Библиотека по физике Библиотека по физике
Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте


18.05.2011

Сконструирован полупроводниковый лазер с рекордно низким порогом генерации

Инженеры из Стэнфордского университета и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли сконструировали полупроводниковый лазер на квантовых точках с рекордно низким порогом генерации.

Основой устройства служит выращенная по методу молекулярно-лучевой эпитаксии пластина из арсенида галлия, толщина которой составляет 220 нм. В ходе изготовления в её объёме были созданы три слоя квантовых точек (фрагментов полупроводника, ограниченных по всем трём пространственным измерениям) из арсенида индия. Затем пластину превратили в фотонный кристалл — структуру с периодически изменяющимся показателем преломления. Чередование показателей задавалось самым простым способом: в заготовке проделали круглые отверстия, расположенные в виде упорядоченного массива. «Эти отверстия играют роль зеркал, отражающих фотоны обратно к центральной области пластины», — поясняет участница исследования Елена Вучкович (Jelena Vuckovic).

Такой тип конструкции специалистам уже известен. Его достоинствами называют чрезвычайно низкий порог генерации, измеряемый в нановаттах, способность работать в непрерывном режиме при комнатной температуре и простота объединения с волноводами на оптоэлектронных интегральных схемах. К сожалению, всё это относится к лазерам с непрактичной оптической накачкой; реализовать эффективную электрическую накачку в описанной схеме очень трудно.

Сверху расположена схема нового лазера, а снизу — микрофотография готового устройства. Область собственной электропроводности в центре пластины сужается, чтобы направить ток в активную область лазера
Сверху расположена схема нового лазера, а снизу — микрофотография готового устройства. Область собственной электропроводности в центре пластины сужается, чтобы направить ток в активную область лазера

Пытаясь решить проблему электрической накачки, авторы попробовали направить ток к активной области лазера с помощью p-i-n-перехода, контакта областей дырочной (p) и электронной (n) проводимости и собственного (нелегированного, i) полупроводника. Для этого в участки пластины, расположенные симметрично относительно центра, методом ионной имплантации ввели ионы бериллия и кремния, создав области р- и n-типа. Центральную часть пластины оставили нетронутой.

В экспериментах учёные наблюдали лазерное излучение при температуре ниже 150 К. Порог генерации находился на уровне 181 нА при 50 К и 287 нА при 150 К. По утверждению авторов, такие показатели можно считать рекордными для полупроводниковых лазеров с электрической накачкой. Если учесть, что приложенное напряжение составляло 1,15 В (50 К) и 1,03 В (150 К), можно рассчитать мощность, потребляемую на пороге генерации; она окажется равной 208 и 296 нВт.

Основным недостатком нового лазера станет его низкая рабочая температура. Г-жа Вучкович, впрочем, надеется, что оптимизация процесса изготовления позволит приблизить эту температуру к комнатной.

Зависимость зарегистрированной с помощью спектрометра выходной мощности лазера от тока накачки. Полная мощность лазерного излучения, по оценке авторов, должна примерно на три порядка превосходить указанные значения
Зависимость зарегистрированной с помощью спектрометра выходной мощности лазера от тока накачки. Полная мощность лазерного излучения, по оценке авторов, должна примерно на три порядка превосходить указанные значения

Зависимость ширины линии излучения лазера от тока накачки и спектр при токе в 1 мкА
Зависимость ширины линии излучения лазера от тока накачки и спектр при токе в 1 мкА


Источники:

  1. КОМПЬЮЛЕНТА




Пользовательского поиска




Пять неожиданных и грандиозных открытий физики

Мария Склодовская-Кюри - единственная в истории женщина, получившая две Нобелевские премии

Нобелевская премия по физике — 2017 - за решающий вклад в создание детектора LIGO и регистрацию гравитационных волн

Виталий Гинзбург, лауреат Нобелевской премии по физике 2003 г.

Физики превратили непроводящий полимер в полупроводник силой звука

Десять невозможных вещей, ставших возможными благодаря современной физике

Физики нашли возможную брешь в Стандартной модели

Ученые объяснили звуки метеоров

Теория эмерджентности: что такое реальность?

Ученые математически доказали недостижимость абсолютного нуля температуры

Четыре крупнейших ошибки в научной жизни Эйнштейна






© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://physiclib.ru/ 'PhysicLib.ru: Библиотека по физике'

Рейтинг@Mail.ru