Семинар по физике конденсированного состояния вещества

Московский Государственный Университет
Физический факультет

12 ноября 2014г.

 

Сергей Викторович Иванов

(Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург)

 

«Оптоэлектроника на основе широкозонных полупроводниковых гетероструктур А3N и А2В6»

 

Аннотация

Среди бинарных полупроводников А3В5 за последние 20 лет наиболее активно и плодотворно развивались технологии, физика и приборные применения гетероструктур А3-нитридов (AlGaIn)N. Это привело 7 октября 2014 года к решению Королевской Шведской академией наук о присуждении Нобелевской премии по физике в области полупроводниковой технологии Isamu Akasaki, Hiroshi Amano и Shuji Nakamura "за изобретение эффективных синих светоизлучающих диодов, позволившее создать яркие энергосберегающие источники белого света" [1].

Это первая премия за полупроводниковую технологию спустя 14 лет после Нобелевской премии Ж.И. Алферова за открытие полупроводниковых гетероструктур в целом. Несмотря на существенный прогресс нитридной оптоэлектроники, в настоящее время коммерчески освоено лишь ~25% от всего спектрального диапазона, потенциально перекрываемого этими соединениями (λ=210-1800нм).

Поэтому актуальной задачей является разработка технологий и создание гетероструктурных излучателей и фотоприемников, работающих в среднем и глубоком УФ диапазоне (λ<350 нм) на базе соединений AlGaN, а также продвижение в зелено-желтую область видимого спектра (λ>530 нм) с помощью гетероструктур InGaN с высоким содержанием In.

 

В лекции будут представлены основные результаты исследований и разработок ФТИ им. А.Ф. Иоффе в области квантоворазмерных гетероструктур AlGaN, выращиваемых методом плазменно-активированной молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ), для источников спонтанного и лазерного излучения в УФ диапазоне длин волн 250-320 нм и солнечно-слепых фотоприемников [2,3].

 

Будут рассмотрены методы снижения концентрации прорастающих дислокаций при росте на решеточно-рассогласованных подложках, способы достижения p-типа проводимости в слоях AlGaN с высоким содержанием Al и преимущества формирования квантовых ям методом суб-монослойной дискретной эпитаксии. Речь пойдет также об исследованиях эффектов локализации носителей заряда, встроенных электрических полей в квантоворазмерных активных областях [4] и проблеме перенормировки валентной зоны при содержании Al более 25% [5]. Сопоставление с мировым уровнем подтверждает перспективность предложенных решений для оптоэлектронных устройств и открывает широкие возможности для развития нитридной нанофотоники.

 

Лазерные гетероструктуры на основе широкозонных полупроводников А2В6, обладающие ультранизкой пороговой плотностью мощности (менее 1 кВт/см2 при 300К), составляют достойную конкуренцию А3N структурам в зеленом (λ=520-550 нм) диапазоне. Более того, они позволяют существенно легче продвинуться в желтую часть видимого спектра [6].

 

Оригинальный дизайн таких структур, разрабатываемый в ФТИ в течение более 15 лет, базируется на активной области, содержащей плоскости квантовых точек CdSe/ZnSe, помещенные в волновод с плавным изменением показателя преломления на основе переменно-напряженных сверхрешеток Zn(Mg)SSe/ZnSe. В лекции будут представлены приоритетные результаты по разработке МПЭ технологии таких гетероструктур, приведшие к созданию в ФТИ первых в мире зеленых лазерных диодов с квантовыми точками CdSe/ZnSe [7], а также оригинальная концепция зелено-желтого инжекционного лазерного конвертера на основе гетероструктуры А2В6, накачиваемой излучением синего лазерного диода InGaN (416-440 нм), которую мы развиваем совместно с Институтом физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси [8]. В настоящее время такой лазерный микрочип-конвертер уже продемонстрировал максимальную выходную мощность 160 мВт (λ=535 нм) при пороговой мощности импульса накачки 0.3 Вт. Будут обсуждаться пути оптимизации параметров диодных конвертеров для зелено-желтого спектрального диапазона.

 

[1] Nobel Prize in Physics 2014 for “Efficient blue light-emitting diodes leading to bright and energy-saving white light sources”, http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/

[2] S.V. Ivanov et al., Semicond. Sci. Technol. 29, 084008 (2014), invited paper in a special issue on UV LED eds. J.Han, H. Amano, L. Schowalter.

[3] V.N. Jmerik et al., Phys. Status Solidi A 210, 439 (2013), feature paper.

[4] A.A. Toropov et al., J. Appl. Phys. 114 , 124306 (2013).

[5] Е.В. Луценко и др., ФТТ 55, 2059 (2013).

[6] S.V. Ivanov, S.V. Sorokin, I.V.Sedova, Molecular beam epitaxy of wide-gap II–VI laser heterostructures. Chapter In: Henini M, editor. “Molecular Beam Epitaxy: From research to mass production”. Elsevier Inc., 2013. p. 611–630.

[7] S.V. Ivanov et al., Appl. Phys. Lett. 74, 498 (1999).

[8] S.V. Sorokin et al., Electron. Lett. 48, 118 (2012).

 

Извините, страница в разработке. YouTube видео скоро будет доступно

Скачать .webm

Скачать mp4