 1203.

[2] M.A. Paesler and PJ. Moyer. Near-Field optics: theory, instrumentation, and applications. // Wiley, 1996. - P. 355.

[3] M.S. Unlii, B.B. Goldberg, W.D. Herzog and D. Sun, E. Towe. Near-field optical beam induced current measurements on heterostructures // Appl. Phys. Lett. - 1995. - Vol. 67 (13). - P. 1862

[4] W.D. Herzog, M.S. Unlii, B.B. Goldberg, G.H. Rhodes, C. Harder. Beam divergence and waist measurements of laser diodes by near-field scanning optical microscopy // Appl. Phys. Lett. - 1997. - Vol. 70 (6). - P. 688

[5] A.V. Ankudinov, V.P. Evtikhiev, V.E. Tokranov, V.P. Ulin, and A.N.Titkov. Nanorelief of an oxidized cleaved surface of a grid of alternating Gao.7Alo.3As and GaAs // Semiconductors. - 1999. - Vol. 33 (5). - P. 555.

Подписано в печать 04.03.2009г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ № 1101.

Отпечатано в ООО «Издательство "JIEMA"»

199004, Россия, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., д.24, тел./факс: 323-67-74 e-mail: izd_lema@mail.ru http://www.lemaprint.ru

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.

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 InGaAsP 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 CD-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, включая квантовые ямы, нити и точки, являются сегодня предметом исследований 2/3 исследовательских групп в области физики полупроводников.

Актуальность темы

Исследование и создание новых, перспективных конструкций полупроводниковых лазеров на наногетероструктурах становится особенно актуальным в эпоху интенсивного развития нанотехнологий. В последнее время повышенный интерес вызывают различные лазеры на гетероструктурах, генерирующие монохроматическое излучение одновременно в двух разных частотных полосах. Интерес к ним вызван, во-первых, тем, что такие лазеры обладают большей эффективностью и имеют широкое практическое применение в области передачи информации в сравнении с обычным лазером. Во-вторых, наряду с каскадным лазерами такие устройства могли бы являться источниками излучения среднего и дальнего инфракрасного (ИК) диапазона длин волн за счет возникновения разностной частоты между двумя модами с близкими частотами в ближнем ИК диапазоне.

Основная проблема реализации таких устройств - выполнение условия согласования фаз между модами. Было показано [3], что это условие невыполнимо, если обе моды являются основными модами лазерной структуры. Для решения данной проблемы . создана конструкция инжекционного лазера с двумя и более квантовыми ямами (КЯ), одна из которых обеспечивает генерацию основной моды волновода, а другая - моды второго порядка. Для реализации такой конструкции необходимо точное согласование положения КЯ в волноводной структуре с максимумами распределения интенсивности электромагнитного излучения в соответствующих модах.

Для решения данной задачи необходимо экспериментальное исследование распределения интенсивности излучения лазера. Распределение интенсивности излучения в апертуре позволяет определить модовый состав генерируемого излучения и его изменение в зависимости от согласования положений КЯ в волноводной структуре. Это позволяет выявить особенности, учитывать которые необходимо для создания многочастотных лазеров.

Весьма эффективным методом исследования лазерных наногетероструктур является метод сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), включающий:

• сканирующую туннельную микроскопию (СТМ);

• сканирующую силовую микроскопию (ССМ), в том числе атомно-силовую микроскопию (АСМ);

• ближнепольную сканирующую оптическую микроскопию (БСОМ).

Используя метод БСОМ [4,5], можно изучать пространственное распределение интенсивности излучения лазерного диода (ЛД) с разрешением до 50 нм, то есть существенно превосходящим дифракционный предел разрешения обычного оптического микроскопа [6].

В настоящее время таюке продемонстрировано [7], что АСМ на сколе ЛД структур позволяет наблюдать топографию КЯ и волноводных слоев. Вместе с тем, несмотря на то, что метод БСОМ дает возможность регистрировать профиль моды излучения ЛД, нерешенной остается проблема пространственной привязки измеренного профиля интенсивности излучения к структуре ЛД, поскольку топографическое разрешение БСОМ недостаточно для идентификации КЯ.

Исходя из вышесказанного, можно определитьь следующие основные задачи работы:

1. Разработать спектрально разрешенную методику исследования полупроводниковых лазерных структур с помощью ближнепольной сканирующей оптической микроскопии.

2. Провести сопоставление топографии поверхности активной области и пространственного распределения излучения полупроводниковых лазерных структур.

3. Экспериментально исследовать пространственную структуру излучения двухчастотных полупроводниковых лазеров методом спектрально разрешенной ближнепольной сканирующей оптической микроскопии.

Научная новизна работы

1. Впервые разработана методика, позволяющая сопоставить геометрию передней грани полупроводникового лазерного диода и пространственный профиль интенсивности его излучения в ближнем поле.

2. Впервые разработана методика спектрально разрешенной ближнепольной сканирующей микроскопии и исследована пространственная структура двухчастотного полупроводникового ЛД в ближнем поле.

3. Впервые получен профиль и карта пространственного распределения интенсивности двухчастотного полупроводникового лазера в ближнем поле.

4. Впервые осуществлено сопоставление геометрии излучающей области двухчастотного полупроводникового лазера и пространственной структуры его излучения в ближнем поле.

Практическая ценность работы

1. Разработана эффективная методика исследования связи геометрии активной области и пространственной структуры излучения полупроводниковых лазеров на основе квантоворазмерных гетероструктур.

2. Разработан метод спектрально разрешенной БСОМ для исследования пространственного распределения интенсивности двухчастотных ЛД в ближнем поле.

3. Осуществлена привязка геометрии излучающей области и пространственной структуры излучения в ближнем поле полупроводникового двухчастотного ЛД.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались в виде двух работ на международном рабочем совещании «Scanning Probe Microscopy-2003» (Россия, Нижний Новгород, 2-5 марта 2003 г.), в виде двух работ на международном рабочем совещании «Scanning Probe Microscopy-2004» (Россия, Нижний Новгород, 2-6 мая 2004 г.), на IX Ежегодном международном симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Россия, Нижний Новгород, 25-29 марта 2005 г.), на Второй межрегиональной научной школе для студентов и аспирантов «Материалы нано-, микро- и оптоэлектроники: физические свойства и применение» (Россия, Саранск, 13-15 октября 2004 г.), на VI Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 1—5 декабря 2004 г.), на VII Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 5-9 декабря 2005 г.).

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Использование режима ближнепольной сканирующей оптической микроскопии на основе ближнепольных зондов с апертурой 50 нм и кварцевым датчиком силового взаимодействия обеспечивает оптическую диагностику лазерных структур на уровне пространственного разрешения около 200 нм.

2. Предложенный метод характеризации электромагнитного поля в волноводе лазерной структуры дает информацию как о структуре волноводного слоя, так и о структуре излучения лазерного диода.

3. Установлена корреляция топографии поверхности активной области и пространственного распределения излучения полупроводниковых лазерных структур.

4. Пространственное разрешение разработанного метода позволяет определить распределение максимумов интенсивности излучения лазерных диодов относительно краев волноводного слоя с точностью 50 нм.

5. Предложенный метод характеризации электромагнитного поля в волноводе лазерной структуры может быть использован в качестве диагностического метода в технологии создания лазерных структур, излучающих в терагерцовом диапазоне.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 5 статей в научных журналах и 5 сообщений в материалах конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем диссертации составляет 132 страницы, содержит 53 рисунка и 2 таблицы. Список литературы включает 126 наименований и размещен на 13 страницах.

Заключение

1. Разработана методика, позволяющая сопоставить структуру излучающей поверхности полупроводникового лазерного диода на квантовых ямах и пространственный профиль интенсивности его излучения в ближнем поле. Применение ближнепольной сканирующей оптической микроскопии в сочетании с селективным химическим травлением дает возможность выявлять границы волноводного и ограничивающих слоев на топографическом изображении торца лазерной структуры, одновременно с пространственным распределением излучения полупроводникового лазерного диода. В свою очередь, это позволяет сопоставить профиль излучения в ближнем поле с положением квантовых ям относительно границ волноводного слоя, определенным независимо методом атомно-силовой микроскопии.

2. Произведено сопоставление изображений геометрии активной области, полученных с помощью БСОМ и АСМ, и пространственной структуры излучения двухчастотного лазера на каждой частоте отдельно. Пространственное разрешение разработанного метода позволило определить распределение максимумов интенсивности излучения лазерных диодов относительно краев волноводного слоя с точностью 50 нм.

3. С помощью спектрально-разрешенной БСОМ исследован двухчастотный полупроводниковый ЛД на основе InGaP/GaAs с InGaAs квантовыми ямами, излучающий на длинах волн 1,005 мкм и 1,030 мкм. Пространственное распределение интенсивности излучения ЛД было визуализировано отдельно на каждой длине волны излучения ближнепольным зондом, соединенным с решеточным монохроматором. Показано, что спектрально разрешенная БСОМ позволяет регистрировать карту распределения интенсивности ЛД излучения в ближнем поле и изучать его модальный состав отдельно на каждой частоте генерации. Исследованы временная стабильность и пространственная однородность распределения интенсивности излучения лазеров в ближнем поле на каждой из генерируемых длин волн в зависимости от режима работы лазеров. Таким образом, установлено, что спектрально разрешенная БСОМ является эффективным методом изучения двухчастотных полупроводниковых лазерных гетероструктур.

1. Басов Н.Г., Крохин О.Н., Попов Ю.М. Получение состояний с отрицательной температурой в р-n переходах вырожденных полупроводников // Журн. эксперим. и теорет. физ. - 1961. - Т. 40. - С. 1879-1880.

2. Nathan M.I., at al. Stimulated emission of radiation from GaAs р-n junctions // Appl. Phys. Lett. 1962. - Vol. 1. - P. 62

3. V.Ya. Aleshkin, A.A. Afonenko, N.B. Zvonkov. Difference Mode Generation in Injection Lasers // Semiconductors. 2001. - Vol. 35. - P. 1203.

4. M.A. Paesler and P.J. Moyer. Near-Field optics: theory, instrumentation, and applications // Wiley, 1996. P. 355.

5. M.S. Unlti, B.B. Goldberg, W.D. Herzog and D. Sun, E. Towe. Near-field optical beam induced current measurements on heterostructures // Appl. Phys. Lett. — 1995. -Vol. 67 (13).-P. 1862.

6. W.D. Herzog, M.S. Unlu, B.B. Goldberg, G.H. Rhodes, C. Harder. Beam divergence and waist measurements of laser diodes by near-field scanning optical microscopy // Appl. Phys. Lett. 1997. - Vol. 70 (6). - P. 688.

7. A.V. Ankudinov, V.P. Evtikhiev, V.E. Tokranov, V.P. Ulin, and A.N.Titkov. Nanorelief of an oxidized cleaved surface of a grid of alternating Ga0.7A10.3As and GaAs // Semiconductors. 1999. - Vol. 33 (5). - P. 555.

8. Алферов Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур // ФТП. 1998. - Т. 32. - С. 3-18.

9. P. Moriarty, G. Hughes. An investigation of the early stages of native oxide growth on chemically etched and sulfur-treated GaAs(100) and InP(100) surfaces by scanning tunnelling microscopy // Ultramicroscopy. 1992. - Vol. 42-44. - P. 956.

10. I. Suemune, M. Hoshiyama. Discrimination of Compound Semiconductor Heterointerfaces by Simultaneous Observations of Atomic Force Microscopy and Lateral Force Microscopy // Japan. J. Appl. Phys. 1994. - Vol. 33 (pt 1). - P. 3748.

11. G. Bratina, L. Vanzetti, A. Franciosi. Cross-sectional lateral-force microscopy of semiconductor heterostructures and multiple quantum wells // Phys. Rev. B. 1995. -Vol. 52-P. R8625.

12. Y. Martin, D.W Abraham, H.K. Wickramasinghe. High-resolution capacitance measurement and potentiometry by force microscopy // Appl. Phys. Lett. — 1988. -Vol. 52.-P. 1103.

13. D. Sarid. N.Y. Scanning Force Microscopy 11 Oxford University Press,- 1992

14. A.B. Анкудинов, Е.Ю. Котельников, A.A. Канцельсон, В.П. Евтихиев, А.Н. Титков. Микроскопия электростатических сил на сколах полупроводниковых лазерных диодов // ФТП. 2001. - Т. 35 (7) - С. 874.

15. H.J. Leamy. Charge collection scanning electron microscopy // J. Appl. Phys. -1982. Vol. 53.-P. R51.

16. F. Robin, H. Jacobs, O. Homan, A. Stemmer, W Bachtold. Investigation of the cleaved surface of a p-i-n laser using Kelvin probe force microscopy and two-dimensional physical simulations // Appl. Phys. Lett. 2000 - Vol. 76. - P. 2907

17. J.W Hong, K.H. Noh, Sang-il Park, S.I. Kwun, Z.G. Khim. Surface charge density and evolution of domain structure in triglycine sulfate determined by electrostatic-force microscopy // Phys. Rev. B. 1998 - Vol. 58. - P. 5078.

18. A.B. Анкудинов, В.П. Евтихиев, B.E. Токранов, В.П. Улин, А.Н. Титков Нанорельеф окисленной поверхности скола решетки чередующихся гетерослоев Gao.7Alo.3As и GaAs // ФТП. 1999. - Т. 33 (5) - С. 594-597

19. W. Monch. Semiconductor Surfaces and Interfaces // (Springer Verlag) Springer Ser. Surf Sci. 1993. - Vol. 26 (17). - P. 276.

20. H. Ohno, L. A. Nagahara, S. Gwo, W. Mizutani, H. Tokumoto. Nanometer-Scale Wires of Monolayer Height Alkanethiols on AlGaAs/GaAs Heterostructures by Selective Chemisorption // Japan. J. Appl. Phys. 1996. - Vol. 35 (2). - P. N4B, L512.

21. Пунегов В.И. О рентгеновской дифракции на сверхрешетке с хаотически распределенными аморфными включениями // ФТТ. 1990. - Т. 32 (8). — С. 2476-2479.

22. Пунегов В.И. Влияние дефектов структуры на угловое распределение рентгеновской Лауэ-дифракции в тонком кристалле // Письма в ЖТФ. — 1992. — Т. 18 (4).-С. 66-70.

23. Пунегов В.И., Павлов К.М. Кинематическая теория рентгеновской дифракции на гармонической сверхрешетке с микродефектами // Кристаллография. 1993. - Т. 38 (5) - С. 34-42.

24. Holy V., Kub'ena J., Ploog К. X-Ray-Analysis of Structural Defects in A Semiconductor Superlattice // Phys. St. Sol. (b). 1990. - Vol. 162. - P. 347.

25. Holy V., Kub'ena J., Ohlidal I., Ploog K. The diffuse X-ray scattering in real periodical superlattices // Superlattices and Microstructures. 1992. - Vol. 12 (1). -P. 25-35.

26. Holy V. Diffuse-X-Ray Scattering from Nonideal Periodical Crystalline Multilayers // Appl. Phys. A. 1994. - Vol. 58. - P. 173-180.

27. Я.И. Нестерец, В.И. Пунегов, К.М. Павлов, Н.Н. Фалеев Исследование структурных характеристик полупроводниковой сверхрешетки (InGa)As/GaAs с использованием высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии // ЖТФ. 1999. - Т. 69 (2). - С. 44-53.

28. М.А. Herman, D. Bimberg, J. Christen. Heterointerfaces in quantum wells and epitaxial growth processes: Evaluation by luminescence techniques // J. Appl. Phys. -1991.-Vol. 70 P. Rl.

29. M. Tanaka, H. Sakaki. Atomistic models of interface structures of GaAs-AlxGai-xAs (x = 0.2-1) quantum wells grown by interrupted and uninterrupted MBE // Cryst. Growth. 1987. - Vol. 81. - P. 153.

30. R.F. Kopf, T.D. Harris, R.S. Becker. Photoluminescence of GaAs quantum wells grown by molecular beam epitaxy with growth interruptions // Appl. Phys. Lett. — 1991.-Vol. 58.-P. 631.

31. R. Zimmermann, E. Runge, F. Grosse. Ed.M. Scheffler. Influence of interface and alloy disorder// World Scientific, Singapore. 1996. - Vol. 3. - P. 1935.

32. A. Outmazd, D. W. Taylor, I. Cunningham, and С W. Tu. Chemical Mapping of Semiconductor Interfaces at Near-Atomic Resolution // Phys. Rev. Lett. 1990 -Vol. 62.-P. 933.

33. C. A. Warwick, W. Y. Jan, and A, Ourmazd, and T. D. Harris. Does Luminescence Show Semiconductor Interfaces to be Atomically Smooth? // Appl. Phys.Lett. 1990. - Vol. 56. - P. 2666.

34. K. Muraki, S. Fukatsu, Y. Shiraki, and R. Ito. Anomalies in Photoluminescence Linewidth of InGaAs/GaAs Strained-Layer Quantum Wells // Surf. Sci. 1992. -Vol. 267.-P. 107.

35. H. Hasegawa, H. Ohno, H. Ishih, T. Haga, Y. Abe, and H. Takahashi. Origin and properties of interface states at insulator-semiconductor and semiconductorsemiconductor interfaces of compound semiconductors // Appl. Surf. Sci. 1989. -Vol. 41/42-P. 372.

36. E. Molinari, S. Baroni, P. Giannozzi, S. de Gironcoli. Effects of disorder on the Raman spectra of GaAs/AlAs superlattices // Phys. Rev. B. 1992. - Vol. 45. C. 4280.

37. B.A. Гайслер, Д.А. Тэннэ, H.T. Мошегов, А.И. Торопов, А.П. Шебанин, А.А. Яскин. Фононный спектр сверхрешеток ОаАз/А1А8:прямая и обратная спектральные задачи // ФТТ. 1996 - Т. 38 (7). - С. 2242.

38. B.JI. Альперович, H.T. Мошегов, B.B. Попов, A.C. Терехов, B.A. Ткаченко, А.И. Торопов, A.C. Ярошевич Определение шероховатостей гетерограниц по спектрам фототока короткопериодных сверхрешеток AlAs/GaAs // ФТТ. 1997. -Т. 39 (11)-С. 2085-2089.

39. В.Н. Бессолов, Ю.В. Жиляев, Е.Е. Заварин, М.Е. Компан, Е.В. Коненкова, А.С. Усиков, В.А. Федирко. Нанорельеф поверхности GaN: влияние сульфидной обработки // ФТП. 2000. - Т. 34 (11). - С. 1353-1356.

40. Н.Л. Попов, Ю.А. Успенский, А.Г. Турьянский, И.В. Пиршин, А.В. Виноградов, Ю.Я. Платонов. Определение параметров многослойных наноструктур с помощью двухволновой рентгеновской рефлектометрии // ФТП. 2003. - Т. 37 (6). - С. 700-705.

41. К.Д. Моисеев, А.А. Ситникова, Н.Н. Фалеев, Ю.П. Яковлев. Разъединенные гетероструктуры II типа InAs/Galno.nAso^Sb с резкой планарной границей раздела // ФТП. 2000. - Т. 34 (12). - С. 1438-1442.

42. В.Г. Груздев, А.О. Косогов, Н.Н. Фалеев // ПЖТФ. 1996. Т. 20 (14). - С. 1.

43. В.А. Соловьев, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, М.В. Степанов, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев. Растровая электронная микроскопия длинноволновых лазерных структур // ФТП. 1998. - Т. 32 (11) - С. 1300-1305.

44. С.Г. Конников. Полупроводниковые гетероструктуры. В кн.: под ред. Ж.И. Алферова. М.: Мир, 1989.

45. Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин, Д. Джой, Ч. Фиори, Э. Лифшин. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. — М.: Мир, 1984, кн. 1.

46. Е.Г.Голикова, В.П.Дураев, С.А.Козиков, В.Г.Кригель, О.А.Лабутин, В.И.Швейкин. Лазеры на основе InGaAsP/InP с квантово-размерными слоями // Квант. Электрон. 1995. - Т. 22 (2). - С. 105-107.

47. R.M. Feenstra. Cross-sectional scanning tunnelling microscopy of III-V semiconductor structures // Semicond. Sci. Technol. 1994. - Vol. 9. - C. 2157

48. J.F. Zheng, D.F. Ogletree, J. Walker, M. Salmeron, E. R. Weber. Cross-sectional scanning tunneling microscopy of semiconductor vertical-cavity surface-emitting laser structure // J. Vac. Sci. Technol. B. 1994. - 12 (3). - P. 2100.

49. S. L. Zuo, E. T. Yu, A. A. Allerman, R.M. Biefeld. Cross-sectional scanning tunneling microscopy of InAsSb/InAsP superlattices // J. Vac. Sci. Technol. B. — 1999-Vol. 17 (4).-P. 1781.

50. S. L. Zuo, W. G. Bi, C. W. Tu, E. T. Yu. A scanning tunneling microscopy study of atomic-scale clustering in InAsP/InP heterostructures // Appl. Phys. Lett. 1998. -Vol. 72 (17).-P. 2135-2137.

51. B. Lita R. S. Goldman J. D. Phillips P. K. Bhattacharya. Interdiffusion and surface segregation in stacked self-assembled InAs/GaAs quantum dots // Appl. Phys. Letts. 1999. - Vol. 75 (18). - P. 2797-2799.

52. N. Liu С. K. Shih J. Geisz, A. Mascarenhas, J. M. Olson. Alloy ordering in GalnP alloys: A cross-sectional scanning tunneling microscopy study // Appl. Phys. Lett. 1998.- Vol. 73 (14) - P. 1979-1981.

53. Физика полупроводниковых лазеров. Под ред. X. Такумы // М., Мир, 1989.

54. Dutta N.K. Current injection in multi-quantum well lasers // IEEEJ. Quantum Electron. 1983. - Vol. 19. - P. 794.

55. А.П. Богатов, A.E. Дракин, A.A. Лях, A.A. Стратоников. Зависимость диаграммы направленности излучения квантоворазмерного гетеролазера, работающего на вытекающей моде, от тока накачки // Квантовая электроник. — 2001. Т. 31 (10). - С. 847-852

56. В.И. Швейкин, А.П.Богатов, А.Е.Дракин, Ю.В. Курнявко. Диаграмма направленности излучения квантоворазмерных лазеров InGaAs/GaAs, работающих на 'вытекающей' моде // Квантовая электроника. 1999. — Т. 26 (1). - С. 33-35.

57. А.П. Астахова, Т.Н. Данилова, А.Н. Именков, Н.М. Колчанова, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев. Перестраиваемый лазер на основе InAsSb/InAsSbP с высокой направленностью излучения в плоскости р-п перехода // ФТП. — 2000. -Т. 34 (9).-С. 1142.

58. Т.Н. Данилова, А.П. Данилова, О.Г. Ершов, А.Н. Именков, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев. Пространственное распределение излучения в дальней зоне мезаполосковых лазеров на основе InAsSb/InAsSbP в зависимости от тока // ФТП. 1998. - Т. 32 (3). - С. 373-376

59. Е.Г. Голикова, В.П. Дураев, С.А. Козиков, В.Г. Кригель, О.А. Лабутин, В.И. Швейкин . Лазеры на основе InGaAs/InP с квантово-размерными слоями // Квантовая электроника. 1995. - Т. 22 (2). - С. 105-107.

60. А.П. Богатов, А.Е. Дракин, А.А. Странников, В.П. Коняев. Яркость и филаментация оптического потока мощных квантоворазмерных In0.2Ga0.8As/GaAs^a3epOB, работающих в непрерывном режиме // Квантовая электроника. 2000. - Т. 30 (5). - С. 401-405.

61. Н.А. Пихтин, С.О. Слипченко, З.Н. Соколова, И.С Тарасов. Анализ пороговой плотности тока и усиления в квантово-размерных лазерах на основе твердых растворов InGaAsP // ФТП. 2002. - Т. 36 (3). - С. 364-374.

62. S. Civis, A.N. Imenkov, А.Р. Danilova, N.M. Kolchanova, V.V. Sherstnev, Y.P. Yakovlev, A.D. Walters. Diode laser spectroscopy using two modes of an InAsSb/InAsSbP laser near 3.6 |im // Appl. Phys. В 2000. - Vol. 71. - P. 481-485

63. A.IO. Лешко, A.B. Лютецкий, Н.А. Пихтин, Г.В. Скрынников, З.Н. Соколова, И. С. Тарасов, Н.В. Фетисова. О внутреннем квантовом выходе и выбросе носителей в квантово-размерных лазерах на основе InGaAsP / InP // ФТП. 2000. - Т. 34 (12). - С. 1457-1461.

64. Г.В. Скрынников, Г.Г. Зегря, Н.А. Пихтин% С.О. Слипченко, В.В. Шамахов, И.С. Тарасов. О внутреннем квантовом выходе стимулированного излучения InGaAsP/InP-гетеролазеров (А, =1.55 мкм) // ФТП. 2003. - Т. 37 (2). - С. 243-248

65. Д.А. Лившиц, А.Ю. Егоров, И.В. Кочнев, В.А. Капитонов, В.М. Лантратов, Н.Н. Леденцов, Т.А. Налет, И.С. Тарасов. Рекордные мощностные характеристики лазеров на основе InGaAs / AlGaAs / GaAs-гетероструктур // ФТП.-2001.-Т. 35 (3).-С. 380-384

66. Lynford L Goddard, Michael Kneissl, David P. Bour, and N. M. Johnson. Gain characteristic of continuous-wave InGaN multiple quantum well laser diodes during life testing // J Appl. Phys. 2000. - Vol. 88 (7). - P. 3820.

67. S. K. Buratto, J. W. P. Hsu, E. Betzig, J. K. Trautman, R. B. Bylsma, C.C. Bahr, and M. J. Cardillo Near-field photoconductivity: Application to carrier transport in InGaAsP quantum well lasers // Appl. Phys. Lett. 1994. - Vol. 65. - P. 2654.

68. S. К. Buratto, J. W. P. Hsu, J. K. Trautman, E. Betzig, R. B. Bylsma, C.C. Bahr, M. J. Cardillo. Imaging InGaAsP quantum-well lasers using near-field scanning optical microscopy // J. Appl. Phys. 1994. - Vol. 76. - P. 7720.

69. A. Richter, J.W. Tomm, Ch. Lienau, J. Luft. Near-field scanning optical microscopy of polarization bistable laser diodes // Appl. Phys. Lett. 1996. - Vol. 69 (26).-P. 3981.

70. S.K. Buratto, J.W.P. Hsu, E. Betzig, J.K. Trautman, R.B. Bylsma, C.C. Bahr, and M.J. Cardillo. Near-field photoconductivity: Application to carrier transport in InGaAsP quantum well lasers// Appl. Phys. Lett. 1994. - Vol. 65. - P. 2654.

71. Ch. Lienau, A. Richter, J.W. Tomm. Near-field photocurrent spectroscopy: A novel technique for studying defects and aging in high-power semiconductor lasers // Appl. Phys. A. 1997. - Vol. 1 (11). - P. 554.

72. C.B. Гапонов, В.Ф. Дряхлушин, В Л. Миронов, Д.Г. Ревин. Исследование фотолюминесценции и модификации гетероструктур InGaP/GaAs/InGaAs методами сканирующей ближнепольной микроскопии // Письма в ЖТФ. 1997. - Т. 23 (16). - С. 20-25

73. Harris T.D., Gershoni D., Grober R.D., Pfeiffer L., West K., Chaiid N. Near-field optical spectroscopy of single quantum wires // Appi. Phys. Lett. 1996. - Vol. 68 (7).-P. 988-990.

74. Г. Биннинг, Г. Рорер. Сканирующая туннельная микроскопия — от рождения к юности // Нобелевские лекции по физике 1996. УФН вып.2, 1988. -Т. 154.-С. 261-278

75. Benning G., Quate C.F., Gereber Ch. Atomic Force Microscope // Phys.Rev.Lett. 1986. - Vol. 56 (9). - P. 930-933.

76. B.C. Эдельман. Сканирующая туннельная микроскопия (обзор) // ПТЭ. -1989. Т. 5. — С.25-49

77. Е.А. Ash and G. Nicholls. Super-resolution Aperture Scanning Microscope // Nature. 1972.-Vol. 237.-P. 510-512.

78. Борн M., Вольф Э. Основы оптики. -M.: Наука, 1970.

79. Дюков В.Г., Кудеяров Ю.А. Растровая оптическая микроскопия, М.: Наука, 1992.

80. D.W. Pohl, W. Denk, and М. Lanz. Optical spectroscopy: image recording with resolution A/20 // Appl.Phys.Lett. 1984. Vol. 44. - P. 651.

81. Betzig E. et.al. Breaking the Diffraction Barrier: Optical Microscopy on a Nanometric Scale// Science. 1991. Vol. 251. - P. 1468.

82. Zenhausern F, Martin Y, Wickramasinghe H.K. Scanning Interferometric Apertureless Microscopy: Optical Imaging at 10 Angstrom Resolution // Science. 1995.-Vol. 269.-P. 1083.

83. H.A. Bethe. Theory of Diffraction by Small Holes // Phys.Rev. 1944. Vol. 66. -P. 163.

84. U. Durig, D.W. Rohl, F. Rohner. Near-field optical-scanning microscopy // J. Appl. Phys. 1986. - Vol. 59, №. 4. - P. 3318.

85. Novotny L., Pohl D.W., Regli Light propagation through nanometer-sized structures: the two dimensional-aperture scanning near-field optical microscope // J. Opt. Soc.Am. A.-1994.-Vol. 11, N6.-P. 1768-1779.

86. Hess H.F. et.al. Individual quantum structures // Science. 1994. - Vol. 264. -P. 1740.

87. Smolyaninov I.I., Mazzoni D.L., Mait J., Davis C.C. Experimental study of surface-plasmon scattering by individual surface defects // Phys.Rev.B. — 1997. -Vol. 56, No.3. P. 1601-1611.

88. В.П. Вейко, Н.Б. Вознесенский, Ю.М. Воронин, В.Ф. Дряхлушин. Ближнепольные оптические зонды: методы изготовления, основные характеристики и контроль аппаратуры // Оптический журнал. 1998. - Т. 65. — С. 31-57

89. К. Karrai, R. D. Grober. Piezoelectric tip-sample distance control for near-field optical microscopes //Appl. Phys. Lett. 1995. - Vol. 66, №. 14. - P. 1842.

90. F. Capasso, A. Tredicucci, С. Gmachl, D.L. Sivco, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho, G. Scamarcio. High-performance superlattice quantum cascade lasers // IEEE J. Select. Topics Quant. Electron. 1999. - Vol. 5 (3). - P. 792.

91. M. Rochat, L. Ajili, H. Willenberg, J. Faist. Low-threshold terahertz quantum-cascade lasers // Appl. Phys. Lett. 2002. - Vol. 81 (8). - P. 1381.

92. A. Andronov, E. Gornik. Special issue Far-infrared semiconductor lasers // Opt. Quant. Electron. - 1991. - Vol. 23 (2).

93. A.A. Belyanin, F. Capasso, V.V. Kocharovsky, VI. V. Kocharovsky, M.O. Scully. Infrared generation in low-dimensional semiconductor heterostructures via quantum coherence // Phys. Rev. A. 2001. - Vol. 63 - P. 803.

94. В.Я Алешкин, A.A. Афоненко, Н.Б. Звонков. Генерация разностной моды в полупроводниковых лазерах // ФТП. 2001. - Т. 35 (10). - С. 1256-1260

95. Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1985.

96. А.А. Афоненко, В.Я. Алешкин, А.А. Дубинов. Нелинейная генерация дальнего инфракрасного излучения в двухчастотных полупроводниковых лазерах // ФТП. 2004. - Т. 38 (2). - С. 244-248.

97. Н.Б. Звонков, С.А. Ахлестина, А.В. Ершов, Б.Н. Звонков, Г.А. Максимов, Е.А. Ускова. Полупроводниковые лазеры на длину волны 0.98 мкмс выходом излучения через подложку // Квант, электрон. 1999. - Т. 26. - С. 217-218

98. В.А. Перевощиков, В.Д. Скупов. Физико-химические основы технологии обработки и поверхности полупроводников // Учебное пособие. Н.Новгород: изд. ННГУ, 1997. - С. 254.

99. J. Kim, J.T. Boyd, H.E. Jakson, K.D. Choquette. Near-field spectroscopy of selectively oxidized vertical cavity surface emitting lasers // Appl. Phys.Lett. — 2000. -Vol. 76.-P. 526.

100. D.K. Young, M.P. Mack, A.C. Abare, and et al. Near-field scanning optical microscopy of indium gallium nitride multiple-quantum-well laser diodes // Appl. Phys.Lett. 1999. - Vol. 74. - P. 2349.

101. J. Kim D.E. Pride, J.T. Boyd, H.E. Jakson. Spectrally-resolved near field investigation of proton implanted vertical cavity surface emitting lasers // Appl.Phys.Lett. 1998. - Vol. 72. - P. 3112.

102. K.P. Gaikovich, V.F. Dryakhlushin, A.V. Kruglov, and A.V. Zhilin. Rectification of SNOM-Image taking into account the probe transfer function // Phys.Low-Dim. Struct. 2002. - Vol. 5/6. - P. 93.

103. Y. Tokuda, N. Tsukada, K. Fujiwara, K. Hamanaka, and T. Nakayama. Widely separate wavelength switching of single quantum well laser diode by injection-current control // Appl. Phys. Lett. 1986. - Vol. 49. - P. 1629-1631.

104. S. Ikeda, A. Shimizu. Evidence of the wavelength switching caused by a blocked carrier transport in an asymmetric dual quantum well laser // Appl. Phys. Lett. -1991.- Vol. 59. P. 504-506.

105. T. R. Chen, Y. Zhuang, Y. J. Xu, B. Zhao, A. Yariv, J. Ungar, and Se Oh. Second quantized state oscillation and wavelength switching in strained-layer multiquantum-well lasers // Appl. Phys. Lett. 1992. - Vol. 60. - P. 2954 - 2956

106. Анкудинов A.B., Евтихиев В.П., Токранов B.E., Улин В.П., Титков А.Н. Нанорельеф окисленной поверхности скола решетки чередующихся гетерослоев Gao.7Alo.3As и GaAs // ФТП. 1999. - Т. 33 (5). - С. 594-597

107. К. Karrai, R. D. Grober. Piezoelectric tip-sample distance control for near feld optical microscopes // Appl. Phys. Letts. 1995. - Vol. 66 (14). - P. 1842 - 1844.

108. В.Ф. Дряхлушин, А.Ю. Климов. B.B. Рогов. А.В. Круглов. Зонды для сканирующего ближнепольного оптического микроскопа // Поверхность. — 2000. Т. 7. - С. 40-42