Лазерная генерация в микродисках с активной областью на основе решеточно-согласованных InP/AlInAs наноструктур

Abstract

Исследованы излучающие свойства ненапряженных квантово-размерных наноструктур InP/AlInAs и лазер-ная генерация этих наноструктур в микродисковых резонаторах, сформированных мокрым травлением. Для исходных структур было обнаружено, что их излучение обусловлено квантово-размерными InP-островками с диаметром 50−300 nm. Для микродисков мы наблюдали моды шепчущей галереи при температурах ниже 160 K. Эксперименты по измерению зависимости интенсивности фотолюминесценции мод микрорезонатора от мощности накачки, проведенные при температуре жидкого гелия, позволили установить величину порога лазерной генерации, который составил 50 W/cm 2 . Полуширина лазерной линии при мощностях, превышающих пороговые, составляла 0.06 nm, что соответствует добротности 15000. DOI: 10.21883/JTF.2017.07.44680.1881 Введение В работе [1] было обнаружено, что при определен-ных условиях роста осаждение 1−8 nm InP на слой AlInAs толщиной ∼ 100 nm, выращенный на (100) грани ориентированной InP-подложки, при помощи металло-органической эпитаксии из газовой фазы не приводит к послойному росту InP, а приводит к собиранию осажденного материала в островки и нити. Отработка воспроизводимости режимов роста позволила получать новый тип низкоразмерных наноструктур с низкой плот-ностью ∼ 10 8 cm −2 , называемый также агрегационными квантовыми точками, несмотря на их широкое распре-деление по латеральному размеру ∼ 20−250 nm. Обра-зование таких наноструктур предположительно обуслов-лено локальными напряжениями, возникающими вслед-ствие неравномерного распределения атомов твердого раствора AlInAs. При этом было установлено, что кри-тическое влияние на морфологию поверхности и вид наноструктур оказывает грань роста и разориентация подложки [1,2]. Также следует особо отметить, что обра-зование именно островков происходит в диапазоне тем-ператур 565−630• C, причем было обнаружено влияние температуры роста на плотность и высоту получаемых наноструктур. Особенностью полученной нанострукту-ры является согласованность параметров кристалличе-ской решетки материала точки и подложки. При этом, несмотря на то что образование каждой отдельной точ-ки обусловлено локальными напряжениями, в среднем сама наноструктура является ненапряженной. Поскольку гетеропереход InP/AlInAs относится ко второму типу [3], то использование таких наноструктур позволяет со-здавать ограничивающий потенциал для электронов в области точки, при этом рекомбинация сопровождается излучением в области ближнего ИК диапазона.В силу большого латерального размера такие кванто-вые островки представляют определенный интерес при использовании их в качестве активной области лазеров на основе микродисковых резонаторов. Преимущества использования таких резонаторов в лазерах обуслов-лены их малым размером, высокой добротностью, а также возможностью достижения низкопороговой гене-рации [4,5], что является следствием существования в них собственных мод шепчущей галереи (МШГ).Известно, что порог лазерной генерации для мик-рорезонаторов [6] определяется такими факторами, как добротность и вклад спонтанного излучения...