Излучательная и безызлучательная рекомбинация в длинноволновых лазерных гетероструктурах пониженной размерности, выращенных на подложках GaAs

Новиков, Иннокентий Игоревич

Излучательная и безызлучательная рекомбинация в длинноволновых лазерных гетероструктурах пониженной размерности, выращенных на подложках GaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Новиков, Иннокентий Игоревич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2005 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Излучательная и безызлучательная рекомбинация в длинноволновых лазерных гетероструктурах пониженной размерности, выращенных на подложках GaAs»

Автореферат диссертации на тему "Излучательная и безызлучательная рекомбинация в длинноволновых лазерных гетероструктурах пониженной размерности, выращенных на подложках GaAs"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А. Ф.ИОФФЕ

на правах рукописи

НОВИКОВ Иннокентий Игоревич

Излучательная и безызлучательная рекомбинация в длинноволновых лазерных гетероструктурах пониженной размерности, выращенных на подложках GaAs

специальность 01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Физико-Техническом институте им. А.Ф. Иоффе Российской Академии Наук.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Н.Ю.Гордеев

старший научный сотрудник

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук АН.Пихтин профессор

доктор физико-математических наук И.С.Тарасов профессор

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет.

Защита состоится " ^ 2005 г. в ^ час. на заседании

диссертационного совета К002.205.02 при Физико-техническом институте им. А. Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.26.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан "25"» .мЛР^А 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат физико-математических наук *

V А

Г.

Г.С. Куликов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Изобретение инжекционных лазеров на основе полупроводниковых гетероструктур [1,2] явилось важнейшим прорывом в оптоэлектронике, определив основные направления ее дальнейшего развития. Следующим революционным шагом стало предложение Дингла и Генри использовать квантово-размерный эффект в полупроводниковых гетероструктурах. Создание полупроводникового лазера на основе квантовой ямы наглядно показало, что зонная структура активной области может быть целенаправленно изменена с помощью использования эффектов размерного квантования, при этом приборные характеристики лазерного диода значительно улучшаются [3]. Дальнейший прогресс технологии полупроводниковых лазеров связан с использованием структур с размерностью ниже двух - квантовых проволок и квантовых точек. Гетероструктуры с пространственным ограничением носителей заряда во всех трех направлениях (квантовые точки) реализуют предельный случай размерного квантования в полупроводниках, когда модификация электронных свойств материала наиболее выражена. Электронный спектр идеальной квантовой точки (КТ) представляет собой набор дискретных уровней, разделенных областями запрещенных состояний. Атомоподобный электронный спектр носителей в квантовых точках дает принципиальную возможность устранить основную проблему полупроводниковой электроники - "размывание" носителей заряда в энергетическом окне порядка кТ, приводящем к деградации свойств приборов при повышении рабочей температуры.

С точки зрения приборного применения одним из важнейших спектральных диапазонов является диапазон 1.3 мкм, отвечающий минимуму дисперсии и второму окну прозрачности оптического волокна и используемый в волоконно-оптических линиях связи. До недавнего времени все инжекционные лазеры спектрального диапазона 1.3 мкм выращивались эпитаксиально на подложках InP в системах материалов InGaAsP или InGaALAs. К недостаткам подобных структур можно отнести недостаточную температурную стабильность длины волны лазерной генерации и порогового тока. В связи с этим, на протяжении последних лет

растет интерес к возможности создания длинноволновых лазеров, выращенных на подложках GaAs. Система материалов GaAs/AЮaAs позволяет достичь достаточно высокого фактора оптического ограничения, вследствие большой разницы показателей преломления на границе волновода и эмиттерных слоев. В то же время, она обеспечивает высокие потенциальные барьеры на границе активная область ~ волновод, подавляя тем самым тепловой выброс носителей заряда. Одновременно система материалов GaAs/AlGaAs является очень привлекательной средой для создания высокоэффективных поверхностно излучающих лазеров [4,5]. Для достижения длин волн излучения 1.3-1.55 мкм в структурах на подложках GaAs был предложен ряд технологических подходов: вертикально-связанные квантовые точки, рост квантовых точек при низких температурах подложки, использование InGaAsN/GaAsN или GalnNAsSb/GaNAsSb квантовых ям. Теоретические расчеты предсказывают, что использование InAs/GaAs квантовых точек и InGaAsN квантовых ям в качестве активной области должно привести к существенному увеличению температурной стабильности характеристик полупроводниковых лазеров на подложке GaAs по сравнению с лазерами на подложке InP. В связи с этим, исследования данных лазерных гетероструктур с целью оптимизации и улучшения их приборных характеристик являются чрезвычайно актуальными.

К началу данной работы был достигнут значительный прогресс в создании длинноволновых лазеров на подложках GaAs. Разработка новых методик роста позволила создать полупроводниковые лазеры с массивами КТ с малым (< 10%) неоднородным уширением, с эффективным ограничением носителей и длиной волны генерации до 13 мкм [6].Были созданы полупроводниковые лазеры в системе материалов InGaAsN/GaAs, работающие при комнатной температуре [7]. Вместе с тем, некоторые важные характеристики таких лазерных гетероструктур оставались неисследованными. Отсутствовали систематические исследования зависимостей пороговой плотности тока, дифференциальной квантовой эффективности излучения, механизмов безызлучательной рекомбинации в широком диапазоне температур (в том числе при низких температурах). В то же время такие исследования позволяют понять физику лазеров на квантовых точках, улучшить их эффективность и приблизить

температурную стабильность пороговой плотности тока к теоретически предсказанным пределам.

Целью настоящей работы являлось определение путей улучшения характеристик инжекционных гетеролазеров спектрального диапазона 13 мкм на подложках GaAs за счет создания и исследования лазеров с активной областью на основе массива InAs-InGaAs квантовых точек и на основе InGaAsN квантовой ямы.

Объектом исследования являлись лазерные гетероструктуры с массивами InAs/GaAs квантовых точек и гетероструктуры с InGaAsN квантовой ямой, полученные методами молекулярно-пучковой эпитаксии, а также полосковые лазеры, изготовленные на их основе.

Методом исследования было изучение электролюминесценции лазерных гетероструктур. Исследовались спектральные, мощностные, пороговые, пространственные характеристики излучения и их температурные зависимости. Проводилось сопоставление полученных данных с данными фотолюминесцентных исследований и с теоретическими расчетами.

Задачи исследования:

• развитие электролюминесцентного метода исследования спонтанной и вынужденной рекомбинации применительно к квантоворазмерным гетероструктурам;

• исследование особенностей спонтанной и вынужденной излучательной рекомбинации в лазерах на основе гетероструктур с InAs/GaAs квантовыми точками и InGaAsN квантовыми ямами;

• исследование влияния температуры на основные характеристики квантово-размерных лазерных гетероструктур: пороговую плотность тока, дифференциальную квантовую эффективность, излучательную и безызлучательную рекомбинацию;

• исследование особенностей влияния р-легирования активной области на характеристики излучения лазеров на квантовых точках;

• определение параметров безызлучательной и Оже-рекомбинации в гетероструктурах с InAs/GaAs квантовыми точками.

Представляемые к защите научные положения:

Положение 1 (о температурной зависимости пороговой плотности тока лазеров на квантовых точках)

Наличие ^образного характера температурной зависимости пороговой плотности тока в длинноволновых лазерах с InAs/GaAs квантовыми точками обусловлено процессом термического заселения близко лежащих уровней размерного квантования дырок и изменением распределения носителей заряда с неравновесного на равновесный.

Положение 2 (о влияния азота)

Увеличение содержания азота в InGaAsN квантовой яме приводит к образованию кластерных состояний в активной области и возникновению лазерной генерации через эти состояния при температурах ниже 130 К.

Положение 3 (о механизме Оже-рекомбинации)

В длинноволновых лазерах с InAs/GaAs квантовыми точками обнаружено проявление беспорогового механизма Оже-рекомбинации при температурах ниже 200 К и квазипорогового механизма при температурах выше 200 К.

Приоритет результатов. Представляемые к защите результаты исследований электролюминесцентных свойств инжекционных гетеролазеров с активной областью на основе массивов квантовых точек InGa/GaAs и InGaAsN квантовых ям, полученных методами молекулярно-пучковой эпитаксии, получены впервые.

Значение результатов

Исследование лазерных гетероструктур с активной областью на основе квантовой ямы выявило наличие в ней кластерных

состояний, схожих по своим свойствам с квантовыми точками. Наличие кластерных состояний оказывает существенное влияние на ход температурной зависимости пороговой плотности тока этих лазеров и должно учитываться при проектировании приборов на их основе.

Использование концепции легирования активной области позволило получить полупроводниковый лазер на квантовых точках со сверхвысокой температурной стабильностью пороговой плотности тока (с характеристической температурой более 1000 К).

Исследования механизмов безызлучательной рекомбинации в лазерах на квантовых точках выявили преобладание беспорогового механизма Оже-рекомбинации при температурах ниже 200 К и квазипорогового механизма при температурах выше 200 К.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на Iй Международной конференции по лазерной оптике для молодых ученых (Санкт-Петербург, Россия, июнь 2000), Международной школе и совещанию по нанотрубкам и наноструктурам (Санта Маргарита ди Пула -Каглиари - Сардиния, Италия, сентябрь-октябрь 2000), Конференции по фундаментальным аспектам науки о поверхности (Кастелвечио Пасколи, Италия, 2000), на 4й Международной конференции по фотонике (Прага, Чехия, май 2002), Итоговом семинаре по физике и астрономии по результатам конкурса грантов для молодых ученых Санкт-Петербурга (Санкт-Петербург, Россия, апрель 2003), 6й Всероссийской конференции по физики полупроводников (Санкт-Петербург, Россия, октябрь 2003) и на Азиатско-Тихоокеанской конференции по оптическим коммуникациям АРОК 2004 (Пекин, Китай, ноябрь 2004)

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах (в том числе 7 - в реферируемых журналах и 7 - в материалах конференций).

Структура диссертации: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

В нем показана актуальность создания и исследования инжекционных лазерных гетероструктур, выращенных на подложках GaAs и излучающих в диапазоне длин волн 13 мкм. Сформулированы цель работы, вытекающие из нее задачи, а также приведены положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В ней обсуждаются ранее полученные результаты исследований гетероструктур с InAs квантовыми точками и InGaAsN квантовой ямой в качестве активной области.

В первом параграфе рассмотрены основные излучательные параметры, характеризующие работу полупроводникового лазера на квантовых точках. Показано, что лазеры на квантовых точках (КТ) по своим важнейшим параметрам (пороговая плотность тока, температурная стабильность, дифференциальное усиление) превосходят лазеры с активной областью большей размерности. Рассмотрены методы создания квантово-размерных гетероструктур на квантовых точках с помощью молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ), а также основные требования к квантовым точкам для их приборного применения. Указывается, что использование !пЛ8 СТ квантовых точек в качестве активной области лазера на подложке GaAs позволяет достичь лазерной генерации вплоть до длины волны 1.5 мкм.

Во втором параграфе рассмотрены характеристики усиления лазера на основе КТ и факторы, влияющие на пороговую плотность тока, в том числе, такие параметры массива КТ, как поверхностная плотность, однородность по размеру и по составу. Проводится сравнение параметров первых лазеров на основе квантовых точек диапазона длин волн 0.94 мкм с длинноволновыми лазерами на КТ. Показано, что длинноволновые лазеры на КТ демонстрируют существенно лучшие значения пороговой плотности тока и внешней дифференциальной квантовой эффективности.

В третьем параграфе рассматриваются параметры лазера на КТ, влияющие на характер температурной стабильности пороговой плотности

тока. В параграфе отмечается, что сверхвысокая температурная стабильность пороговой плотности тока лазеров на квантовых точках, предсказанная теоретически в первых работах по КТ, может быть реализована только в идеальном случае, когда весь ток инжекции расходуется на излучательную рекомбинацию в КТ. В реальных лазерах на квантовых точках имеется ряд факторов, уменьшающих температурную стабильность пороговой плотности тока:

- присутствие носителей заряда в волноводных слоях и их излучательная и безызлучательная рекомбинации, дающие сильный вклад в температурно-зависимую компоненту пороговой плотности тока;

- нарушение зарядовой нейтральности в КТ ухудшает температурную стабильность пороговой плотности тока;

- малая разница между отдельными дырочными уровнями размерного квантования приводит к заселению вышележащих уровней и, как следствие, увеличивает необходимый уровень накачки для достижения порогового усиления;

- температурная зависимость поглощения света на свободных носителях.

Обсуждаются подходы, используемые для повышения температурной стабильности пороговой плотности тока в лазерах на КТ, в частности, расположение КТ в квантовой яме, увеличение ширины запрещенной зоны матрицы и применение метода модуляции легирования (p-modulation doping technique) активной области.

В четвертом параграфе рассмотрены особенности Оже-рекомбинации в низкоразмерных гетероструктурах. Указывается, что наличие гетерограницы приводит к снятию ограничений, накладываемых на электрон-электронное взаимодействие законами сохранения энергии и импульса. Это приводит к появлению в гетероструктурах новых беспорогового и квазипорогового каналов Оже-рекомбинации. Именно благодаря этим каналам эффективность Оже-рекомбинации растет с понижением размерности структуры.

В пятом параграфе рассмотрен альтернативный подход для получения длинноволнового излучения в лазерах на подложках GaAs. Обсуждаются основные излучательные параметры, характеризующие лазерные гетероструктуры на квантовой яме InGaAsN. Показано, что основной вклад в пороговый ток дает безызлучательная рекомбинация

через дефекты, поэтому основные усилия при создании лазеров с InGaAsN квантовой ямой должны быть направлены на уменьшение дефектности слоев InGaAsN, что должно позволить существенно снизить пороговую плотность тока и увеличить характеристическую температуру до теоретически предсказанных пределов.

Вторая глава посвящена исследованию особенностей температурной зависимости параметров излучения длинноволновых лазеров на квантовых точках.

В первом параграфе изложены методики подготовки образцов для электролюминесцентных исследований. Рассмотрены схемы экспериментальных установок для исследования пороговых и мощностных характеристик лазеров на квантовых точках.

Во_втором_параграфе представлены результаты

низкотемпературных (ниже комнатной температуры) исследований характеристик лазерных гетероструктур с активной областью на основе InAs-GaAs квантовых точек, обладающих малым разбросом по размерам (полуширина линии электролюминесценции менее 50 мэВ при комнатной температуре). Лазерные гетероструктуры были выращены методом молекулярно-пучковой эпитаксии в геометрии раздельного ограничения носителей заряда и световой волны. Активная область лазерных структур включала 2, 5 или 10 рядов квантовых точек, помещенных в напряженную квантовую яму InGaAs. Показано, что температурная зависимость пороговой плотности тока носит ^образный характер. Такое поведение температурной зависимости пороговой плотности тока объясняется тем, что при низких температурах уровни размерного квантования дырок оказываются разделенными. Увеличение температуры приводит к термическому заселению вышележащих уровней размерного квантования дырок, и, как следствие, к падению эффективности рекомбинации. Одновременно рост температуры ведет к росту скорости выброса носителей из КТ, что приводит к появлению возможности обмена носителями и установлению квазиравновесия между КТ. Эти два физических процесса оказывают противоположное влияние на поведение температурной зависимости пороговой плотности тока в лазерах на КТ и

приводят к появлению ^образного характера температурной зависимости пороговой плотности тока в лазерах на основе InAs/GaAs квантовых точек.

Третья глава посвящена исследованию излучательных характеристик длинноволновых лазерных гетероструктур с InGaAsN квантовой ямой в качестве активной области.

В первом параграфе рассказывается об особенностях выращивания и подготовки экспериментальных образцов лазерных гетероструктур.

Второй параграф посвящен исследованиям температурных зависимостей излучательных характеристик InGaAsN/GaAs полупроводниковых лазеров.

Исследования пороговой плотности тока от температуры выявили ^образную зависимость, аналогичную наблюдавшейся для длинноволновых лазерах на КТ (глава 2), с максимумом в диапазоне температур 110-130 К. Кроме того было обнаружено, что в этом диапазоне температур лазерная генерация возникает в коротковолновой области спектра, затем с ростом тока накачки в спектрах возникает второй максимум в более длинноволновой области. В некотором диапазоне токов накачки лазерная генерация происходит одновременно на двух различных длинах волн. При дальнейшем увеличении тока накачки коротковолновый максимум практически полностью исчезал из спектров. Полученные экспериментальные данные позволили сделать вывод о том, что обнаруженная ^образная температурная зависимость пороговой плотности тока связана с наличием в активной области этой гетероструктуры объектов, идентичным по своим свойствам квантовым точкам. Такая интерпретация согласуется также с данными просвечивающей электронной микроскопии, полученными ранее.

В четвертой главе обсуждаются пути увеличения температурной стабильности длинноволновых лазеров на квантовых точках.

В главе рассматривается влияние р-легирования активной области на температурную стабильность характеристик лазеров на InAs/GaAs квантовых точках. Описаны технологические особенности выращивания гетероструктур. Показано, что легирование активной области лазеров на КТ позволяет увеличить характеристическую температуру до 1200 К в

диапазоне температур 15-65°С и достичь постоянного значения дифференциальной квантовой эффективности в диапазоне температур 15-65°С. Однако увеличение характеристической температуры привело к уменьшению значения внешней дифференциальной квантовой эффективности с 70% для «нелегированной» структуры до 32 % у «легированной» лазерной гетероструктуры. Начиная с температур 55-75°С, в исследованных «легированных» структурах наблюдается существенное увеличение пороговой плотности тока, а также уменьшение внешней дифференциальной квантовой эффективности, при этом при температурах выше 75°С характеристические температуры «легированных» и «нелегированных» структур практически равны. Полученные экспериментальные данные позволили создать лазерную гетероструктуру с высокой характеристической температурой 420 К. При этом другие лазерные параметры также оказались также достаточно высокими. Дифференциальная квантовая эффективность составила 56 %. Это значение оставалось постоянным в диапазоне температур 15-80°С. При непрерывном режиме накачки максимальная оптическая мощность излучения составила 4.4 Вт.

В пятой главе приведены результаты исследования температурной зависимости эффективного коэффициента Оже-рекомбинации и безызлучательного времени жизни в длинноволновых лазерах на квантовых точках 1пА8^аА8.

В первом параграфе рассмотрена теоретическая модель расчета эффективного коэффициента Оже-рекомбинации и безызлучательного времени жизни в лазерах на квантовых точках. Показано, что измерения эффективности спонтанной излучательной рекомбинации позволяют вычислить эффективный коэффициент Оже-рекомбинации и безызлучательное время жизни в лазерах на квантовых точках.

Во втором параграфе приведены результаты исследования температурных зависимостей эффективного коэффициента Оже-рекомбинации и безызлучательного времени жизни в длинноволновых 1пА^аА8 лазерах на квантовых точках, содержащих 2, 5 и 10 слоев КТ в качестве активной области. Приведены результаты расчета времени безызлучательной рекомбинации при различных температурах. Отмечено,

что зависимость времени безызлучательной рекомбинации носит качественно схожий характер для всех структур - все зависимости имеют максимум в районе температуры 200 К. По-видимому, причина наблюдаемого поведения температурной зависимости безызлучательного времени рекомбинации связана именно с изменением характера распределения неравновесных носителей в КТ. С ростом температуры начинает расти выброс носителей из КТ и происходит уменьшение числа точек, участвующих в безызлучательной рекомбинации, что отражается в росте времени. Однако, дальнейший рост температуры приводит к сильному росту заселенности состояний в смачивающем слое и GaAs и, как следствие, к росту безызлучательной рекомбинации через них.

Исследование полупроводниковых лазерных гетероструктур с 2, 5 и 10 слоями InAs/GaAs квантовых точек, выращенных на подложках GaAs, выявили преобладание беспорогового канала Оже-рекомбинации в полупроводниковых лазерах на квантовых точках при низких температурах (ниже 200 К), в то время как при более высоких температурах доминирует квазипороговый канал. Подобное поведение объясняется тем, что при низких температурах растет вероятность рассеивания на гетерогранице и. как следствие, беспороговый механизм преобладает над квазипороговым процессом. Рост температуры приводит к делокализации носителей (растет эффективный радиус волновой функции), что приводит к доминированию квазипорогового механизма над беспороговым.

В заключении сформулированы основные результаты работы: 1. Обнаружено, что температурная зависимость пороговой плотности тока в лазерах на квантовых точках носит ^образный характер. В области низких температур наблюдается увеличение пороговой плотности тока с ростом температурой, что объясняется увеличением перекрытия уровней размерного квантования дырок. Уменьшение пороговой плотности в диапазоне температур 150-200 К связано с изменением распределения носителей в квантовых точках от неравновесного к равновесному. Дальнейшее увеличение температуры ведет к росту выброса носителей в матрицу и, как следствие, к росту пороговой плотности тока.

2. Увеличение содержания азота в InGaAsN квантовой яме приводит к образованию кластерных состояний в активной области и возникновению лазерной генерации через эти состояния при низких температурах.

3. Показано, что легирование спейсерных слоев лазеров на квантовых точках приводит к существенному увеличению их температурной стабильности. Достигнута характеристическая температура То более 1000 К в диапазоне температур 10-65°С, что явилось рекордом на момент получения.

4. Оптимизация легирования спейсерных слоев позволила создать лазерную гетероструктуру с высокой характеристической температурой (Г0=420К в диапазоне температур 15-60°С), высокой дифференциальной квантовой эффективностью (r|d=56 %) и максимальной оптической мощностью излучения в непрерывном режиме 4.4 Вт.

5. Анализ зависимости эффективности спонтанной излучательной рекомбинации от тока накачки позволил исследовать каналы безызлучательной рекомбинации в лазерах на квантовых точках. Было обнаружено преобладание беспорогового канала Оже-рекомбинации в полупроводниковых лазерах на квантовых точках при низких температурах (ниже 200 К), в то время как при более высоких температурах доминирует квазипороговый канал.

Содержание работы отражено в следующих научных публикациях:

1. V.Kopchatov, N.Gordeev, L.Karachinsky, P.Kop'ev, I.Novikov, V.Ustinov, S.Zaitsev, "Low-Threshold Injection Quantum Dot Laser: Carriers Escape and Non-Radiative Recombination", Proc. First International Conference for Young Scientists on Laser Optics (LO-YS'2000), June 26-30, 2000, St.Petersburg, Russia, ThS4-05, p.99.

2. V.I.Kopchatov, N.Yu.Gordeev, L.Ya.Karachinsky, P.S.Kop'ev, I.I.Novikov, V.M.Ustinov, "Quantum Dot Laser Heterostructures: Electroluminescent Investigation", Abstract Book International School and Workshop "Nanotubes and Nanostructures 2000", September 24 -

October 4, 2000, Santa Margherita di Pula - Cagliari - Sardinia - Italy, p. 265-266.

3. V.I.Kopchatov, N.Yu.Gordeev, L.Ya.Karachinsky, P.S.Kop'ev, I.I.Novikov, V.M.Ustinov and S.V.Zaitsev, "Electroluminescence study of low-threshold quantum dot laser", EURESCO Conference on fundamental aspects of surface science, 2000, Castelvechio Pascoli, Italy.

4. I.I.Novikov, N.Yu.Gordeev, L.Ya.Karachinsky, P.S.Kop'ev, V.M.Ustinov, and S.V. Zaitsev, "Peculiarities in Electroluminescence of Quantum Dot Laser Heterostructures", Book of Abstracts 4th International Conference (Photonics Prague 2002), 26-29 May 2002, Prague, Czech Republic, paper 027, p. 55, Proceedings of SPIE, Volume 5036, pp. 67-71.

5. Н.Ю.Гордеев, С.В.Зайцев, Л.Я.Карачинский, В.И.Копчатов, И.И.Новиков, В.М.Устинов, П.С.Копьев, "Особенности электролюминесценции инжекционных лазеров на основе вертикально-связанных квантовых точек вблизи порога лазерной генерации", Физика и Техника Полупроводников, т.37(1), с. 114-116(2003).

6. И.И.Новиков, М.В.Максимов, Ю.М.Шерняков, Н.Ю.Гордеев,

A.Р.Ковш, А.Е.Жуков, С.С.Михрин, Н.А.Малеев, А.П.Васильев,

B.М.Устинов, Ж.И.Алферов, Н.Н.Леденцов, Д.Бимберг «Температурные характеристики низкопороговых высокоэффективных лазеров на квантовых точках, излучающих в диапазоне длин волн 1.25-1.29 мкм», Физика и Техника Полупроводников, т.37(10), с. 1270-1274 (2003).

7. И.И.Новиков, М.В.Максимов, Ю.М.Шерняков, Н.Ю.Гордеев,

A.Р.Ковш, А.Е.Жуков, С.С.Михрин, Н.А.Малеев, А.П.Васильев,

B.М.Устинов, Ж.И.Алферов, Н.Н.Леденцов, Д.Бимберг, «Температурные характеристики низкопороговых высокоэффективных длиноволновых лазеров на квантовых точках», VI Российская конференция по физики полупроводников, 2003 (тезисы докладов, стр. 187, Санкт-Петербург).

8. Л.Я.Карачинский, Н.Ю.Гордеев, И.И.Новиков, М.В.Максимов, В.М.Устинов, Н.Н.Леденцов, А.Р.Ковш, J.S.Wang, R.S.Hsiao,

J.Y.Chi, «Температурные электролюминесцентные исследования излучательных характеристик InGaAsN/GaAs инжекционных лазеров», Физика и Техника Полупроводников, т.38(6), с. 757-762 (2004).

9. И.И.Новиков, «Температурные характеристики лазерных гетероструктур с активной областью на основе InAs-GaAs квантовых точек», Итоговый семинар по физике и астрономии по результатам конкурса грантов 2003 года для молодых ученых Санкт-Петербурга, 26 апреля 2004 года, Санкт-Петербург, Россия, с. 25-26.

10. I.I.Novikov, N.Yu.Gordeev, M.V.Maximov, Yu.M.Shernyakov, A.E.Zhukov, A.P.Vasil'ev, E.S.Semenova, V.M.Ustinov, N.D. Zakharov, P. Werne, N.N.Ledentsov and D.Bimberg, «Ultrahigh gain and non-radiative recombination channels in 1.5 micron range metamorphic InAs-InGaAs Quantum Dot Lasers on GaAs substrates», Semicond. Sci. Technol. v. 20(1), p. 33-37 (2005).

11. S S Mikhrin, A R Kovsh, I L Krestnikov, A V Kozhukhov, D A Livshits, N N Ledentsov, Yu M Shernyakov, I I Novikov, M V Maximov, V M Ustinov and Zh I Alferov, «High power temperature' insensitive 1.3 urn InAs/InGaAs/GaAs quantum dot lasers», Semicond. Sci. Technol. 20 No 5, pp. 340-342 (2005).

12. N.N. Ledentsov, A.R. Kovsh, V.A. Shchukin, S.S. Mikhrin, I.L. Krestnikov, A.V. Kozhukhov, L.Ya. Karachinsky, M.V. Maximov, I.I. Novikov, Yu.M. Shernyakov, I.P. Soshnikov, A.E. Zhukov, E.L. Portnoi, V.M.Ustinov, D. Gerthsen, P. Bhattacharya, N.F. Zakharov, P. Werner, F. Hopfer, M. Kuntz, and D. Bimberg, «QD Lasers: Physics and Applications» in Semiconductor and Organic Optoelectronic Materials and Devices, edited by Chung-En Zah, Yi Luo, Shinji Tsuji, Proceedings of SPIE Vol. 5624 (SPIE, Bellingham, WA, 2005), pp. 335-344.

13. И.И. Новиков, Н.Ю. Гордеев, М.В. Максимов, Ю.М. Шерняков, Е.С. Семенова, А.П. Васильев, А.Е. Жуков, В.М. Устинов, Г.Г. Зегря. «Температурная зависимость эффективного коэффициента Оже-рекомбинации в InAs/GaAs лазерах на квантовых точках с

длиной волны излучения 1,3 мкм» Физика и Техника Полупроводников, том 39(4), с 507-511 (2005)

14 И И Новиков, НЮ Гордеев, Л Я Карачинский, MB Максимов, Ю М Шерняков, А Р Ковш, И Л Крестников, А В Кожухов, С С Михрин, Н Н Леденцов «Влияние р-легирования активной области на температурную стабильность характеристик лазеров на InAs/GaAs квантовых точках» Физика и Техника Полупроводников, том 39(4), с 502-507 (2005)

Цитированная литература

1 Ж И Алферов и Р Ф Казаринов, «Полупроводниковый лазер с электрической накачкой», Авторское свидетельство № 181737 от 27 02 1966, заявлено 30 03 1963

2 НАКгоетег proposed class of heterojunction injection lasers, Proceedings IEEEv 51, pp 1782-1784, (Submitted October 14,1963)

3 R Dingle, С Н Henry, «Quantum effects in heterostructure lasers» U S Patent No 3982207,71, September, (1976)

4 J A Lott, N N Ledentsov, V M Ustinov, N A Maleev, A E Zhukov, A R Kovsh, M V Maximov, В V Volovik, Zh I Alferov and D Bimberg «InAs-InGaAs quantum dot VCSELs on GaAs substrates emitting at 1 3 цт», Electron Lett, 36(16), pp 1384-1385 (2000)

5 T Anan, К Nishi, S Sugou, M Yamada, К Tokutome, and A Gomyo, «GaAsSb A novel material for 1 3 цт VCSELs», Electron Lett v 34(22), pp 2127-2129(1998)

6 A R Kovsh, N A Maleev, A E Zhukov, S S Mikhnn, APVasil'ev, Y M Shernyakov, M V Maximov, D A Livshits, V M Ustinov, ZI Alferov, NN Ledentsov, and D Bimberg, «InAs/InGaAs/GaAs quantum dot lasers of 1 3 urn range with high (88%) differential efficiency», Electron Lett,v 38(19), pp 1104-1106(2002)

7 В Borchert, A Yu Egorov, S Illek, M Komainda, and H Riechert, «1 29 um GalnNAs multiple quantum-well ridge-waveguide laser diodes with improved performance», Electron Lett v 35(25), pp 2204-2206 (1999)

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 21.03.2005 Формат 60x84/16. Печать офсетная. Уч. печ. л. 1,0 . Тираж 100. Заказ 135.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

от

846

в в ч

/ Cîl \

Í г ■■ ;

27 АП:-2JC5

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Новиков, Иннокентий Игоревич

Введение

Глава 1. Обзор литературы

§ 1.1. Длинноволновые лазерные гетероструктуры на квантовых 8 точках

§ 1.2. Характеристики усиления и пороговая плотность тока лазеров на квантовых точках

§ 1.3. Температурные и мощностные характеристики лазеров на 19 квантовых точках

§ 1.4. Особенности Оже-рекомбинации в низкоразмерных гетероструктурах

§ 1.5. Свойства полупроводников лазеров с InGaAsN квантовой 24 ямой в качестве активной области

Глава 2. Температурные характеристики длинноволновых лазеров на квантовых точках

§ 2.1. Методика подготовки образцов и особенности проведения 29 экспериментов

§ 2.2. Температурные характеристики лазеров на квантовых точках, излучающих в диапазоне длин волн 1.25-1.29 мкм

Глава 3. Излучательные характеристики InGaAsN/GaAs лазеров

§ 3.1. Особенности выращивания и подготовки экспериментальных образцов

§ 3.2. Температурные зависимости излучательных характеристик 50 InGaAsN/GaAs лазеров

Глава 4. Особенности влияния р-легирования активной области на температурную стабильность пороговой плотности тока лазеров на InAs/GaAs квантовых точках

Глава 5. Эффективный коэффициент Оже-рекомбинации и безызлучательное время жизни в длинноволновых лазерах на квантовых точках

§ 5.1. Теоретическая модель оценки эффективного коэффициента Оже-рекомбинации и безызлучательного времени жизни

§ 5.2. Температурная зависимость эффективного коэффициента Оже-рекомбинации и безызлучательного времени жизни в длинноволновых InAs/GaAs лазерах на квантовых точках Заключение Литература

Введение диссертация по физике, на тему "Излучательная и безызлучательная рекомбинация в длинноволновых лазерных гетероструктурах пониженной размерности, выращенных на подложках GaAs"

Изобретение инжекционных лазеров на полупроводниковых гетероструктурах [1,2], где носители в полупроводнике с узкой шириной запрещенной зоны ограничены с двух сторон более широкозопным полупроводником, совершило прорыв в электронике и сделало возможным демонстрацию непрерывной работы полупроводникового лазера при комнатной температуре. Следующим прорывом было предложение Дингла и Генри использовать квантово-размерный эффект в полупроводниковых гетероструктурах. Изобретение лазера на основе квантовой ямы [3] наглядно показало, что зонная структура активной области может быть целенаправленно изменена с помощью использования эффектов размерного квантования, при этом приборные характеристики лазерного диода значительно улучшаются. Дальнейший прогресс технологии полупроводниковых лазеров связан с использованием структур с размерностью ниже двух - квантовых проволок и квантовых точек. В предельном случае размерного квантования реализуется случай квантовых точек, когда ограничение носителей заряда происходит сразу в трех направлениях.

С точки зрения приборного применения одним из важнейших спектральных диапазонов является диапазон 1.3 мкм, используемый в волоконно-оптических линиях связи, отвечающий минимуму дисперсии и второму окну прозрачности оптического волокна. До недавнего времени, все инжекционные лазеры спектрального диапазона 1.3 мкм эпитаксиально выращивались на подложках InP в системах материалов InGaAsP или InGaAlAs. К недостаткам подобных структур можно отнести недостаточную температурную стабильность длины волны лазерной генерации и порогового тока, а также сравнительно высокую стоимость изготовления приборов на их основе. В связи с этим, на протяжении последних лет растет интерес к возможности создания длинноволновых лазеров, выращенных на подложках GaAs. Система материалов GaAs/AlGaAs позволяет достичь достаточно высокого фактора оптического ограничения вследствие большей разницы показателей преломления на границе волновода и эмиттерных слоев. В то же время, обеспечиваются высокие потенциальные барьеры на границе активная область-волновод, тем самым подавляется тепловой выброс носителей из активной области. Также система материалов GaAs/AlGaAs является очень привлекательной средой для создания высокоэффективных поверхностно излучающих лазеров [4, 5].

Использование InAs/GaAs квантовых точек (КТ) в качестве активной области притягивает большое внимание, обусловленное тем, что использование эффекта спонтанной трансформации слоя InAs в массив трехмерных островков позволяет в лазерных структурах на подложках GaAs достичь длины волны 1.3 мкм [6]. Теоретические расчеты предсказывают для лазеров на квантовых точках высокий коэффициент дифференциального усиления, сверхнизкую пороговую плотность тока, сверхвысокую температурную стабильность, увеличение предельной скорости модуляции и достижение более узких спектров оптического усиления [7,8]. Альтернативой КТ в возможности достижения длины волны генерации 1.3 мкм па подложках GaAs является использование InGaAsN [9] и GaAsSb [5] квантовых ям в качестве активной области.

К началу данной работы был достигнут значительный прогресс в создании длинноволновых лазеров на подложках GaAs. Разработка новых методик роста позволила создавать полупроводниковые лазеры с массивами КТ с малым (< 10%) разбросом по размеру, высокой однородностью по составу, с эффективным ограничением носителей и длиной волны генерации до 1,5 мкм. Лазеры на КТ продемонстрировали уникальные свойства: малая пороговая плотность тока, высокая температурная стабильность и высокая дифференциальная квантовая эффективность [10]. Были созданы полупроводниковые лазеры в системе материалов InGaAsN/GaAs, работающие при комнатной температуре [11]. Вместе с тем, существенные характеристики лазерных гетсроструктур оставались неисследованными. Отсутствовали исследования низкотемпературных зависимостей пороговой плотности тока, дифференциальной квантовой эффективности излучения, механизмов безызлучательной рекомбинации, позволяющие улучшить эффективность лазерной генерации и приблизить температурную стабильность пороговой плотности тока к теоретическим предсказанным пределам.

Целью настоящей работы являлось определение путей улучшения характеристик инжекционных гетеролазеров спектрального диапазона 1.3 мкм за счет создания и исследования их нового поколения: лазеров с активной областью на основе массивов квантовых точек InAs-InGaAs и твердого раствора InGaAsN, выращенных на подложках GaAs.

Для достижения поставленной цели в ходе работы решались следующие основные задачи:

- развитие электролюминесцентного метода исследования спонтанной и вынужденной рекомбинации применительно к квантоворазмерным гетероструктурам;

- исследование особенностей спонтанной и вынужденной излучательной рекомбинации в лазерах на основе гетероструктур с InAs/GaAs квантовыми точками и InGaAsN квантовыми ямами;

- исследование влияния температуры на основные характеристики квантово-размерных лазерных гетероструктур: пороговую плотность тока, дифференциальную квантовую эффективность, излучательную и безызлучательную рекомбинацию;

- исследование особенностей влияния р-легирования активной области на характеристики излучения лазеров на квантовых точках;

- определение параметров безызлучательной и Оже-рекомбинации в гетероструктурах с InAs/GaAs квантовыми точками.

На защиту выносятся следующие положения:

Положение 1 (о температурной зависимости пороговой плотности тока лазеров на квантовых точках)

Наличие N-образного характера температурной зависимости пороговой плотности тока в длинноволновых лазерах с InAs/GaAs квантовыми точками обусловлено процессом термического заселения близко лежащих уровней размерного квантования дырок и изменением распределения носителей заряда с неравновесного на равновесный.

Положение 2 (о влияния азота)

Положение 3 (о механизме Оже-рекомбинации)

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1 V.Kopchatov, N.Gordeev, L.Karachinsky, P.Kop'ev, I.Novikov, V.Ustinov, S.Zaitsev, "Low-Threshold Injection Quantum Dot Laser: Carriers Escape and Non-Radiative Recombination", Proc. First International Conference for Young Scientists on Laser Optics (LO-YS'2000), June 26-30, 2000, St.Petersburg, Russia, ThS4-05, p.99.

2 V.I.Kopchatov, N.Yu.Gordeev, L.Ya.Karachinsky, P.S.Kop'ev, I.I.Novikov, V.M.Ustinov, "Quantum Dot Laser Heterostructures: Electroluminescent Investigation", Abstract Book International School and Workshop "Nanotubes and Nanostructures 2000", September 24 - October 4, 2000, Santa Margherita di Pula -Cagliari - Sardinia - Italy, p. 265-266.

3 V.I.Kopchatov, N.Yu.Gordeev, L.Ya.Karachinsky, P.S.Kop'ev, I.I.Novikov, V.M.Ustinov and S.V.Zaitsev, "Electroluminescence study of low-threshold quantum dot laser", EURESCO Conference on fundamental aspects of surface science, 2000, Castelvechio Pascoli, Italy.

4 I.I.Novikov, L.Ya.Karachinsky, P.S.Kop'ev, V.M.Ustinov, N.Yu.Gordeev, S.V.Zaitsev, "Peculiarities in Electroluminescence of Quantum Dot Laser Heterostructures", Proceedings of SPIE, v.5036, pp. 67-71 (2003).

5 Н.Ю.Гордеев, С.В.Зайцев, Л.Я.Карачинский, В.И.Кончатов, И.И.Новиков, В.М.Устинов, П.С.Копьев, "Особенности электролюминесценции инжекционных лазеров на основе вертикально-связанных квантовых точек вблизи порога лазерной генерации", Физика и Техника Полупроводников, т.37(1), с. 114-116(2003).

6 И.И.Новиков, М.В.Максимов, Ю.М.Шерняков, П.Ю.Гордеев, А.Р.Ковш, А.Е.Жуков, С.С.Михрин, Н.А.Малеев, А.П.Васильев, В.М.Устинов, Ж.И.Алферов, Н.Н.Леденцов, Д.Бимберг "Температурные характеристики низкопороговых высокоэффективных лазеров на квантовых точках, излучающих в диапазоне длин волн 1.25-1.29 мкм", Физика и Техника Полупроводников, т.37(10), с. 1270-1274 (2003).

7 И.И.Новиков, М.В.Максимов, Ю.М.Шерняков, Н.Ю.Гордеев, А.Р.Ковш, А.Е.Жуков, С.С.Михрин, Н.А.Малеев, А.П.Васильев, В.М.Устинов, Ж.И.Алферов, Н.Н.Леденцов, Д.Бимберг, "Температурные характеристики низкопороговых высокоэффективных длиноволновых лазеров на квантовых точках", VI Российская конференция по физики полупроводников, 2003 (тезисы докладов, стр. 187, Санкт-Петербург).

8 Л.Я.Карачинский, Н.Ю.Гордеев, И.И.Новиков, М.В.Максимов, В.М.Устинов, Н.Н.Леденцов, А.Р.Ковш, J.S.Wang, R.S.Hsiao, J.Y.Chi, "Температурные электролюминесцентные исследования излучательных характеристик InGaAsN/GaAs инжекционных лазеров", Физика и Техника Полупроводников, т.38(6), с. 757-762 (2004).

9 И.И.Новиков, "Температурные характеристики лазерных гетероструктур с активной областью на основе InAs-GaAs квантовых точек", Итоговый семинар по физике и астрономии по результатам конкурса грантов 2003 года для молодых ученых Санкт-Петербурга,, Санкт-Петербург, Россия, с. 25-26 (2004).

10 I.I.Novikov, N.Yu.Gordeev, M.V.Maximov, Yu.M.Shernyakov, A.E.Zhukov, A.P.Vasil'ev, E.S.Semenova, V.M.Ustinov, N.D. Zakharov, P. Werne, N.N.Ledentsov and D.Bimberg, "Ultrahigh gain and non-radiative recombination channels in 1.5 micron range metamorphic InAs-InGaAs Quantum Dot Lasers on GaAs substrates", Semicond. Sci. Technol. v. 20(1), pp. 33-37 (2005).

11 S.S.Mikhrin, A.R.Kovsh, I.L.Krestnikov, A.V.Kozhukhov, D.A.Livshits, N.N.Ledentsov, Yu.M.Shernyakov, I.I.Novikov, M.V.Maximov, V.M.Ustinov and Zh.I.Alferov, "High power temperature-insensitive 1.3 цт InAs/InGaAs/GaAs quantum dot lasers", Semicond. Sci. Technol. v.20(5), pp.340-342 (2005).

12 N.N.Ledentsov, A.R.Kovsh, V.A.Shchukin, S.S.Mikhrin, I.L.Krestnikov, A.V.Kozhukhov, L.Ya.Karachinsky, M.V.Maximov, I.I.Novikov, Yu.M.Shernyakov, I.P.Soshnikov, A.E.Zhukov, E.L.Portnoi, V.M.Ustinov, D.Gerthsen, P.K.Bhattacharya, N.F.Zakharov, P.Werner, F.Hopfer, M.Kuntz, and D.Bimberg, "Quantum Dot Lasers: Physics and Applications", SPIE Asia-Pacific Optical Communications APOC 04 (Beijing, China, November 1-11, 2004), [562462]; Proceedings of SPIE, Volume 5624, pp. 335-344 (2005).

13 И.И.Новиков, Н.Ю.Гордеев, М.В.Максимов, Ю.М.Шерняков, Е.С.Семенова, А.П.Васильев, А.Е.Жуков, В.М.Устинов, Г.Г.Зегря. "Температурная зависимость эффективного коэффициента Оже-рекомбинации в InAs/GaAs лазерах на квантовых точках с длиной волны излучения 1,3мкм" Физика и Техника Полупроводников, том 39(4) с. 507-511 (2005)

14 И.И.Новиков, Н.Ю.Гордеев, Л.Я.Карачинский, М.В.Максимов, Ю.М.Шерняков, А.Р.Ковш, И.Л.Крестников, А.В.Кожухов, С.С.Михрин, Н.Н.Леденцов "Влияние р-легирования активной области на температурную стабильность характеристик лазеров на InAs/GaAs квантовых точках" Физика и Техника Полупроводников, том 39(4) с. 502-507 (2005)

Заключение

В ходе данной работы получены следующие основные результаты:

1. Обнаружено, что температурная зависимость пороговой плотности тока в лазерах на квантовых точках носит N-образный характер. В области низких температур наблюдается увеличение пороговой плотности тока с ростом температурой, что объясняется увеличением перекрытия уровней размерного квантования дырок. Уменьшение пороговой плотности в диапазоне температур 150-200 К связано с изменением распределения носителей в квантовых точках от неравновесного к равновесному. Дальнейшее увеличение температуры ведет к росту выброса носителей в матрицу и, как следствие, к росту пороговой плотности тока.

4. Оптимизация легирования спейсерных слоев позволила создать лазерную гетероструктуру с высокой характеристической температурой (7о=420 К в диапазоне температур 15-60°С), высокой дифференциальной квантовой эффективностью (r)d=56 %) и максимальной оптической мощностью излучения в непрерывном режиме 4.4 Вт.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Новиков, Иннокентий Игоревич, Санкт-Петербург

1. Ж.И.Алферов и Р.Ф.Казаринов, "Полупроводниковый лазер с электрической накачкой", Авторское свидетельство № 181737 от 27.02.1966, заявлено 30.03.1963.

2. H.Kroemer, "A proposed class of heterojunction injection lasers", Proceedings. IEEE., 51, pp. 1782-1784 1963 (Submitted October 14, 1963).

3. R.Dingle, C.H.Henry, "Quantum effects in heterostructure lasers". U.S. Patent No. 3982207, 21, September, (1976).

4. J.A.Lott, N.N.Ledentsov, V.M.Ustinov, N.A.Maleev, A.E.Zhukov, A.R.Kovsh, M.V.Maximov, B.V.Volovik, Zh.I.AIferov and D.Bimberg, "InAs-InGaAs quantum dot VCSELs on GaAs substrates emitting at 1.3 pm", Electron. Lett., 36(16), pp. 1384-1385 (2000).

5. T.Anan, K.Nishi, S.Sugou, M.Yamada, K.Tokutome, and A.Gomyo, "GaAsSb: A novel material for 1.3 pin VCSELs", Electron. Lett. 34(22), 2127-2129 (1998).

6. D.L.Huffaker, G.Park, Z.Zou, O.B.Shchekin, and D.G.Deppe, " 1.3 pm room-temperature GaAs-based quantum-dot laser", Appl. Phys. Lett. 73(18), pp. 2564-2566 (1998).

7. Y.Arakawa and H.Sakaki, "Multidimensional quantum well laser and temperature dependence of its threshold current", Appl. Phys. Lett., v.40(l 1), 939 (1982).

8. Y.Miyake, II.Hirayama, K.Kudo, S.Tamura, S.Arai, M.Asada, Y.Miyamoto, and Y.Suematsu, "Room-temperature operation of GalnAs/GalnAsP/InP SCH lasers with quantum-wire size active region", IEEE J. Quantum Electron., v.QE-29, No.6, pp. 2123 (1993).

9. M.Kondow, K.Uomi, A.Niwa, T.Kitatani, S.Watahiki, and Y.Yazawa, "GalnNAs: a nowel material for long-wavelength-range laser diodes with excellent high-temperature performance", Jpn. J. Appl. Phys. В 35, pp. 1273-1275 (1996).

10. B.Borchert, A.Yu.Egorov, S.Illek, M.Komainda, and II.Riechert, "1.29 цш GalnNAs multiple quantum-well ridge-waveguide laser diodes with improved performance", Electron. Lett. 35(25), pp. 2204-2206 (1999).

11. M.Asada, Y.Miyamoto, Y.Suematsu, "Gain and the threshold of three-dimensional quantum- box lasers", IEEE Journal of Quantum Electronics, 22(9), pp. 1915-1921 (1986).

12. Л.В.Асрян, Р.Л.Сурис "Теория пороговых характеристик полупроводниковых лазеров на квантовых точках(Обзор)", Физика и техника полупроводников, т.38(1), с. 3-25 (2004).

13. К. Mukai, N. Ohtsuka, М. Sugawara, and S. Yamazaki, "Self-formed InO.5GaO.5As quantum dots on GaAs substrates emitting at 1.3 цт", Jpn. J. Appl. Phys. 33(I2A), L1710-L1712 (1994).

14. R.P.Mirin, J.P.Ibbetson, K.Nishi, A.C.Gossard, and J.E.Bowers, "1.3 цт photoluminescence from InGaAs quantum dots on GaAs", Appl. Phys. Lett. 67(25), pp. 3795-3797 (1995).

15. K. Mukai, N. Ohtsuka, H. Shoji, and M. Sugawara, "Emission from discrete levels in self-formed InGaAs/GaAs quantum dots by electric carrier injection: Influence of phonon bottleneck", Appl. Phys. Lett. 68(21), pp. 3013-3015 (1996).

16. D.L.Huffaker and D.G.Deppe, "Electroluminescence efficiency of 1.3 цт wavelength InGaAs/GaAs quantum dots", Appl. Phys. Lett. 73(4), pp. 520-522 (1998).

17. F.Guffarth, R.Heitz, A.Schliwa, O.Stier, N.N.Ledentsov, A.R.Kovsh, V.M.Ustinov, D.Bimberg, "Strain engineering of self- organized InAs quantum dots", Phys. Rev. В., 64(15), pp. 085305-085312 (2000).

18. G.T.Liu, A.Stintz, H.Li, K.J.Malloy, L.F.Lester "Extremely low room-temperature threshold current density diode lasers using InAs dots in In0.15Ga0.85As quantum well", Electron. Lett.,v.35, pp. 1163-1165 (1999).

19. Stier, M.Grundmann, D.Bimberg "Electronic and optical properties of strained quantum dots modeled by 8- band к p theory" Phys. Rev. В., v.59(8), pp. 5688-5701 (1999).

20. L.V.Asryan, M.Grundmann, N.N.Ledentsov, O.Stier, R.A.Suris, D.Bimberg, "Effect of excited-state transitions on the threshold characteristics of a quantum dot laser" IEEE Journal of Quantum Electronics., v.37(3), pp. 418 -425 (2001).

21. A.R.Kovsh, A.E.Zhukov, D.A.Livshits, A.Yu.Egorov, V.M.Ustinov, M.V.Maximov, Yu.G.Musikhin, N.N.Ledentsov, P.S.Kop'ev, Zh.I.Alferov, D.Bimberg, "3.5 W CW operation of quantum dot laser", Electronics Letters., v.35(14), pp. 1161-1163(1999).

22. L.V.Asryan, R.A.Suris, "Inhomogeneous line broadening and the threshold current density of a semiconductor quantum dot laser" Semicond. Sci. Techno!., v. 11(4), pp. 554-567(1996).

23. L.V.Asryan, R.A.Suris, "Longitudinal spatial hole burning in a quantum-dot laser" IEEE Journal of Quantum Electronics., v.36(10), pp. 1151-1160 (2000).

24. G.Park, O.B.Shchekin, D.L.Huffaker, D.G.Deppe, "Low-Threshold Oxide-Confined 1.3-цт Quantum-Dot Laser", IEEE Photon. Technol. Lett., v. 12(3), pp. 230-232 (2000).

25. G.Park, O.B.Shchekin, S.Csutak, D.G.Deppe, "Room-temperature continuous-wave operation of a single-layered 1.3 цт quantum dot laser", Appl. Phys. Lett., v.75(ll), pp. 3267-3269(1999).

26. R.Sellin, Ch.Ribbat, M.Grundmann, N.N.Ledentsov, D.Bimberg, "Close-to-ideal device characteristics of high-power InGaAs/GaAs quantum dot lasers", Appl. Phys. Lett., v.78(9), pp. 1207-1209 (2000).

27. N.Kirstaedter, V.M.Ustinov, S.S.Ruvimov, M.V.Maximov, P.S.Kop'ev, Zh.I.Alferov, U.Richter, P.Werner, U.Gosele, J.IIeydenreieh, "Low threshold, large To injection laser emission from InGaAs quantum dots", Electron. Lett., v.30(9), pp. 1416-1417(1994).

28. L.V.Asryan, S.Luryi, "Tunneling-injection quantum-dot laser: ultrahigh temperature stability", IEEE Journal of Quantum Electronics, v.37(7), pp. 905 -910 (2001).

29. L.V.Asryan, R.A.Suris, "Charge neutrality violation in quantum dot lasers", IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., v.3(l), pp. 148-157 (1997).

30. B.Shchekin, D.G.Deppe, "The role of p-type doping and the density of states on the modulation response of quantum dot lasers", Appl. Phys. Lett., v.80(15), pp. 27582760 (2002).

31. M.V.Maximov, I.V.Kochnev, Yu.M.Shernyakov, S.V.Zaitsev, N.Yu.Gordeev,

32. Yu.M.Shernyakov, D.A.Bedarev, E.Yu.Kondrat'eva, P.S.Kop'ev, A.R.Kovsh, N.A.Maleev, M.V.Maximov, S.S.Mikhrin, A.F.Tsatsul'nikov, V.M.Ustinov,

33. B.V.Volovik, A.E.Zhukov, Zh.I.Alferov, N.N.Ledentsov, D.Bimberg, "1.3 pm GaAs-based laser using quantum dots obtained by activated spinodal decomposition", Electronics Letters., v.35(l 1), pp. 898 -900 (1999).

34. O.B.Shchekin, J.Ahn, D.G.Deppe, "High temperature performance of self-organised quantum dot laser with stacked p-doped active region", Electronics Letters., v.38(14), pp. 712-713 (2002).

35. K.J.Vahala, C.E.Zah, "Effect of doping on the optical gain and the spontaneous noise enhancement factor in quantum well amplifiers and lasers studied by simple analytical expressions", Appl. Phys. Lett., v.52(23), pp. 1945-1947 (1988).

36. N.N.Ledentsov, "Long-Wavelength Quantum-Dot Lasers on GaAs Substrates: From Media to Device Concepts", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,, v.8(5), pp. 1015-1024 (2002).

37. T.Ishikawa, T.IIigashi, T.Uchida, T.Yamamoto, T.Fujii, H.Shoji, M.Kobayashi, and

38. H.Soda, "Well-thickness dependence of high-temperature characteristics in 1.3-}лт AlGalnAs-InP strained-multiple-quantum-well lasers", IEEE Photon. Technol. Lett, v. 10(12), pp. 1703-1705 (1998).

39. K.Takemasa, T.Munakata, M.Kobayashi, H.Wada, and T.Kamijoh, "High-temperature operation of 1.3 цт AlGalnAs strained multiplr quantum well lasers", Electron. Lett. v.34(12), pp. 1231-1233 (1998).

40. L.V.Asryan, S.Luryi, R.A.Suris, "Internal efficiency of semiconductor lasers with a quantum-confined active region", IEEE Journal of Quantum Electronics., v.39(3), pp. 404-418(2003).

41. A.E.Zhukov, A.R.Kovsh, S.S.Mikhrin, N.A.Maleev, V.M.Ustinov, D.A.Livshits,

42. S.Tarasov, D.A.Bedarev, M.V.Maximov, A.F.Tsatsul'nikov, I.P.Soshnikov, P.S.Kop'ev, Zh.I.Alferov, N.N.Ledentsov, D.Bimberg, "3.9 W CW power from sub-monolayer quantum dot diode laser", Electronics Letters., v.35(21), pp. 1845 -1847 (1999).

43. F.Klopf, J.P.Reithmaier, A.Forchel, P.Collot, M.Krakowski, M.Calligaro, "High-performance 980 nm quantum dot lasers for high- power applications", Electronics Letters., v.37(6), pp. 353-354 (2001).

44. J.L.Pan," Reduction of the Auger rate in semiconductor quantum dots", Physical Review B, v.46(7), pp. 3977-3998 (1992).

45. Г.Г.Зегря, В.А.Харченко. "Новый механизм Оже-рекомбинации неравновесных носителей тока в полупроводниковых гетеростурктурах", Журнал экспериментальной и теоретической физики, т. 101, с. 327-343 (1992).

46. A.S.Polkovnikov,G.G.Zegrya, "Auger recombination in semiconductor quantum wells" Phys. Rev.B, v.58(7), pp. 4039-4056 (1998).

47. Е.Б.Догонкин, Г.Г.Зегря, А.С.Полковников. "Микроскопическая теория Оже-рекомбинации в квантовых нитях", Журнал экспериментальной и теоретической физики, т. 117(2), с. 429-439 (2000).

48. S.Ghosh, P.Bhattacharya, E.Stoner, J.Singh, H.Jiang, S.Nuttinck, J.Laskar, "Temperature-dependent measurement of Auger recombination in self-organized Ino.4Gao.6As/GaAs quantum dots" Applied Physics Letters, 79(6), pp. 722-724 (2001).

49. A.Yu.Egorov, D.Bernklau, D.Livshits, V.Ustinov, Zh.I.Alferov and H.Riechert, "High power CW operation of InGaAsN lasers at 1.3 |.im", Electron. Lett. v.35(19), pp. 1643-1644(1999).

50. J.Wei, F.Xia, C.Li and S.R.Forrest, "High To long-wavelength InGaAsN quantum-well lasers grown by GSMBE using a solid arsenic source", IEEE Photon. Technol. Lett., v. 14(5), pp. 597 (2002).

51. C.S.Peng, T.Jouti, P.Laukkanen, E.M.Pavelescu, J.Konttinen, W.Li and M.Pessa, "1.32-j.im GalnNAs-GaAs laser with a low threshold current density", IEEE Photon. Technol. Lett., v. 14(3), pp. 275-277 (2002).

52. N.Tansu and L.J.Mawst, "Low-threshold strain-compensated InGaAs(N) (A. = 1.191.31 цт) quantum-well lasers" IEEE Photonics Technol. Lett., v.14(4), pp. 444-446 (2002).

53. T.Higashi, S.J.Sweeney, A.F.Phillips, A.R.Adams, E.P.O'Reilly, T.Uchida, and T.Fujii, "Observation of Reduced Nonradiative Current in 1.3-pm AlGalnAs-InP Strained MQW Lasers", IEEE Photonics Technology Letters, v.l 1(4), (1999).

54. N.Tansu, A.Quandt, M.Kanskar,W.Mulhearn, L.J.Mawst, "High-performance and high-temperature continuous-wave-operation 1300 nm InGaAsN quantum well lasers by organometallic vapor phase epitaxy", Appl. Phys.Lett. v.83 (1), pp. 18-20 (2003).

55. Х.Кейси, М.Паниш, "Лазеры на гетероструктурах", М., "Мир", в 2т. (1981).

56. С.Зи, "Физика полупроводниковых приборов", М., "Мир", т.2 (1984).

57. O.Shchekin, G.Park, D.Huffaker,D.Deppe, "Discrete energy level separation and the threshold temperature dependence of quantum dot lasers", Appl. Phys. Lett.,v.77,pp. 466-468 (2000).

58. O.B.Shchekin and D.G.Deppe, "1.3 pm InAs quantum dot laser with To = 161 К from 0 to 80°C", Appl. Phys. Lett., v.80(18), pp. 3277-3279 (2002).

59. A.V.Savelyev, A.I.Tartakovskii, M.S.Skolnick and R.P.Seisyan, in 3rd Internertional Conference "Woman in Fundamental Science", S. Petersburg (2004).

60. M.Grundmann and D.Bimberg, "Theory of random population for quantum dots", Physical Review В (Condensed Matter), v.55(15), pp.9740-9745 (1997)

61. N.Tansua and L.J.Mawst,"The role of hole leakage in 1300-nm InGaAsN quantum-well lasers", Appl. Phys. Lett.,v.82(10), pp. 1500-1502 (2003).

62. M.A.Cusack, P.R.Briddon and M.Jaros, "Electronic structure of InAs/GaAs self-assembled quantum dots" Phys. Rev. В 54, R23001996).

63. S.Ghosh, B.Kochman, J.Singh and P.Bhattacharya, "Conduction band offset in InAs/GaAs self-organized quantum dots measured by deep level transient spectroscopy", Applied Physics Letters, v.76(18), pp. 2571-2573 (2000).

64. M.Sugawara, K.Mukai, Y.Nakata, H.Ishikawa, A.Sakamoto, "Effect of homogeneous broadening of optical gain on lasing spectra in self-assembled InxGai xAs/GaAs quantum dot lasers" Phys. Rev. B, 61, pp. 7595-7603 (2000).

65. J S Harris Jr., "GalnNAs long-wavelength lasers: progress and challenges", Semicond. Sci. Technol. v. 17(8), pp. 880-891 (2002).

66. G.Steinle, H.Riechert and A.Yu.Egorov, "Monolithic VCSEL with InGaAsN active region emitting at 1.28 pm and cw output power exceeding 500 (.iW at room temperature", Electron. Lett., v.37, pp. 93-95 (2001).

67. M.Yano, H.Nishi and M.Tukusagawa, "Analysis of threshold temperature characteristics for InGaAsP/InP double heterojunction lasers", Journal of Applied Physics, v.52(5), pp. 3172-3175 (1981).

68. H.Ishikawa and I.Suemune, "Analysis of temperature dependent optical gain of strained quantum well taking account of carriers in the SCH layer", IEEE Photon. Technol. Lett., v.6, pp.344-347 (1994).

69. H.Temkin, D.Coblentz, R.A.Logan, J.P.van der Ziel, T.Tanbun-Ek, R.D.Yadvish and A.M. Sergent, "High temperature characteristics of InGaAsP/InP laser structures", Applied Physics Letters, v.62, pp. 2402 (1993).

70. M.V.Maximov, N.N.Ledentsov, V.M.Ustinov, Zh.I.Alferov, D.Bimderg, "GaAs-Based 1.3цт InGaAs Quasntum Dot Lasers: A Status Report", Journal of Electronic Materials, v.29, pp. 476-486 (2000).

71. A.Markus, J.X.Chen, C.Paranthoen, A.Fiore, C.Platz, O.Gauthier-Lafaye, " Simultaneous two-state lasing in quantum-dot lasers", Applied Physics Letters, v.82(12), pp. 1818-1820 (2003).

72. A.Polimeni, M.Capizzi, M.Geddo, M.Fischer, M.Reinhardt, A.Forchel, "Effect of temperature on the optical properties of (InGa)(AsN)/GaAs single quantum wells", Appl. Phys. Lett. v.77(18), pp. 2870-2872 (2000).

73. R.A.Mair, J.Y.Lin, H.X.Jiang, D.E.Jones, A.A.Allerman, S.R.Kurtz, "Time-resolved photoluminescence studies of InxGai.xAs|.yNy" Appl. Phys. Lett., v.76, pp. 188 (2000).

74. S.Shirakata, M.Kondovv, T.Kitatani, "Temperature-dependent photoluminescence of high-quality GalnNAs single quantum wells", Appl. Phys. Lett., v.80(I2), pp. 20871289 (2002).

75. V.A.Shchukin, N.N.Ledentsov and D.Bimberg. "Epitaxy of Nanostructures", ISBN 3.540-67817-4, Springer Series on Nanoscience and Technology. Springer,p.450 (2003).

76. K.R.Poguntke, A.R.Adams, "Analysis of radiative efficiency of long wavelength semiconductor laser" Electronics Letters , v.28(l), pp.41-42 (1992).

77. K. Mukai, Y. Nakata, K. Otsubo, M. Sugawara, N. Yokoyama, H. Ishikawa, "1.3-pm CW lasing characteristics of self-assembled InGaAs-GaAs quantum dots" IEEE Journal of Quantum Electronics, v.36(4), p. 472-478 (2000).

78. БЛ.Гельмонт, Г.Г.Зегря «Температурная зависимость пороговой плотности тока инжекционного гетеролазера», Физика и техника полупроводников т.25(1), с. 2019-2024(1991).

79. M.I.Dyakonov and V.Yu.Kachorovskii "Nonthreshold Auger recombination in quantum wells" Phys. Rev. В 49, pp. 17130-17138 (1994)

80. БЛ.Гельмонт, "Трехзонная модель Кейиа и Оже-рекомбинация" Журнал Экспериментальной и Теоретической Физике т.75(2), с.536-545 (1978).

81. D.G.Deppe, D.L.Iluffaker, Z.Zou, G.Park, O.B.Shchekin, "Spontaneous Emission and Threshold Characteristics of 1.3 pm InGaAs-GaAs Quantum-Dot GaAs-Bascd Lasers" IEEE Journal of Quantum Electronics, v.35(8), pp. 1238-1246 (1999).

82. E.B.Dogonkine,V.N.Golovatch, A.S.Polkovnikov, A.V.Pozdnyakov, and G. G.Zegrya, "Theoretical investigation of Auger recombination in sphcrical quantum dot", 8th Int. Symp. Nanostructures: Physics and Technology, St. Petersburg,

83. Russia, pp. 399-401 (19-23 June2000).

84. Г.Г.Зегря, A.C. Полковников 2-ая Российская конференция по физике полупроводников. Тезисы докладов т.1, с.95, (1996).