Микролазеры на основе гетероструктур с InGaAs квантовыми точками с резонаторами, сформированными селективным окислением слоев AlGaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

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

МИКРОЛАЗЕРЫ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР С Ы}аАз КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ С РЕЗОНАТОРАМИ, СФОРМИРОВАННЫМИ СЕЛЕКТИВНЫМ ОКИСЛЕНИЕМ СЛОЕВ АЮвАв

(Специальность 01.04.10-физика полупроводников)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нап

БЛОХИН Сергей Анатольевич

Санкт-Петербург 2006

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

Научный руководитель: доктор физико-математических наук старший научный сотрудник член-корреспондент РАН

Н.Н. Леденцов

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

профессор

Н.Н. Розанов

кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник

В.П. Евтихиев

Ведущая организация:

ОАО «Светлана-Электрон прибор»

Защита состоится "23 " 2006 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 " " <яуи>~л^> 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного сов кандидат физико-математических наук

!.С. Куликов

¿¿й£>6&

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

На сегодняшний день полупроводниковые лазеры являются ключевыми элементами в быстродействующих волоконно-оптических линиях связи (BOJIC), устройствах оптической записи информации, высокопроизводительных компьютерных системах и локальных вычислительных сетях (ЛВС). При скоростях передачи более 10 Гбит/с медные кабели обеспечивают малую дальность передачи информации до 100 метров, тогда как применение оптических волокон позволяет увеличить дальность на несколько порядков. Традиционные полосковые лазеры обладают большой расходимостью светового пучка и широким спектром излучения, что приводит к малому коэффициенту ввода света в одномодовое оптическое волокно и ограничению дальности передачи информации, соответственно. Дальнейшее увеличение скорости передачи данных возможно лишь при уменьшении влияния волновой и модальной дисперсии волокна, для чего лазеры должны работать в одномодовом одночастотном режиме. Следует отметить, что рост быстродействия лазеров должен сопровождаться ростом средней оптической мощности для поддержания того же уровня подавления шумов на один импульс, что ограничит возможность применения приборов диапазона 850 нм. Таким образом, все возрастающие требования, предъявляемые к современным лазерам, используемых в системах передачи, обработки и хранении информации, обуславливают необходимость повышения спектрального и пространственного совершенства излучения, что делает актуальным разработку новых конструкций приборов.

На данный момент наиболее перспективными типами полупроводниковых микролазеров являются поверхностно-излучающие лазеры на основе вертикального микрорезонатора (ПИЛВМ), в которых оптическая волна распространяется в направлении, перпендикулярном к плоскости активной области (в направлении роста) [1], и микродисковые лазеры (МДЛ), где свет распространяется в плоскости активного слоя [2]. В случае ПИЛВМ высокодобротный резонатор формируется с помощью распределенных брэгговских отражателей (РБО), тогда как в МДЛ - за счет полного внутреннего отражения на границе полупроводник-воздух в плоскости микродиска и сильного волноводного эффекта в направлении роста структуры. С одной стороны, ПИЛВМ являются наиболее перспективным ключевым компонентом ВОЛС и ЛВС благодаря более высокой эффективности ввода света в волокно и более узкой спектральной ширине линии излучения. Кроме того, интегральные массивы ПИЛВМ представляются наиболее оптимальным решением построения оптических

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург

межсоединений. С другой стороны, МДЛ удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к базовым элементам в оптоэлектронных интегральных схемах: малые пороговые токи и рассеиваемые мощности, возможность одномодового режима лазерной генерации с фиксированной поляризацией излучения и возможность интеграции с волноводами в плоскости пластины с использованием ближнепольного вывода света.

Несмотря на очевидный прогресс в создании полупроводниковых микролазеров и обширные исследования, ведущиеся в данной области оптоэлектроники, до сих пор существует ряд серьезных проблем. К их числу относится проблема низкой механической стабильности и высокого теплового сопротивлений традиционных МДЛ, что является главным лимитирующим фактором при получении лазерной генерации в непрерывном режиме при комнатной температуре. Ключевой проблемой практического применения ПИЛВМ является и задача получения высокой выходной мощности в режиме стабильной одномодовой генерации.

Весьма перспективным решением указанных проблем является использование полупроводниковых оптических микрорезонаторов, сформированных при помощи селективного окисления А!-содержащих слоев [3]. В тоже время проблемы воспроизводимости и стабильности параметров селективного окисления А!-содержащих слоев, а также механической надежности приборов после окисления до сих пор остаются нерешенными.

В связи с эффектами латеральной локализации носителей и, соответственно, подавлением эффектов растекания и поверхностной рекомбинации, наибольший интерес для использования в микролазерах представляют собой квайтоворазмерные гетероструктуры с размерностью ниже, чем два - квантовые проволоки и квантовые точки. Кроме того, для лазеров на основе квантовых точек теоретически предсказаны, и экспериментально продемонстрированы, сверхвысокая температурная стабильность порогового тока и значительное снижение самой величины пороговой плотности тока по сравнению с лазерами на квантовых ямах [4]. Таким образом, создание и исследование микролазеров на основе гетероструктур с 1п(Оа)Аз квантовыми точками, в которых токовое и оптическое ограничение сформированы методом селективного окисления АЮаАэ слоев, имеет исключительно важное значение, как для современной оптоэлектроники и полупроводниковой нанотехнологии, так и для физики полупроводников.

Основная цель данной работы заключается в создании высокосовершенных полупроводниковых микролазеров на основе 1п(Са)А$ квантовых точек за счёт оптимизации дизайна и процессов селективного окисления сложных (А1,Оа)Аз слоистых структур, и исследовании их свойств.

Научная новизна работы:

1. Впервые разработана универсальная методика получения многослойных структур оксид-полупроводник, позволяющая получать в едином процессе сложные профили окисления, как в вертикальном, так и в латеральном направлении.

2. Исследованы зависимости механических напряжений, возникающих в ОаАз/(АЮа)хОу структурах при селективном окислении слоев АЮэАб, от режимов технологического процесса.

3. Впервые созданы и исследованы высокодобротные полупроводниковые микродисковые лазеры на 1п(Са)А5 квантовых точках с асимметричным волноводом воздухЛлаАз/(АЮа)хОу, сформированным методом селективного окисления. Продемонстрирован эффект подавления спектральной диффузии носителей и их транспорта в 1п(Оа)А5 квантовых точках, позволивший получить лазерную генерацию в микролазерах в непрерывном режиме при оптической накачке при комнатной температуре.

4. Предложен и апробирован новый метод определения величины расстройки максимума спектра усиления активной области и резонансной длины волны для поверхностно-излучающих лазеров на основе вертикальных микрорезонаторов.

5. Впервые созданы и исследованы мощные (до 4 мВт) одномодовые поверхностно-излучающие лазеры на основе вертикальных микрорезонаторов с субмонослойными 1пСаАз квантовыми точками в качестве активной области и применением латерального профилирования эффективного коэффициента преломления структуры с помощью волноводного эффекта оксидной токовой апертуры и формирования на поверхности структуры фотонного кристалла.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

Положение 1

ln-situ высокотемпературный отжиг в атмосфере азота обеспечивает эффективное удаление остаточных продуктов реакции селективного окисления слоев AlxGa,_xAs и приводит к трансформации аморфного оксида a-(AlGa)xOy в поликристаллическую т-(АЮа)хОу фазу, обладающую высокой механической стабильностью и теплопроводностью.

Положение 2

Использование InAs/InGaAs квантовых точек с высокой энергией локализации носителей и асимметричного волновода B03flyx/GaAs/(AlGa)xOy, сформированною методом селективного окисления, позволяет достичь лазерной генерации в непрерывном режиме при комнатной температуре в полупроводниковом микродисковом лазере.

Положение 3

Применение субмонослойных InGaAs квантовых точек в качестве активной области поверхностно-излучающих лазеров с полупроводниковыми проводящими зеркалами позволяет получить сверхнизкие вну тренние оптические потери, высокую дифференциальную эффективность и выходную оптическую мощность до 4 мВт в одномодовом режиме непрерывной генерации при оптимальном дизайне оксидной апертуры.

Положение 4

Формирование фотонного кристалла в верхнем распределенном брэгговском отражателе позволяет подавить генерацию мод высокого порядка и получить одномодовую генерацию с высокой выходной мощностью (до 3.8мВт) в поверхностно-излучающем лазере на основе вертикального микрорезонатора с оксидной токовой апертурой большого диаметра во всем диапазоне токов накачки.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на

• 13-ом Международном симпозиуме «Наноструктуры: Физика и Технология», 20-25 Июня, 2005, Санкт-Петербург, Россия

• 5-ом Белорусско-Российском семинаре «Полупроводниковые лазеры и системы на их основе», 1-5 Июнь, 2005, Минск, Беларусь

• VII Российская Конференция по Физике Полупроводников, 18-23 Сентября, 2005, Звенигород, Россия

• Международном семинаре «Полупроводниковые приборы на основе квантовых точек», 16—17 Март, 2006, Париж, Франция

а также на научных семинарах Физико-Технического Института им. А.Ф.Иоффе РАН, Института Физики Твердого Тела Технического

-6-

Университета Берлина (Германия) и Индустриально-Технологического Научно-Исследовательского Института Хсинчу (Тайвань).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах, в том числе 5 в научных статьях и 6 в материалах конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 98 страницах машинописного текста. Диссертация включает также 62 рисунка, 2 таблицы и список литературы из 160 наименований. Общий объем диссертации 162 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель диссертационной работы, показана ее научная новизна, изложены основные научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер:

В первом параграфе рассматриваются особенности метода селективного окисления А1-содержащих слоев. Описаны основные химические процессы, протекающие при окислении слоев АЮаАв. Представлен аналитический подход (в рамках модели Дила-Грува), позволяющий описать кинетику образования оксида. Показано, что окисление приводит к трансформации слоя АЮаАв в аморфный оксид а-(АЮа)хОу, содержащий небольшие внедрения (размером 4-10 нм) поликристаллического оксида -у-(АЮа)хОу и метастабильные гидрооксиды алюминия. Отдельно рассмотрен вопрос о механической стабильности структур ОаА5/(АЮа)хОу. Отмечено существенное уменьшение толщины оксида по сравнению с исходным слоем АЮаАв, при этом степень сжатия для структуры зависит как от толщины и состава слоев, так и от параметров процесса окисления.

Второй параграф посвящен основным характеристикам микродисковых лазеров (МДЛ) на основе гетероструктур МЗаАзР и 1пАЮаАз. В таких лазерах благодаря эффекту полного внутреннего отражения на границе полупроводник-воздух в плоскости микродиска и сильного волноводного эффекта в направлении роста структуры (волновод воздух-полупроводник-воздух) возникают моды шепчущей галереи, распространяющиеся вдоль периферии микродиска, и обладающие высокой добротностью и малым модовым объемом. Особое внимание уделено проблемам низкой механической стабильности и высокого

теплового сопротивления (>2105 К/Вт), обусловленными конструктивными особенностями традиционных микролазеров. Отмечено, что квантовые точки (КТ) позволяют преодолеть проблему безызлучательной поверхностной рекомбинации на границах микродиска, особенно критичной для резонаторов малого объема.

В третьем параграфе обсуждаются вопросы создания высокоэффективных поверхностно-излучающих лазеров на основе вертикальных микрорезонаторов (ПИЛВМ). Рассмотрен вопрос о выборе оптимального дизайна ПИЛВМ, обеспечивающего минимальный уровень оптических потерь в резонаторе и низкие сопротивления приборов. Отмечено, что в случае активной области на основе квантовых ям, утечки носителей, обусловленные латеральной диффузией, являются серьезным лимитирующим фактором при создании одномодовых ПИЛВМ, для которых требуется использование сверхмалых токовых апертур (менее 4 мкм). Описаны основные методы формирования токового ограничения в ПИЛВМ, обеспечивающие значительное снижение порогового тока и увеличение квантовой эффективности лазеров. Особое внимание уделено проблеме спектрального согласования положения резонансной длины волны ПИЛВМ относительно максимума спектра усиления активной области, оказывающее существенное влияние на температурную зависимость порогового тока и выходной мощности излучения. Далее обсуждается проблема тепловых эффектов (в частности, теплового сопротивления лазера), особенно актуальная в ПИЛВМ. Дан обзор основных существующих методов получения одномодового режима генерации ПИЛВМ.

Во второй главе приведено описание методики и установки роста полупроводниковых структур методом молекулярно-пучковой эпитаксии, использовавшейся для получения исследованных в работе гетероструктур. Отдельно рассмотрена аппаратная реализация процесса селективного окисления. Разработанная двухкамерная установка обеспечивает не только высокую воспроизводимость и стабильность параметров селективного окисления, но и позволяет проводить высокотемпературный т^Ш отжиг. Описаны методики, применявшиеся для изучения гетероструктур и оптоэлектронных приборов на их основе: спектроскопия комбинационного рассеяния света, спектроскопия фотолюминесценции в широком диапазоне температур и плотностей возбуждения, спектроскопия оптического отражения, растровая и просвечивающая электронная микроскопия, исследования вольт-амперных, мощностных и спектральных характеристик, а также картин ближнего и дальнего полей излучения лазерных диодов в широком диапазоне температур. Дано подробное описание технологических процессов изготовления полупроводниковых

лазеров на основе микрорезонаторов. В конце главы рассмотрен подход для количественной оценки механических напряжений и деформаций, возникающих в ОаАз/(АЮа)хОу структурах после процесса селективного окисления.

В третьей главе приведены результаты исследований, направленных на оптимизацию технологии селективного окисления.

В первом параграфе рассматривается механизм образования оксида, позволяющий описать кинетику окисления. Показано, что вначале процесс латерального окисления определяется в основном скоростью химической реакции окисления, а глубина окисления линейно изменяется со временем. Транспорт реагентов к границе оксид-полупроводник для дальнейшего окисления происходит через поры в уже сформировавшемся оксиде на границе с окислителем. Природа этих пор связана с аморфностью оксида и механическими напряжениями. Процесс окисления продолжается до тех пор, пока существующие поры обеспечивают дальнейшее проникновение молекул воды (окислитель) к фронту реакции. Однако поры могут обрываться на интерфейсе оксид-ваЛв, а с увеличением времени окисления в оксиде накапливаются остаточные продукты реакции, которые блокируют поры. Это затрудняет доставку реагентов к фронту реакции. В результате реакция окисления значительно замедляется, и диффузия через оксид к интерфейсу оксид-полупроводник становится лимитирующим процесс окисления механизмом. Обнаруженное резкое падение скорости окисления для слоев АЮаАв толщиной менее 60 нм обусловлено либо изменением поверхностной энергии на интерфейсе оксид-полупроводник, либо изменением напряжений с толщиной, а не уменьшением потока реагентов через тонкий слой вследствие обрыва или блокирования пор, поскольку сохраняется линейная зависимость глубины от времени окисления. Температурная зависимость скорости окисления слоев АЮаАв имеет активационный характер и подчиняется закону Аррениуса. Сильная композиционная зависимость энергии активации процесса окисления приводит к высокой степени чувствительности скорости окисления к составу слоев АЮаАБ. Скорость окисления при вариации концентрации А1 в пределах 95-99% изменяется практически в пять раз, а для концентрации 90% уменьшается в 50 раз.

Второй параграф посвящен исследованию локальных механических напряжений, возникающих в ОаАз/(АЮа)хОу структурах, с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС). Отмечено, что механическая стабильность оксидного слоя сильно зависит от количества остаточных продуктов (Аб и Аз2Оз) реакции окисления. При этом применение т-зИи высокотемпературного отжига позволяет эффективно удалить остаточные продукты реакции окисления слоев

AlGaAs. На основании спектров КРС показано, что окисление приводит к возникновению напряжений растяжения в слоях GaAs. В тоже время, использование фоторезиста в качестве защитной маски при окислении вызывает напряжения сжатия вследствие задубливания фоторезиста при высоких температурах. Проанализирован эффект локального перегрева образца лазерным излучением. Вследствие меньшей теплопроводности для слоя (AlGa)xOy наблюдается значительный сдвиг фононной линии GaAs по сравнению со слоем AlGaAs. В результате истинный сдвиг фононной линии GaAs составил -0.46 см', а соответствующий уровень би-аксиального напряжения растяжения ~120МПа. Таким образом, в нашем случае окисление вызывает деформацию растяжения 5а/а~9.4*10^ в плоскости структуры и деформацию сжатия 8а/а~8.7*10"4 в направлении роста структуры. Далее рассмотрено влияние эффекта переокисления на механическую стабильность структур. Показано, что существует оптимальное время, необходимое для полного окисления AlGaAs слоев; превышение этого времени приводит к уменьшению механической стабильность структуры из-за слишком сильного сжатия слоев, а также к снижению коэффициента отражения зеркал и искажению формы спектра отражения из-за ухудшения морфологии и наличия внутренних напряжений.

Третий параграф содержит результаты исследований просвечивающей электронной микроскопией. Показано, что при окислении слой AWGaoosAs (227 нм) трансформируется в аморфный оксид а-(AlGa)xOy, причем интерфейс (AlGa)xOy-GaAs достаточно резкий (порядка 2 нм). Согласно данным просвечивающей электронной микроскопии in-situ высокотемпературный отжиг структуры частично трансформирует аморфный оксид в более стабильную поликристаллическую т-фазу. При этом исчезает четкая граница между GaAs и (AlGa)xOy вследствие взаимной диффузии и релаксации напряжений на интерфейсе оксид-полупроводник. Картина микродифракции показывает, что существует смесь аморфной и поликристаллической фаз оксида.

Четвертый параграф посвящен исследованию процесса окисления в структурах AlogGao iAs/AlAs/Al09Gao ¡As. На рис.1 .а приведена зависимость скорости окисления структуры Alo íGao iAs(45 hm)/A1As/A1o eGao |As(45 нм) от толщины слоя AlAs и изображение скола тестовой структуры (на вставке) после процесса селективного окисления при температуре 400°С, полученное с помощью растровой электронной микроскопии (РЭМ). Введение тонкого (12-^14 нм) слоя AlAs в матрицу Alo9GaoiAs позволяет получить скорость окисления, сопоставимую с величиной для толстого (110нм) слоя AlAs, при сохранении высокой механической стабильности структуры (2-3% сжатие), а также управлять профилем фронта оксида

- 10-

(АЮа)чОч. Причем для структур А1(,(/За(, |А5/А1А5/А1о9Оа01Аб наблюдается значительная задержка в формировании оксида по сравнению с процессом окисления слоев АГСаАБ Для объяснения данного эффекта была предложена модель диффузии реагентов к фронту окисления при наличии химической реакции на основе двухмерного уравнения диффузии при наличии стока диффундирующих частиц. Согласно результатам численного моделирования (рис. 1.6), существование вертикального окисления приводит к эффективному увеличению границы с внешней средой для слоя Л1Ая и, как следствие, к возрастанию потока реагентов к фронту реакции Данная задержка обусловлена замедленным выходом системы в стационарный режим окисления.

35

Рис I а) - Скорость окиспения Сфукгуры А10 ДЗао |Ач(45 им)/А 1 Аб/А «Оа,, ,Аь(45 нм) как функция ог толщины с.юя А1А\ при температура окисления 400°С На вставке РЭМ-июбражение ско!а тестовой аруктуры посае процесса селективного окистения, б) Эвокопия образования оксида в с фу кнуре А11)ЧСао,Аь(45 нм)/А1А5(14 нм)/А!овОао | Ав(45 нм)

Четвертая глава посвящена созданию и исследованию свойств микродисковых лазеров на основе квантовых точек с асимметричным волноводом, сформированным методом селективного окисления.

В первом параграфе рассматривается аналитическая модель микродискового резонатора. С помощью метода эффективного показателя преломления трехмерная система приведена к двухмерной системе, в которой микродиск можно представить в виде цилиндрического волновода, внутри которого волна распространяется вдоль периферии диска, а в направлении роста образуется стоячая волна. Моды диска могут быть найдены из граничного условия первого рода (поле на границе диска равно нулю).

Во втором параграфе приведены лазерные характеристики GaAs/(AlGa)xOv микролазеров с активной областью на основе субмонослойных (CM) InGaAs и InAs/InGaAs квантовых точек.

Получена лазерная генерация спектрального диапазона 0.98 мкм в МДЛ диаметром 5^6 мкм с CM InGaAs КТ в качестве активной области при оптической накачке в диапазоне температур 5-180К. Дальнейшие исследования были проведены для резонансной моды, оптимально согласующейся с максимумом спектра усиления КТ при температуре 5 К. Выше порога генерации наблюдается резкое увеличение дифференциальной эффективности люминесценции, сопровождаемое уменьшением спектральной полуширины резонансной моды ТЕ41.|.0. Экспериментально измеренное значение добротности резонансных мод микродиска ограничено пределом разрешения регистрирующей системы и составляет не менее 104. Показано, что температурный сдвиг резонансной моды в длинноволновую область (-0.05 нм/К) обусловлен дисперсионно-температурной зависимостью эффективного показателя преломления микродиска, а не температурной зависимостью (-0.32 нм/К) ширины запрещенной зоны активной области микролазераа. Для КТ характерен широкий спектр усиления вследствие неоднородного уширения. Это приводит к тому, что в случае CM InGaAs КТ резонансная мода остается в переделах спектра усиления основного состояния КТ вплоть до температуры 180 К, и вклад данного эффекта в увеличение порога генерации несущественен. Уменьшение характеристической температуры, резкое увеличение порога, и, в пределе, исчезновение генерации при температурах выше 180 К обусловлено температурным выбросом носителей из КТ в матрицу (вследствие сравнительно слабой локализации носителей в CM InGaAs КТ) с последующей безызлучательной рекомбинацией в матрице GaAs и на границах микродиска.

Применение InAs/InGaAs квантовых точек с большей глубиной локализации носителей (по сравнению с CM InGaAs КТ) позволило получить лазерную генерацию в более широком диапазоне температур, вплоть до 280 К, причем при температурах выше 200 К генерация осуществляется через возбужденное состояние квантовых точек. Значительное рассогласование резонансной моды ТЕ^.^о и максимума спектра усиления квантовых точек, а также уменьшение усиления с ростом температуры приводит к резкому росту пороговой мощности оптической накачки и, в пределе, к исчезновению лазерной генерации (в доступном диапазоне мощностей оптической накачки) при температуре выше 280 К (рис.2). Однако лазерная генерация при комнатной температуре в области 1.3 мкм наблюдается на другой резонансной моде ТЕз5,,,о. Так как положение резонансной линии ТЕ35Л.0 близко к максимуму спектра

фотолюминесценции квантовых точек при комнатной температуре, полученное значение пороговой накачки в полтора раза меньше значения, которое можно получить с помощью экстраполяции до 300 К температурной зависимости пороговой мощности для моды ТЕ4о,|,о-

5 12«) 1206 1210 1215 12» 0 ¡0 100 150 200 250

Длина волны |нм| Температура [К)

а) б)

Рис 2 а) - Спектры излучения (пАхЛпСаАв КТ МДЛ диаметром 6 мкм различных мощностях оптической накачки, при температура 5 К На вставке нормированные спектры моды ТВ<01 о при мощности оптической накачке до порога и после порога генерации; б) - Зависимость порога генерации от температуры для резонансной моды ТЕ41),ю На вставке РЭМ-изображение микролазера

Необходимо отметить, что сдвиг длины волны лазерной моды с увеличением оптической накачки не наблюдается. Это свидетельствует о том, что полупроводниковые СаА5/(А10а)х0у микродисковые лазеры обладают малым тепловым сопротивлением, порядка 103 К/Вт.

В пятой главе приведены результаты исследований поверхностно-излучающих лазеров на основе вертикальных микрорезонаторов с субмонослойными 1пОаАз квантовыми точками в качестве активной области.

В первом параграфе рассматриваются факторы, учет которых принципиален при конструировании ПИЛВМ с активной областью на основе квантовых точек. В результате проведенного теоретического анализа для реализации ПИЛВМ с активной областью на основе СМ 1пОаАБ КТ была выбрана конструкция с двумя легированными полупроводниковыми зеркалами и выводом излучения через верхний распределенный брэгговский отражателеь (РБО) р-типа.

Второй параграф посвящен описанию эпитаксиальной структуры и технологии изготовления ПИЛВМ и лазеров полосковой конструкции.

Третий параграф содержит результаты измерений внутренних оптических потерь в ПИЛВМ. Показано, что в случае ПИЛВМ с размером

апертуры более 10 мкм дифракционными потерями на краях апертуры можно пренебречь. Исследовано влияние числа четвертьволновых пар в верхнем />-РБО на лазерные характеристики приборов. Уменьшение числа пар в р-РБО с 20 до 18 приводит к существенному увеличению внешней квантовой эффективности (с 50% до 65%) при незначительном увеличении порогового тока (с 0.8 мА до 1 мА). На основании зависимости обратной внешней квантовой эффективности от обратного коэффициента пропускания зеркал показано, что ПИЛВМ с субмонослойными 1пОаАз квантовыми точками обладают сверхнизкими внутренними оптическими потерями (менее 0.1% на один проход фотона).

В четвертой I лаве обсуждайся проблема оптимальной согласования резонансной длины волны, задаваемой геометрией эпитаксиальной структуры, и максимума спектра усиления активной области ПИЛВМ {расстройка). Показано, что форма и положение максимума спектра усиления, равно как и максимумов спектров фото- или электролюминесценции СМ 1пОаАз КТ, существенно зависят от уровня накачки Поэтому для корректного и однозначного определения величины расстройки предложено использовать положение максимума спектра усиления активной области при плотности тока накачки, соответствующего режиму генерации ПИЛВМ. Исследована температурная зависимость порогового тока и длины волны генерации (в импульсном режиме) на пороге для полосковых лазеров, изготовленных из той же эпитаксиальной структуры, в широком диапазоне длин резонаторов. На основании этих данных была определена температурная зависимость длины волны, соответствующей максимуму усиления при плотности тока накачки, соответствующей пороговому току ПИЛВМ. Для описания температурной зависимости порогового тока ПИЛВМ предложено выражение, учитывающее не только температурный рост порогового тока, обусловленный уменьшением усиления активной области с температурой, но и влияние температурной зависимости величины расстройки.

Пятый параграф посвящен анализу теплового сопротивления ПИЛВМ. В рамках анизотропной цилиндрической модели ПИЛВМ проанализировано влияние размеров подложки и источника тепла (активной области, ограниченной токовой апертурой) на тепловое сопротивление ПИЛВМ. Показано, что зависимость экспериментально измеренного теплового сопротивления лазера (отношение сдвига длины волны генерации с изменением рассеиваемой мощности при заданной температуре теплоотводы, к тепловому сдвигу длины волны при фиксированном токе накачке) от диаметра источника 1епла (с учетом сложного профиля токовой апертуры) находится в хорошем соответствии с результатами моделирования. Полученные результаты свидетельствуют о

том, что, несмотря на значительно худшую теплопроводность слоев АЮаАэ (по сравнению со слоями ОаАз и А1Аз), применение переходных АЮаАв слоев в РБО не приводит к существенной деградации тепловых характеристик ПИЛВМ.

В шестом параграфе приведены результаты исследований одномодовых СМ ГгЮаАБ КТ ПИЛВМ. Следует отметить, что сложный профиль реальной оксидной апертуры не позволяет произвести корректную оценку условия отсечки - возникновение первой моды. Поэтому был проанализирован волноводный эффект оксидной токовой апертуры с резким профилем в рамках модели эффективного показателя преломления. Определено условие отсечки - максимальное значение диаметра токовой апертуры, при которой еще возможна одномодовая генерация ПИЛВМ, не превышает 5 мкм. Исследована зависимость максимальной выходной мощности в одномодовом режиме генерации СМ МЗаАв КТ ПИЛВМ от размера токовой апертуры. Показано, что одномодовая генерация во всем диапазоне рабочих токов наблюдается при сравнительно малых размерах токовой апертуры, а максимальная выходная оптическая мощность фундаментальной моды ограничена саморазогревом активной области. Экспериментально определенная величина отсечки порядка 2.5 мкм, что соответствует эффективному размеру токовой апертуры с резким профилем мкм. При больших размерах апертуры величина одномодовой мощности при факторе подавления боковых мод более 30 дБ лимитируется возникновением первой моды , и резко падает с увеличением диаметра апертуры. При диаметре токовой апертуры около 3 мкм достигается максимальная выходная мощность в одномодовом режиме генерации: до 4 мВт для ПИЛВМ с 18 парами в верхнем зеркале при внешней квантовой эффективности более 65% (рис.З.а). Однако для одномодовых приборов с малым размером токовых апертур характерны высокие последовательные (-350 Ом) и тепловые (-2700 К/Вт) сопротивления, приводящие к существенному перегреву активной области с ростом тока накачки.

Седьмая глава посвящена эффекту подавлению генерации мод высокого порядка за счет фотонного кристалла, сформированного в верхнем брэгговском зеркале ПИЛВМ. В рамках модели эффективного волновода рассмотрено влияние параметров (период решетки, фактор заполнения, глубина травления) фотонного кристалла на эффективный коэффициент преломления структуры. Оптимизируя контраст эффективного показателя преломления и ширину (эффективного размера дефекта - оптической апертуры) этого волновода путем варьирования геометрии пространственного рисунка можно добиться существования в ПИЛВМ только одной фундаментальной моды. На основе теоретических расчетов был выбран двумерный гексагональный фотонный кристалл с

периодом решетки 5 мкм, диаметром отверстий 2.5 мкм, одиночным дефектом с эффективным диаметром 8 мкм и глубиной травления 80% от верхнего РБО (-16 пар).

012343678 0 5 10 15 21)25 30

Ток |мА| Ток |мА|

а) б)

Рис 3 Ватт-амперные и спектральные (на вставках) характеристики для СМ 1пСаА5 КТ ПИЛВМ. а) - с диаметром токовой апертуры 3 мкм и 18 парами в верхнем РБО; б) - с фотонным кристаллом в верхнем РБО (20 пар) и диаметром токовой апертуры 20 мкм.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что формирование эффективного волновода в верхнем РБО приводит к существенному изменению модового характера излучения приборов с диаметром токовой апертуры более 10 мкм. При размерах оптической апертуры близкой к диаметру юковой апертуры максимальная выходная оптическая мощность фундаментальной моды ограничена возникновением генерации мод высокого порядка вследствие волноводного эффекта оксидной апертуры. Увеличение токовой апертуры до 20 мкм позволяет получить стабильную одномодовую генерацию с максимальной выходной мощностью до 3.8 мВт (при внешней квантовой эффективности 15%) и фактором подавления боковых мод более 35 дБ во всем диапазоне токов накачки. Выходное излучение таких лазеров представляет собой деформированную моду ЬРщ - гауссовый пучок (в центре) с шестью пиками малой интенсивности (из отверстий фотонной структуры). Природа этих пиков связана с лазерным резонансом вне сердцевины эффективного волновода (коротковолновое плечо в спектрах лазерной генерации). Такие приборы обладают существенно меньшими последовательным (125 Ом) и тепловым (1000 К/Вт) сопротивлениями, что приводит к меньшему нагреву лазера при больших рабочих токах, и позволяет получить большую выходную мощность в одномодовом режиме, несмотря на меньшую внешнюю квантовую эффективность.

В заключении приводятся основные результаты работы, которые состоят в следующем:

Исследованы особенности кинетики образования оксида (АЮа)хОу, экспериментально определены величины механических напряжений, возникающих в GaAs/(AlGa)xOy структурах при селективном окислении слоев AlGaAs. Показано, что с помощью высокотемпературного отжига возможно эффективное удаление остаточных продуктов реакции окисления слоев AlGaAs и частичная трансформация исходного аморфного оксида a-(AlGa)xOy в более стабильную поликристаллическую т-(АЮа)хОу фазу.

Созданы высокодобротные полупроводниковые микродисковые лазеры (0-104) на подложках GaAs с асимметричным волноводом B03flyx/GaAs/(AlGa)xOy, сформированным методом селективного окисления, обладающие низким тепловым сопротивлением и высокой механической стабильностью. Исследованы оптические свойства GaAs/(AlGa)xOy микролазеров с In(Ga)As квантовыми точками в качестве активной области. Продемонстрирована лазерная генерация при оптической накачке в микролазеров с активной области на основе субмонослойных InGaAs квантовых точек вплоть до температуры 180 К. Применение In(Ga)As квантовых точек с большей глубиной локализации носителей позволяет получить непрерывную лазерную генерацию при комнатной температуре в области 1.3 мкм.

Созданы высокоэффективные ПИЛВМ с активной областью на основе массивов субмонослойных InGaAs квантовых точек и оксидной токовой апертурой. Для приборов с диаметром токовой апертуры 3 мкм получена одномодовая непрерывная генерация с фактором подавления боковых мод 30 дБ и внешней дифференциальной эффективностью более 65%. Максимальная выходная мощность до перехода в многомодовый режим генерации достигает 4 мВт.

Продемонстрировано, что ПИЛВМ с полупроводниковыми легированными зеркалами GaAs/AlGaAs и субмонослойными InGaAs квантовыми точками в качестве активной области обладают сверхнизкими внутренними оптическими потерями (менее 0.1% на один проход фотона) и относительно низкими тепловыми сопротивлениями даже в случае использования в зеркалах переходных слоев с градиентом по составу А1. Предложен и экспериментально апробирован способ определения величины расстройки максимума спектра усиления

активной области и резонансной длины волны ПИЛВМ. Для описания температурной зависимости порогового тока ПИЛВМ предложено выражение, учитывающее не только температурный рост порогового тока, обусловленный уменьшением усиления активной области с температурой, но и влияние температурной зависимости величины расстройки.

Показано, что формирование фотонного кристалла в верхнем распределенном брэгговском отражателе позволяет получить одномодовую непрерывную генерацию в ПИЛВМ на основе массивов субмонослойных йЮаАв квантовых точек с оксидной токовой апертурой диаметром 20 мкм во всем диапазоне токов накачки с фактором подавления боковых мод более 35 дБ и максимальной выходной мощностью до 3.8 мВт.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1*. Н.В. Крыжановская, А.Г. Гладышев, С.А. Блохин, Ю.Г. Мусихин, А.Е. Жуков, М.В. Максимов, Н.Д. Захаров, А.Ф. Цацульников, Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, P. Werner, F. Guffart, D. Bimberg, «Оптические и структурные свойства массивов квантовых точек InAs, осажденных в матрицу InxGai.xAs на подложке GaAs», Физика Техника Полупроводников, 38, 867 (2003)

2*. Н.А. Малеев, А.Г. Кузьменков, А.Е. Жуков, А.П. Васильев, А.С. Шуленков, С.В. Чумак, Е.В. Никитина, С.А. Блохин, М.М. Кулагина, Е.С. Семенова, Д.А. Лившиц, М.В. Максимов, В.М. Устинов, «Конструкция и технология изготовления матриц вертикально-излучающих лазеров», Физика Техника Полупроводников, 39,487 (2005)

3*. С.А. Блохин, А.Н. Смирнов, А.В. Сахаров, А.Г. Гладышев, Н.В. Крыжановская, Н.А. Малеев, А.Е. Жуков, Е.С. Семенова, Д.А. Бедарев, Е.В. Никитина, М.М. Кулагина, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, «Исследование механических напряжений в селективно-оксидированных GaAs/(AlGa)xOy структурах», Физика Техника Полупроводников, 39, 782 (2005)

4*. S.V. Chumak, N.A. Maleev, A.G. Kuzmenkov, A.S. Shulenkov, A.E. Zhukov, A.P. Vasil'ev, S.A. Blokhin, M.M. Kulagina, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, «Matrix of vertical-cavity surface-emitting lasers with combined AlGaO/GaAs-AlGaAs/GaAs DBRs», Proceedings of 13,h Int. Symp. «Nanostructures: Physics and Technology», 20-25 June, 2005, St-Petersburg, Russia, pp.100

5*. S.A. Blokhin, A.N. Stnimov, A.G. Gladyshev, N.V. Kryzhanovskaya, N.A. Maleev, A.E. Zhukov, A:G. Kuzmenkov, A.P. Vasil'ev, E.S. Semenova, E.V. Nikitina, M.V. Maximov, N.N. Ledentsov, V.M. Ustinov, «Mechanical stress in selective oxidized GaAs/(AlGa)xOy structures», Proceedings of 13th Int. Symp. «Nanostructures: Physics and Technology», 20-25 June, 2005, St-Petersburg, Russia, pp.312

6*. N.A. Maleev, A.G. Kuzmenkov, A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, A.P. Vasil'ev, S.A. Blokhin, M.M. Kulagina, A.S. Shulenkov, S.V. Chumak, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, «Intra-cavity contacted quantum well and quantum dot VCSELs with AlGaO/GaAs and AlGaAs/GaAsDBR», 5th Beiarusian-Russian Workshop, 1-5 June, 2005, Minsk, Belarus, pp.164

7*. С.А. Блохин, А.Н. Смирнов, А.Г. Гладышев, Н.В. Крыжановская, Н.А. Малеев, А.Е. Жуков, Е.С. Семенова, Е.В. Никитина, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, «Исследование GaAs/(AlGa)xOy структур полученных методом селективно-оксидирования слоев AlGaAs», Тезисы

докладов VII Российская Конференция по Физике Полупроводников, 18-23 Сентября, 2005, Звенигород, Россия, стр.314

8*. С.А. Блохин Н.В. Крыжановская, Л.Г. Гладышев, Н.А. Малеев, А.Г. Кузьменков, Е.М. Аракчеева, Е.М. Танклевская, А.Е. Жуков,

A.П. Васильев, Е.С. Семенова, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов,

B.М. Устинов, Э. Шток, Д. Бимберг, «Оптические исследования микродисков на основе субмонослойных InGaAs КТ с асимметричным волноводом, сформированным методом селективного оксидирования», Физика Техника Полупроводников, 40, 482 (2006)

9*. С.А. Блохин, Н.А. Малеев, А.Г. Кузьменков, Ю.М. Шерняков, И.И. Новиков, Н.Ю. Гордеев, В.В. Дюделев, Г.С. Соколовский, В.И. Кучинский, М.М. Кулагина, М.В. Максимов, В.М. Устинов, А.Р. Ковш, С.С. Михрин, II.H. Леденцов, «Вертикально-излучающие лазеры на основе массивов субмонослойных InGaAs квантовых точек», Физика Техника Полупроводников, 40, 633 (2006)

10*. S.A. Blokhin, N.A. Maleev, A.G. Kuzmenkov, A.V. Sakharov, M.M. Kulagina, Yu.M. Shemyakov, I.I. Novikov, M.V. Maximov, V.M.Ustinov, A.R. Kovsh, S.S.Mikhrin, N.N. Ledentsov, G. Lin, J.Y.Chi, «High-performance vertical-cavity surface-emitting lasers based on sub-monolayer InGaAs quantum dots», Proceedings of Int. Workshop on Semiconductor Quantum Dot based Devices and Applications, 16-17 March, 2006, Paris, France, pp.45

11*. N.V Kryzhanovskaya, A.G. Gladyshev, N.A. Maleev, A.G. Kuzmenkov, A.E. Zhukov, E.S. Semenova, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, S.A. Blokhin, A.M. Nadtochy, E.M. Arakcheeva, E.M. Tanklevskaya, A.P. Vasil'ev, E. Stock, D. Bimberg, N.N. Ledentsov, «Room-temperature lasing at 1.3 цт in microdisk with InAs/InGaAs Quantum Dots», Proceedings of Int. Workshop on Semiconductor Quantum Dot based Devices and Applications, 16-17 March, 2006, Paris, France, pp.41

Цитированная литература

[1] H. Soda, K. Iga, C. Kitahara, Y. Suematsu, «GalnAsP/InP surface emitting injection lasers», Jpn. Appl. Phys., 18,2329 (1979)

[2] S.L. McCall, A.F.J. Levi, R.E. Slusher, S.J. Pearton, R.A.Logan, «Whispering-gallery mode microdisk lasers», Appl. Phys. Lett., 60, 289, (1992)

[3] J.M. Dallesasse, N. Holonyak, A.R.Sugg, T.A.Richard, N. El-Zein, «Hydrolyzation oxidation of AlxGai.xAs-AlAs-GaAs quantum well heterostructure and superlattices», Appl. Phys. Lett., 57,2844, (1990)

[4] Y. Arakawa, H. Sakaki, «Multidimensional quantum well laser and temperature dependence of its threshold current»jippl. Phys. Lett., 40, 939 (1982)

Подписано в печать 21.04.2006 Объем: 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 81 Отпечатано в типографии ООО "КОПИ-Р", С-Пб, Гражданский пр., Лицензия ПЛД № 69-338 от 12.02.99 г.

ЛйШ !

гНг I

\

#-8791

i

/ i'

L

i

i

/

Г

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА.1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Селективное окисление AlGaAs.

1.1.1. Технология селективного окисления.

1.1.2. Химия окисления.

1.1.3. Кинетика процесса окисления.

1.1.4. Микроструктура оксида.

1.1.5. Механическая стабильность структур.

1.2. Полупроводниковые микродисковые лазеры.

1.2.1. Конструкция.

1.2.1. Квантовые точки в качестве активной области микродисковых лазеров.

1.3. Поверхностно-излучающие лазеры на основе вертикальных mhkp0pe30hat0p0bs.

1.3.1. Распределенные брэгговские отражатели.

1.3.2. Активная область ПИЛВМ.

1.3.3. Токовое ограничение в ПИЛВМ.

1.3.4. Спектральное согласование спектра усиление имодовой структуры ПИЛВМ

1.3.5. Тепловое сопротивление.

1.3.6. Одномодовая генерация.

ГЛАВА.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ.

2.1. Рост гетероструктур методом молекулярно-пучковой эпитаксии.

2.2. Аппаратная реализация процесса селективного окисления.

2.3. Методика подготовки образцов и особенности проведения экспериментов

2.4. Метод оценки механических напряжений в структурах GaAs/(AlGa)xOy.

ГЛАВА.З. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ СЕЛЕКТИВНОГО ОКИСЛЕНИЯ.

3.1. Особенности кинетики образования оксида.

3.2. Исследование механических напряжений в структурах GaAs/(AlGa)xOy.

3.3. Влияние высокотемпературного отжига на микроструктуру оксида.

3.4. Латерально-вертикальное окисление.

Создание оксидных слоев со сложным профилем.

ГЛАВА.4. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИКРОДИСКОВ НА ОСНОВЕ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК С АСИММЕТРИЧНЫМ ВОЛНОВОДОМ, СФОРМИРОВАННЫМ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ОКИСЛЕНИЯ.

4.1. Аналитическая модель полупроводникового микродиска.

4.2. Лазерная генерация в микродисках с квантовыми точками в качестве активной области.

4.2.1 Микро диско вые лазеры на основе субмонослойных InGaAs квантовых точек.

4.2.2 Микродисковые лазеры на основе InAs/InGaAs квантовых точек.

ГЛАВА.5. ПОВЕРХНОСТНО-ИЗЛУЧАЮЩИЕ ЛАЗЕРЫ НА ОСНОВЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ МИКРОРЕЗОНАТОРОВ С СУБМОНОСЛОЙНЫМИ INGAAS КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ.

5.1. Выбор конструкции прибора.

5.2. Экспериментальная реализация ПИЛВМ.

5.3. Оптические потери.

5.4. Оптимальное согласование резонансной длины волны и спектра усиления активной области ПИЛВМ.

5.5. Тепловое сопротивление.

5.6. Одномодовый режим генерации.

5.7. Поверхностно-излучающие лазеры на основе вертикальных микрорезонаторов с фотонным кристаллом.

На сегодняшний день полупроводниковые лазеры являются ключевыми элементами в быстродействующих волоконно-оптических линиях связи (BOJ1C), устройствах оптической записи информации, высокопроизводительных компьютерных системах и локальных вычислительных сетях (ЛВС). Рост процессорных мощностей компьютеров -удвоение производительности процессоров каждые полтора-два года, а вместе с ним и потребностей современных компьютерных приложений требует все большей пропускной способности оптических систем. Так, за 20 лет тактовая частота процессора возросла от мегагерц до гигагерц, а пропускная способность Ethernet - от Мбит/с до Гбит/с, причем уже сейчас есть работающие прототипы Ethernet со скоростью передачи 10 Гбит/с. При таких высоких скоростях медные кабели обеспечивают малую дальность передачи информации порядка 30 метров (специальные кабели не более 100 метров), тогда как применение оптических волокон позволяет увеличить дальность на несколько порядков. Традиционные полосковые лазеры обладают большой расходимостью светового пучка и широким спектром излучения, что приводит к малому коэффициенту ввода света в одномодовое оптическое волокно и ограничению дальности передачи информации при требуемом уровне битовых потерь менее Ю"10, соответственно. Дальнейшее увеличение скорости передачи данных возможно лишь при уменьшении влияния волновой и модальной дисперсии волокна, для чего лазеры должны работать в одномодовом одночастотном режиме. Следует отметить, что рост быстродействия лазеров должен сопровождаться ростом средней оптической мощности для поддержания того же уровня шумов на один импульс, что ограничит возможность применения приборов диапазона 850 нм. Таким образом, все возрастающие требования, предъявляемые к современным лазерам, используемых в системах передачи, обработки и хранении информации, обуславливают необходимость повышения спектрального и пространственного совершенства излучения, что делает актуальным разработку новых конструкций приборов.

На данный момент наиболее перспективными типами полупроводниковых микролазеров являются поверхностно-излучающие лазеры на основе вертикального микрорезонатора (ПИЛВМ), в которых оптическая волна распространяется в направлении, перпендикулярном к плоскости активной области (в направлении роста) [1], и микродисковые лазеры (МДЛ), где свет распространяется в плоскости активного слоя [2]. В случае ПИЛВМ высокодобротный резонатор формируется с помощью распределенных брэгговских отражателей (РБО), тогда как в МДЛ - за счет полного внутреннего отражения на границе полупроводник-воздух в плоскости микродиска и сильного волноводного эффекта в направлении роста структуры. В случае ПИЛВМ высокодобротный резонатор формируется с помощью распределенных брэгговских отражателей (РБО), тогда как в МДЛ за счет полного внутреннего отражения на границе полупроводник-воздух в плоскости микродиска и сильного волноводного эффекта в направлении роста структуры. С одной стороны, ПИЛВМ являются наиболее перспективным ключевым компонентом ВОЛС и ЛВС благодаря более высокой эффективности ввода света в волокно и более узкой спектральной ширине линии излучения. Кроме того, интегральные массивы ПИЛВМ представляются наиболее оптимальным решением построения оптических межсоединений. С другой стороны, МДЛ удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к базовым элементам в оптоэлектронных интегральных схемах: малые пороговые токи и рассеиваемые мощности, возможность одномодового режима лазерной генерации с фиксированной поляризацией излучения и возможность интеграции с волноводами в плоскости пластины с использованием ближнепольного вывода света, к Несмотря на очевидный прогресс в создании полупроводниковых микролазеров и обширные исследования, ведущиеся в данной области оптоэлектроники, до сих пор существует ряд серьезных проблем. К их числу относится проблема низкой механической стабильности и высокого теплового сопротивлений традиционных МДЛ, что является главным лимитирующим фактором при получении лазерной генерации в непрерывном режиме при комнатной температуре. Ключевой проблемой практического применения ПИЛВМ является и задача получения высокой выходной мощности в режиме стабильной одномодовой генерации.

Весьма перспективным решением указанных проблем является использование полупроводниковых оптических микрорезонаторов, сформированных при помощи селективного окисления А1-содержащих слоев [3]. Уникальность данной технологии состоит в том, что она позволяет создавать скрытые диэлектрические слои высокого структурного качества с требуемыми электрическим и оптическими параметрами в едином процессе и может быть применена для обеспечения эффективного токового и оптического ограничений одновременно. В тоже время проблемы воспроизводимости и стабильности параметров селективного окисления А1-содержащих слоев, а также механической надежности приборов после окисления до сих пор остаются нерешенными. Следует отметить, что волповодный эффект оксидной апертуры и неоднородная инжекция носителей по площади токовой апертуры, свойственная для ПИЛВМ, могут приводить к возникновению генерации на модах шепчущей галереи и оказывать негативное влияние на лазерные характеристики ПИЛВМ [4]. Таким образом, необходимы как отдельные, так и комплексные исследования взаимодействия света с веществом в МДЛ и ПИЛВМ, что чрезвычайно важно для понимания физических основ работы микролазеров обоих типов.

В связи с эффектами латеральной локализации носителей и, соответственно, подавлением эффектов растекания и поверхностной рекомбинации, наибольший интерес для использования в микролазерах представляют собой квантоворазмерные гетероструктуры с размерностью ниже, чем два - квантовые проволоки и квантовые точки. Кроме того, для лазеров на основе квантовых точек теоретически предсказаны, и экспериментально продемонстрированы, сверхвысокая температурная стабильность порогового тока и значительное снижение самой величины пороговой плотности тока по сравнению с лазерами на квантовых ямах [5]. Таким образом, создание и исследование микролазеров на основе гетероструктур с In(Ga)As квантовыми точками, в которых токовое и оптическое ограничение сформированы методом селективного окисления AlGaAs слоев, имеет исключительно важное значение, как для современной оптоэлектроники и полупроводниковой нанотехнологии, так и для физики полупроводников.

Научная новизна работы:

1. Впервые разработана универсальная методика получения многослойных структур оксид-полупроводпик, позволяющая получать в едином процессе сложные профили окисления, как в вертикальном, так и в латеральном направлении.

2. Исследованы зависимости механических напряжений, возникающих в GaAs/(AIGa)xOy структурах при селективном окислении слоев AlGaAs, от режимов технологического процесса.

3. Впервые созданы и исследованы высокодобротные полупроводниковые микродисковые лазеры на In(Ga)As квантовых точках с асимметричным волноводом воздух/СаАз/(АЮа)хОу, сформированным методом селективного окисления. Продемонстрирован эффект подавления спектралыюй диффузии носителей и их транспорта в In(Ga)As квантовых точках, позволивший получить лазерную генерацию в микролазерах в непрерывном режиме при оптической накачке при комнатной температуре.

4. Предложен и апробирован новый метод определения величины расстройки максимума спектра усиления активной области и резонансной длины волны для поверхностно-излучающих лазеров на основе вертикальных микрорезонаторов.

5. Впервые созданы и исследованы мощные (до 4 мВт) одномодовые поверхностно-излучающие лазеры на основе вертикальных микрорезонаторов с субмонослойными InGaAs квантовыми точками в качестве активной области и применением латерального профилирования эффективного коэффициента преломления структуры с помощью волповодного эффекта оксидной токовой апертуры и формирования на поверхности структуры фотонного кристалла.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

Положение 1

In-situ высокотемпературный отжиг в атмосфере азота обеспечивает эффективное удаление остаточных продуктов реакции селективного окисления слоев AlGaAs и приводит к трансформации аморфного оксида а-(АЮа)хОу в поликристаллическую 7-(AlGa)xOy фазу, обладающую высокой механической стабильностью и теплопроводностью.

Положение 2

Использование InAs/InGaAs квантовых точек с высокой энергией локализации носителей и асимметричного волновода B03flyx/GaAs/(AlGa)xOy, сформированного методом селективного окисления, позволяет достичь лазерной генерации в непрерывном режиме при комнатной температуре в полупроводниковом микродисковом лазере.

Положение 3

Применение субмонослойных InGaAs квантовых точек в качестве активной области поверхностно-излучающих лазеров с полупроводниковыми проводящими зеркалами позволяет получить сверхнизкие внутренние оптические потери, высокую дифференциальную эффективность и выходную оптическую мощность до 4 мВт в одномодовом режиме непрерывной генерации при оптимальном дизайне оксидной апертуры.

Положение 4

Формирование фотонного кристалла в верхнем распределенном брэгговском отражателе позволяет подавить генерацию мод высокого порядка и получить одномодовую генерацию с высокой выходной мощностью (до 3.8мВт) в поверхностно-излучающем лазере на основе вертикального микрорезонатора с оксидной токовой апертурой большого диаметра во всем диапазоне токов накачки.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1*. Н.В. Крыжановская, А.Г. Гладышев, С.А. Блохин, Ю.Г. Мусихин, А.Е.Жуков, М.В. Максимов, Н.Д. Захаров, А.Ф. Цацульников, Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, P. Werner, F. Guffart, D. Bimberg, «Оптические и структурные свойства массивов квантовых точек InAs, осажденных в матрицу InxGai.xAs на подложке GaAs», Физика Техника Полупроводников, 38, 867 (2003)

2*. Н.А. Малеев, А.Г. Кузьменков, А.Е. Жуков, А.П. Васильев, А.С. Шуленков, С.В. Чумак, Е.В. Никитина, С.А. Блохин, М.М. Кулагина, Е.С. Семенова, Д.А. Лившиц, М.В. Максимов, В.М. Устинов, «Конструкция и технология изготовления матриц вертикально-излучающих лазеров», Физика Техника Полупроводников, 39, 487 (2005) 3*. С.А. Блохин, А.Н. Смирнов, А.В. Сахаров, А.Г. Гладышев, Н.В. Крыжановская, Н.А. Малеев, А.Е. Жуков, Е.С. Семенова, Д.А. Бедарев, Е.В. Никитина, М.М. Кулагина, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, «Исследование механических напряжений в селективно-оксидированных GaAs/(AlGa)xOy структурах», Физика Техника Полупроводников, 39, 782 (2005)

4*. S.V. Chumak, N.A. Maleev, A.G. Kuzmenkov, A.S. Shulenkov, A.E. Zhukov, A.P. Vasil'ev, S.A. Blokhin, M.M. Kulagina, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, «Matrix of vertical-cavity surface-emitting lasers with combined AlGaO/GaAs-AlGaAs/GaAs DBRs», Proceedings of 13th Int. Symp. «Nanostructures: Physics and Technology», 20-25 June, 2005, St-Petersburg, Russia, pp.100

5*. S.A. Blokhin, A.N. Smirnov, A.G. Gladyshev, N.V. Kryzhanovskaya, N.A. Maleev, A.E. Zhukov, A.G. Kuzmenkov, A.P. Vasil'ev, E.S. Semenova, E.V. Nikitina, M.V. Maximov, N.N. Ledentsov, V.M. Ustinov, «Mechanical stress in selective oxidized GaAs/(AlGa)xOy structures», Proceedings of 13th Int. Symp. «Nanostructures: Physics and Technology», 20-25 June, 2005, St-Petersburg, Russia, pp.312

6*. N.A. Maleev, A.G. Kuzmenkov, A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, A.P. Vasil'ev, S.A. Blokhin, M.M. Kulagina, A.S. Shulenkov, S.V. Chumak, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, «Intra-cavity contacted quantum well and quantum dot VCSELs with AlGaO/GaAs and AlGaAs/GaAsDBR», 5th Belarusian-Russian Workshop, 1-5 June, 2005, Minsk, Belarus, pp.164 7*. С.А. Блохин, А.Н. Смирнов, А.Г. Гладышев, Н.В. Крыжановская, Н.А. Малеев,

A.Е. Жуков, Е.С. Семенова, Е.В. Никитина, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов,

B.М. Устинов, «Исследование GaAs/(AlGa)xOy структур полученных методом селективнооксидирования слоев AIGaAs», Тезисы докладов VII Российская Конференция по Физике Полупроводников, 18-23 Сентября, 2005, Звенигород, Россия, стр.314 8*. С.А. Блохин Н.В. Крыжановская, А.Г. Гладышев, Н.А. Малеев, А.Г. Кузьменков, Е.М. Аракчеева, Е.М. Танклевская, А.Е. Жуков, А.П. Васильев, Е.С. Семенова, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, Э. Шток, Д. Бимберг, «Оптические исследования микродисков на основе субмонослойных InGaAs КТ с асимметричным волноводом, сформированным методом селективного оксидирования», Физика Техника Полупроводников, 40, 482 (2006)

9*. С.А. Блохин, Н.А. Малеев, А.Г. Кузьменков, Ю.М. Шерняков, И.И. Новиков, Н.Ю. Гордеев, В.В. Дюделев, Г.С. Соколовский, В.И. Кучинский, М.М. Кулагина, М.В. Максимов, В.М. Устинов, А.Р. Ковш, С.С. Михрин, Н.Н. Леденцов, «Вертикально-излучающие лазеры на основе массивов субмонослойных InGaAs квантовых точек», Физика Техника Полупроводников, 40, 633 (2006)

10*. S.A. Blokhin, N.A. Maleev, A.G. Kuzmenkov, A.V. Sakharov, M.M. Kulagina, Yu.M. Shernyakov, I.I. Novikov, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, A.R. Kovsh, S.S. Mikhrin, N.N. Ledentsov, G. Lin, J.Y. Chi, «High-performance vertical-cavity surface-emitting lasers based on sub-monolayer InGaAs quantum dots», Proceedings of Int. Workshop on Semiconductor Quantum Dot based Devices and Applications, 16-17 March, 2006, Paris, France, pp.45

11*. N.V. Kryzhanovskaya, A.G. Gladyshev, N.A. Maleev, A.G. Kuzmenkov, A.E. Zhukov, E.S. Semenova, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, S.A. Blokhin, A.M. Nadtochy, E.M. Arakcheeva, E.M. Tanklevskaya, A.P. Vasil'ev, E. Stock, D. Bimberg, N.N. Ledentsov, «Room-temperature lasing at 1.3 цт in microdisk with InAs/InGaAs Quantum Dots», Proceedings of Int. Workshop on Semiconductor Quantum Dot based Devices and Applications, 16-17 March, 2006, Paris, France, pp.41

Заключение

1. H.Soda, K.Iga, C.Kitahara, Y.Suematsu, «GalnAsP/InP surface emitting injection lasers», Jpn. Appl. Phys., 18, 2329 (1979)

2. S.L.McCall, A.F.J.Levi, R.E.Slusher, S.J.Pearton, R.A.Logan, «Whispering-gallery mode microdisk lasers», Appl. Phys. Lett., 60, 289, (1992)

3. J.M.Dallesasse, N.Holonyak, A.R.Sugg, T.A.Richard, N.El-Zein, «Hydrolyzation oxidation of AlxGai.xAs-AlAs-GaAs quantum well heterostructure and superlattices», Appl. Phys. Lett., 57, 2844, (1990)

4. H.Deng, Q.Deng, D.G.Deppe, «Native-oxide laterally confined whispering-gallery mode laser with vertical emission», Appl. Phys. Lett., 69, 3120(1996)

5. Y.Arakawa, H.Sakaki, «Multidimensional quantum well laser and temperature dependence of its threshold current» Phys. Lett., 40, 939 (1982)

6. C.Hilsum, A.C.Rose-Innes, SemiconductingIII-VCompounds, Pergamon, Oxford, 1961

7. R.D.Dupuis, P.D.Dapkus, R.D.Yingling, L.A.Moudly, «High-efficiency GaAlAs/GaAs heterostructure solar dells grown by metal organic chemical vapor deposition», Appl. Phys. Lett., 31, 201 (1977)

8. R.P.H.Chang, C.C.Chang, J.J.Coleman, R.L.Kauffman, W.R.Wagner, L.C.Feldman, «Physical and electrical properties of plasma-grown oxide on Gao.64Alo.36As», J. Appl. Phys., 48,5384(1977)

9. C.W.Fischer, S.W.Teare, «Anodic oxidation of AlGaAs and detection of the AlGaAs-GaAs heterojunction interface», J. Appl. Phys., 67, 2608 (1990)

10. W.T.Tsang, «Self-terminating thermal oxidation of AlAs epilayers grown on GaAs by molecular beam epitaxy», Appl. Phys. Lett., 33, 426 (1978)

11. A.Bek, A.Aydinli, J.G.Champlain, R.Naone, N.Dagli, «А study of wet oxidized AlxGai. xAs for integrated optics», IEEE Photon. Technol. Lett., 11, 436 (1999)

12. T.Kitatani, «Characterization of the refractive index of lateral-oxidation-formed AlxOy by spectroscopic ellipsometry», Jpn. J. Appl. Phys., 41, 2954 (2002)

13. K.D.Choquette, K.M.Geib, H.C.Chui, B.E.Hammons, H.Q.Hou, T.J.Drummond, «Selective oxidation of buried AlGaAs versus AlAs layers», Appll. Phys. Lett., 69, 1385 (1996)

14. D.L.Huffaker, C.C.Lin, J.Shin, D.G.Deppe, «Resonant cavity light emitting diode with an AUVGaAs reflector», Appl. Phys. Lett., 66, 3096 (1995)

15. E.I.Chen, N.Holonyak, S.A.Maranowski, «AlxGai.xAs-GaAs metal-oxide semiconductor field effect transistors formed by lateral water vapor oxidation of AlAs», Appl. Phys. Lett., 66, 2688 (1995)

16. A.Fiore, V.Berger, E.Rosencher, N.Laurent, S.Teilmann, N.Vodjdani, J.Nagle, «Huge birefringence in selectively oxidized GaAs/AlAs optical waveguides», Appl. Phys. Lett., 68, 1320(1996)

17. D.S.Song, J.K.Hwang, C.K.Kim, D.H.Jang, Y.H.Lee, «InGaAsP microdisk lasers on AlxOy», IEEE Photonics Technol Lett., 12, 954 (2000)

18. D.L.Huffaker, D.G.Deppe, K.Kummar, T.J.Rogers, «Native-oxide defined ring contact for low threshold vertical-cavity lasers», Appl. Phys. Lett., 65, 97 (1994)

19. K.M.Geib, K.D.Choquette, H.Q.Hou, B.E.Hammons, «Fabrication issues of oxide-confined VCSELs», Proceedings ofSPIE, 3003, 69 (1997)

20. K.D.Choquette, K.M.Geib, C.I.H.Ashby, R.D.Twesten, O.Blum, H.Q.Hou, D.M.Follstaedt, B.E.Hammons, D.Mathes, R.Hull, «Advances in Selective Wet Oxidation of AlGaAs Alloys», IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., 3, 916 (1997)

21. M.Arai, N.Nishiyama, S.Shinada, F.Koyama, K.Iga, «AlAs oxidation system with H20 vaporizer for oxide-confined surface emitting lasers», Jpn. J. Appl. Phys., 39, 3468 (2000)

22. A.Sakamoto, H.Nakayama, T.Nakamura, «Fabrication control during AlAs oxidation of the VCSELs via optical probing technique of AlAs lateral oxidation», Proceedings of SPIE, 4649, 211 (2002)

23. H.Sai, F.Koyama, K.Iga, «Precise aperture control of oxidized GaAs surface emitting laser using in-situ monitored oxidation process», Proceedings of 2003 Int. Symp. on Compound Semiconductors, 25-27 August, 2003, San Diego, USA, 239 (2003)

24. S.A.Feld, J.P.Loehr, R.E.Sherriff, J.Wiemeri, R.Kaspi, «In situ optical monitoring of AlAs wet oxidation using a novel low-temperature low-pressure steam furnace design», IEEE Photon. Technol. Lett., 10, 197 (1998)

25. A.R.Sugg, N.Holonyak, J.E.Baker, F.A.Kish, J.M.Dallesasse, «Native oxide stabilization of AIAs-GaAs heterostructures», Appll. Phys. Lett., 58, 1199 (1991)

26. C.I.H.Ashby, J.P.Sullivan, K.D.Choquette, K.M.Geib, H.Q.Hou, «Wet oxidation of AIGaAs: The role of hydrogen», J. Appl. Phys., 82, 3134, (1997)

27. L.A.Coldren, H.Temkin, C.W.Wilmsen, Vertical cavity surface emitting lasers, Cambridge Univ. Press, 1999

28. C.I.H.Ashby, M.M.Bridges, A.A.Allerman, B.E.Hammons, H.Q.Hou, «Origin of the time dependence of wet oxidation of AIGaAs», Appl. Phys. Lett., 75, 73 (1999)

29. B.E.Deal, A.S.Grove, «General relationship for the thermal oxidation of silicon», J. Appl. Phys., 36, 3770 (1965)

30. M.Ochiai, G.E.Giudice, H.Temkin, J.W.Scott, T.M.Cockerill, «Kinetics of thermal oxidation of AlAs in water vapor», Appl. Phys.Lett., 68, 1898 (1996)

31. R.S.Burton, T.E.Schlesinger, «Wet thermal oxidation of AIxGai.xAs compounds», J. Appl. Phys., 76, 5503 (1994)

32. H.Nickel, «А detailed experimental study of the wet oxidation kinetics of AlxGai-xAs layers», J. Appl. Phys., 78, 5201 (1995)

33. J.H.Kim, D.H.Lim, K.S.Kim, G.M.Yang, K.Y.Lim, H.J.Lee, «Lateral wet oxidation of AlxGai-xAs-GaAs depending on its structure», Appl. Phys. Lett., 69, 3357 (1996)

34. F.A.Kish, S.A.Maranowski, G.E.Hofler, N.Holonyak, S.J.Caracci, J.M.Dallesasse, K.C.Hsieh, «Dependence on doping type (p/n) of the water vapor oxidation of high gap AlxGai.xAs», Appl. Phys. Lett., 60, 3165 (1992)

35. K.D.Choquette, R.P.Schneider, K.L.Lear, K.M.Geib, «Low threshold voltage vertical-cavity lasers fabricated by selective oxidation», Electron. Lett., 30,2043 (1994)

36. G.M.Yang, D.H.Lim, J.H.Kim, K.Y.Lim, H.J.Lee, «Selective oxidation of AlGaAs/GaAs structure and its application to vertical cavity lasers», Jpn. J. Appl. Phys., 37, 1391 (1998)

37. R.L.Naone, L.A.Coldren, «Surface energy model for the thickness dependence of the lateral oxidation of AlAs», J. Appl. Phys., 82, 2277 (1997)

38. O.Blum, C.I.H.Ashby, H.Q.Hou, «Barrier layer thickness control of selective wet oxidation of AIGaAs for embedded optical elements», Appl. Phys. Lett., 70, 2870 (1997)

39. R.L.Naone, E.R.Hegbloom, B.J.Thibeault, L.A.Coldren, «Oxidation of AIGaAs layers for tapered apertures in vertical cavity lasers», Electron. Lett., 33, 300 (1997)

40. R.D.Twesten, D.M.Follstaedt, K.D.Choquette, «Microstructure and interface properties of laterally oxidized AlxGai.xAs», Proceedings of SPIE, 3003, 55 (1997)

41. S.Guha, F.Agahi, B.Pezeshki, J.A.Kash, D.W.Kisker, N.A.Bojarczuk, «Microstructure of AlGaAs-oxide heterolayers formed by wet oxidation», Appl. Phys. Lett., 68, 906 (1996)

42. R.D.Twesten, D.M.Follstaedt, K.D.Choquette, R.P.Schneider, «Microstructure of laterally oxidized AlxGai.xAs layers in vertical-cavity lasers», Appl. Phys. Lett., 69, 19 (1996)

43. T.Takamori, K.Takemasa, T.Kamijoh, «Interface structure of selectively oxidized AlAs/GaAs», Appl. Phys. Lett., 69, 659 (1996)

44. O.Durand, F.Wyckzisk, J.Olivier, M.Magis, P.Galtier, A.De Rossi, M.Calligaro, V.Ortiz, V.Berger, G.Leo, G.Assanto, «Contraction of aluminum oxide thin layers in optical heterostructures», Appl. Phys. Lett., 83, 2554 (2003)

45. M.H.Macdougal, H.Zhao, P.D.Dapkus, M.Ziari, W.H.Steier, «Wide-bandwidth distributed Bragg reflectors using oxide/GaAs multilayers», Electron. Lett., 30, 1147 (1994)

46. F.Sfigakis, P.Paddon, V.Pacradouni, M.Adamcyk, C.Nicoll, A.R.Cowan, T.Tiedje, J.F.Young, «Near-infrared refractive index of thick, laterally oxidized AlGaAs cladding layers», IEEE Light. Technol., 18, 199 (2000)

47. T.Takamori, K.Takemasa, T.Kamijoh, «Compositional abruptness of wet-oxidized AlAs/GaAs interface», Appl. Surf. Science, 117/118, 705 (1997)

48. J.C.Ferrer, Z.Liliental-Webera, «Improvement of the interface quality during thermal oxidation of Al0.98Ga0.02As layers due to the presence of low-temperature-grown GaAs», Appl. Phys. Lett., 77, 205 (2000)

49. K.D.Choquette, K.L.Lex, R.P.Schneider, K.M.Geib, J.J.Figiel, R.Hull, «Fabrication and performance of selectively oxidized vertical-cavity lasers», IEEE Photon. Technol. Lett., 7, 1237 (1995)

50. K.L.Lear, S.P.Kilcoyne, R.P.Schneider, J.A.Nevers, «Life testing oxide confined VCSELs: Too good to last?», Proceedings of SPIE, 2683, 114 (1996)

51. H.Q.Jia, H.Chen, W.C.Wang, W.X.Wang, W.Li, Q.Huang, J.Zhou, «Study of thermal stability during wet oxidation of AlAs», J. Crystal Growth, 223, 484 (2001)

52. H.Q.Jia, H.Chen, W.C.Wang, W.X.Wang, W.Li, Q.Huang, J.Zhou, Q.K.Xue, «Improved thermal stability of wet-oxidized AlAs», Appl. Phys. Lett., 80, 974 (2002)

53. B.Gayral, J.M.Gerard, A.Lemaitre, C.Dupuis, L.Manin, J.L.Pelouard, «High-Q wet-etched GaAs microdisks containing In As quantum boxes», Appl. Phys. Lett., 75, 1908 (1999)

54. R.E.Slusher, A.F.J.Levi, U.Mohideen, S.L.McCall, S.J.Pearton, R.A.Logan, «Threshold characteristics of semiconductor microdisk lasers», Appl. Phys. Lett., 63, 1310 (1993)

55. C.Seassal, P.Rojo-Romeo, X.Letartre, P.Viktorovitch, G.Hollinger, E.Jalaguier, S.Pocas, B.Aspar, «InP microdisk lasers on silicon wafer: CW room temperature operation at 1.6 цт», Electron. Lett., 31, 222, (2001).

56. N.Yongqiang, W.Shengli, W.Lijun, UJiuling, F.Dehui, L.Yun, V.U.Dongjiang, J.Yixin, «Microcavity effect and InGaAsIInGaAsP MQW microdisk laser», Proceedings of SPIE, 3547, 164(1998)

57. M.Fujita, K.Teshima, T.Baba, «Low-Threshold Continuous-Wave Lasing in Photopumped GalnAsP Microdisk Lasers», Jpn. J. Appl. Phys., 40, L875 (2001)

58. A.F.J.Levi, R.E.Slusher, S.L.McCall, J.L.Glass, S.J.Pearton, R.A.Logan, «Directional light coupling from microdisk lasers», Appl. Phys. Lett., 62, 561, (1993)

59. S.Shi, D.W.Prather, L.Yang, J.Kolodzey, «Influence of support structure on microdisk resonator performance», Opt. Eng., 42, 383 (2003)

60. T.Baba, D.Sano, «Low-Threshold Lasing and Purcell Effect in Microdisk Lasers at Room Temperature», IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., 9, 1340 (2003)

61. U.Mohideen, W.S.Hobson, S.J.Peat-ton, F.Ren, R.E.Slusher, «GaAs/AIGaAs microdisk lasers», Appl. Phys. Lett., 64, 1911 (1994)

62. R.E.Slusher, S.L.McCall, U.Mohideen, A.F.J.Levis, «Microdisk lasers», Proceedings of SPIE, 2145, 36 (1994)

63. M.Arzberger, G.Bohm, M.C.Amann, G.Abstreiter, «Continuous room-temperature operation of electrically pumped quantum dot microcylinder lasers», Appl. Phys. Lett., 79, 1766 (2001)

64. B.Corbett, W.M.Kelly, «Surface recombination in dry etched AlGaAs/GaAs double heterostructure p-i-n mesa diodes», Appl. Phys. Lett., 62, 87 (1993)

65. N.C.Frateschi, A.P.Kanjamala, A.F.J.Levi, T.Tanbun-Ek, «Polarization of lasing emission in microdisk laser diodes», Appl. Phys. Lett., 66, 1859 (1995)

66. T.Baba, M.Fujita, A.Sakai, M.Kihara, R.Watanabe, «basing Characteristics of GalnAsP-InP Strained Quantum-Well Microdisk Injection Lasers with Diameter of 2-1 Оцт», IEEE Photon. Technol. Lett., 9, 878 (1997)

67. M.Fujita, K.Inoshita, T.Baba, «Room temperature continuous wave lasing characteristics of GalnAsP/InP microdisk injection laser», Electron. Lett., 34, 278 (1998)

68. S.M.K.Thiyagarajan, A.F.J.Levi, C.K.Lin, I.Kim, P.D.Dapkus, S.J.Pearton, D.G.Deppe, «Continuous room-temperature operation of optically pumped InGaAs/InGaAsP microdisk lasersElectron. Lett., 34, 2333 (1998)

69. B.Corbett, J.Justice, L.Considine, S.Walsh, W.M.Kelly, «Low-Threshold Lasing in Novel Microdisk Geometries», IEEE Photon. Technol. Lett., 8, 855 (1996)

70. D.S.Song, J.K.Hwang, C.K.Kim, I.Y.Han, D.H.Jang, Y.H.Lee, «InGaAsP Microdisk Lasers on AlxOy», IEEE Photon. Technol. Lett., 12, 954 (2000)

71. M.Fujita, R.Ushigome, T.Baba, A.Matsutani, F.Koyama, K.Iga, «GalnAsP Microcylinder (Microdisk) Injection Laser with AlInAs(Ox) Claddings», Jpn. J. Appl. Phys., 40, 5338 (2001)

72. S.M.K.Thiyagarajan, D.A.Cohen, A.F.J.Levi, S.Ryu, R.Li, P.D.Dapkus, «Continuous room-temperature operation of microdisk laser diodes», Electron. Lett., 35, 1252 (1999)

73. A.F.J.Levi, R.E.Slusher, S.L.McCall, S.J.Pearton, W.S.Hobson, «Room-temperature lasing action in Ino.51Gao.49P/Ino.2Gao.8As microcylinder laser diodes», Appl. Phys. Lett., 62, 2021 (1993)

74. P.Micher, A.Kiraz, L.Zhang, C.Becher, E.Hu, A.Imamoglu, «Laser emission from quantum dots in microdisk structures», Appl. Phys. Lett., 77, 184 (2000)

75. H.Cao, J.Y.Xu, W.H.Xiang, Y.Ma, S.-H.Chang, S.T.Ho, G.S.Solomon, «Optically pumped InAs quantum dot microdisk lasers», Appl. Phys. Lett., 76, 3519 (2000)

76. T.Ide, T.Baba, J.Tatebayashi, S.Imamoto, T.Nakaoka, Y.Arakawa, «Lasing characteristics of InAs quantum-dot microdisk from 3 К to room temperature», Appl. Phys. Lett., 85, 1326 (2004)

77. T.Yang, O.Shchekin, J.D.O'Brien, D.G.Deppe, «Room temperature, continuous-wave lasing near 1300nm in microdisks with quantum dot active regions», Electron. Lett., 39, 1657 (2003)

78. B.Gayral, J.M.Gerard, «Strong Purcell effect for InAs quantum boxes in high-Q wet-etched microdisks», Physica E, 7, 641 (2000)

79. L.Zhang, E.Hu, «Lasing Emission of InGaAs Quantum Dot Microdisk Diodes», IEEE Photon. Technol. Lett., 16, 6 (2004)

80. А.Е.Жуков, А.Р.Ковш, В.М.Устинов, «Температурная зависимость усиления лазеров на основе массивов квантовых точек с неоднородно уширенной плотностью состояний», Физика Техника Полупроводников, 33, 1395 (1999)

81. J.Cheng, N.K.Dutta, Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: Technology and Applications, Gordon and Breach Scienca Publishers, 2000

82. 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.Alferov, D.Bimberg, «InAs-InGaAs quantum dot VCSELs on GaAs substrates emitting at 1.3цт», Electron. Lett. 36, 1384 (2000)

83. V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Y.Egorov, N.A.Maleev, Quantum dot lasers, Oxford University Press, 2003

84. V.M.Ustinov, N.A.Maleev, A.R.Kovsh, A.E.Zhukov, «Quantum dot VCSELs», Phys. Stat. Sol. (a), 202, 396 (2005)

85. J.K.Kim, R.L.Naone, L.A.Coldren, «Lateral carrier confinement in miniature lasers using quantum dots», IEEE J. Selected Topics in Quantum Electron., 6, 504 (2000)

86. I.L.Krestnikov, N.N.Ledentsov, A.Hoffmann, D.Bimberg, «Arrays of Two-Dimensional Islands Formed by Submonolayer Insertions: Growth, Properties, Devices», Phys. Stat. Sol. (a), 183, 207 (2001)

87. I.P.Soshnikov, O.M.Gorbenko, A.O.Golubok, N.N.Ledentsov, «Composition Analysis of Coherent Nanoinsertions of Solid Solutions on the Basis of High-Resolution Electron Micrographs», Semiconductors, 35,361 (2001)

88. J.W.Scott, B.J.Thibeault, D.B.Young, L.A.Coldren F.H.Peters, «High efficiency submilliamp vertical-cavity lasers with intracavity contacts», IEEE Photon. Technol. Lett., 6, 678 (1994)

89. D.B.Yong, A.Kapila, J.W.Scott, V.Malhitra, L.A.Coldren, «Reduced threshold vertical-cavity surface-emitting lasers», Electron. Lett., 30, 233 (1994)

90. K.D.Choquette, G.Hasnain, J.P.Mannaerts, J.D.Wynn, R.C.Wetzel, M.Hong, R.S.Freund, R.E.Leibenguth, «Vertical-cavity surface-emitting lasers fabricated by vacuum integrated processing», IEEE Photon. Technol. Lett., 4, 951 (1992)

91. K.L.Lear, K.D.Choquette, R.P.Schneider, S.P.Kilcoyne, K.M.Geib, «Selectively oxidized vertical-cavity surface-emitting lasers with 50% power conversion efficiency», Electron. Lett., 31,208 (1995)

92. M.Osinski, W.Nakwaski, «Thermal effects in vertical-cavity surface-emitting lasers», Int. J. of High Speed Electronics and System, 5, 139 (1994)

93. M.S.Unlii, S.Strite, «Resonant cavity enhanced photonic devices», J. Appl. Phys., 78, 6071995)

94. Х.Кейси, М.Паниш, Лазеры на гетероструктурах, Москва: Мир, 1981

95. G.Hasnain, K.Tai, L.Yang, Y.H.Wang, R.J.Fischer, J.D.Wynn, B.Weir, N.K.Dutta, A.Y.Cho, «Performance of Gain-Guided Surface Emitting Lasers with Semiconductor Distributed Bragg Reflectors», IEEE J. Quantum Electron., 27, 1377 (1991)

96. M.A.Afromovitz, «Thermal Conductivuty of Gai.xAlxAs alloys», J. Appl. Phys., 44, 1292 (1973)

97. T.Wipiejewski, D.B.Young, B.J.Thibeault, L.A.Coldren, «Thermal Crosstalk in 4x4 Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Arrays», IEEE Photon. Technol. Lett., 8, 9801996)

98. K.M.Lascola, W.Yuen, C.J.Chang-Hasnain, «Structural Dependence of the Thermal Resistance of Vertical Cavity Surface Emitting Lasers», Proceedings of the IEEE/LEOS Summer Topical Meeting, 11-15 August, 1997, Montreal, Canada, pp.79

99. R.S.Geels, B.J.Thibeault, S.W.Corzine, J.W.Scott, L.A.Coldren, «Design and Characterization of Ino.2Gao.8As MQW Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers», IEEE J. Quantum Electron., 29, 2977 (1993)

100. A.N.AL-Omari, K.L.Lear, «VCSELs With a Self-Aligned Contact and Copper-Plated Heatsink», IEEE Photon. Technol. Lett., 17, 1767 (2005)

101. A.V.Krishnamoorthy, K.W.Goossen, L.M.F.Chirovsky, R.G.Rozier, P.Chandramani, W.S.Hobson, S.P.Hui, J.Lopata, J.A.Walker, L.A.D'Asaro, «16x16 VCSEL Array Flip-Chip Bonded to CMOS VLSI Circuit», IEEE Photon. Technol. Lett., 12, 1073 (2000)

102. H.Roscher, R.Michalzik, «Low Thermal Resistance FlipChip Bonding of 850 nm 2-D VCSEL Arrays Capable of 10 Gbit/s/ch Operation», Proceedings of 16th Annual Metting of the IEEE Lasers and Electro-Optics Society, 26-30 October, 2003, Tuscon, USA, pp.511

103. C.Choi, L.Lin, Y.Liu, R.T.Chen, «Performance Analysis of Ю-цт-Thick VCSEL Array in Fully Embedded Board Level Guided-Wave Optoelectronic Interconnects», IEEE Light. Technol., 21, 1531 (2003)

104. R.A.Morgan, G.D.Guth, M.W.Focht, M.T.Asom, K.Kojima, L.E.Rogers, S.E.Callis, «Transverse Mode Control of Vertical-Cavity Top-Surface-Emitting Lasers», IEEE Photon. Technol. Lett., 4, 374 (1993)

105. C.Jung, R.Jager, M.Grabherr, P.Schnitzer, R.Michalzik, B.Weigl, S.Muller, K.J.Ebeling, «4.8 mW singlemode oxide confined top surface emitting vertical-cavity laser diodes», Electron. Lett., 33, 1790 (1993)

106. N.Ueki, A.Sakamoto, T.Nakamura, H.Nakayama, J.Sakurai, H.Otoma, Y.Miyamoto, M.Yoshikawa, M.Fuse, «Single-Transverse-Mode 3.4-mW Emission of Oxide-Confined 780-nm VCSEL's», IEEE Photon. Technol. Lett., 11, 1539 (1999)

107. N.Nishiyama, M.Arai, S.Shinada, K.Suzuki, F.Koyama, K.Iga, «Multi-Oxide Layer Structure for Single-Mode Operation in Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers», IEEE Photon. Technol. Lett., 12, 606 (2000)

108. T.H.Hsueh, H.C.Kuo, F.I.Lai, L.H.Laih, S.C.Wang, «High-speed characteristics of large-area single-transverse-mode vertical-cavity surface-emitting lasers», Electron. Lett., 39, 1519 (2003)

109. H.J.Unold, M.C.Riedl, S.W.Z.Mahmoud, RJager, K.J.Ebeling, «Long monolithic cavity VCSELs for high singlemode output power», Electron. Lett., 37, 178 (2001)

110. D.Zhou, L.J.Mawst, «High-Power Single-Mode Antiresonant Reflecting Optical Waveguide-Type Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers», IEEE J. Quantum Electron., 38, 1599 (2002)

111. M.A.Hadley, G.C.Wilson, K.Y.Lau, J.S.Smith, «High single-transverse-mode output from external-cavity surface-emitting laser diodes», Appl. Phys. Lett., 63, 1607(1993)

112. G.A.Keeler, D.K.Serkland, K.M.Geib, G.M.Peake, A.Mar, «Single Transverse Mode Operation of Electrically Pumped Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Lasers With Micromirrors», IEEE Photon. Technol. Lett., 17, 522 (2005)

113. H.J.Unold, M.Grabherr, F.Eberhard, F.Mederer, R.Jager, M.Riedl, K.J.Ebeling, «Increased-area oxidised single-fundamental mode VCSEL with self-aligned shallow etched surface relief», Electron. Lett., 35, 1340 (1999)

114. H.J.Unold, S.W.Z.Mahmoud, R.Jager, M.Grabherr, R.Michalzik, K.J.Ebeling, «Large-Area Single-Mode VCSELs and the Self-Aligned Surface Relief», IEEE J. Selected Topics in Quantum Electron., 7, 386 (2001)

115. A.Haglund, J.S.Gustavsson, J.Vukusic, P.Modh, A.Larsson, «Single Fundamental-Mode Output Power Exceeding 6 mW From VCSELs With a Shallow Surface Relief», IEEE Photon. Technol. Lett., 16, 368 (2004)

116. A.Furukawa, S.Sasaki, M.Hoshi, A.Matsuzono, K.Moritoh, T.Baba, «High-power single-mode vertical-cavity surface-emitting lasers with triangular holey structure», Appl. Phys. Lett., 85,5161 (2004)

117. P.O.Leisher, A.J.Danner, J.J.Raftery, K.D.Choquette, «Proton implanted singlemode holey vertical-cavity surface-emitting lasers», Electron. Lett., 41, 1010 (2005)

118. D.S.Song, S.H.Kim, H.G.Park, C.K.Kim, Y.H.Lee, «Single-fiindamental-mode photonic-crystal vertical-cavity surface-emitting lasers», Appl. Phys. Lett., 80, 3901 (2002)

119. H.P.D.Yang, F.I.Lai, Y.H.Chang, H.C.Yu, C.P.Sung, H.C.Kuo, S.C.Wang, S.Y.Lin, J.Y. Chi, «Singlemode (SMSR > 40 dB) proton-implanted photonic crystal vertical-cavity surface-emitting lasers», Electron. Lett., 41, 326 (2005)

120. A.J.Danner, T.S.Kim, K.D.Choquette, «Single fundamental mode photonic crystal vertical cavity laser with improved output power», Electron. Lett., 41, 325 (2005) M.Creusen, F.de Btyun, F.Karouta, W.C. van der Vleuten, T.G. van de Roer,

121. E.Smalbrugge, B.H. van Roy, «Sealing Method of Dry-Etched AlAs/GaAs Top Mirrors in Vertical Cavity Surface Emitting Lasers», Electrochemical and Solid-State Letters, 2, 83(1999)

122. F.Cerdeira, C.J.Buchenauer, F.H.Pollak, M.Cardona, «Stress-Induced Shifts of First-Order Raman Frequencies of Diamond- and Zinc-Blende-Type Semiconductors», Physical Review B, 5, 580 (1972)

123. G.Landa, R.Carles, C.Fontaine, E.Bedel, A.Munoz-Yague, «Optical determination of strains in heterostructures: GaAs/Si as an example», Appl. Phys. Lett., 66, 196 (1989)

124. H.А.Малеев, А.Р.Ковш, А.Е.Жуков, А.П.Васильев, С.С.Михрин, А.Г.Кузьменков, Д.А.Бедарев, Ю.М.Задиранов, М.А.Кулагина, Ю.М.Шерпяков, А.С.Шуленков,

125. B.А.Быковский, Ю.М.Соловьев, С. МбПег, Н.Н.Леденцов, В.М.Устинов, «Конструкция и технология изготовления вертикально-излучающих лазеров с непроводящими эпитаксиальными зеркалами», Физика Техника Полупроводников, 37, 1265 (2003)

126. J.P.Landesman, A.Fiore, J.Nagle, V.Berger, E.Rosencher, P.Puech, Appl. Phys. Lett., 71, 2520 (1997)

127. R.Nozaki, A.Nakagawa, D.Sano, T.Baba, «Ultralow Threshold and Single-Mode Lasing in Microgear Lasers and Its Fusion With Quasi-Periodic Photonic Crystals», IEEE J. Sel. Top. Quantum Electronic., 9, 1355 (2003)

128. A.I.Rahachou, I.V.Zozoulenko, «Effects of boundary roughness on a Q factor of whispering-gallery-mode lasing microdisk cavities», J. Appl. Phys., 94, 7929 (2003)

129. T.Ide, T.Baba, «Room temperature continuous wave lasing in InAs quantum-dot microdisks with air cladding», Optics Express, 13, 1615 (2005)

130. D.I.Babic, J.Piprek, K.Streubel, R.P.Mirin, N.M.Margalit, D.E.Mars, J.E.Bowers, E.L.Hu, «Design and analysis of double-fused 1.55/mi vertical-cavity lasers», IEEE J. Quantum Electron., 33, 1369 (1997)

131. P.D.Floyd, B.J.Thibeault, E.R.Hebblom, J.Ko, L.A.Coldren, J.L.Merz, «Comparison of optical losses in dielectric-apertured vertical-cavity lasers», IEEE Photon. Technol. Lett., 8,590(1996)

132. E.R.Hegblom, D.I.Babic, B.J.Thibeault, L.A.Coldren, «Estimation of scattering losses in dielectrically apertured vertical cavity lasers», Appl. Phys. Lett., 68, 1757 (1996)

133. T.Makino, J.D.Evans, G.Mak, «Maximum output power and maximum operating temperature of quantum well lasers», Appl. Phys. Lett., 71, 2871 (1997)

134. M. Борн, Э. Вольф, Основы оптики, Москва: Наука, 1970

135. M.Jungo, F.M. di Sopra, D.Erni, W.Baechtold, «Scaling effects on vertical-cavity surface-emitting lasers static and dynamic behavior», J.Appl. Phys., 91, 5550 (2002)

136. G.M.Yang, M.H.MacDugal, V.Pudikov, P.D.Dapkus, «Influence of mirror reflectivity on laser performance of very-low-threshold vertical-cavity surface-emitting lasers», IEEE Photon. Technol. Lett., 7, 1228 (1995)

137. D.B.Young, J.W.Scott, F.H.Peters, M.G.Peters, M.L.Majewski, B.J.Thibeault, S.W.Corzine, L.A.Coldren, «Enhanced performance of offset-gain high-barrier vertical-cavity surface-emitting lasers», IEEE J. Quantum Electron., 29, 2013 (1993)

138. J.W.Scott, R.S.Geels, S.W.Corzine, L.A.Coldren, «Modeling temperature effects and spatial hole burning to optimize vertical-cavity surface-emitting laser performance», IEEE J. Quantum Electron., 29, 1295 (1993)

139. С.М.Захаров, «Перекрестное взаимное тепловое влияние в матрицах поверхностно излучающих лазеров с вертикальным выводом излучения», Физика Техника Полупроводников, 35, 499 (2001)

140. W.Nakwaski, M.Osinski, «Thermal resistance of top-surface-emitting vertical-cavity semiconductor lasers and monolithic two-dimensional arrays», Electron. Lett., 28, 572(1992)

141. G.R.Hadley, «Effective index model for vertical-cavity surface-emitting lasers», Opt. Lett., 20, 1483 (1995)

142. G.P.Agrawal, Fiber-Optic Communication Systems, New York: Wiley, 1997.

143. T.A.Birks, J.C.Knight, P.St.J.Russell, «Endlessly single-mode photonic crystal fiber», Opt. Lett., 22, 961 (1997)

144. N.Yokouchi, A.J.Danner, K.D.Choquette, «Two-Dimensional Photonic Crystal Confined Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers», IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., 9, 1439 (2003)

145. J.C.Knight, T.A.Birks, P.St. J.Russell, J.P. de Sandro, «Properties of photonic crystal fiber and the effective index model», J.Opt.Soc.Amer.Ser.A, 15, 748 (1998)

146. N.Yokouchi, A.J.Danner, K.D.Choquette, «Etching depth dependence of the effective refractive index in two-dimensional photonic-crystal-patterned vertical-cavity surface-emitting laser structures», Л;?/,/. Phys. Lett., 82, 1344 (2003)

147. N.A.Mortensen, M.D.Nielsen, J.R.Folkenberg, A.Petersson, H.R.Simonsen, «Improved large-mode-area endlessly single-mode photonic crystal fibers», Opt. Lett., 28, 393 (2003)