Публикации

За время выполнения проекта появились были опубликованы следующие статьи.

1. «Effect of non-uniform carrier injectionon two-state lasing in quantum dotmicrodisks with split electrical contact» от коллектива авторов Караборчева А. et al. в журнале Journal of Physics D: Applied Physics.

Статья описывает новый подход к управлению пороговыми характеристиками лазеров со сложно модифицированным электрическим контактом и с активной областью на основе InGaAs квантовых точек, которые имеют двухуровневую генерацию.

Путем изменения площади электрического контакта на верхней поверхности лазера можно значительно понизить пороговые токи, необходимые для запуска генерации, особенно при генерации на возбужденных уровнях. Этот эффект основан на неравномерном распределении носителей через разные области контакта, что ведет к образованию зон повышенных потерь и влиянию на пороговые значения токов генерации лазеров. Точный контроль режима двухуровневой генерации в микродисковых лазерах, может уменьшить энергозатраты на переключение между состояниями. Эта технология может быть полезна для создания более сложных оптических систем передачи данных.

DOI: 10.1088/1361-6463/ad3bc5

2. «Role of arsenic vapor pressure in transformation of InAs quantum dots during overgrowth by a GaAs capping layer» от коллектива авторов Балакирева С. et al. в журнале "Journal of Luminescence".

Результатом коллективных исследований двух лабораторий стала публикация в Journal of Luminescence, опубликованная в 2024 году. В статье изучается влияние условий эпитаксиального роста на изменения в размере и форме квантовых точек (КТ) InAs. Исследование показало, что выбор оптимального давления мышьяка при выращивании InAs/GaAs квантовых точек (КТ) оказывает существенное влияние на форму и размер точек. Варьирование условий эпитаксиального роста позволяет контролировать длину волны их излучения, интенсивность и форму спектра фотолюминесценции. Оптимизация этих условий является ключом к созданию квантовых точек с нужными характеристиками для использования в высококачественных оптических устройствах​. При достаточно высоком давлении мышьяка слой GaAs формируется за счет осажденных видов, оказывающих слабое влияние на исходные квантовые точки.

DOI: 10.1016/j.jlumin.2024.120621

3. «Influence of the Arsenic Pressure during Rapid Overgrowth of InAs/GaAs Quantum Dots on Their Photoluminescence Properties» от коллектива Балакирева С. et al. в журнале "Crystals" 2023.

В работе показано, что при низком давлении мышьяка дефицит мышьяка приводит к интенсивному перемешиванию, вызванному как усиленным обменом атомами Ga/In, так и потреблением атомов мышьяка, принадлежащих квантовым точкам, для формирования укупорочного слоя GaAs. В результате «переращивания» квантовые точки делятся на семейства с большим (при высоком давлении) и малым (при низком давлении) средним размером, дающие длинноволновый (1,23 мкм) и коротковолновый (1,09 мкм) пики фотолюминесценции соответственно. Таким образом, в данном исследовании доказано значительное влияние давления мышьяка при выращивании на характеристики квантовых точек InAs.

DOI: 10.3390/cryst13091358

4. «Photoluminescence Properties of InAs Quantum Dots Overgrown by a Low-Temperature GaAs Layer under Different Arsenic Pressures» от коллектива Балакирева С. et al. в журнале «Electronics», 2022 год.

В работе показано, что интегральная интенсивность фотолюминесценции при 300 K оказалась ниже для квантовых точек, выращенных при более высоком давлении мышьяка. Однако разница в интенсивности фотолюминесценции для выростов при высоком и низком давлении не столь существенна при температуре 77 К. Это указывает на то, что избыток мышьяка включается в слой «прикрышки» при высоком давлении мышьяка и создает многочисленные центры нерадиационной рекомбинации, снижающие интенсивность фотолюминесценции.

DOI: 10.3390/electronics11234062

5. Статья «Влияние давления мышьяка при заращивании квантовых точек InAs тонким низкотемпературным слоем GaAs на их оптические свойства» под авторством Балакирева С. et al. в журнале «Физика и техника полупроводников».

Представлены результаты экспериментальных исследований заращивания квантовых точек InAs низкотемпературным слоем GaAs при различных давлениях паров мышьяка. Обнаружено, что трехкратное уменьшение давления мышьяка при фиксированной скорости осаждения покровного слоя приводит к смене формы спектра фотолюминесценции квантовых точек с одним максимумом на уровне 1.19 эВ на форму спектра с двумя низкоэнергетическими вкладами на уровнях 1.08 и 1.15 эВ. На основе анализа мощностных зависимостей спектров фотолюминесценции установлено, что низкоэнергетические вклады фотолюминесценции квантовых точек, зарощенных при низком давлении мышьяка, соответствуют излучению основных состояний двух групп квантовых точек с различным средним размером, сформированных в процессе массопереноса в системе "квантовая точка-смачивающий слой-матрица".

DOI: 10.21883/FTP.2023.04.55898.13k

6. Статья «Ultra-short stripe microlasers fabricated with a focused ion beam etching technique» под авторством Махова И. et al. в журнале "Optics Letters".

В работе продемонстрирован новый метод получения сверхкоротких полосковых лазеров, имеющих длину всего в 50 мкм. В качестве активной области созданных микролазеров использовались квантовые точки InGaAs высокой плотности, а зеркала резонатора Фабри-Перо были сформированы при помощи травления фокусированным ионным пучком. Было показано, что исследованные лазеры демонстрируют сходные характеристики с лазерами, изготовленными методом скалывания граней. Это подтверждает, что подобная обработка граней не оказывает значительного влияния на их коэффициент отражения и уровень безызлучательной рекомбинации. Изготовленные лазеры функционируют при импульсной накачке при повышенных температурах вплоть до 105 °C. 
 
В настоящий момент продемонстрированные нами лазеры обладают рекордно низкой длиной среди всех полосковых лазеров, функционирующих без использования дополнительных высокоотражающих покрытий. Подобные лазеры могут быть использованы для интеграции с другими планарными оптоэлектронными компонентами, поскольку их изготовление не требует колки пластины, они обладают ярко выраженной направленностью излучения, а их размер может быть достаточно мал.

7. Статья "New way to nanopattern GaAs surface for subcritical formation of InAs quantum dots" под авторством Солодовника М. и др. в журнале "Applied Surface Science".

В данной работе описывается новый и относительно простой метод получения структурированных эпитаксиальных подложек , которые могли бы использоваться для получения низкоплотных квантовых точек. Сегодня такие квантовые точки низкой (менее 1 на квадратный микрометр) плотности являются основой для создания источников одиночных и запутанных фотонов – ключевых элементов систем квантовых коммуникаций и оптических квантовых вычислений.

Коллеги из ЮФУ обратили внимание, что на этапе предростовой подготовки поверхности подложки, а именно деоксидирования поверхности, происходит образование ограненных ямок, первыми проанализировали физику этого процесса и показали, что этим процессом можно управлять. Изменяя температуру подложки и давление паров мышьяка, а также толщину оксидной пленки, можно регулировать размер и форму создаваемых углублений, а также шероховатость поверхности.