Рассматриваются различные варианты конструкции вертикально-излучающих лазеров диапазона длин волн 1.3 мкм на подложках арсенида галлия с активными областями на основе квантовых точек InAs/InGaAs и квантовых ям InGaAsN. Исследована взаимосвязь свойств активной области и параметров оптического микрорезонатора, необходимых для осуществления лазерной генерации. Проводится сравнительный анализ вертикально-излучающих лазеров с активными областями на основе квантовых точек InAs/InGaAs и квантовых ям InGaAsN, синтезированных методом молекулярно-пучковой эпитаксии и демонстрирующих лазерную генерацию в непрерывном режиме при комнатной температуре. Показано, что оптимизация конструкции вертикального микрорезонатора позволяет получить внутренние оптические потери менее 0.05% на один проход фотона.

Теоретически и экспериментально исследованы различные варианты структур с оптическими микрорезонаторами и активными слоями на основе квантовых точек InGaAs/GaAs, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaAs. Реализованы светодиоды диапазона 1.3 мкм, обладающие узкой спектральной характеристикой и низкой расходимостью светового пучка. В структуре с оксидированными зеркалами AlO/GaAs получена лазерная генерация в вертикальном направлении на длине волны 1.3 мкм при инжекционной накачке.

Исследованы возможности технологии вертикального анизотропного травления кремния ориентации (110) для изготовления одномерного фотонного кристалла с высоким контрастом показателя преломления. Показано, что продвижение в ближний инфракрасный диапазон ограничивается механической прочностью тонких кремниевых стенок. Получены приборные структуры, состоящие из 50 канавок глубиной 114 мкм и толщиной кремниевых стенок 1.8 мкм (период структуры 8 мкм). Проведенные измерения их спектров отражения в области длин волн 2.5-16.5 мкм показали хорошее согласие с результатами расчета, хотя основная фотонная зона, расположенная при lambda~ 28±10 мкм, осталась вне пределов измерений.

Сообщается о результатах исследований с помощью нестационарной спектроскопии глубоких уровней квантовых состояний дырок в вертикально сопряженных квантовых точках(ВСКТ) в p-n-гетероструктурах InAs/GaAs в зависимости от величины напряжения обратного смещения. Были обнаружены уровни связанных и антисвязанных s- иp-состоянийВСКТ, энергии которых находятся в сильной зависимости от величины приложенного внешнего электрического поля. Наблюдаемые изменения приписываются квантово-размерному эффекту Штарка для дырочных состояний вертикально сопряженных квантовых точек. Кроме того, обнаружена зависимость величины энергии термической активации носителей изВСКТ от условий изохронного отжига как при включенном, так и выключенном напряжении смещения, а также при наличии или отсутствии оптической подсветки. Эти изменения, как и в случае одиночных квантовых точек, являются отличительной чертой бистабильного электростатического диполя, образованного носителями, локализованными в квантовой точке и ионизованными точечными дефектами решетки. Встроенное электрическое поле этого диполя уменьшает барьер носителейВСКТ. Исследуемые структуры с вертикально сопряженными квантовыми точками выращивались методом молекулярно-пучковой эпитаксии за счет эффектов самоорганизации.

Электролюминесцентным методом проведено исследование спектрального состава излучения лазерной гетероструктуры на основе вертикально-связанных квантовых точекInGaAs. Исследования проводились в широком диапазоне температур (77-300 K) и при различных плотностях тока накачки. Обнаружено, что во всем диапазоне температур лазерная генерация происходит через основное состояние квантовых точек. Предложено объяснение температурной независимости максимума излучения, соответствующего второму возбужденному состоянию в квантовых точках.

Рассматриваются конструктивно-технологические проблемы при создании структур полупроводниковых вертикально излучающих лазеров снепроводящими распределенными брэгговскими отражателями, полученныx методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Вертикально излучающие лазеры сактивной областью сформированы на основе квантовых ям InGaAs, с нижним полупроводниковым и верхним оксидированным брэгговскими отражателями при диаметре оксидированной апертуры 7--12 мкм. Приборы демонстрируют лазерную генерацию внепрерывном режиме при комнатной температуре спороговыми токами 0.5--1.5 мА, дифференциальной эффективностью до 0.5 мВт/мА и максимальной выходной мощностью до 3 мВт.

Методами поляризованной горячей фотолюминесценции исследованы оcобенности баллистического транспорта горячих фотовозбужденных электронов из сверхрешетки в уширенную квантовую яму. Установлено, что подавляющая часть фотовозбужденных электронов успевает термализоваться до захвата в уширенную квантовую яму. Однако малая часть фотовозбужденных электронов достигает уширенной квантовой ямы баллистически, сохраняя анизотропию распределения по импульсам или спиновую ориентацию, возникшую в результате поглощения линейно или циркулярно поляризованного света в сверхрешетке.

Сообщается о новом процессе получения структур с вертикальными стенками в толстом слое макропористого кремния на подложке. Проблема фотолитографии решается путем создания рисунка с обратной стороны пластины. Врезультате кремниевая подложка сама служит маской, через которую удаляются определенные участки пористого слоя. Изготовлены узкие и высокие полоски макропористого кремния, ориентированные вдоль рядов макропор. Полученные структуры двумерного фотонного кристалла использовались для введения света в направлении, перпендикулярном оси каналов, и регистрации ИК спектров отражения.

Проведен подробный анализ оптических характеристик лазера с двойным вертикальным резонатором, использующим решеточную нелинейность структуры GaAs/AlGaAs для генерации излучения в средней части инфракрасного диапазона. Определены условия, позволяющие в непрерывном режиме реализовать мощность излучения~0.1 мВт на длине волны13 мкм при плотности тока накачки5 кА/см2.

Проанализирована возможность создания лазера с вертикальным резонатором, в котором для генерации излучения дальнего инфракрасного диапазона используется трехволновое смешение на решеточной нелинейности системы GaAs / AlGaAs. Показано, что применение двойного брэгговского резонатора с параметрами, удовлетворяющими настройке как на частоты высокочастотных колебаний--- источников нелинейной поляризации,--- так и на разностную частоту позволяет увеличить интенсивность излучения в дальнем инфракрасном диапазоне. Плотность мощности оптического излучения с длиной волны 49.5 мкм составляет приблизительно 5·10-4 мкВт / мкм2 при плотности тока накачки 5 кА / см2. Для токовой накачки предложено использовать внутрирезонаторные контакты, расположенные вблизи узла волны на разностной частоте, что позволяет свести к минимуму поглощение излучения свободными носителями заряда.