Полупроводниковые гетероструктуры AlGaInAs/InP с компенсацией упругих напряжений для лазерных диодов спектрального диапазона 1400-2000 нм тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.03, кандидат наук Светогоров Владимир Николаевич

• Светогоров Владимир Николаевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Светогоров Владимир Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Полупроводниковые гетероструктуры для мощных

лазерных диодов ИК-диапазона от 1400 нм до 2000 нм

1.1. Системы материалов твердых растворов, для источников излучения в ИК-диапазоне от 1400 нм до 2000 нм

1.2. Гетероструктуры с напряженными квантовыми ямами для лазерных диодов спектрального диапазона 1400-2000 нм

1.3. Модели расчета распределения упругих напряжений в полупроводниковых гетероструктурах

1.4. Гетероструктуры с электрон-блокирующим слоем для лазерных диодов спектрального диапазона 1400-2000 нм

Глава 2. Описание методов роста и анализа гетероструктур лазерных диодов для спектрального диапазона 1400-2000 нм

2.1. Метод МОС-гидридной эпитаксии. Исходные реагенты и аппаратурное оформление процесса

2.2. Измерительное оборудование для исследования основных параметров выращиваемых гетероструктур

Глава 3. Упругие напряжения при создании лазерных гетероструктур ЛЮа1пЛв/1пР

3.1. Выбор напряжений активной области для лазерных диодов спектрального диапазона 1400-1600 нм

3.2. Расчет критических толщин напряженных структур

3.3. Анализ и расчет распределения упругих напряжений в активной области с учетом обратного взаимодействия слоев

Глава 4. Гетероструктуры АЮа1пАв/1пР с компенсацией упругих напряжений и лазерные диоды на их основе

4.1. Выходные характеристики лазерных диодов, излучающих в интервале длин волн 1400 нм - 1600 нм

4.2. Выходные характеристики лазерных диодов с компенсированным электрон-блокирующем слоем

4.3. Выходные характеристики лазерных диодов, излучающих вблизи 2000 нм

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

123

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Полупроводниковые гетероструктуры AlGaInAs/InP с компенсацией упругих напряжений для лазерных диодов спектрального диапазона 1400-2000 нм»

ВВЕДЕНИЕ

Создание лазеров на основе полупроводниковых гетероструктур (ГС) вызвало переворот в электронике и способствовало бурному росту новой области науки и техники - оптоэлектроники [1]. Среди неоспоримых преимуществ лазерных диодов (ЛД) выделяют компактность, высокую эффективность, широкие возможности выбора длины волны генерации, легкость управления излучением и сравнительно низкую стоимость. С началом практического применения теории размерного квантования в оптоэлектронике, благодаря возможности создания квантово-размерных объектов с помощью методов молекулярно-лучевой эпитаксии и эпитаксии с использованием металлоорганических соединений и гидридов (МОС-гидридной эпитаксии), наноразмерные полупроводниковые ГС стали основой современных ЛД. Целенаправленное изменение зонной структуры квантово-размерной активной области позволяет гибко управлять и улучшать приборные характеристики ЛД. Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в этом направлении, в настоящее время все еще остается круг задач, которые могут быть решены путем выбора параметров ГС с квантовыми ямами (КЯ) и условий их формирования.

В данной работе рассматриваются способы улучшения мощностных характеристик ЛД, используемых в качестве управляемых источников излучения ближнего ИК-диапазона в интервале длин волн 1400-2000 нм. Подобные ЛД находят применение в системах передачи информации по волоконно-оптическим линиям и открытому лучу, используются в системах спектроскопии, медицине и научном приборостроении.

Вместе с тем, создание рассматриваемых мощных ЛД осложняется рядом причин, среди которых выделяют недостаточную энергетическую глубину КЯ и высокую вероятность протекания процессов Оже-рекомбинации. Первая проблема заключается в том, что носители заряда по мере увеличения тока

накачки могут покидать активную область и формировать токи утечки, снижая квантовую эффективность прибора. Оже-рекомбинация дополнительно уменьшает излучательную рекомбинацию, снижает коэффициент полезного действия (КПД) и способствует увеличению тепловыделения. Повышение температуры активной области, в свою очередь, приводит к увеличению выброса носителей из КЯ, дальнейшему падению квантовой эффективности и формированию положительной обратной связи. По указанным причинам для анализируемых ЛД оказался перспективным подход по реализации концепции упруго-напряженной активной области [2], согласно которой использование напряжений различных знаков в барьерах и КЯ позволяет отодвинуть порог генерации дислокаций несоответствия (ДН), увеличить энергетическую глубину КЯ и величину напряжений в них. Увеличение потенциального барьера в КЯ повышает локализацию носителей в активной области, а увеличение упругих напряжений в КЯ способствует снижению влияния процессов Оже-рекомбинации

[3].

Применение данной концепции для создания ЛД повышенной мощности требует развития представлений о граничных условиях генерации ДН в напряженно-компенсированных КЯ, выбору их параметров и условий получения, чему и посвящена данная работа.

Цели и основные задачи работы

Диссертационная работа направлена на изучение закономерностей формирования напряженно-компенсированных КЯ, получение методом МОС-гидридной эпитаксии излучающих ГС на основе AlxGayIn1-x-yAs/InP и создание мощных ЛД спектрального диапазона 1400-2000 нм.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести расчет распределения упругих напряжений в ГС с напряженно-компенсированными КЯ.

2. Изучить влияние упругих напряжений на излучательные характеристики ГС AlxGayIn1-x-yAs/InP с КЯ.

3. Оптимизировать конфигурацию напряженной квантово-размерной активной области лазерных ГС для повышения выходной мощности излучателей спектрального диапазона 1400-1600 нм на их основе.

4. Исследовать возможность внедрения в активную область электрон-блокирующего широкозонного слоя с взаимной компенсацией упругих напряжений для повышения выходных характеристик ЛД на основе ГС AlxGayInl-x-yAs/InP.

5. Предложить подходы по созданию активной области для ЛД спектрального диапазона 1900-2000 нм.

6. Проанализировать характеристики ЛД на основе ГС ЛlxGayIn1-x-yЛs/InP с напряженно-компенсированными КЯ.

Научная новизна работы

1. Развит подход по расчетной оценке распределения упругих напряжений в многослойных полупроводниковых ГС. Предложено учитывать не только влияние напряжений уже выращенных слоев на напряжение слоя наращиваемого, но и обратное влияние, которое оказывает наращиваемый слой на напряжения в уже выращенных слоях. Модифицированная модель использована для оценки критических напряжений, вызывающих генерацию ДН в квантово-размерных ГС AlxGayIn1-x-yAs/InP. Показано хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных.

2. Исследована возможность снижения вероятности утечки носителей заряда в эмиттерные слои путем введения широкозонного упруго компенсированного электрон-блокирующего эпитаксиального слоя AlxIn1-xAs в лазерную структуру. Продемонстрировано повышение дифференциальной эффективности ЛД с указанными барьерными слоями на 10-20%.

3. Предложена конструкция напряженно-компенсированной активной области с ограничивающими широкозонными барьерными слоями на основе ГС AlxGayInl-x-yAs/InP, которая позволила создать ЛД с выходной мощностью до

4.2 Вт в непрерывном и до 18 Вт в импульсном режиме работы в спектральном диапазоне 1400-1600 нм.

4. Получены ГС AlxGayIn1-x-yAs/InP с напряженно-компенсированными КЯ, позволившие создать ЛД с длиной волны излучения 1900-2000 нм и выходной мощностью 1 Вт в непрерывном режиме работы.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Учет обратного влияния наращиваемого слоя на напряжения в уже выращенных слоях позволил уточнить модель расчета распределения упругих напряжений в многослойных полупроводниковых ГС с КЯ и добиться хорошего соответствия с экспериментальными результатами по зависимости интенсивности спектров фотолюминесценции от параметров КЯ, излучающих в диапазоне 14002000 нм.

2. Введение в активную область лазерной ГС AlxGayInl-x-yAs/InP напряженно-компенсированного широкозонного электрон-блокирующего слоя AlxIn1-xAs обеспечило увеличение наклона ватт-амперной характеристики (ВтАХ) на 10-20%.

3. Совместное использование напряженно-компенсированных КЯ и широкозонного слоя AlxIn1-xAs позволило создать ЛД с выходной мощностью до 4.2 Вт в непрерывном и до 18 Вт в импульсном режиме работы, в спектральном диапазоне 1400 -1600 нм.

4. Предложенные параметры напряженно-компенсированной активной области лазерной ГС AlxGayIn1-x-yAs/InP и условия её формирования дали возможность создать ЛД с длиной волны излучения 1900-2000 нм и выходной мощностью 1.0 Вт в непрерывном режиме работы.

Практическая значимость результатов работы

1. Определены режимы роста ГС AlxGayIn1-x-yAs/InP методом МОС-гидридной эпитаксии с оптимальными значениями упругих напряжений в активной области, обеспечивающие высокие излучательные характеристики.

2. Предложена модификация модели оценки распределения упругих напряжений по всей толщине ГС AlxGayIn1-x-yAs/InP, с целью устранения возникновения и распространения ДН.

3. На основе предложенной модели, рассчитана конструкция и получены ГС AlxGayIn1-x-yAs/InP с оптимальными значениями упругих напряжений в активной области, на основе которых созданы ЛД, достигающие в спектральном диапазоне 1400-1600 нм до 4.2 Вт в непрерывном режиме работы.

4. Развит подход по использованию широкозонного электрон-блокирующего слоя в активной области лазерных ГС AlxGayIn1-x-yAs/InP. Применение составного блокирующего слоя с компенсацией упругих напряжений позволяет увеличить его ширину запрещенной зоны, что благоприятно сказывается на рабочих характеристиках ЛД.

5. Разработаны ГС AlxGayInl-x-yAs/InP и на их основе созданы ЛД, излучающие на динах волн в спектральном диапазоне 1900-2000 нм с выходной мощностью 1.0 Вт в непрерывном режиме генерации.

Научная обоснованность и достоверность результатов

Достоверность результатов подтверждаются использованием аналитических и экспериментальных методов исследования ГС с применением современного контрольно-измерительного и технологического оборудования. Научная обоснованность основывается на использовании достоверных данных из авторитетных источников, а также воспроизводимых результатах экспериментов. Результаты работы опубликованы в рецензируемых журналах и обсуждались на международных конференциях.

Личный вклад автора

В данной диссертационной работе автор участвовал в постановке целей и основных задач, определял методы анализа, как измерительные, так и вычислительные. В ходе этого автором был проведен анализ литературы, связанной с темой работы, что отображено в литературном обзоре. Также автором

выполнены расчеты распределения упругих напряжений, осуществлен рост эпитаксиальных структур и исследованы их характеристики. Лично автором проведена обработка, анализ и оформление полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, и выводы по работе.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы были представлены и обсуждены на VII Международной конференции «Кристаллофизика и деформационное поведение перспективных материалов» (2017, Москва), XIX Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто - и наноэлектронике (2017, Санкт - Петербург), VI Российском симпозиуме с международным участием. Полупроводниковые лазеры: физика и технология. (2018, Санкт - Петербург), XXIII Международном симпозиуме. Нанофизика и наноэлектроника. (2019, Нижний Новгород), XXI Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто - и наноэлектронике (2019, Санкт - Петербург), VII Международном симпозиуме по когерентному оптическому излучению полупроводниковых соединений и структур (2019, Москва), 20th International Conference Laser Optics (2020, Санкт - Петербург), XXV Международном симпозиуме. Нанофизика и наноэлектроника (2021, Нижний Новгород), VIII Международном симпозиуме по когерентному оптическому излучению полупроводниковых соединений и структур (2021, Москва).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 19 работ, из которых 7 в рецензируемых журналах, индексируемых в базах данных Web of Science, Scopus и РИНЦ, и 12 в сборниках материалов и трудов конференций. Список работ представлен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 136 страниц, включая 63 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 134 наименований.

Глава 1. Полупроводниковые гетероструктуры для мощных лазерных диодов ИК-диапазона от 1400 нм до 2000 нм

1.1. Системы материалов твердых растворов, для источников излучения в ИК-диапазоне от 1400 нм до 2000 нм

С момента своей разработки, ЛД, способные напрямую преобразовать электрическую энергию в оптическую, с такими параметрами как миниатюрность, малоинерционность и низкая себестоимость при массовом производстве, приобрели значимую роль во многих сферах человеческой деятельности [4-7].

В исследуемом диапазоне длин волн полупроводниковые ЛД находят применение в таких областях как лазерное детектирование, дальнометрия, а также, по причине безопасности излучения данного диапазона для человеческого зрения, возможно использование ЛД в медицине [8]. Однако, в интервале длин волн от 1400 нм до 1800 нм, можно считать, что наиболее значимым является применение ЛД в волоконно-оптической связи [9,10]. Волоконно-оптическая связь - это способ передачи информации, использующий в качестве передающего элемента электромагнитное излучение оптического диапазона, а в качестве проводящих систем - оптическое волокно. Главным отличием волоконно-оптических систем связи от более традиционных систем электрической связи является то, что в качестве носителей информации используются длины волн инфракрасного диапазона. Такие системы связи способны переносить огромное количество информации благодаря высокой частоте колебаний электромагнитных волн (порядка 1014 Гц) а также проводить передачу информации с максимально доступной скоростью (около 299792458 м/с) [11]. Как уже говорилось, возможность использования ВОЛС сильно связана с применением ЛД. Помимо вышеописанных преимуществ, они обладают высокой эффективностью (до 5560%) преобразования энергии накачки, электрического тока, в оптическое излучение, что и позволило им занять свое место источников излучения в ВОЛС. Третье окно прозрачности характеризуется абсолютным минимумом потерь,

соответствующим длине волны 1550 нм. Для ряда образцов промышленных оптических волокон затухание на этой длине волны составляет ориентировочно 0.18 дБ/км [9]. Кроме этого, на данную длину волны приходится рабочий диапазон волоконно-оптического эрбиевого усилителя (EDFA - Erbium Doped Fiber Amplifier). Обладая способностью усиления рабочей частоты, он предопределил использование третьего окна прозрачности для систем с мультиплексированием каналов по длинам волн (DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing) [10]. Сегодня третье окно прозрачности наиболее широко используется в магистральных линиях связи, и по причине указанных достоинств вызывает повышенный интерес. В интервале длин волн третьего окна прозрачности (1520 нм - 1620 нм) в основном используются ЛД на основе четверных твердых растворов AlxGayIn1-x-yAs, InxGa1-xNyAs1-y и InxGa1-xAsyP1-y.

Интервал длин волн вблизи 2000 нм, и ориентировочно от 1800 нм, используется в таких областях как молекулярная спектроскопия, медицина, лидары и оптическая накачка лазерных сред [13-17]. Для создания ЛД рассматриваемого диапазона часто используются ГС с различными типами гетеропереходов на основе полупроводниковых твердых растворов, содержащих сурьму и выращиваемых на подложке GaSb [18-21]. Однако, данные системы материалов, больше ориентируются на среднюю ИК область, которая труднодостижима для остальных систем. Ряд физических ограничений сдерживают развитие оптоэлектроники среднего ИК диапазона. К примеру, многофотонная релаксация в этом диапазоне ухудшает параметр прозрачности большинства материалов, что приводит к ослаблению их рабочих характеристик. Даже если подобранный материал и обладает хорошим показателем прозрачности, то его параметры по теплопроводности и механической прочности хуже, чем у антимонидов. Полупроводниковые твердые растворов, содержащие сурьму способны преодолеть указанные ограничения, поэтому в основном направлены на данную область. Также стоит отметить, технологически большую сложность процесса роста данных систем материалов в сравнении с представленными далее [22].

Для длин волн вблизи 2000 нм наиболее часто используют ГС с сильно напряженными КЯ GaxIn1-xAs [23-29] или с квантовыми точками InAs [30]. При этом, эффективность лазерной генерации InAs-квантовых точек считается низкой [31], что может быть объяснено малым значением интеграла перекрытия в них электронов и дырок [32]. Лучшим достигнутым результатом был экспериментально наблюдаемый порог лазерной генерации 11 А/см2 при азотных температурах, однако при 200 К порог составлял уже 2 кА/см2 [33]. При комнатной температуре генерации не наблюдалось. В рассматриваемом диапазоне длин волн не было продемонстрировано преимущества структур с квантовыми точками по отношению к структурам с КЯ.

Анализ работ с применением напряженных КЯ в данной области длин волн определил следующие параметры. Использование системы материалов GaxInl-xAs/InxGal-xAsyPl-y предоставило лучшие данные со значением 2.5 Вт при 16 А в непрерывном режиме генерации [17], в системе GaxInl-xAs/AlxGayInl-x-yAs 2.0 Вт при 6 А в том же режиме работы [23]. Однако отметим, что мощностные характеристики зависят от конфигурации ЛД, к примеру, в аналогичных системах материалов для одномодовых приборов были достигнуты менее значимые значения: 12 мВт при 140 мА в системе GaxIn1-xAs/InxGa1-xAsyP1-y [23] и 2 мВт при 450 мА в GaxIn1-xAs/AlxGayIn1-x-yAs [26] в непрерывном режиме работы. Во всех случаях напряжения КЯ было в интервале от 1.7 % до 2.0 %, толщины КЯ от 90 А до 115 А. Характеристические температуры от 50 до 85 К. При этом, все указанные данные относятся к длинам волн от 1740 нм до 1800 нм. В интервалах длин волн более 1900 нм были созданы ЛД с мощностями от 10 мВт до 100 мВт в непрерывном режиме, использующие систему материалов InAs/GaxIn1-xAs [34-36]. Однако, мощностных характеристик для ЛД GaxIn1-xAs/AlxGayIn1-x-yAs в интервале волн излучения более 1900 нм обнаружить не удалось. В любом случае, возможно использование как ГС GaxInl-xAs/AlxGayInl-x-yAs, так и GaxInl-xAs/InxGal-xAsyPl-y. Сравнение данных систем материалов будет приведено далее.

Рассмотрим преимущества и недостатки указанных четверных твердых растворов, используемых в интервалах длин волн от 1400 нм до 2000 нм.

На рисунке 1.1 изображена зависимость коэффициента усиления от концентрации носителей рассматриваемых систем материалов.

Концентрация носителей [слг3]

Рисунок 1.1. Зависимость коэффициента усиления от концентрации носителей для четверных твердых растворов AlxGayInl-x-yAs, InxGal-xNyAsl-y и InxGal-xAsyPl-y

[37].

Отметим, что составы всех трех систем материалов тщательно подбирались для достижения лучших показателей. По результатам, система InxGa1-xNyAs1-y обладает лучшими показателями по причине меньших значений токов утечки через барьерные слои (БС) и меньшей температурной чувствительностью устройства [37]. На рисунке 1.2 показана зависимость коэффициента усиления от плотности тока при разных температурах.

Рисунок 1.2. Зависимость коэффициента усиления от плотности тока для четверных твердых растворов AlxGayInl-x-yAs, InxGal-xNyAsl-y и InxGal-xAsyPl-y: а) - температура 300 К; б) - температура 375 К [38].

Результаты на рисунке 1. 2 представлены для оптимизированных толщин КЯ каждой системы материалов. Тенденции при разных температурах одинаковы. Можно сделать вывод, что и AlxGayIn1-x-yAs, и InxGa1-xNyAs1-y имеют лучшие характеристики усиления и меньшую плотность тока прозрачности, чем обычная система материалов InxGal-xAsyPl-y. [38,39]

Пороговые плотности тока (1ш) ЛД с КЯ InxGa1-xNyAs1-y и БС GaAs или GaAsyP1-y имеют близкие значения, около 200-220 А/см2, для измерений при комнатной температуре. При повышении температуры значения для ЛД InxGa1-xNyAs1-y/GaAs увеличиваются и составляют 535 и 625 А/см2 при температурах 90 и 100°С, соответственно. Значения плотности тока ЛД InxGa1-xNyAs1-y/GaAsyP1-y при тех же температурах меньше: 350 и 400 А/см2, что можно объяснить подавлением токов утечки благодаря более высокому БС GaAsyP1-y. Подобная температурная чувствительность порогового тока ЛД с КЯ InxGa1-xNyAs1-y результат более сильного распространения термоэлектронных носителей из активной области. Стоит заметить, что такая тенденция, по сравнению с другими системами материалов, наиболее сильно выражена в InxGal-xNyAsl-y.

В основном ЛД с КЯ InxGal-xNyAsl-y обладают значениями характеристической температуры (Т0) от 80 К до 150 К. [40,41] но, в работе [42] говорилось о значении 215 К.

Кроме высокой температурной чувствительности, четверной твердый раствор InxGa1-xNyAs1-y обладает политипизмом, то есть возможностью перехода от структуры сфелерита к вюрциту и наоборот. Данное свойство усложняет получение ГС для ЛД на основе InxGa1-xNyAs1-y. На практике большее распространение получили твердые растворы InxGal-xAsyPl-y и AlxGayInl-x-yAs.

Система материалов InxGal-xAsyPl-y также весьма чувствительна к изменениям рабочей температуры. Такой недостаток может быть частично объяснён разрывом зоны проводимости (АБс). Для ГС InxGal-xAsyPl-y/InP значение АБС равно 0.4АEg при БС 1пР с шириной запрещенной зоны 1.34 эВ. [39-41].

Малое значение разрыва зоны проводимости провоцирует большие значения токов утечки (1У0 носителей заряда. [27,29]. Носители с более высокой энергией, чем указанное значение барьера, способны покинуть активную область, при этом электроны, по сравнению с дырками, более сильно подвержены данному воздействию, так как характеризуются гораздо более высокой подвижностью и константой диффузии. Стоит отметить, что при росте температуры, в области высоких энергий будет больше носителей, и это увеличит токи утечки, а также при больших токах смещения такой эффект усиливается из-за снижения барьера.

Одним из часто обсуждаемых параметров ЛД является пороговая плотность тока. В общем случае её можно представить в виде суммы отдельных компонент, характеризующих различные физические процессы [47,48]:

1г + + ^ехр + ^Л

+ ^ + ^ + Jsurf + ^ , (1.1)

где JA - плотность тока Оже - рекомбинации; 1У1 - плотность тока, связанная с токовыми утечками внутри лазерной ГС; Jsurf - плотность тока поверхностной рекомбинации; Jint - плотность тока, необходимая для компенсации внутренних оптических потерь; Jtr - плотность тока прозрачности; JeXp - плотность тока, необходимая для компенсации внешних оптических потерь; Jif- плотность тока рекомбинации на гетерограницах; JsRн - плотность тока рекомбинации Шоккли-Рида-Холла.

Из формулы (1.1) видно, что рост токов утечки приводит к росту Jth. Характерно, что в ЛД с отличным от единицы стимулированным квантовым выходом излучения необходимо

учитывать токовые потери Jvl, которые могут заметно ухудшить рабочие характеристики. По этой причине, на данный момент четверные составы тщательно подбираются, чтобы максимизировать смещение зоны проводимости каждой системы материалов, для обеспечения оптимального удержания носителей заряда. Подведя итог, можно сказать, что в структуре с КЯ утечка носителей через БС является одним из важных факторов, вызывающих ухудшение характеристик ЛД при высокой температуре и высокой плотности носителей заряда.

Таким образом, в ЛД на основе InxGal-xAsyPl-y/InP, по причине их температурной чувствительности, необходим термоэлектрический охладитель для поддержания постоянной рабочей температуры. Он является одним из самых проблемных компонентов в существующем лазерном модуле, который не только делает модуль дорогостоящим и сложным, но также может ухудшить его долговременную надежность. Кроме того, увеличивается стоимость из-за необходимости настройки источника тока датчика температуры и контроллера для её поддержания.

В свою очередь, AlxGayIn1-x-yAs/InP обладает большим разрывом зоны проводимости ДEc = 0.72ДEg. [39,49], что означает увеличение глубины потенциальной ямы для электронов. Это связано с тем, что в системе AlxGayIn1-x-yAs две трети энергетического разрыва, вызванного разницей ширин запрещенной зоны узкозонного и широкозонного полупроводника, принадлежит зоне проводимости [50,51]. Также, в системе AlxGayInl-x-yAs, которая будет согласованна с подложкой 1пР, ширина запрещенной зоны достигает значения в 1.47 эВ, это максимальное полученная величина усиливает ограничение носителей заряда в яме [51]. Данный показатель позволяет ожидать, что такие ЛД будут менее чувствительны к колебаниям температуры и поэтому смогут хорошо работать в условиях высокой температуры без необходимости охлаждения.

Проведем сравнение Jth и То систем материалов InxGal-xAsyPl-y и AlxGayInl-x-yAs.

Основной интервал значений характеристической температуры для InxGa1-xAsyP1-y от 50 К до 60 К. [16,27-29,52] Считается, что максимальное значение Т0 для ЛД с квантово-размерной активной областью не более 80 К [53] для лазеров на основе систем материалов InxGa1-xAsyP1-y/InP. Однако в работе [54] говорилось о Т0 = 102 К при температуре от 45 °С.

Т0 системы материалов AlxGayIn1-x-yAs в основном находится в интервале от 50 К до 110 К [40,55-62]. Максимальные значения характеристической температуры 122 К [63] и 125 К. [36,64,65]

Пороговая плотность тока полупроводникового лазера увеличивается с температурой, согласно формуле [62]:

Т = Т е1"

Т гъ Тгъо е

(1.2)

Характеристическая температура используется для оценки температурных характеристик полупроводникового лазера. Чем выше значение тем меньше температурная зависимость порогового тока. Согласно предоставленным данным система материалов AlxGayIn1-x-yAs будет обладать лучшими характеристиками, в сравнении с системой материалов InxGal-xAsyPl-y.

Пороговая плотность тока твердых растворов InxGa1-xAsyP1-y, согласно литературным источникам, достигает значений от 160 А/см2 до 350 А/см2 [17,27,28,66]. Для AlxGayInl-x-yAs максимальное значение Jth достигает 264 А/см2 [57,28,60].

Заметим, что данные, представленные в литературных источниках для анализируемых систем материалов весьма разняться, что вызвано различными составами твердых растворов, структурой и параметрами ЛД.

В работе [2] показано сравнение ЛД на основе InxGal-xAsyPl-y/InP и AlxGayIn1-x-yAs/InP. Оба типа ЛД характеризуются близкими параметрами и имеют длину волны излучения 1500-1510 нм. Зависимость пороговой плотности тока от температуры представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3. Температурная зависимость пороговой плотности тока для ЛД InxGal-xAsyPl-y/InP и AlxGayInl-x-yAs/InP [2].

1

На рисунке 1.3 видна небольшая разница в температурной зависимости пороговой плотности тока. В диапазоне температур 10-80 °С порог менее чувствителен к температуре для лазеров AlxGayIn1-x-yAs с характерной температурой 64 К, по сравнению со значением 49 К для лазеров InxGal-xAsyPl-y (оба ЛД имеют длину 530 мкм). Аналогично, дифференциальная квантовая эффективность также менее чувствительна к температуре для лазеров AlxGayInl-x-yAs, как показано на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4. Температурная зависимость дифференциальной квантовой эффективности для ЛД InxGa1-xAsyP1-y/InP и AlxGayIn1-x-yAs/InP [2].

Часто безызлучательную рекомбинацию, связывают с кислородными дефектами в AlxGayIn1-x-yAs, это приводит к тому, что характеристическая температура выглядит искусственно высокой, поскольку эта неизлучающая составляющая порогового тока не так чувствительна к температуре. В таких случаях, пороговый ток при комнатной температуре обычно выше, чем для лазеров InxGal-xAsyPl-y, а квантовая эффективность ниже. В представленной работе, напротив, во всем диапазоне тестируемых температур (10-80 °С) пороговое значение равноценно или ниже, а эффективность выше для ЛД AlxGayIn1-x-yAs/InP. Это говорит о том, что повышение эффективности является подлинным и обусловлено фундаментальными свойствами ГС AlxGayIn1-x-yAs.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Светогоров Владимир Николаевич, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника / Ю.Р. Носов - Москва : Радио и связь, 1989. — 360 с.

2. Tandon A., Bour D.P., Chang Y., Lin C., Corzine S.W., Tan M.R. Low threshold, high T0 and high efficiency 1300 nm and 1500 nm lasers with AlInGaAs active region grown by MOCVD // SPIE. — 2013. — V. 5349. — P. 206.

3. Андреев А.Ю., Зегря Г.Г. Оже-рекомбинация в напряженных квантовых ямах // Физика и техника полупроводников. — 1997. — Т. 31. № 3. — С. 358.

4. Bertolotti M. The history of the laser / M. Bertolotti. - IOP Publishing Ltd, 2005. — 316 p.

5. Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики / В.С. Кирчанов. - Изд-во Пермского национального исследовательского политехнического института, 2020. — 221 с.

6. Федоров А.В. Физика и технология гетероструктур, оптика квантовых наноструктур / А.В. Федоров. - Изд-во Санкт — Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2009. — 195 с.

7. Тарасов С.А., Пихтин А.Н. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: учебное пособие / С.А. Тарасов, А.Н. Пихтин. - Изд-во Санкт — Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ», 2008. — 96 с.

8. Tanbun-Ek T., Xu Z., Mott J. High power diode laser pump sources in the 1.2 - 1.9 цт range // IEEE. — 2019. — V. 19. — P. 15.

9. Жирар А. Руководство по технологии и тестирования систем WDM / А. Жирар. - Общая редакция А.В. Шмалько, перевод EXFO, Second Edition, 2001. — 252 с.

10. Иоргачев Д.В., Бондаренко О.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи / Д.В. Иоргачев, О.В. Бондаренко. - Москва : ЭКО — ТРЕНЗ., 2002. — 276 с.

11. Рогачев Н.М. Курс Физики / Н.М. Рогачев. — 2-е изд., исправ. и доп. - Изд-во Самарского Университета, 2017. — 480 с.

12. Luo S., Ji H.M., Gao F., Yang X.G., Liang P., Yang T. High performance 2159 nm-emitting InAs/InGaAs/InP quantum well lasers grown by metalorganic vapor phase epitaxy // Optic Express. — 2015. — V. 23. — P. 8383.

13. Waynant R. W., Ilev I.K., Gannot I. Mid-infrared laser applications in medicine and biology / R. W. Waynant, I.K. Ilev, I. Gannot - C. Phil. Trans. R. Soc., 2001. — 127 p.

14. Godart A. Infrared (2-12 цт) solid-state laser sourses: a review / A. Godart -C. R. Phys., 2007 — 56 p.

15. Lei W., Jagadish C. Lasers and photodetectors for mid-infrared 2-3 цт applications // Applied Physics Letters. —2008. — V. 104. — P. 091101.

16. Kohler B., Kissel H., Flament M., Wolf P., Brand T., Biesenbach J. High-power diode laser modules from 410 nm - 2200 nm // Proc. of SPIE. — 2010. — V. 7583. — P. 75830F-1.

17. Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Фетисова Н.В., Лешко А.Ю., Слипченко С.О., Соколова З.Н., Рябоштан Ю.Л., Мармалюк А. А., Тарасов И.С. Мощные диодные лазеры (X = 1.7 - 1.8 мкм) на основе асимметричных квантово-размерных гетероструктур раздельного ограничения InGaAsP/InP // Физика и техника полупроводников. — 2009. — Т. 43. № 12. — С. 1646.

18. Shterengas L., Belenky G.L., Gourevitch A., Kim J.G., Martinelli R.U. Measurements of a-factor in 2-2.5 цт type-I In(Al)GaAsSb/GaSb high power diode lasers // Applied Physics Letters. — 2002. — V. 81. — P. 4517.

19. Choi H.K., Turner G.W., Eglash E. High power GaInAsSb-AlGaAsSb multiple-quantum-well diode lasers emitting at 1.9 цт // IEEE. — 1994. — V. 6. — P. 7.

20. Garbuzov D.Z., Lee H., Khalfin V., Martinelli R.U., Connolly J. C., Belenky G. L. 2.3-27 цт room temperature CW operation of InGaAsSb-AlGaAsSb broad waveguide SCH-QW diode lasers // IEEE. — 1999. — V. 11. — P. 794.

21. Kim J.G., Shterengas L., Kim J.G., Martinelli R.U. Belenky G.L. High-power room-temperature continuous wave operation of 27 and 2.8 цт In(Al)GaAsSb/GaSb diode lasers // Applied Physics Letters. — 2003. — V. 83. — P. 1926.

22. Major J.S., Nam D. W., Osimski J.S., Welch D.F. High power 2.0 цт InGaAsP laser diode // IEEE. — 1993. — V. 5. — P. 733.

23. Dong J., Ubukata A., Matsumoto K. 1.95-^m-wavelenght InGaAs/InGaAsP laser with compressively strained quantum well active layer // Applied Physics Letters. — 1997. — V. 36. — P. 5468.

24. Ubukata A., Dong J., Matsumoto K. Improvement of characteristic temperature in In0.81Ga0.19As/InGaAsP multiple quantum well laser operating at 1.74 цт for laser monitor // Applied Physics Letters. — 1999. — V. 38. — P. 1243.

25. Ubukata A., Dong J., Masusaki H., Satoh T., Matsumoto K. Hydrogen chloride gas monitoring at 1.74 цт with InGaAs/InGaAsP strained quantum well laser // Applied Physics Letters. — 1998. — V. 37. — P. 2521.

26. Kuang G.K., Bohm G., Grau M., Rosel G., Meyer R., Amann M.C. 2.12 цт InGaAs-InGaAlAs-InP diode lasers grown in solid-sourse molecular-beam epitaxy // Applied Physics Letters. — 2000. — V. 77. — P. 1091.

27. Голикова Е.Г., Курешов В.А., Лешко А.Ю., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Рябоштан Ю.Л., Слипченко С.О., Соколова З.Н., Фетисова Н.В., Бондарев А.Д., Тарасов И. С. Мощные InGaAsP/InP лазеры лазеры, излучающие на длине волны 1.8 цm // Письма в ЖТФ. — 2002. — Т. 28. № 3. — С. 66.

28. Лютецкий А.В., Борщев К.С., Бондарев А.Д., Налет Т.А., Пихтин Н.А., Слипченко С.О., Фетисова Н.В., Хомылев М.А., Мармалюк А.А., Рябоштан Ю.Л., Симаков В.А., Тарасов И.С. 1.8 мкм лазерные диоды на основе квантово-размерных AlInGaAs/InP-гетероструктур // Физика и техника полупроводников. — 2007. — Т. 41. № 7. — С. 883.

29. Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Слипченко С.О., Соколова З.Н., Фетисова Н.В., Лешко А.Ю., В.В. Шамахов В.В., Андреев А.Ю., Голикова Е.Г., Рябоштан Ю.Л., Тарасов И.С. 1.7-1.8 мкм лазерные диоды на основе квантово-размерных InGaAsP/InP-гетероструктур // Физика и техника полупроводников. — 2003. — Т. 37. № 11. — С. 1394.

30. Kotani J., Notzel R., Veldhoven P.J. Mid-infrared emission from InAs quantum dots, wells, and dots on well nanostructures grown on InP (100) by metal organic phase epitaxy// Applied Physics Letters. — 2009. — V. 106. — P. 9.

31. Винокуров Д.А., Капитонов В.А., Коваленков О.В., Лившиц Д.А., Соколова З.Н., Тарасов И.С., Алферов Ж.И. Самоорганизующиеся наноразмерные кластеры InP в матрице InGaP/GaAs и InAs в матрице InGaAs/InP// Физика и техника полупроводников. — 1999. — Т. 33. № 7. — С. 858.

32. Asryan L.V., Luryi S. Temperature-insensitive quantum dot laser // IEEE. — 2001.

— V. 8. — P. 359.

33. Жуков А.Е., Егоров А.Ю., Ковш А.Р., Устинов В.М., Зайцев С.В., Гордеев Н.Ю., Копчатов В.И., Лунев А.В., Цацульников А.Ф., Валовик Б.В., Леденцов Н.Н., Копьев П.С. Влияние поверхностной концентрации кватновых точек в активной области на характеристики инжекционных лазеров // Физика и техника полупроводников. — 1998. — Т. 32. № 9. — С. 892.

34. Sato T., Mitsuhara M., Kakitsuka T., Fujisawa T., Kondo Y. Metalorganic vapor phase epitaxial growth of InAs/InGaAs multiple quantum well structures on InP substrates // Journal of selected topics in quantum electronics. — 2008. — V. 14. — P. 992.

35. Kim S., Kirch J., Mawst L. Highly strained InAs quantum wells on InP substrates for mid-IR emission // Journal of crystal growth. — 2010. — V. 312. — P. 1388.

36. Jung D. Next-generation mid-infrared sources // Journal of optics. — 2017. — V. 19. — P. 1.

37. Lin G., Lee C.P. Comparison of 1300 nm quantum well lasers using different material system // Optical and Quantum Electronics. — 2002. — V. 34. — P. 1191.

38. Yong J.C.L., Rorison J.M., White I.H. 1.3-цт quantum-well InGaAsP, AlGaInAs/ fnd InGaAsN laser material gain: A theoretical study // Journal of quantum electronics.

— 2002. — V. 38. — P. 1553.

39. Kuo Y., Yen S., Yao M., Chen M., Liou B. Numerical study on gain and optical properties of AlGaInAs, InGaNAs, and InGaAsP material system for 1.3-цт semiconductor lasers // Optics communication. — 2007. — V. 275. — P. 156.

40. Liou B., Yen S., Yao M., Chen M., Kuo Y. Numerical study for 1.55-цт AlGaInAs/InP semiconductor lasers // SPIE. — 2007. — V. 6368. — P. 636814-1.

41. Plaine G., Asplund C., Sundgren P., Mogg S., Hammar M. Low-temperature metal-organic vapor-phase epitaxy growth and performance of 1.3 цm GalnNAs/GaAs single quantum well lasers In(Al)GaAsSb/GaSb diode lasers // Applied Physics. — 2002. — V. 2B. — P. 1040.

42. Kitatani T., Kondow M., Tanaka T. Effects of thermal annealing procedure and a strained intermediate layer on a highly—strained GaInNAs/GaAs double-quantum-well structure // Journal of crystal growth. — 2000. — V. 221. — P. 491.

43. Chen Q., Huang Y., Fei J., Duan X., Liu K., Kang C., Wang J., Fang W., Ren X. Fabrication and characterization of novel high-speed InGaAs/InP uni-traveling-carrier photodetector for high responsivity // China Physics. — 2015. — V. 24. — P. 108506.

44. Zah C., Bhat R., Favire F.J., Menocal S.G., Andreadakis N.C., Cheung K., Hwang D. D., Koza M.A., Lee T. Low-threshold 1.5^m compressive-strained multiple- and single-quantum-well lasers // Journal of quantum electronics. — 1994. — V.27. — P.1440.

45. Adachi S. Properties of semiconductor alloys: Group-IV, III-V and II-Vi Semiconducrors / S. Adachi. - John Wiley & Sons Ltd, 2009. — 400 p.

46. Лешко А.Ю., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Скрынников Г.В., Соколова З.Н., Тарасов И.С., Фетисова Н.В. О внутреннем квантовом выходе и выбросе носителей в квантово-размерных лазерах на основе InGaAsP/InP // Физика и техника полупроводников. — 2000. — Т. 34. № 12. — С. 1457.

47. Piprek J., White J.K., SpringThorpe J. What limits the maximum output power of long-wavelength AlGAInAs/InP laser diodes? // Journal of quantum electronics. — 2002. — V. 38. — P. 1253.

48. Пихтин Н.А., Слипченко С.О., Соколова З.Н., Тарасов И.С. Анализ пороговой плотности тока и усиления в квантово-размерных лазерах на основе твердых растворов InGaAsP // Физика и техника полупроводников. — 2002. — Т. 36. № 3. — С. 364.

49. Ke Q., Tan S., Lu D., Zhang R., Wang W., Ji C. High power 1550 nm InGaAsP/InP lasers with optimized carrier injection efficiency // IEEE. — 2015. — V. 11. — P. 1.

50. Sugiyama Y., Takeuchi Y., Tacano M. High electron mobility pseudomorphic In0.52Al048As/Ino.8Gao.2As heterostructure on InP grown by flux-stabilized MBE // Journal of crystal growth. — 1991. — V. 115. — P. 509.

51. Vurgaftman I., Meyer J.R., Ram-Mohan L.R. Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys // Journal of applied physics. — 2001. — V. 89. — P. 5815.

52. Zhang Y., Ning Y., Zhang L., Zhang J., Zhang J., Wang Zhang J., Zeng Y., Wang L. Design and comparison of GaAs, GaAsP and InGaAlAs quantum-well active region for 808-nm VCSELs // Optic Express. — 2011. — V. 19. — P. 12569.

53. Голикова Е.Г., Горбылев В.А., Дaвидюк Н.Ю., Курешов В.А., Лешко А.Ю., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Рябоштан Ю.Л., Симаков В.А., Тарасов И.С., Фетисова Н.В. Мощные InGaAsP-гетеролазеры раздельного ограничения, полученные методом газовой эпитаксии из металлоорганических соединений // Письма в ЖТФ. — 2000. — Т. 26. № 6. — С. 5.

54. Jin J., Tian D. Improved performance of 1.3 цт InGaAsP-InP laser with an AlInAs electron stopper layer // Semiconductor Science Technology. — 2003. — V. 18. — P. 960.

55. Wu M., Yang C., Lei P., Wu M., Ho W. Very low threshold current operation of 1.3-цт AlGalnAs/AlGalnAs strain-compensated multiple-quantum-well laser diodes // Journal of applied physics. — 2003. — V. 42. — P. 643.

56. Lin C., Liu K., Wu M., Shiao H. High temperature and low-threshold-current operation of 1.5 цт AlGalnAs/InP strain-compensated multiple quantum well laser diodes // Journal of applied physics. — 1998. — V. 37. — P. 3309.

57. Kazaronov R.F., Belenky G.L. Novel design of AlGaInAs-InP laser operating at 1.3 цт // Journal of quantum electronics. — 1995. — V. 31. — P. 423.

58. Lin C., Liu K., Wu M., Shiao H. Highly uniform characteristics 12-element 1.5 цт strain-compensated AlGaInAs/InP laser arrays with low threshold current and high characteristic temperature // Electronics letters. — 1998. — V. 34. — P. 186.

59. Selmic S.R., Chou T., Sih J., Kirk J.B., Mantie A., Butler J.K., Bour D., Evans G.A. Desing and characterization of 1.3 цm AlGalnAs-InP multiple-quantum-well laser // Journal of selected topics in quantum electronics. — 2001. — V. 7. — P. 340.

60. Lei P., Lin C., Ho W., Wu M., Laih L. 1.3^m n-type modulation-doped AlGaInAs/AlGaInAs strain-compensated multiple-quantum-well laser diodes// Transactions on electron devices. — 2002. — V. 49. — P. 1129.

61. Слипченко С.О., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Фетисова Н.В., Лешко А.Ю., Рябоштан Ю.Л., Голикова Е.Г., Тарасов И.С. Низкопороговые лазерные диоды на основе AlInGaAs/InP гетероструктур (X = 1.2 - 1.5 цm) // Письма в ЖТФ. — 2003. — Т. 29. № 3. — С. 65.

62. Максимов М.В., Шерняков Ю.М., Зубов Ф.И., Новиков И.И., Гладышев А.Г., Карачинский Л.Я., Денисов Д.В., Рочас С.С., Колодезный Е.С., Егоров А.Ю., Жуков А.Е. Температурная зависимость характеристик полупроводниковых лазеров с узкими квантовыми ямами спектрального диапазона 1.55 цm на основе бесфосфорных гетероструктур // Письма в ЖТФ. — 2019. — Т. 45. № 11. — С. 20.

63. Ohnoki N., Okazaki G., Koyama F., Iga I. Record high characteristic temperature (T0 = 122 K) of 1.55 цm strain-compensated AlGaInAs/AlGaInAs MQW lasers with AlAs/AlInAs multiquantum barrier // Electronics letters. — 1999. — V. 35. — P. 51.

64. Ishikawa T., Bowers J.E. Band lineup and in-plane effective mass of InGaAsP or InGaAlAs on InP strained-layer quantum well // Journal of quantum electronics. — 1994. — V. 30. — P. 562.

65. Houle T.J., Yong C.L., Marinelli C.M., Yu S., Rorison J.m., White I.H., SpringThorpe A.J., Garrett B. Characterization of the temperature sensitivity of gain and recombination mechanisms in 1.3-цm AllnGaAs MQW laser // Journal of quantum electronics. — 2005. — V. 41. — P. 132.

66. Лешко А.Ю., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Слипченко С.О., Соколова З.Н., Фетисова Н.В., Голикова Е.Г., Рябоштан Ю.Л., Тарасов И.С. Мощные одномодовые лазерные диоды на основе квантово-размерных InGaAsP/InP-

гетероструктур (X = 1.3 - 1.6 мкм) // Физика и техника полупроводников. — 2002. Т. 36. № 11. — С. 1393.

67. Kuang G.K., Bohrn G., Grau M., Rosel G., Meyer R., Arnann M.C. 2.12 цт InGaAs-InGaAlAs-InP diode lasers grown in solid-source molecular-beam epitaxy // Applied physics letters. — 2000. — V. 77. — P. 1091.

68. Wang J., Allmen P., Leburton J., Linden K.J. Auger recombination in long-wavelength strained-layer quantum-well structures // Journal of quantum electronics. — 1995. — V. 31. — P. 864.

69. Зегря Г.Г., Соловьев И.Ю. Влияние эффекта насыщения усиления на мощностные излучения полупроводниковых лазеров на квантовых ямах // Физика и техника полупроводников. — 2005. — Т. 39. № 5. — С. 636.

70. Гарбузов Д.З., Зайцева С.В., Ильин Ю.В., Налет Т.А., Овчинникова А.В. Тарасов И.С. Зависимость пороговой плотности тока и дифференциальной квантовой эффективности РО ДГС InGaAsP/InP (X = 1.3 мкм) лазеров от потерь на выход // Письма в ЖТФ. — 1990. — Т. 16. № 9. — С. 50.

71. Sokolova Z.N., Tarasov I.S., Asryan L.V. Effect of the number of quantum wells in the active region on the linearity of the light-current characteristics of a semiconductor laser // Semiconductors. — 2012. — V. 46. — P. 1044.

72. Гельмонт Б.Л., Харченко В.А., Яссиевич И.Н. Оже-рекомбинация экситонно-примесных комплексов // Физика твердого тела. — 1987. — Т. 29. № 8. — С. 2351.

73. Гельмонт Б.Л., Соколова З.Н., Халфин В.Б. Оже-рекомбинация в вырожденной электронно-дырочной плазме твердых растворов InGaAsP // Физика и техника полупроводников. — 1983. — Т. 17. № 3. — С. 453.

74. Гельмонт Б.Л., Соколова З.Н., Халфин В.Б. Межзонная оже-рекомбинация в лазерных структурах на основе GaSb // Физика и техника полупроводников. — 1984. — Т. 18. № 10. — С. 1803.

75. Лютецкий А.В., Борщёв К.С., Пихтин Н.А., Слипченко С.О., Соколова З.Н., Тарасов И.С. Вклад оже-рекомбинации в насыщение ватт-амперных

характеристик мощных полупроводниковых лазеров (X = 1.0 - 1.9 мкм) // Физика и техника полупроводников. — 2008. — Т. 42. № 1. — С. 106.

76. Зегря Г.Г., Пихтин Н.А., Скрынников Г.В., Слипченко С.О., Тарасов И.С. Исследование пороговых характеристик InGaAsP/InP-гетеролазеров (X = 1.55 мкм) // Физика и техника полупроводников. — 2001. — Т. 35. № 8. — С. 1001.

77. Benchehima M., Abid H. Electronics and optical properties of AlxGayIn1-x-yAs quaternary alloys with and without relaxation lattice matched to InP for laser applications: First-principles study // Optik. — 2016. — V. 127. — P. 6541.

78. Dunstan D.J. Strain and strain relaxation in semiconductors // Journal of materials science: materials in electronics. — 1997. — V.8. — P. 337.

79. Aissat A., Elbey M., Bestam R., Vilcot J.P. Modeling and simulation of AlxGayIn1-x-yAs/InP quaternary structure for photovoltaic // Journal of hydrogen energy XXX. — 2014. — V. 5. — P. 1.

80. Hull R., Gray J., Wu C.C., Atha S., Floro J.A. Interaction between surface morphology and misfit dislocations as strain relaxation modes in lattice-mismatched heteroepitaxy // Journal physics. — 2002. — V. 14. — P. 12829.

81. Yekta V.B., Kaatuzian H. Simulation and temperature characteristics improvement of 1.3 цm AlGalnAs multiple quantum well laser // International journal of optics and applications. — 2014. — V.4. — P. 46.

82. Жуков А.Е. Лазеры на основе полупроводниковых наноструктур / А.Е. Жуков - Санкт — Петербург : Изд-во «Элмор», 2007. — 304 с.

83. Chuang S.L. Efficient band-structure calculations of strained quantum wells // Physical review B. — 1991. — V. 43. — P. 43.

84. Fukuda M. Optical Semiconductor Devices / M. Fukuda. - John Wiley & Sons Ltd, 1999. — 158 p.

85. Sands D. Diode Lasers. Series in Optics and Optoelectronics / D. Sands. - IOP Publishing Ltd, 2005. — 327 p.

86. Adams A. R. Strained-Layer Quantum-Well Lasers // Journal of selected topics in quantum electronics. — 2011. — V. 17. — P. 1364.

87. Bae S., Park S., Lee Y. Bandgap effects of quantum well active-layer on threshold current density, differential gain and ternperature characteristics of 1.3 цт InGaAlAs/InP quantum well lasers // Journal of applied physics. — 2002. — V. 41. — P. 1354.

88. Yablonovitch E., Kane E.O. Band structure engineering of semiconductor lasers for optical communications // Journal of lightwave technology. — 1988. — V. 6. — P. 1292.

89. Воробьев Л.Е., Зерова В.Л., Борщёв К.С., Соколова З.Н., Тарасов И.С., Belenky G. Концентрация и температура носителей заряда в квантовых ямах лазерных гетероструктур в режимах спонтанного и стимулированного излучения // Физика и техника полупроводников. — 2008. — Т. 42. № 6. — С. 753.

90. Floro J.A., Chason E., Freund L.d., Twesten R.D., Hwang R.Q., Lucadamo G.A. Evolution of coherent islands in Si1-xGex/Si(001) // Physical review B. — 1999. — V. 59. — P. 1990.

91. Humphreys C.J., Maher D.M., Eaglesham D.J., Kvam E.P., Salisbury I.G. The origin of dislocations in multilayers // Journal physics. — 1991. — V. 1. — P. 1119.

92. Baker R.G., Brandon D.G., Nutting J. The growth of precipitates // Philosophical magazine. — 1959. — V. 4. — P. 1339.

93. Brown L.M., Woolhouse G.R., Valdre U. Radiation-induced coherency loss in copper-cobalt alloy // Philosophical magazine. — 1968. — V. 17. — P. 781.

94. Jesser W.A. The role of frictional stress on the generation of misfit dislocations // South African Journal of science. — 2008. — V. 1047. — P. 379.

95. Nabarro F.R.N.. Influence of elastic strain on the shape of particles segregating in an alloy // Proc. Phys. Soc. — 1940. — V. 52. — P. 90.

96. Шугуров А.Р., Панин А.В. Механизмы возникновения напряжений в тонких пленках // Журнал технической физики. — 2020. — Т. 90. № 12. — С. 1971.

97. Freund L.B., Johnson H.T. Influence of strain on functional characteristics of nanoelectronic devices // Journal of the mechanics and physics of solids. — 2001. — V. 49. — P. 1925.

98. Vdovin V.I. Misfit dislocations in epitaxial heterostructuresA mechanisms of generation and multiplication // Phys. Stat. Sol. — 1991. — V. 171. — P. 239.

99. Heun S., Paggel J.J., Sorba L., Rubini S., Bonanni A., Lantier R., Lazzarino M., Bonanni B., Franciosi A., Bonard J., Ganiere J., Zhuang Y., Bauer G. Strain and surface morphology in lattice-matched ZnSe/InxGa1-xAs // Journal of applied physics. — 1998.

— V. 83. — P. 2504.

100. Fitzgerald E.A., Ast D.G., Kirchner P.D., Pettit G.D., Woodall J.M. Structure and recombination in InGaAs/GaAs heterostructures // Journal of applied physics. — 1988.

— V. 63. — P. 693.

101. Lefebvre A., Herbeaux C., Bouillet C., Persio J.D. A new type of misfit dislocation multiplication process in InxGa1-xAs/GaAs strained-layer superlattices // Philosophical magazine. — 1991. — V. 63. — P. 23.

102. Humphreys C.J., Maher D.M., Eaglesham D.J., Kvam E.P., Salisbury I.G. The origin of dislocation in multilayers // Journal of applied physics. — 1991. — V. 3. — P. 1119.

103. Perovic D.D., Weatherly G.C., Baribeau J.M., Houghton D.C. Heterogeneous nucleation sources in molecular beam epitaxy-grown GexSi1-x/Si strained layer superlattices // Thin solid films. — 1989. — V. 183. — P. 141.

104. Houghton D.C., Davies M., Dion M. Design criteria for structurally stable, highly strained multiple quantum well devices // Applied physics letters. — 1994. — V. 64. — P. 505.

105. Matthews J.W., Mader S., Light T.B. Accommodation of misfit across the interface between crystals of semiconducting elements of compounds // Journal of applied physics. — 1970. — V. 41. — P. 3800.

106. Matthews J.W., Blakeslee A.E. Defects in epitaxial multilayers // Journal of crystal growth. — 1976. — V. 32. — P. 265.

107. Труханов Е.М., Лошкарёв И.Д., Колесников А.В., Василенко А.П. Эпитаксиальная пленка в поле дальнодействующих напряжений, создаваемых упорядоченными дислокациями несоответствия // Фазовые переходы, межфазные границы и наноматериалы. — 2015. — № 1. — С. 26.

108. Болховитянов Ю.Б., Пчеляков О.П., Соколов Л.В., Чикичев С.И. Искусственные подложки GeSi для гетероэпитаксии - достижения и проблемы // Физика и техника полупроводников. — 2003. — Т. 37. № 5. — С. 513.

109. Колесников А.В., Василенко А.П., Труханов Е.М., Лошкарёв И.Д. квазиравновесный процесс введения дислокаций несоответствия в полупроводниковую границу раздела (013) // Фазовые переходы, межфазные границы и наноматериалы. — 2018. — № 1. — С. 117.

110. Peter S, Zory Jr. Quantum well lasers / Zory Peter S. Jr. - Academic Press, 1993.

— 504 p.

111. Liu Q., He Q. Elastic constants for various classes of solids at high temperature // Acta physica polonica A. — 2007. — V. 112. — P. 69.

112. Ladbetter H.M., Reed R.P. Elastic properties of metals and alloys // J Phys. Chem.

— 1973. — V. 2. — P. 531.

113. Гладышев А.Г., Новиков И.И., Карачинский Л.Я., Денисов Д.В., Блохин С.А., Блохин А. А., Надточий А.М., Курочкин А. С., Егоров А.Ю. Оптические свойства квантовых ям InGaAs/InGaAlAs спектрального диапазона 1520 - 1580 нм // Физика и техника полупроводников. — 2016. — Т. 50. № 9. — С. 1208.

114. Hou L., Avrutin E.A., Haji M., Dylewicz R., Bryce A.C., Marsh J.H. 160 GHz passively mode-locked AlGalnAs 1.55 цт strained quanturn-well lasers with deeply etched intracavity mirrors // Journal of selected topics in quantum electronics. — 2013.

— V. 19. — P. 1100409.

115. Takemasa K., Munakata T., Kobayashi M., Wada H., Kamijoh T. 1.3- цт AlGaInAs-AlGaInAs strained multiple-quantum-well lasers with a p-AlInAs electron stopper layer // Photonics technology letters. — 1998. — V. 10. — P. 495.

116. Ekins-Daukes N.J., Kawaguchi K., Zhang J. Strain-balanced criteria for multiple quantum well structures and its signature in X-ray rocking curves // Crystal growth & desing. — 2002. — V. 2. — P. 287.

117. Болховитянов Ю.Б., Гутаковский А.К., Дерябин А.С., Соколов Л.В. Краевые дислокации несоответствия в гетероструктурах GexSi1-x/Si(001) (x~1): роль

промежуточного буферного слоя GeySi^y (y < x) в их образовании // Физика твердого тела. — 2011. — Т. 53. № 9. — С. 1699.

118. Винокуров Д.А., Зорина С.А., Капитонов В.А., Лешко А.Ю., Лютецкий А.В., Налет Т.А., Николаев Д.Н., Пихтин Н.А., Рудова Н.А., Слипченко С.О., Соколова З.Н., Станкевич А.Л., Фетисова Н.В., Хомылев М.А., Шамахов В.В., Борщёв К.С., Арсентьев И.Н., Бондарев А.Д., Трукан М.К., Тарасов И.С. Двухполосная генерация в квантово-размерной активной области полупроводникового лазера при высоких уровнях накачки // Физика и техника полупроводников. — 2007. — Т. 41. № 10. — С. 1247.

119. Tansu N., Mawst L.J. Current injection efficiency of InGaAsN quantum-well lasers // Journal of applied physics. — 2005. — V. 97. — P. 054502-1.

120. Mawst L.J., Kim H., Smith G., Sun W., Tansu N. Strained-layer quantum well materials grown by MOCVD for diode laser application // Progress in Quantum Electronics. — 2021. — V. 75. — P. 1.

121. Abraham P., Piprek J., DenBaars S.P., Bowers J.E. Effects of an InGaP electron barrier layer on 1.55 ^m laser diode performance // IEEE. — 1998. — V. 1. — P. 1.

122. Wu M., Tsai C., Wu M., Lei P., Ho C., Ho W. 1.3^m compressive-strain GaInAsP/GaInAsP multiple-quantum-well laser diodes with a tensel-strain GaInP electron stopper layer // Solid-State Electronics. — 2004. — V. 48. — P. 1651.

123. Fukushima T., Shimizu H., Nishikata., Irikawa M. Carriers confinement by multiple quantum barriers in 1.55 ^m strained GalnAs/AlGalnAs quantum well lasers // Applied Physics Letters. — 1995. — V. 66. — P. 2025.

124. Piperk J., Li Z. What causes the pulse power saturation of GaAs-based broad-area lasers? // Photonic technology letters. — 2018. — V. 30. — P. 963.

125. Веселов Д.А., Шашкин И.С., Бахвалов К.В., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Растегаева М.Г., Слипченко С.О., Бечвай Е.А., Стрелец В.А., Шамахов В.В., Тарасов И.С. К вопросу о внутренних оптических потерях и токовых утечках в лазерных гетероструктурах на основе AlGaInAs/InP // Физика и техника полупроводников. — 2016. — Т. 50. № 9. — С. 1247.

126. Irvine S., Capper P. Metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) / S. Irvine, P. Capper - John Wiley & Sons Ltd, 2009. — 558 p.

127. Razeghi M. The MOCVD challenge / M. Razeghi - CRC Press, second edition, 2010. — 773 p.

128. Li H.E. Material parameters of InGaAsP and InAlGaAs sysmems for use in quantum well structures at low and room temperatures // Physica E. — 2000. — V. 5.

— P. 215.

129. Klimeck G., Bowen R.C., Boykin T.B. Cwik T.A. Tight-binding parameters for transport simulations in compound semiconductors // Superlattices and microstructures.

— 2000. — V. 27. — P. 519.

130. Максимов М.В., Крестников И.Л., Иванов С.В., Леденцов Н.Н., Сорокин С.В. Расчет уровней размерного квантования в напряженных ZnCdSe/ZnSe квантовых ямах // Физика и техника полупроводников. — 1997. — Т. 31. № 8. — С. 939.

131. Krijn M.P.C.M., Hooft G.W., Boermans M.J.B., thijs P.J.A., Dongen T., Binsma J.J.M., Tiemeijer L.F., Poel C.J. Improved performance of compressively as well as tensile strained quantum-well lasers // Applied physics letters. — 1992. — V. 61.

— P. 1772.

132. Жуков А.Е. Основы физики и технологии полупроводниковых лазеров наноструктур / А.Е. Жуков - Санкт — Петербург : Изд-во академического университета, 2016. — 363 с.

133. Osinski J.S., Grodzinski P., Zou Y., Dapkus D. Threshold current analysis of compressive strain (0-1/8%) in low-threshold, long-wavelength quantum well lasers // Journal of quantum electronics. — 1993. — V. 29. — P. 1576.

134. Акчурин Р. Х., Мармалюк А. А. МОС-гидридная эпитаксия в технологии материалов фотоники и электроники / Р. Х. Акчурин, А. А. Мармалюк. - Москва : Техносфера, 2018. — 488 с.