ЛА́ЗЕР НА КВА́НТОВЫХ ТО́ЧКАХ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ЛА́ЗЕР НА КВА́НТОВЫХ ТО́ЧКАХ (ЛКТ), разновидность полупроводникового лазера; гетеролазер, активная область которого представляет собой квантовые точки, т. е. объекты размерами не более десятков нанометров во всех трёх пространственных измерениях.
Реализация полупроводникового лазера как прибора, который может использоваться в разл. областях пром-сти и техники, а не только в науч. эксперименте, стала возможной после разработки Ж. И. Алфёровым с сотрудниками в кон. 1960-х гг. гетероструктур и введения их в лазерную физику и технологию. В 1976 Р. Дингл и Ч. Генри (США) указали на возможность улучшения характеристик полупроводниковых лазеров при использовании эффектов размерного квантования, когда размер активной области прибора становится порядка десятков нанометров. Предельный случай размерного квантования в полупроводниках – гетероструктуры с ограничением движения носителей заряда во всех трёх измерениях. Такие структуры называют квантовыми точками. С точки зрения физики твёрдого тела осн. свойство квантовых точек состоит в том, что спектр электронных состояний представляет собой набор дискретных уровней, разделённых областями запрещённых состояний, и соответствует электронному спектру одиночного атома. С точки зрения технологии квантовые точки характеризуются малыми размерами. Эти особенности квантовых точек приводят к следующим осн. преимуществам ЛКТ: сверхвысокая температурная стабильность рабочего тока, высокие рабочие частоты, возможность реализации сверхузкого и сверхширокого спектров лазерной генерации, возможность повышения срока службы.
Экспериментально полупроводниковый ЛКТ реализован при использовании эффектов самоорганизации в полупроводниковых наноструктурах. Квантовые точки образуются на начальном этапе эпитаксиального роста материалов, различающихся параметрами кристаллич. решётки. Так были получены гетероструктуры с квантовыми точками с высоким кристаллич. совершенством, высокой однородностью по размерам (разброс менее 10%) и высокой эффективностью генерации излучения. Гетероструктура для ЛКТ (рис.) выращивается в одном процессе эпитаксии, без проведения дополнит. литографич. операций для формирования квантовых точек. От обычного полупроводникового лазера ЛКТ отличается только активной областью, которая представляет собой массив квантовых точек.
Осн. эксперименты на ЛКТ выполнены на системе полупроводниковых материалов GaAs–AlGaAs–InGaAs. Ведутся исследования и с использованием др. материалов, в частности GaAsSb, InGaAsN, GaN–AlGaN–InGaN, а также материалов на основе соединений группы А2В6.
Первый инжекционный ЛКТ реализован в 1994. С этого времени его характеристики значительно улучшились, и к нач. 21 в. по некоторым свойствам ЛКТ превосходят др. полупроводниковые лазеры. Так, напр., они имеют самую низкую пороговую плотность тока, работают в ранее недостижимых диапазонах длин волн излучения и режимах работы. Эти лазеры применяются в мед. технике, системах связи, импульсной технике и др.