Исследование одноуровневого и многоуровневого режимов генерации в полупроводниковых лазерах на основе квантовых точек InAs/InGaAs

Коренев, Владимир Владимирович

Исследование одноуровневого и многоуровневого режимов генерации в полупроводниковых лазерах на основе квантовых точек InAs/InGaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Коренев, Владимир Владимирович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование одноуровневого и многоуровневого режимов генерации в полупроводниковых лазерах на основе квантовых точек InAs/InGaAs»

Автореферат диссертации на тему "Исследование одноуровневого и многоуровневого режимов генерации в полупроводниковых лазерах на основе квантовых точек InAs/InGaAs"

На правах рукописи

КОРЕНЕВ Владимир Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОУРОВНЕВОГО И МНОГОУРОВНЕВОГО РЕЖИМОВ ГЕНЕРАЦИИ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРАХ НА ОСНОВЕ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК ¡пАв/ТпСаАз

01.04.10 - Физика полупроводников

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

13 ИЮЛ 2013

Санкт-Петербург 2013

005531578

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении высшего профессионального образования и науки Санкт-Петербургском Академическом университете - Научно-образовательном центре нанотехнологий Российской академии наук (СПб АУ НОЦНТ РАН).

Научный руководитель:

д.ф.-м. н., чл.-корр. РАН Жуков Алексей Евгеньевич

Официальные оппоненты:

д.ф.-м. н., профессор Аверкиев Никита Сергеевич (ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН), д.ф.-м. н., профессор Воробьёв Леонид Евгеньевич (СПбГПУ)

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский Государственный Университет, Санкт-Петербург

Защита состоится « 18 » сентября 2013 г. в 1630 на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 002.269.01, созданного на базе Федерального государственного бюджетного учреждения высшего профессионального образования и науки Санкт-Петербургского Академического университета -Научно-образовательного центра нанотехнологий Российской академии наук (СПб АУ НОЦНТ РАН) по адресу 194021, Санкт-Петербург, ул. Хлопина д. 8 корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПб АУ НОЦНТ РАН.

Автореферат разослан«05» июля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к. ф А. Богданов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Объём информации, передаваемой между компьютерами в сети Интернет, а также в крупных дата-центрах, в период с 2009 по 2013 год увеличился практически в 20 раз и в настоящее время продолжает неуклонно расти. В связи с этим особую актуальность приобретает вопрос перехода к сетям, основанным на оптических линиях связи, позволяющих значительно увеличить скорость передачи данных, в том числе и на малые расстояния. В качестве источника излучения в таких сетях требуются компактные лазеры, излучающие в диапазоне длин волн 1.2 — 1.3 мкм, отвечающем окну прозрачности стандартного кремниевого оптоволокна. Благодаря использованию полупроводниковых квантовых точек (КТ) 1пА5/1пОаА5 в качестве активной области лазеров, удаётся создавать источники излучения, которые позволяют не только перекрыть требуемый диапазон длин волн, но также обладают низкими пороговыми токами, а также высокой температурной стабильностью. Всё это делает длинноволновые лазеры на основе КТ 1пАз/1пСаАз, идеальными кандидатами для использования их в качестве источника излучения в системах оптической связи. Более того, применение таких" лазерных диодов, обладающих широкими спектрами излучения, для многоканальной передачи данных представляет собой выгодную альтернативу используемым в настоящее время массивам одночастотных лазеров с распределённой обратной связью (РОС-лазеров) вследствие дешевизны и простоты их производства [1 - 2]. В связи с этим, в качестве объекта исследования были выбраны инжекционные лазеры полосковой конструкции с активной областью на основе КТ 1пАз/1гЮаАз, излучающие в широком спектральном диапазоне около длины волны 1.3 мкм.

В большинстве практически важных случаев требуется излучение высокой мощности в широком спектральном диапазоне вблизи 1.3 мкм, что отвечает излучению на основном оптическом переходе КТ. В то же время, с увеличением тока накачки в спектрах лазерной генерации появляется новая, более коротковолновая линия излучения, связанная с возбуждённым оптическим переходом КТ. Данное явление получило название двухуровневой (многоуровневой) генерации [3 - 5]. Более того, оказывается, что за порогом двухуровневой генерации имеет место ограничение мощности, излучаемой на основном оптическом переходе КТ, вплоть до полного её гашения [3, 4]. К моменту начала работы основные причины, а также механизм данного явления были изучены недостаточно [5].

Для широкого класса применений, начиная от оптической когерентной томографии и эстетической хирургии вплоть до накачки рамановских усилителей и оптической передачи данных, требуется возможность достижения широких спектров лазерной генерации [1 — 2]. Однако простейший способ, заключающийся в увеличении разброса КТ по размерам, оказывается не всегда реализуем технологически. Кроме того, это приводит снижению усиления в максимуме, что, в свою очередь, ухудшает пороговые характеристики лазера. До настоящего момента отсутствовала концепция увеличения ширины спектра лазерной генерации, основанная на одновременной вариации сразу нескольких параметров активной области лазера. Построению такой концепции способствовало бы аналитическое описание основных спектральных характеристик и их взаимосвязи с режимами работы и конструкцией активной области лазера на основе КТ. Также, с практической точки зрения играет важную роль исследование вопроса увеличения диапазона токов накачки, в котором имеет место одновременная генерация на основном и возбуждённом оптическом переходе КТ.

Цель и задачи работы. Основная цель настоящей работы состояла в экспериментальном и теоретическом исследовании ключевых спектральных характеристик лазеров на основе КТ 1пА5/1пОаА8, излучающих как в режиме одноуровневой, так и многоуровневой генерации. Данное исследование также направлено на решение проблемы оптимизации характеристик лазеров, обладающих широкими спектрами излучения в режиме одноуровневой генерации, а также на рассмотрение вопроса перехода в режим двухуровневой генерации при высоких плотностях тока накачки.

Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:

1) Анализ экспериментальных данных по исследованию основных спектральных характеристик КТ-лазеров различной конструкции в одно- и многоуровневом режимах работы.

2) Разработка теоретической модели, позволяющей в аналитическом виде описать форму и ширину спектров генерации лазеров, излучающих через основной оптический переход КТ, а также выявление ключевых параметров, влияющих на их спектры излучения.

3) Нахождение оптимальной конструкции КТ-лазера, которая позволила бы достичь наибольшей ширины спектра генерации при минимальном или заранее заданном токе накачки.

4) Анализ экспериментального исследования особенностей двухуровневой генерации, включая подавление генерации на основном оптическом переходе, температурную зависимость порогового тока двухуровневой генерации и тока полного гашения излучения на основном оптическом переходе КТ.

5) Построение теоретической модели, которая позволила бы описать гашение излучения на основном оптическом переходе КТ, температурную зависимость пороговых токов и другие особенности двухуровневой генерации.

6) Построение операционной диаграммы КТ-лазера, отображающей возможные режимы его работы.

7) Экспериментальное и теоретическое исследование влияния модулированного р-легирования активной области КТ-лазера на особенности режима двухуровневой генерации.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней:

1) Впервые получены аналитические выражения, позволяющие описать форму и ширину спектра лазерной генерации через основной оптический переход КТ, в том числе в лазерных структурах на основе многослойных массивов КТ, а также в структурах с преднамеренно внесённой неупорядоченностью КТ.

2) Предложен новый механизм, описывающий гашение лазерного излучения на основном оптическом переходе КТ за порогом двухуровневой генерации. Данный механизм основан на предположении о различии в темпах захвата дырок и электронов в КТ. Показано, что ключевым параметром является отношение темпов захвата дырок и электронов в КТ.

3) Построена операционная диаграмма лазера на основе КТ, отображающая возможные режимы работы лазера. Выражения для границ, разделяющих режимы генерации на операционной диаграмме лазера, а также ватт-амперные характеристики лазера во всех возможных режимах его работы получены в аналитическом виде.

4) Показано, что уменьшение тока начала двухуровневой генерации, а также тока гашения генерации на возбуждённом оптическом переходе, имеющее место при увеличении температуры лазера, связано с уменьшением заселённости основного электронного уровня энергии вследствие увеличения скорости тепловых переходов между уровнями энергии КТ. Практическая значимость работы заключается в том, что полученные в ней результаты могут быть использованы для оптимизации характеристик инжекционных лазеров на основе квантовых точек с целью их дальнейшего использования в системах оптической связи. В диссертационной работе:

1) Предложены и реализованы практические методы оптимизации лазеров на основе КТ для достижения наименьшего рабочего тока при заданной ширине спектра генерации лазера и/или достижения наибольшей ширины спектра лазерной генерации при фиксированной мощности излучения. Определены критерии выбора числа рядов квантовых точек, уровня оптических потерь, дисперсии распределения КТ по энергии. Показано, что в лазерных структурах с квантовыми точками существует оптимальное число квантовых точек в активной области, которое позволяет достичь заданной ширины спектра генерации лазера при минимальном токе накачки. Оптимальное число квантовых точек может бьггь достигнуто как за счёт изменения числа рядов квантовых точек, так и за счёт изменения геометрических размеров активной области.

2) Разработан метод оптимизации конструкции КТ-лазера, в том числе за счёт использования многослойных массивов КТ с преднамеренной разупорядоченностью, для достижения наименьшего рабочего тока при заданной ширине спектра генерации.

3) Реализован метод подавления двухуровневой генерации с помощью модулированного легирования примесью р-типа. Продемонстрировано увеличение мощности на основном оптическом переходе в 1.5 раза и увеличение предельной температуры генерации на основном переходе на 50°С по сравнению с нелегированной структурой.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. В лазерных структурах с квантовыми точками существует оптимальное значение дисперсии, которое позволяет при фиксированной мощности излучения лазера достичь наибольшей ширины спектра лазерной генерации.

2. Использование многослойных лазерных структур с квантовыми точками и преднамеренно внесённой разупорядоченностью позволяет добиться увеличения ширины спектра лазерной генерации при неизменной мощности излучения лазера.

3. В лазерных структурах с квантовыми точками величина отношения темпов захвата дырок и электронов в квантовые точки определяет поведение лазера в режиме двухуровневой генерации.

4. Увеличение температуры работы лазера на основе квантовых точек приводит к уменьшению порогового тока двухуровневой генерации и тока, отвечающего полному гашению генерации на основном оптическом переходе, вследствие роста темпа выброса электронов с основного уровня энергии на возбуждённый

уровень, а также снижения темпа захвата электронов с возбуждённого уровня энергии на основной.

5. Модулированное легирование квантовых точек акцепторной примесью, по сравнению с нелегированной активной областью, приводит к увеличению максимальной мощности лазерного излучения на основном оптическом переходе и увеличению диапазона токов накачки, в котором имеет место двухуровневая генерация, а также к росту предельной температуры существования генерации на основном оптическом переходе.

Апробация. Основные результаты диссертации были доложены и обсуждались на различных Всероссийских и международных конференциях и симпозиумах: Российских конференциях по физике и астрономии "ФизикА.СПб (Санкт-Петербург, 2010, 2011, 2012 гг.); 3-ем симпозиуме по когерентному оптическому излучению полупроводниковых структур (Звенигород, 2011 г.); Итоговых конференциях фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Санкт-Петербург, 2011, 2012 гг.); 13-ой и 14-ой Всероссийской молодёжной конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург,

2011 г., 2012 г.); 3-ем Всероссийском симпозиуме "Полупроводниковые лазеры: Физика и Технология" (Санкт-Петербург, 2012 г.); Симпозиумах Международного общества оптики и фотоники (SPIE) SPIE Photonics Europe

2012 (Брюссель, Бельгия, 2012 г.), SPIE Photonics Asia 2012 (Пекин, Китай, 2012 г.), SPIE Optics & Optoelectronics (Прага, Чешская республика, 2013 г.); 15-ой Международной конференции "Laser Optics" (Санкт-Петербург, 2012 г.); 20-ом и 21-ом Международных симпозиумах "Nanostructures: Physics and Technology" (Нижний Новгород, 2012 г., Санкт-Петербург, 2013 г.).

Исследования, проведённые в рамках диссертационной работы, отмечены дипломами Российской конференции по физике и астрономии "ФизикА" 2011 и 2012 годов за научные результаты, обладающие существенной новизной и среднесрочной перспективой их эффективной коммерциализации; дипломом победителя программы "У.М.Н.И.К." фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере за 2012 год; дипломом 1-ой степени за лучший аспирантский доклад 13-ой, а также дипломом 14-ой Всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников, полупроводниковой опто- и наноэлектронике; грантом правительства Санкт-Петербурга для студентов, аспирантов и молодых учёных за 2012 год; молодёжным исследовательским грантом РФФИ на 2012 - 2013 года; стипендией президента

Российской Федерации за 2013 год, стипендией международного общества оптики и фотоники (SPIE) на 2013 год, а также премией за лучший доклад 21-ого симпозиума "НАНОСТРУКТУРЫ: Физика и Технология".

Публикации. Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 23 печатных работах, в том числе в 9 научных статьях, а также 14 материалах конференций и симпозиумов.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, а также списка цитируемой литературы из 81 наименований. Объём работы составляет 118 страниц, включая 1 таблицу и 35 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и выбор объекта исследования, сформулированы цель и основные решаемые задачи работы, показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов, а также приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В разделе 1.1 рассмотрены применения полупроводниковых лазеров на основе KT InAs/InGaAs, в том числе в системах оптической связи и медицине. Сформулированы основные требования, предъявляемые к приборным характеристикам таких лазеров. Показано, что требуется формирование широких спектров лазерной генерации, контроль длины волны лазерного излучения, увеличение оптической мощности и, в первую очередь мощности, излучаемой на основном оптическом переходе. В разделе 1.2 представлены экспериментальные зависимости ширины спектра лазерной генерации от мощности излучения лазера в случае одноуровневой генерации. Изложены основные подходы к описанию одноуровневой генерации в полупроводниковых лазерах, излучающих на основном оптическом переходе KT вблизи длины волны 1.3 мкм. Рассмотрены модели, основанные как на независимом захвате электронов и дырок в квантовую точку, так и модель экситонного захвата. Показано, что большинство работ, посвященных моделированию спектральных характеристик лазеров на KT, основываются лишь на численном решении системы скоростных уравнений, что затрудняет выявление основных закономерностей и ключевых параметров активной области, влияющих на спектры лазерной генерации. В разделе 1.3 обсуждаются

основные подходы к исследованию и моделированию спектральных характеристик лазеров, работающих в режиме многоуровневой генерации, т.е. излучающих одновременно на основном и возбуждённом оптическом переходах КТ. Рассмотрены основные существующие на данный момент модели явления многоуровневой генерации. В частности, показано, что работы, базирующиеся на модели экситонных уровней энергии, предсказывают насыщение мощности, излучаемой на основном оптическом переходе КТ за порогом многоуровневой генерации [3 — 4]. Это, в свою очередь, противоречит существующим экспериментальным данным, предсказывающим затухание и даже полное гашение излучения на основном оптическом переходе КТ при достаточно больших значениях тока накачки [5 — 6]. Приведены ватт-амперные характеристики для случая многоуровневой генерации, температурные зависимости тока начала многоуровневой генерации, а также тока её полного гашения в случае нелегированной активной области лазера. Показано, что в литературе отсутствует модель, которая позволила бы адекватно описать явление многоуровневой генерации, включая эффект затухания излучения на основном оптическом переходе КТ за порогом многоуровневой генерации. В разделе 1.4 приведён обзор литературы, посвященной исследованию влияния легирования активной области лазера на характеристики лазеров на основе КТ. Показано, что использование модулированного р-легирования активной области лазера позволяет повысить температурную стабильность порогового тока, однако его влияние на двухуровневую генерацию ранее исследовано не было.

Во второй главе приведено описание экспериментальных методик, использованных в работе, а также структура исследуемых лазерных образцов на основе КТ ¡пАзЛгЮаАз. Раздел 2.1 посвящён описанию особенностей эпитаксиального синтеза лазерных структур на основе КТ и технологии изготовления лазеров полосковой конструкции. В разделе 2.2 изложены основные методики исследования одно- и многоуровневой генерации, а также схема экспериментальных установок, использованных для измерения спектров лазерной генерации, ватт-амперных характеристик лазеров на КТ, а также пороговых токов лазерной генерации.

В третьей главе рассмотрена развитая в работе [7] аналитическая модель одноуровневой генерации в широкополосных лазерах на основе КТ ГпАБЛпСаАБ, излучающих через основной оптический переход. В разделе 3.1 приведены основные положения модели с учётом того, что ширина спектра генерации в лазерах рассматриваемого типа может достигать величины ~ 75 нм,

что значительно превосходит расстояние между соседними модами лазерного резонатора (< 1 нм). Показано, что это обстоятельство позволяет перейти от системы дискретных скоростных уравнений, описывающей динамику носителей заряда в КТ и фотонов в активной области лазера, к непрерывному интегральному уравнению Фредгольма 1-ого рода. В разделе 3.2 показано, что в случае малого однородного уширения уровней энергии КТ полученное интегральное уравнение имеет аналитическое решение. С учётом неоднородного уширения энергетических уровней в КТ получены аналитические выражения для ширины и формы спектра лазерной генерации, а также их температурные и токовые зависимости. Получено аналитическое выражение для положения ДЕ максимума спектра лазерной генерации по отношению к максимуму плотности состояний КТ:

т . кв-т Р-хГ

Ап- =а

(1)

кв-Т с.(д+1) Ре0

где и—дисперсия распределения КТ по энергии, кв — постоянная Больцмана, Т— температура, д — отношение оптических потерь к максимальному усилению, Р (Рев) - темпы захвата (выброса) экситонов из КТ, нормированные на сумму темпов спонтанного излучения и выброса из наиболее вероятных КТ. Выявлены основные параметры, влияющие на ширину спектра лазерной генерации. Показано, что при комнатной температуре зависимость ширины спектра генерации от выходной мощности лазера определяется двумя безразмерными параметрами, а именно дисперсией распределения КТ по энергии, нормированной на температуру и отношением потерь к максимальному усилению активной области лазера. Показано, что при низких температурах остаётся зависимость только от второго параметра. Показано, что ток накачки лазера прямо пропорционален темпу выброса носителей из КТ. Поэтому замедление темпа выброса носителей из КТ приводит к более широким спектрам лазерной генерации. При этом основным механизмом, приводящим к уширению спектра лазерной генерации в лазерах с квантовыми точками, является компрессия усиления. Для случая, когда темп выброса носителей из КТ не зависит от температуры и энергии КТ, ранее численно рассмотренного в [7], получено аналитическое выражение, связывающее ширину спектра лазерной генерации и мощность лазерного излучения:

/Я

К 'Ч 1-^.езчУ,/4) " (2)

Здесь гп=в/(-Ла), О - ширина спектра лазерной генерации, К — нормировочная константа, пропорциональная числу КТ в активной области лазера, а также темпу теплового выброса носителей из КТ, IV — мощность лазерного излучения. В разделах 3.3 и 3.4 рассмотрены способы увеличения ширины спектров лазерной генерации, а также оптимизации энергопотребления лазерами на основе КТ путём оптимизации структуры и размеров их активной области. В разделе 3.3 показано, что для любого фиксированного числа слоев КТ в активной области лазера существует оптимальная длина резонатора лазера, позволяющая реализовать спектр лазерной генерации заранее заданной ширины при минимальном токе накачки, приведён пример её расчёта (Рис. 1).

Рис. 1. Пример зависимости тока Рис. 2. Пример зависимости ширины накачки, необходимого для достижения спектра лазерной генерации от спектра генерации шириной О от длины величины дисперсии распределения резонатора лазера для различного числа КТ по энергии при различном числе 2 2 рядов КТ в активной области лазера. рядов КТ для фиксированной

мощности излучения лазера !¥ом.

В разделе 3.4 рассмотрен вопрос оптимизации структуры активной области лазера с целью увеличения ширины спектра лазерной генерации, позволяющего реализовать заранее заданную мощность излучения лазера. Показано, что при достаточно больших значениях усиления на основном переходе (4—5 рядов КТ в активной области) рост неоднородного уширения приводит к увеличению ширины спектра лазерной генерации. В то же время, когда усиление мало (1 ряд КТ), увеличение дисперсии типично приводит к сужению спектра лазерной генерации, а в лазерах, содержащих 2—3 слоя КТ, имеется оптимальное значение дисперсии, отвечающее максимальной ширине спектра лазерной генерации при фиксированной мощности излучения лазера (Рис. 2). Структуры

с преднамеренно внесённой неупорядоченностью подчиняются такой же закономерности. Максимальная ширина спектра лазерной генерации может быть достигнута за счёт использования структур с преднамеренно внесённой неупорядоченностью и реализуется путём использования многослойной структуры, в которой одна половина слоёв КТ сдвинута относительно другой половины слоёв КТ по энергии на величину в ^/2-раз превышающую дисперсию распределения КТ по энергии.

Четвёртая глава посвящена аналитическому описанию многоуровневой генерации в полупроводниковых лазерах на основе КТ ГпАБЛгЮаАз в рамках системы скоростных уравнений для одиночной КТ. В разделе 4.1 показано, что учёт различия в темпах захвата дырок и электронов в КТ позволяет описать многоуровневую генерацию в лазерах на КТ, включая эффект затухания излучения на основном оптическом переходе КТ при увеличении тока накачки свыше порога двухуровневой генерации, в хорошем согласии с экспериментальными данными (Рис. 3). Захват носителей в КТ рассматривается при этом в рамках модели [8]. В разделе 4.2 получены аналитические выражения, описывающие мощность, излучаемую на основном и возбуждённом оптических переходах КТ. Получены критерии переключения между различными режимами генерации лазера и построена операционная диаграмма лазера на КТ (Рис. 4), отображающая все возможные режимы работы лазера. Показано, что ключевым параметром, определяющим режим работы лазера, является отношение темпов захвата дырок и электронов в квантовые точки (Л). В зависимости от величины Л генерация на основном оптическом переходе КТ может отсутствовать во всём диапазоне значений тока накачки (/г < Л), её мощность может полностью затухать при больших токах накачки (А* < А < Ист), либо насыщаться (Л > /гсг). Получены в аналитическом виде выражения для /гсг и /г*. Показано, что величина параметра Л оказывает существенное влияние на величину мощности, излучаемой на основном оптическом переходе КТ, а также значение тока полного гашения генерации на основном переходе. В разделе 4.3 рассмотрены температурные зависимости порогового тока двухуровневой генерации, а также тока, отвечающего полному гашению излучения на основном оптическом переходе КТ. Показано, что уменьшение обоих токов с температурой связано с уменьшением заселённости основного и увеличением заселённости возбуждённого электронного уровня энергии вследствие увеличения скорости тепловых переходов.

10000

100

4 6 8 10 Ток инжекции, А

\ V

+ К

V - в..

.....< <1*1 > *

100 1000 Темп захвата электронов, не-1

Рис. 3. Ватт—амперная характеристика Рис. 4. Операционная диаграмма

лазера на КТ: символы — эксперимент, лазера на КТ: Ж, — режим отсутствия

линии - расчёт; вБ (ЕБ) - мощность, генерации, СБ (£5) - генерация на

излучаемая на основном (первом основном (первом возбуждённом)

возбуждённом) оптическом переходе, оптическом переходе КТ, СБ+ЕБ —

СБ+ЕБ — полная мощность. Вставка: двухуровневая генерация, схема уровней энергии КТ.

В пятой главе рассмотрено влияние модулированного легирования КТ ¡пАвЛгЮаАв на основные спектральные характеристики лазеров. В разделе 5.1 приведены результаты экспериментального исследования влияния р-легирования на спектры излучения и ватт-амперные характеристики лазеров на КТ ¡пАБЛпСаАв. Показано, что такое легирование приводит к увеличению диапазона токов накачки, в котором наблюдается одновременная генерация через основные и возбуждённые оптические переходы квантовых точек, росту максимального значения мощности, излучаемой на основном переходе, а также увеличению температуры полного гашения генерации через основной переход. В разделе 5.2 в рамках модели многоуровневой генерации, развитой в диссертационной работе, дана качественная интерпретация полученных экспериментальных результатов (Рис. 5). На основе анализа аналитического решения системы скоростных уравнений показано, что легирование примесью р-типа ведёт к увеличению, а примесью п-типа — к уменьшению максимальной мощности, излучаемой на основном оптическом переходе КТ (Рис. 6). Получено выражение для максимальной мощности, излучаемой на основном оптическом переходе КТ:

2' £е2\ 'аоШ

ёе2\

-К

Ой • ЕорЛ , (3)

где 1У0 — предельная мощность, ограниченная скоростью захвата носителей на основное состояние КТ, gC2\ - темп перехода с возбуждённого электронного уровня энергии в основной, gcu - темп обратного перехода, - полное число КТ в активной области лазера, £ори - энергия основного оптического перехода.

Рис. 5. Экспериментальная ватт- Рис. 6. Зависимость максимальной

амперная характеристика КТ-лазера: мощности, излучаемой на основном

ОБ (ЕБ) - мощность, излучаемая на оптическом переходе КТ, от полного

основном (возбуждённом) оптическом заряда на основном и первом

переходе КТ в нелегированном возбуждённом уровнях энергии при

(светлые символы) и р-легированном различной инверсии заселённости

(закрашенные символы) образце. основного уровня энергии КТ (уО-

В заключении приведены основные результаты работы, которые сводятся к следующему:

1. Для случая малого однородного уширения получены аналитические выражения, описывающие форму и ширину спектра лазерной генерации, а также сдвиг максимума спектра относительно центра плотности состояний КТ. Показано, что при комнатной температуре зависимость ширины спектра генерации от мощности излучения определяется двумя безразмерными параметрами - дисперсией распределения КТ по энергии, нормированной на тепловую энергию, и отношением оптических потерь к максимальному усилению КТ. В аналитическом виде получена зависимость ширины спектра генерации от мощности излучения. С уменьшением оптических потерь и/или ростом максимального усиления значение оптимальной дисперсии и максимальной ширины спектра лазерной генерации возрастают.

2. Показано, что ток накачки, необходимый для реализации спектра лазерной генерации заранее заданной ширины, прямо пропорционален темпу

выброса носителей из КТ. Замедление темпа выброса носителей из квантовых точек приводит к уширению спектров лазерной генерации. Подтверждено, что основным механизмом, приводящим к формированию широких спектров лазерной генерации в лазерах на основе КТ, является компрессия усиления.

3. Показано, что существует оптимальное число КТ в активной области лазера, позволяющее реализовать спектры генерации заранее заданной ширины при минимальном значении тока инжекции. Оптимальное число КТ может быть достигнуто как за счёт изменения числа рядов, так и за счёт изменения геометрических размеров активной области лазера.

4. Показано, что существует оптимальное значение дисперсии распределения КТ по энергии, позволяющее реализовать спектры излучения максимальной ширины при фиксированной мощности излучения лазера. При типичных значениях параметров, увеличение дисперсии будет приводить к росту ширины спектра генерации, если число рядов КТ достаточно велико (более трёх).

5. Показано, что в лазерных структурах на основе КТ с преднамеренно внесённой разупорядоченностью наибольшей ширины спектра генерации можно добиться в том случае, когда центральная энергия одной половины слоев КТ сдвинута относительно центральной энергии другой половины слоев КТ на величину в -/2-раз превышающую дисперсию распределения КТ по энергии.

6. Показано, что уменьшение мощности лазерного излучения на основном оптическом переходе квантовых точек за порогом двухуровневой генерации обусловлено различием в темпах захвата дырок и электронов в КТ. В зависимости от отношения (А) темпов захвата дырок и электронов, генерация на основном оптическом переходе КТ может отсутствовать во всём диапазоне токов накачки (А < А*), затухать с ростом накачки вплоть до полного гашения (А* < А < Аст), либо сохраняться с ростом тока (А > Асг). Выражения для критических значений (Асг и А*) получены в аналитическом виде.

7. Построена операционная диаграмма, которая позволяет по заранее заданным значениям темпов захвата электронов и дырок в КТ определить возможные режимы работы лазера во всём диапазоне токов накачки. В аналитическом виде получены выражения для ватт-амперных характеристик во всех режимах работы лазера, границ, разделяющих различные режимы, а также условия переключения между ними.

8. Обнаружено, что увеличение температуры работы КТ—лазера приводит к уменьшению порогового тока двухуровневой генерации, а также тока,

отвечающего полному гашению генерации на основном оптическом переходе KT. Показано, что это обусловлено увеличением темпа выброса электронов с основного уровня энергии на возбуждённый, а также снижением темпа захвата электронов с возбуждённого уровня на основной.

9. Экспериментально и теоретически показано, что модулированное легирование KT акцепторной примесью приводит к увеличению диапазона токов накачки, в котором сохраняется генерация через основной оптический переход. При этом растут как максимальная мощность, так и предельная температура лазерной генерации на основном оптическом переходе. Получены аналитические выражения для оценки максимальной мощности, излучаемой на основном оптическом переходе KT. Легирование донорной примесью должно иметь противоположный эффект.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

[1] Коренев В.В., Савельев A.B., Жуков А.Е., Омельченко A.B., Максимов М.В. Влияние динамики носителей заряда и температуры на двухуровневую генерацию в полупроводниковых лазерах на квантовых точках // ФТП. — 2013. — Т. 47, №10. - С. 1406 - 1413.

[2] Korenev V.V., Savelyev A.V., Zhukov А.Е., Omelchenko A.V., Maximov M.V. Analytical model of ground-state lasing phenomenon in broadband semiconductor quantum dot lasers // Proc. of SPIE. - 2013. - Vol. 8772. - P. 87720W-1 - 12.

[3] Korenev V.V., Savelyev A.V., Zhukov A.E., Omelchenko A.V., Maximov M.V. Analytical approach to the multi-state lasing phenomenon in quantum dot lasers // Appl. Phys. Lett.-2013.-Vol. 102; №12.-P. 112101.

[4] Zhukov A.E., Kiyzhanovskaya N.V., Savelyev A.V., Nadtochiy A.M., Arakcheeva E.M., Zubov F.I., Korenev V.V., Maximov M.V., Shernyakov Yu.M., Kulagina M.M., Slovinskiy I.A., Livshits D.A., Kapsalis A., Mesaritakis C., Syvridis D., Mintairov A.M. Quantum dot lasers and relevant nanoheterostructures // Proc. of SPIE. - 2012. - Vol. 8552. - P. 855202.

[5] Шерняков Ю.М., Максимов M.B., Жуков A.E., Савельев A.B., Коренев В.В., Зубов Ф.И., Гордеев Н.Ю., Лившиц Д.А. Влияние модулированного легирования активной области на одновременную генерацию через основное и возбужденное состояния в лазерах на квантовых точках // ФТП. - 2012. - Т. 46, №10.-Р. 1353-1356.

[6] Korenev V.V., Savelyev A.V., Zhukov А.Е., Omelchenko A.V., Maximov M.V., Shernyakov Yu.M. Simultaneous multi-state stimulated emission in quantum dot lasers: experiment and analytical approach // Proc. of SPIE. - 2012. - Vol. 8432. - P. 84321L.

[7] Коренев В.В., Савельев A.B., Жуков А.Е., Омельченко A.B., Максимов М.В. Модель одновременной генерации через основное и возбуждённое состояния в полупроводниковых лазерах на квантовых точках // Научно - технические ведомости СПбГПУ. - 2012. - Т. 1(141), С. 13-16.

[8] Коренев В.В., Савельев A.B., Жуков А.Е., Омельченко A.B., Максимов М.В. Влияние неоднородного уширения и преднамеренно внесенной неупорядоченности на ширину спектра генерации лазеров на квантовых точках // ФТП. - 2012. - Том 46, №5. - С. 701-707.

[9] Жуков А.Е., Коренев В.В., Омельченко A.B., Савельев A.B. Математическое моделирование спектра генерации лазера на квантовых точках// Сборник "Вопросы математической физики и прикладной математики", издательство ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН 1, 5 (2010).

Список цитированной литературы: fl] Zhukov, А.Е. Quantum dot diode lasers for optical communication systems / A.E. Zhukov, A.R. Kovsh // Quantum Electronics. - 2008. - Vol. 38. - P. 409-423.

[2] Жуков, A.E. Инжекционные лазеры с широким спектром генерации на основе самоорганизующихся квантовых точек / А.Е. Жуков, А.Р. Ковш, Ж.И. Алферов [и др.] // ФТП. - 2007. - Т. 41. - С. 625-630.

[3] Jiang, Li. Excited-state-mediated capture of carriers into the ground state and the saturation of optical power in quantum-dot lasers / L. Jiang, L.V. Asryan // IEEE Photonics Technology Letters. - 2006. - Vol. 18. - P. 2611-2613.

[4] Markus, A. Modeling carrier dynamics in quantum dots / A. Markus, A. Fiore // Physica Status Solidi A. - Vol. 201. - 2004. - P. 334 - 338.

[5] Жуков, A.E. Особенности одновременной генерации через основное и возбужденное состояния в лазерах на квантовых точках / А.Е. Жуков, М.В. Максимов, Ю.М. Шерняков [и др.] // ФТП. - 2012. - Т. 46. - С. 241-246.

[6] Viktorov, Е.А. Electron-hole asymmetry and two-state lasing in quantum dot lasers / E.A. Viktorov, P. Mandel, Y. Tanguy [et al.] // Applied Physics Letters. -2005. - Vol. 87. - P. 053113 (1-3).

[7] Савельев, A.B. Ширина спектра лазерной генерации в лазерах на квантовых точках: аналитический подход / A.B. Савельев, А.Е. Жуков, М.В. Максимов // ФТП. - 2011. - Т. 45, №2. - С. 245-250.

[8] Asryan, L.V. Inhomogeneous line broadening and the threshold current density of a semiconductor quantum dot laser / L.V. Asryan, R.A. Suris // Sem. Sei. Tech. -1996.-Vol. 11.-P. 554-567.

Подписано в печать « 04 » июля 2013 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 13- Тираж 100 экз. Заказ № 12

Типография «Восстания -1» 191036, Санкт-Петербург, Восстания, 1.

Текст научной работы диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Коренев, Владимир Владимирович, Санкт-Петербург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ АКАДЕМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ -НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР НАНОТЕХНОЛОГИЙ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОУРОВНЕВОГО И МНОГОУРОВНЕВОГО РЕЖИМОВ ГЕНЕРАЦИИ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРАХ НА

На правах рукописи

04201361061

КОРЕНЕВ Владимир Владимирович

ОСНОВЕ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК ТпАзЛгЮаАз

01.04.10 - Физика полупроводников

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН А.Е. Жуков

Санкт-Петербург 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Оглавление........................................................................................2

Введение...........................................................................................4

^ Актуальность темы исследования..................................................4

^ Основная цель..........................................................................5

Задачи....................................................................................6

^ Научная новизна работы.............................................................7

Практическая значимость............................................................7

Методология и методы исследования.............................................8

^ Научные положения, выносимые на защиту....................................9

^ Апробация результатов работы................................................... 10

Глава 1. Лазеры с активной областью на основе самоорганизующихся квантовых точек ІпАв/ІпСаАв............................................................. 12

1.1. Применение полупроводниковых лазеров на квантовых точках ІпАБ/ІпОаАз............................................................................... 12

1.2. Одноуровневая генерация в лазерах на КТ ІпАз/ІпОаАБ.................. 15

1.3. Многоуровневая (двухуровневая) генерация в полупроводниковых лазерах на квантовых точках ІпАз/ІпОаАБ......................................... 18

1.4. Влияние модулированного ¿»-легирования на свойства КТ-лазеров.....28

Глава 2. Экспериментальное исследование одно- и многоуровневой генерации в лазерах с квантовыми точками..........................................30

2.1. Эпитаксиальный синтез полупроводниковых структур с квантовыми точками и изготовление лазерных диодов..........................................30

2.2. Экспериментальное исследование явления одноуровневой генерации в лазерах на КТ ІпАз/ІпОаАБ............................................................38

Глава 3. Аналитическая модель одноуровневой генерации в лазерах на квантовых точках..............................................................................49

3.1. Основные приближения модели одноуровневой генерации...............49

3.2. Модель одноуровневой генерации в случае малого однородного уширения..................................................................................55

3.3. Исследование влияния параметров активной области лазера на спектры излучения в случае гауссовского распределения КТ по энергии..............59

3.4. Оптимизация параметров активной области лазера с КТ InAs/InGaAs. 71 •S Активная область с несколькими идентичными слоями квантовых

точек................................................................................75

S Активная область с несколькими слоями различных квантовых точек................................................................................79

3.5. Заключение к Главе 3..............................................................85

Глава 4. Модель многоуровневой генерации в лазерах на квантовых точках InAs/InGaAs......................................................................................87

4.1. Механизм многоуровневой генерации в лазерах на квантовых точках. 88

4.2. Операционная диаграмма лазера на КТ........................................98

4.3. Температурные зависимости пороговых токов генерации............... 105

4.4. Заключение к Главе 4............................................................ 109

Глава 5. Влияние модулированного легирования квантовых точек акцепторной примесью на многоуровневую генерацию.......................... 111

5.1. Многоуровневый режим генерации в лазерах на основе КТ InAs/InGaAs с модулированным р-легированием................................................ 111

5.2. Теоретический анализ влияния модулированного легирования на многоуровневую генерацию в КТ-лазерах........................................ 118

5.3. Заключение к Главе 5................................................................................ 122

Заключение.................................................................................... 123

Список основных публикаций по теме диссертации............................... 127

Список цитированной литературы...................................................... 129

Введение

Актуальность темы исследования. Объём информации, передаваемой между компьютерами в сети Интернет, а также в крупных дата-центрах, в период с 2009 по 2013 год увеличился практически в 20 раз и в настоящее время продолжает неуклонно расти [1 - 3]. В связи с этим особую актуальность приобретает вопрос перехода к сетям, основанным на оптических линиях связи, позволяющих значительно увеличить скорость передачи данных, в том числе и на малые расстояния. В качестве источника излучения в таких сетях требуются компактные лазеры, излучающие в диапазоне длин волн 1.2 - 1.3 мкм, отвечающем окну прозрачности стандартного кремниевого оптоволокна. Благодаря использованию полупроводниковых квантовых точек (КТ) 1пА8/1пОаАБ в качестве активной области лазеров, удаётся создавать источники излучения, которые позволяют не только перекрыть требуемый диапазон длин волн, но также обладают низкими пороговыми токами, а также высокой температурной стабильностью [1, 2, 4 - 6]. Всё это делает длинноволновые лазеры на основе КТ ЫАзЛгЮаАз, идеальными кандидатами для использования их в качестве источника излучения в системах оптической связи. Более того, применение таких лазерных диодов, обладающих широкими спектрами излучения, для многоканальной передачи данных представляет собой выгодную альтернативу используемым в настоящее время массивам одночастотных лазеров с распределённой обратной связью (РОС-лазеров) вследствие дешевизны и простоты их производства [7]. В связи с этим, в качестве объекта исследования были выбраны инжекционные лазеры полосковой конструкции с активной областью на основе КТ ЫАзЛпОаАз, излучающие в широком спектральном диапазоне около длины волны 1.3 мкм.

коротковолновая линия излучения, связанная с возбуждённым оптическим переходом КТ. Данное явление получило название двухуровневой (многоуровневой) генерации [8 - 10]. Более того, оказывается, что за порогом двухуровневой генерации имеет место ограничение мощности, излучаемой на основном оптическом переходе КТ [8, 9], вплоть до полного её гашения [11]. К моменту начала работы основные причины, а также механизм данного явления были изучены недостаточно [10].

Для широкого класса применений, начиная от оптической когерентной томографии и эстетической хирургии вплоть до накачки рамановских усилителей и оптической передачи данных, требуется возможность достижения широких спектров лазерной генерации [1, 2]. Однако простейший способ, заключающийся в увеличении разброса КТ по размерам, оказывается не всегда реализуем технологически. Кроме того, это приводит снижению усиления в максимуме, что, в свою очередь, ухудшает пороговые характеристики лазера. До настоящего момента отсутствовала концепция увеличения ширины спектра лазерной генерации, основанная на одновременной вариации сразу нескольких параметров активной области лазера. Построению такой концепции способствовало бы аналитическое описание основных спектральных характеристик и их взаимосвязи с режимами работы и конструкцией активной области лазера на основе КТ. Также, с практической точки зрения играет важную роль исследование вопроса увеличения диапазона токов накачки, в котором имеет место одновременная генерация на основном и возбуждённом оптическом переходе КТ.

Основная цель настоящей работы состояла в экспериментальном и теоретическом исследовании ключевых спектральных характеристик лазеров на основе КТ ЫАзЛпОаАБ, излучающих как в режиме одноуровневой, так и многоуровневой генерации. Данное исследование также направлено на решение проблемы оптимизации характеристик лазеров, обладающих широкими спектрами излучения в режиме одноуровневой генерации, а также на

рассмотрение вопроса перехода в режим двухуровневой генерации при высоких плотностях тока накачки.

Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:

- Анализ экспериментальных данных по исследованию основных спектральных характеристик КТ-лазеров различной конструкции в одно- и многоуровневом режимах работы.

- Разработка теоретической модели, позволяющей в аналитическом виде описать форму и ширину спектров генерации лазеров, излучающих через основной оптический переход КТ, а также выявление ключевых параметров, влияющих на их спектры излучения.

- Нахождение оптимальной конструкции КТ-лазера, которая позволила бы достичь наибольшей ширины спектра генерации при минимальном или заранее заданном токе накачки.

- Анализ экспериментального исследования особенностей двухуровневой генерации, включая подавление генерации на основном оптическом переходе, температурную зависимость порогового тока двухуровневой генерации и тока полного гашения излучения на основном оптическом переходе КТ.

- Построение теоретической модели, которая позволила бы описать гашение излучения на основном оптическом переходе КТ, температурную зависимость пороговых токов и другие особенности двухуровневой генерации.

- Построение операционной диаграммы КТ-лазера, отображающей возможные режимы его работы.

- Экспериментальное и теоретическое исследование влияния модулированного р-легирования активной области КТ-лазера на особенности режима двухуровневой генерации.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней:

- Впервые получены аналитические выражения, позволяющие описать форму и ширину спектра лазерной генерации через основной оптический переход КТ, в том числе в лазерных структурах на основе многослойных массивов КТ, а также в структурах с преднамеренно внесённой неупорядоченностью КТ.

- Предложен новый механизм, описывающий гашение лазерного излучения на основном оптическом переходе КТ за порогом двухуровневой генерации. Данный механизм основан на предположении о различии в темпах захвата дырок и электронов в КТ. Показано, что ключевым параметром является отношение темпов захвата дырок и электронов в КТ.

- Построена операционная диаграмма лазера на основе КТ, отображающая возможные режимы работы лазера. Выражения для границ, разделяющих режимы генерации на операционной диаграмме лазера, а также ватт-амперные характеристики лазера во всех возможных режимах его работы получены в аналитическом виде.

- Показано, что уменьшение тока начала двухуровневой генерации, а также тока гашения генерации на возбуждённом оптическом переходе, имеющее место при увеличении температуры лазера, связано с уменьшением заселённости основного электронного уровня энергии вследствие увеличения скорости тепловых переходов между уровнями энергии КТ.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные в ней результаты могут быть использованы для оптимизации характеристик инжекционных лазеров на основе квантовых точек с целью их дальнейшего использования в системах оптической связи. В диссертационной работе:

дисперсии распределения КТ по энергии. Показано, что в лазерных структурах с квантовыми точками существует оптимальное число квантовых точек в активной области, которое позволяет достичь заданной ширины спектра генерации лазера при минимальном токе накачки. Оптимальное число квантовых точек может быть достигнуто как за счёт изменения числа рядов квантовых точек, так и за счёт изменения геометрических размеров активной области.

- Разработан метод оптимизации конструкции КТ-лазера, в том числе за счёт использования многослойных массивов КТ с преднамеренной разупорядоченностью, для достижения наименьшего рабочего тока при заданной ширине спектра генерации.

Реализован метод подавления двухуровневой генерации с помощью модулированного легирования примесью р-типа. Продемонстрировано увеличение мощности на основном оптическом переходе в 1.5 раза и увеличение предельной температуры генерации на основном переходе на 50 °С по сравнению с нелегированной структурой.

Методология и методы исследования. Основным методом, использовавшимся для проведения теоретических исследований являлось компьютерное моделирование процессов динамики носителей в квантовых точках и фотонов в лазерном волноводе, основанное на численном и аналитическом решении систем скоростных уравнений. Компьютерное моделирование проводилось в системах МАТЪАВ и МаЛСАБ, а также с использованием различных пакетов программ. Кроме того, широко применялся аналитический подход к решению систем скоростных уравнений, что позволило получить ряд важных результатов в аналитическом виде. Экспериментально исследуемые полупроводниковые структуры были синтезированы методом молекулярно-пучковой эпитаксии с использованием метода активированного распада раствора 1пОаАз для формирования активной области с последующим изготовление лазеров полосковой конструкции с помощью оптической и электронной литографии и плазмохимического травления. Основной экспериментальной методикой исследования характеристик лазеров на основе КТ являлось измерение

спектров лазерной генерации, а также ватт-амперных характеристик как в импульсном, так и в непрерывном режимах накачки. Кроме того, были исследованы температурные зависимости тока начала многоуровневой генерации, а также тока полного гашения многоуровневой генерации.

Научные положения, выносимые на защиту:

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации были доложены и обсуждались на различных Всероссийских и международных конференциях и симпозиумах: Российских конференциях по физике и астрономии "ФизикА.СПб" (Санкт-Петербург, 2010, 2011, 2012 гг.); 3-ем симпозиуме по когерентному оптическому излучению полупроводниковых структур (Звенигород, 2011 г.); Итоговых конференциях фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Санкт-Петербург, 2011, 2012 гг.); 13-ой и 14-ой Всероссийской молодёжной конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2011 г., 2012 г.); 3-ем Всероссийском симпозиуме "Полупроводниковые лазеры: Физика и Технология" (Санкт-Петербург, 2012 г.); Симпозиумах Международного общества оптики и фотоники (SPIE) SPIE Photonics Europe 2012 (Брюссель, Бельгия, 2012 г.), SPIE Photonics Asia 2012 (Пекин, Китай, 2012 г.), SPIE Optics & Optoelectronics (Прага, Чешская республика, 2013 г.); 15-ой Международной конференции "Laser Optics" (Санкт-Петербург, 2012 г.); 20-ом и 21-ом Международных симпозиумах "NANO STRUCTURES: Physics and Technology" (Нижний Новгород, 2012 г., Санкт-Петербург, 2013 г.).

Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 23 печатных работах, в том числе в 9 научных статьях, а также 14 материалах конференций и симпозиумов.

Исследования, проведённые в рамках диссертационной работы, отмечены дипломами Российской конференции по физике и астрономии "ФизикА.СПб" 2011 и 2012 годов за научные результаты, обладающие существенной новизной и среднесрочной перспективой их эффективной коммерциализации; дипломом победителя программы "У.М.Н.И.К." фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере