Полупроводниковые гетероструктуры A3B5, полученные методами молекулярно-пучковой эпитаксии и спекания, и лазеры спектрального диапазона 1300 – 1550 нм на их основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.03, доктор наук Карачинский Леонид Яковлевич

• Карачинский Леонид Яковлевич
• доктор наук
• 2021

Оглавление диссертации доктор наук Карачинский Леонид Яковлевич

Реферат

Synopsis

Введение

1 Глава 1. Обзор литературы

1.1 Типы полупроводниковых лазеров

1.2 Лазерные диоды полосковой конструкции спектрального диапазона 1300 -1550 нм, изготовленные на подложках InP

1.3 Базовые варианты конструкций вертикально-излучающего лазера

1.3.1 Распределенные брэгговские отражатели для спектрального диапазона 1300 - 1550 нм

1.3.2 Токовое ограничение и туннельный переход

1.4 Монолитные вертикально-излучающие лазеры спектрального диапазона 1300 - 1550 нм, изготовленные на подложках InP

1.5 Альтернативные подходы к созданию полупроводниковых лазеров спектрального диапазона 1300 - 1550 нм

1.5.1 Полупроводниковые лазерные диоды на основе квантовых точек InAsInGaAs и метаморфных гетероструктур с квантовыми ямами InGaAs, изготовленные на подложках GaAs

1.5.2 Лазерные диоды на основе GaInAsN

1.5.3 Лазерные диоды на основе GaInAsNSb

1.6 Вертикально-излучающие лазеры, полученные методом спекания

1.6.1 Технологии изготовления вертикально-излучающих лазеров методом спекания

1.6.2 Вертикально-излучающие лазеры спектрального диапазона 1550 нм, изготовленные по технологии спекания

1.7 Вертикально-излучающие лазеры с гибридным распределенным брэгговским

отражателем

Выводы к главе

2 Глава 2. Экспериментальные методы исследования

2.1 Метод молекулярно-пучковой эпитаксии

2.2 Метод спекания эпитаксиальных пластин

2.3 Планарная технология изготовления кристаллов полупроводниковых лазерных диодов

2.3.1 Изготовление кристалла лазерного диода полосковой конструкции

2.3.2 Изготовление кристалла вертикально-излучающего лазера

2.4 Методы исследования характеристик гетероструктур и кристаллов лазерных диодов

2.5 Выводы к главе

3 Глава 3. Лазеры полосковой конструкции спектрального диапазона 1550 нм на базе гетероструктур с квантовыми точками InAs/InGaAs

3.1 Метаморфный синтез гетероструктур с квантовыми точками InAs/InGaAs на подложках GaAs

3.2 Исследование оптико-электронных характеристик лазерных диодов полосковой конструкции спектрального диапазона 1550 нм на основе гетероструктур с квантовыми точками InAs/InGaAs

3.3 Выводы к главе

4 Глава 4. Вертикально-излучающие лазеры спектрального диапазона 1300 -1550 нм на подложках GaAs

4.1 Метаморфный распределенный брэгговский отражатель и микрорезонатор на его основе

4.2 Тонкий метаморфный буферный слой

4.3 Гибридные метаморфные гетероструктуры вертикально-излучающих лазеров с диэлектрическим распределенным брэгговским отражателем

4.4 Выводы к главе

5 Глава 5. Вертикально-излучающие лазеры спектрального диапазона 1550 нм,

изготовленные с использованием метода спекания гетероструктур

5.1 Активная область вертикально-излучающего лазера на основе InGaAs/InP

5.2 Оптико-электронные характеристики лазерных диодов полосковой конструкции спектрального диапазона 1550 нм на основе активных областей с квантовыми ямами InGaAs и со сверхрешеткой InGaAs/InGaAlAs

5.2.1 Лазерные диоды полосковой конструкции спектрального диапазона 1550 нм на основе активных областей с квантовыми ямами InGaAs

5.2.2 Лазерные диоды полосковой конструкции спектрального диапазона 1550 нм на основе активных областей со сверхрешеткой InGaAs/InGaAlAs

5.3 Вертикально-излучающие лазеры спектрального диапазона 1550 нм, изготовленные комбинированным методом молекулярно-пучковой эпитаксии и спекания гетероструктур: конструкция и характеристики

5.3.1 Гетероструктура вертикально-излучающего лазера спектрального диапазона 1550 нм

5.3.2 Конструкция кристалла вертикально-излучающего лазера спектрального диапазона 1550 нм

5.3.3 Статические характеристики вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 1550 нм

5.3.4 Динамические характеристики вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 1550 нм

5.4 Выводы к главе

Заключение

Благодарности

Список сокращений и условных обозначений

Список использованной литературы

Приложение 1. Акты внедрения

Приложение 2. Тексты публикаций

Реферат

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования

Рост объема передаваемой цифровой информации и соответствующее увеличение количества оптических каналов связи и обработки информации привели к значительному росту энергопотребления. Мировое потребление электроэнергии в центрах обработки данных превысило 200 ТВт-ч в год и в общей сложности составляет около 1 % мирового потребления электроэнергии [1]. Уменьшение энергопотребления оптических каналов связи обеспечивается применением новых лазерных источников света, которые обладают лучшей энергоэффективностью по сравнению с используемыми в передатчиках TOSA1 полупроводниковыми лазерами с торцевым выводом оптического излучения, в том числе с распределенной обратной связью (РОС-лазеры). Одним из наиболее перспективных решений является поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором («вертикально-излучающий лазер», VCSEL2, ВИЛ). По сравнению с РОС-лазерами энергопотребление ВИЛ на порядок меньше, поэтому использование ВИЛ в передатчиках TOSA приводит к значительному сокращению потребляемой мощности оптических систем связи [2]. К числу основных преимуществ ВИЛ относятся малые геометрические размеры кристалла, малая угловая расходимость и симметричная диаграмма направленности выходного оптического излучения, возможность обеспечения низких пороговых токов на уровне единиц миллиампер, и, как следствие, сверхнизкое энергопотребление, повышенная температурная стабильность, большая плотность кристаллов на 1 квадратный дюйм подложки при использовании групповой технологии изготовления (меньшая себестоимость), возможность тестирования приборов непосредственно на пластине и возможность формирования матричных лазерных излучателей с индивидуальной

1 Transmitter optical sub-assemblies

2 Vertical cavity surface-emitting laser

адресацией [3]. ВИЛ спектрального диапазона 850 нм уже широко используются для передачи данных по многомодовому оптическому волокну на расстояния в несколько сотен метров и обеспечивают при этом скорости передачи данных более 70 Гбит/с [4]. Длинноволновые ВИЛ (ДВИЛ), работающие в телекоммуникационном спектральном диапазоне 1300 - 1550 нм, представляют интерес для реализации оптической передачи данных не только на дальние дистанции (более 1 км), но и на сверхкороткие расстояния (в пределе для гибридной интеграции с кремниевыми оптическими и электронными схемами) [5]. Также такие лазеры могут быть использованы в датчиках различных газов [6] и лидарных системах [7]. Поэтому актуальными являются задачи улучшения приборных характеристик ДВИЛ и совершенствование технологии их изготовления с целью их повсеместного внедрения в различные системы.

Создание эффективного ВИЛ спектрального диапазона 1300 - 1550 нм требует объединения в одном кристалле активной области с высоким коэффициентом оптического усиления и резонатора на основе распределенных брэгговских отражателей (РБО) с коэффициентом отражения, близким к 100 %. Для изготовления лазеров с торцевым выводом излучения в этом спектральном диапазоне традиционно используется система материалов InP/InGaAsP. Однако создание монолитных ВИЛ (то есть, выращенных в едином эпитаксиальном процессе) на основе 1пР для систем связи затруднено, в связи с чем такие лазеры демонстрируют скорости передачи данных не более 10 Гбит/с [8, 9], что сопряжено с малым контрастом показателей преломления слоев InGaAsP и InGaAlAs и недостаточной энергией локализации электронов в квантовой яме (КЯ) активной области [10], что вместе с большой толщиной и низкой теплопроводностью слоев РБО ведет к слабой температурной стабильности выходных оптических характеристик лазера.

В качестве альтернативного подхода к созданию полупроводниковых лазеров спектрального диапазона 1300 - 1550 нм может быть рассмотрен вариант монолитного изготовления лазеров на подложках GaAs с использованием в качестве активной области КЯ GaInAsN/GaAsN [11], КЯ GaInNAsSb/GaNAsSb

[12], а также квантовых точек (КТ) InAs [13]. В последнем случае при создании лазеров спектрального диапазона 1550 нм необходимо использовать метаморфную эпитаксию, которая предполагает значительное рассогласование постоянных кристаллической решетки подложки и эпитаксиальных тонких слоев, что сопровождается образованием дислокаций несоответствия (ДН) на гетерогранице и образованием проникающих дислокаций (ПД) в тонкой пленке. ПД могут проникать в слои, составляющие активную область лазера, что, в свою очередь, приводит к ухудшению выходных оптических характеристик. Таким образом, актуальной является задача по разработке новых методов эпитаксии метаморфных буферных слоев на подложках GaAs, которые должны обеспечивать изготовление слоев активных областей различных полупроводниковых лазеров с низкой плотностью дефектов кристаллической структуры.

Кроме монолитной технологии выращивания эффективные ДВИЛ могут быть получены за счет создания гибридной структуры, образованной методом спекания из гетероструктуры активной области на подложке 1пР и РБО на подложках GaAs [14], или за счет использования конструкции, в которой для оптического и токового ограничения применяется туннельный переход (ТП), резонатор образован с помощью диэлектрического зеркала, и вывод излучения осуществляется через подложку [15]. При развитии данных подходов крайне актуальной является задача создания высокоэффективных активных областей на основе 1пР, обеспечивающих скорости передачи данных ВИЛ в десятки Гбит/с.

Таким образом, создание компактных энергоэффективных высокоскоростных источников лазерного излучения телекоммуникационного диапазона длин волн 1300 - 1550 нм является чрезвычайно востребованным и быстро развивающимся научным направлением, что обуславливает актуальность настоящей диссертационной работы.

Области исследований

Создание и исследование активных сред на основе полупроводниковых соединений А3В5, используемых для усиления и генерации оптического излучения спектрального диапазона 1300 - 1550 нм, разработка технологии производства таких материалов.

Разработка и исследование характеристик полупроводниковых лазеров, позволяющих генерировать излучение ближнего инфракрасного диапазона 1300 -1550 нм, управлять его характеристиками.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Полупроводниковые гетероструктуры A3B5, полученные методами молекулярно-пучковой эпитаксии и спекания, и лазеры спектрального диапазона 1300 – 1550 нм на их основе»

Цель работы

Разработка новых технологических методов получения гибридных полупроводниковых квантово-размерных гетероструктур, обеспечивающих создание эффективных лазеров полосковой конструкции и вертикально-излучающих лазеров для систем волоконно-оптической связи.

Задачи работы

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

— разработка технологических методов получения полупроводниковых гетероструктур с КТ на основе молекулярно-пучковой эпитаксии гетероструктур твердых растворов А3В5 на подложках GaAs с метаморфным буферным слоем;

— исследование спектральных, вольт- и ватт-амперных, пространственных, и амплитудно-частотных характеристик выходного излучения полупроводниковых лазеров полосковой конструкции спектрального диапазона 1550 нм, созданных на базе гетероструктур твердых растворов А3В5 с КТ на подложках GaAs с метаморфным буферным слоем, изготовленных методом молекулярно-пучковой эпитаксии, и пропускной способности волоконно-оптического канала связи, построенного на базе такого лазера;

— изготовление ВИЛ спектрального диапазона 1300 нм на базе гетероструктур твердых растворов А3В5 на подложках GaAs с метаморфным буферным слоем, полученных методом молекулярно-пучковой эпитаксии;

— разработка технологических методов получения гибридных полупроводниковых квантово-размерных гетероструктур на основе метода спекания гетероструктур твердых растворов А3В5, изготовленных на подложках GaAs и 1пР;

— получение быстродействующих ВИЛ спектрального диапазона 1550 нм, изготовленных на основе гибридных гетероструктур, созданных с использованием метода спекания гетероструктур твердых растворов А3В5;

— исследование спектральных, вольт- и ватт-амперных, и амплитудно-частотных характеристик выходного излучения ВИЛ спектрального диапазона 1550 нм, созданных на базе гибридных гетероструктур твердых растворов А3В5, полученных методом спекания, и пропускной способности волоконно-оптического канала связи, построенного на базе такого лазера.

Научная новизна

1. Продемонстрирована надежная работа при непрерывном режиме токовой накачки полупроводниковых лазеров, созданных из гетероструктур, изготовленных по технологии молекулярно-пучковой эпитаксии с использованием метаморфных буферных слоев на подложках GaAs.

2. Разработан способ получения методом молекулярно-пучковой эпитаксии метаморфной гетероструктуры GaAs-InGaAs на подложке GaAs с тонким буферным слоем толщиной не более 0,5 мкм на основе материалов InGaAlAs/InGaAs, обеспечивающий быстрый переход от постоянной решетки подложки из GaAs к постоянной решетки эпитаксиального метаморфного слоя М^аьхАэ с долей индия до х = 0,32 с одновременным эффективным подавлением проникающих дислокаций, а также изучены особенности формирования КЯ InGaAs на таких слоях и их оптические свойства.

3. Предложены и реализованы гибридные гетероструктуры ВИЛ спектрального диапазона 1300 нм, состоящие из метаморфной полупроводниковой части, изготовленной на подложке GaAs с использованием

метаморфного буферного слоя, и диэлектрического выходного зеркала, и изучены их оптические свойства.

4. Предложена конструкция активной области на основе короткопериодной сверхрешетки на подложке 1пР для полупроводниковых лазеров спектрального диапазона 1550 нм, созданы лазеры на ее основе.

5. Применена комбинация методов молекулярно-пучковой эпитаксии и спекания для изготовления гетероструктур ВИЛ спектрального диапазона 1550 нм с заращенным ТП.

6. Предложены гибридные гетероструктуры ВИЛ спектрального диапазона 1550 нм, изготовленные методом спекания гетероструктур РБО AlGaAs/GaAs на подложке GaAs и активной области на основе тонких КЯ InGaAs на подложке 1пР с заращенным ТП, и созданы спектрально-одномодовые лазеры на их основе, обеспечивающие высокую выходную оптическую мощность излучения и высокую скорость передачи данных.

Практическая значимость работы

1. Разработанные технологические методы получения полупроводниковых гетероструктур с КТ на основе молекулярно-пучковой эпитаксии гетероструктур твердых растворов А3В5 на подложках GaAs с метаморфным буферным слоем позволили изготовить гетероструктуры с высоким структурным качеством и создать высокоэффективные лазеры спектрального диапазона 1550 нм.

2. Разработанные конструкции и технологии создания тонких метаморфных буферных слоев толщиной не более 0,5 мкм на основе материалов InGaAlAs/InGaAs позволили изготовить гетероструктуры ВИЛ спектрального диапазона 1300 нм на подложках GaAs.

3. На основе гибридных гетероструктур, полученных с использованием метода спекания гетероструктур твердых растворов А3В5, выращенных на подложках GaAs и 1пР, созданы ВИЛ спектрального диапазона 1550 нм, обеспечивающие скорость передачи данных до 30 Гбит/с и работу в одномодовом

режиме генерации с выходной оптической мощностью до 6 мВт при температуре 20 °С, что соответствует лучшему мировому уровню.

4. Предложенный метод конструирования и создания полупроводниковых лазеров с активной областью на основе короткопериодной сверхрешетки представляет собой эффективный способ изготовления лазеров с любой заданной длиной волны во всем спектральном диапазоне 1300 - 1550 нм.

5. Полученные в диссертации результаты послужили научной основой 4 патентов РФ на полезную модель.

Внедрение результатов работы

Внедрение результатов работы осуществлено на опытном производстве ВИЛ в предприятиях реального сектора экономики: ООО «Коннектор Оптикс» (г. Санкт-Петербург) и АО «ОКБ-Планета» (г. Великий Новгород).

Степень достоверности

Достоверность результатов работы основана на применении современных научно-обоснованных и дополняющих друг друга методах исследования. Экспериментальные результаты диссертации получены с использованием приборов и установок, позволяющих получать воспроизводимые результаты в широком диапазоне изменяемых параметров экспериментов. Результаты расчетов параметров лазерных гетероструктур совпадают с результатами проведенных измерений.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Лазеры полосковой конструкции, созданные на базе гетероструктур с квантовыми точками InAs/InGaAs, на метаморфных слоях (In,Ga,Al)As, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaAs, при изготовлении которых используется технологический метод уменьшения плотности проникающих дислокаций, являются устойчивыми к деградации под воздействием электрического тока.

2. Использование тонкого метаморфного буферного слоя толщиной 0,5 мкм, состоящего из слоя Ino,29Gao,7lAs, выращенного методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложке GaAs и подвергнутого процедуре термоциклирования, обеспечивает эффективное снижение плотности проникающих дислокаций, что позволяет изготавливать компактные эффективно излучающие активные области на его поверхности и создавать микрорезонаторы вертикально-излучающих лазеров.

3. Метод молекулярно-пучковой эпитаксии обеспечивает формирование полупроводниковой части гибридных гетероструктур вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 1300 нм с распределенным брэгговским отражателем на основе слоев GaAs/AlGaAs и активной областью на основе квантовых ям InGaAs на подложках GaAs с метаморфным буферным слоем, и верхнего диэлектрического зеркала с распределенным брэгговским отражателем на основе пары материалов SiO2/Ta2O5.

4. Активная область на основе короткопериодной сверхрешетки InGaAs/InGaAlAs, изготовленная методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложке 1пР, обеспечивает высокое модальное оптическое усиление в полупроводниковых лазерах спектрального диапазона 1550 нм.

5. Изготовление полупроводниковых гетероструктур верхнего и нижнего распределенного брэгговского отражателя на подложках GaAs и гетероструктуры активной области на подложке 1пР с заращенным туннельным переходом методом молекулярно-пучковой эпитаксии с последующим спеканием трех гетероструктур в одну обеспечивает создание гетероструктур вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 1550 нм.

6. Вертикально-излучающие лазеры, изготовленные с использованием комбинирования методов молекулярно-пучковой эпитаксии и спекания, демонстрируют высокую оптическую мощность излучения 6 мВт в одномодовом режиме генерации в непрерывном режиме и высокую скорость передачи данных, обеспечивающую возможность их использования в оптических системах передачи информации со скоростью более 25 Гбит/с.

Личный вклад автора

Все представленные в диссертации результаты получены автором лично или при его определяющем участии. Автор принимал решающее участие в постановке и решении задач, изготовлении полупроводниковых гетероструктур A3B5 и лазеров на их основе методами молекулярно-пучковой эпитаксии и спекания, измерении характеристик лазеров, интерпретации результатов расчета и эксперимента и последующей подготовке публикаций в рецензируемых научных журналах. Он лично представлял научные результаты на всероссийских и международных конференциях.

Апробация работы

Результаты диссертации доложены на следующих конференциях: SPIE Photonics West International Symposium, Сан-Хосе, 2005, 2006, 2009, Сан-Франциско, 2017, США; 13th Int. Symp. Nanostructures: Physics and Technology, Санкт-Петербург, Россия, 2005; International Workshop on Semiconductor Quantum Dot Based Devices and Applications, Париж, Франция, 2006; DPG spring meeting of the Division Condensed Matter and EPS 21st General Conference of the Condensed Matter Division, Дрезден, Германия, 2006; International Conference on Laser Optics ICLO, Санкт-Петербург, Россия, 2006, 2018; International Conference on the Physics of semiconductors ICPS, Вена, Австрия, 2006; 17-я, 18-я, 19-я Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, Россия, 2015, 2016, 2017; V Всероссийская конференция «Электроника и микроэлектроника СВЧ», Санкт-Петербург, Россия, 2016; International Conference on Metamaterials and Nanophotonics METANANO, Анапа, Владивосток, Россия, 2016, 2017; 5-й Российский симпозиум с международным участием, Полупроводниковые лазеры: физика и технологии, Санкт-Петербург, Россия, 2016; 19th European Workshop on Molecular Beam Epitaxy, Коробицино, Санкт-Петербург, Россия, 2017; Saint-Petersburg OPEN, Санкт-Петербург, Россия, 2017, 2018, 2019, 2020; XIII Российская конференция по физике полупроводников, Екатеринбург, Россия,

2017; Всероссийская конференция по волоконной оптике ВКВО-2017, Пермь, Россия, 2017; Международная молодежная конференция ФизикА.СПб, Санкт-Петербург, Россия, 2017, 2018, 2019; Научная сессия Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН «Нанофотоника в информатике и приборостроении», Инновационный центр Сколково, Москва, 2018; XIV Российская конференция по физике полупроводников, Новосибирск, Россия, 2019; Advanced Materials Week, Санкт-Петербург, Россия, 2019.

Публикации

Основное содержание диссертации опубликовано в 41 научной работе, из них 35 публикаций в изданиях, индексируемых Web of Science или Scopus, 2 публикации в журналах из перечня ВАК, 4 охранных документа на результат интеллектуальной деятельности.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 369 страниц, включая 119 рисунков и 11 таблиц. Список литературы содержит 169 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цели и задачи диссертационной работы, дана оценка ее научной и практической значимости.

Первая глава «Обзор литературы» содержит обзор физических принципов построения и обзор технологий изготовления лазеров полосковой конструкции и ВИЛ спектрального диапазона 1300 - 1550 нм.

Во второй главе «Экспериментальные методы исследования» описаны основные экспериментальные методики, использованные в работе для синтеза полупроводниковых гетероструктур: молекулярно-пучковая эпитаксия, метод

спекания гетероструктур под действием прижимающей силы и температуры, технологии постростовой обработки гетероструктур, а также методы исследования оптических и структурных характеристик лазеров полосковой конструкции и ВИЛ.

Третья глава «Лазеры полосковой конструкции спектрального диапазона 1550 нм на базе гетероструктур с квантовыми точками InAs/InGaAs» посвящена созданию методом молекулярно-пучковой эпитаксии метаморфных гетероструктур высокого структурного качества твердых растворов А3В5 на подложках GaAs, а также изготовлению из них лазеров полосковой конструкции спектрального диапазона 1550 нм и исследованию их характеристик.

В первом разделе третьей главы описан метод синтеза гетероструктур с КТ InAs/InGaAs, на метаморфных слоях (In,Ga,Al)As, осажденных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложки GaAs с использованием метода уменьшения плотности проникающих дислокаций (МУППД).

На гетерогранице между слоем М^аь^Лз, рассогласованным по параметру кристаллической решетки с подложкой GaAs, и подложкой GaAs образуются ДН, а в слой проникают ПД. Для использования КТ, синтезированных на метаморфных буферных слоях, в качестве активной области лазера важным является предотвращение попадания ПД в вышележащие (активные) слои эпитаксиальной гетероструктуры из буферных слоев. Для этого при изготовлении метаморфного буферного слоя использовался МУППД. Данный метод основан на повторении в процессе эпитаксиального роста следующей процедуры: на поверхность 1п^а1-;<Лз осаждается тонкий слой 1п^а1->Аз с другим параметром кристаллической решетки (у > х), а области МуОаьуАэ в местах проникновения ПД пластически деформируются; затем на слой InyGal-yAs осаждается А1Аэ, решеточно-согласованный со слоем InxGal-xAs и имеющий высокую температурную стабильность; в области пластической деформации постоянная решетки материала близка к постоянной решетки объемного InyGal-yAs, тогда как в недеформированных областях вдали от ПД она стремится к постоянной решетки GaAs. Поэтому слой А1Аэ осаждается только на недеформированные участки с

наиболее близкой постоянной решетки и не осаждается на пластически деформированные области In>Gal->As. При дальнейшем высокотемпературном отжиге неприкрытые пластически деформированные области испаряются и формируют наноразмерные ямы различной площади. После процесса высокотемпературного отжига производится дальнейшее осаждение М^аьхАэ на поверхность с меньшей плотностью ПД.

Все гетероструктуры, рассмотренные в настоящем разделе, изготавливались методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaAs (100), легированных Si. Поперечное сечение гетероструктуры Ino,зGao,7As/GaAs, изготовленной при помощи МУППД, представлено на рисунке 1. Температура осаждения составляла 500 °С.

Рисунок 1 - Поперечное сечение метаморфной гетероструктуры на подложке GaAs, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Слой Ino,зGao,7As изготовлен с применением МУППД

Другой пример применения МУППД представлен на рисунке 2, на котором изображено поперечное сечение метаморфной гетероструктуры. В данном случае на поверхности GaAs был выращен слой Ino,25Gao,75As толщиной 1 мкм, температура осаждения составляла 450 °С. Затем выращивался слой Ino,з5Gao,65As толщиной 20 нм, затем слой AlGaAs толщиной 1 нм с последующим нагревом до 600 °С и отжигом в течение 5 мин, затем снова выращивался слой Ino,25Gao,75As при температуре 450 °С. Из рисунка 2 видно, что, поверх такого буферного слоя вырастает сверхрешетка InGaAs/InAlAs с высоким структурным качеством.

С использованием МУППД методом МПЭ были изготовлены лазерные гетероструктуры с десятью слоями КТ 1пАэ, помещенных в центр волновода InxGal-xAs (х ~ 20%) толщиной 0,8 мкм. Каждый слой КТ был сформирован осаждением 2 - 3 монослоев 1пАэ и заращивался тонким слоем InyGal-yAs (у ~ 40%) толщиной 5 нм. Эмиттеры представляли собой слои 1пАЮаАз (1п ~ 20%). Были использованы две модификации метаморфного буферного слоя. В одном случае он состоял из слоя InGaAs толщиной 1 мкм, за которым следовал п-эмиттер 1пАЮаАз (Л1 ~ 30 %) толщиной 1,5 мкм. Во втором случае сверхрешетка InGaAs/InA1GaAs со средним составом по А1 ~ 15 %, толщиной 1,5 мкм, представляла собой метаморфный буферный слой и одновременно п-эмиттер. Конструкции гетероструктур описаны в таблицах 1 и 2.

Рисунок 2 - Поперечное сечение метаморфной гетероструктуры на подложке GaAs, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Слой Ino,25Gao,75As изготовлен с применением МУППД

Таблица 1 - Конструкция гетероструктуры № 1 с метаморфным буферным слоем InGaAs.

№ Название Химический состав Толщина

6 Контактный слой 1п0^а0,8Лз 0,5 мкм

5 Эмиттер 1п0,2А10^а0,5Лз 1,5 мкм

4 Волноводный слой с 10 слоями КТ 1пАэ 1п0^а0,8Лз 0,8 мкм

3 Эмиттер 1п0,2А10^а0,5Лз 1,5 мкм

2 Метаморфный буферный слой 1п0^а0,8Лз 1 мкм

1 Подложка GaAs 350 мкм

Таблица 2 - Конструкция гетероструктуры № 2 с метаморфным буферным слоем, содержащим сверхрешетку InGaAs/InAlGaAs.

№ Название Химический состав Толщина

7 Контактный слой In0,2Ga0,8As 0,5 мкм

6 Электрон-блокирующий слой In0,2Al0,3Ga0,5As 0,5 мкм

5 Эмиттер (сверхрешетка) In0,2Al0,3Ga0,5As/ In0,2Ga0,8As (Al~15%) 1 мкм

4 Волноводный слой с 10 слоями КТ InAs In0,2Ga0,8As 0,8 мкм

3 Эмиттер (сверхрешетка) - метаморфный буферный слой In0,2Al0,3Ga0,5As/ In0,2Ga0,8As (Al~15%) 1,5 мкм

2 Буферный слой Al0,3Ga0,7As 0,5 мкм

1 Подложка GaAs 350 мкм

Во втором разделе третьей главы представлены результаты исследования спектральных, вольт- и ватт-амперных, пространственных, и амплитудно-частотных характеристик излучения полупроводниковых лазеров полосковой конструкции спектрального диапазона 1550 нм, созданных на базе гетероструктур твердых растворов A3B5 с КТ на подложках GaAs, изготовленных методом метаморфной эпитаксии, и пропускной способности волоконно-оптического канала связи, построенного на базе такого лазера.

Лазеры с широким полосковым контактом (100 мкм) показали пороговую плотность тока на уровне 1 кА/см2 и выходную оптическую мощность при накачке импульсами тока (300 нс, 2 кГц) более 7 Вт при комнатной температуре. При этом лазеры с узким полосковым контактом (6 мкм) продемонстрировали выходную оптическую мощность более 800 мВт при накачке импульсами тока (200 нс, 1 кГц) (см. рисунок 3а)) и при непрерывной накачке более 200 мВт (см. рисунок 3б)) и более 800 часов работы без деградации выходной оптической мощности при температуре теплоотвода 10 °С и более 200 часов при температуре теплоотвода 20 °С (см. рисунок 4). Из рисунка 3б) видно (показано стрелками), что лазеры выдерживают многократное увеличение плотности тока накачки до 22 кА/см2, при этом ватт-амперная характеристика является обратимой.

1.0 1.5 Ток накачки, А

а) б)

Рисунок 3 - Ватт-амперная характеристика лазера с шириной полоскового

контакта 6 мкм и длиной резонатора 2 мм: а) при накачке импульсами тока

(200 нс, 1 кГц) и температуре теплоотвода 20 °С и б) в непрерывном режиме

работы при температуре теплоотвода 10 °С. Стрелками показана обратимость

работы лазера на предельно высоком уровне накачки

Были проведены исследования ближнего поля излучения лазеров с узким полосковым контактом (6 - 8 мкм), которые показали, что при увеличении тока накачки от одного до трех пороговых токов лазерной генерации практически полностью отсутствует изменение профиля ближнего поля (см. рисунок 5а)). Это позволяет говорить о том, что рост тока накачки не приводит к возникновению новых оптических мод и филаментации. Полученные результаты подтверждают ранее опубликованные данные о существенном подавлении филаментации в полупроводниковых лазерах с активной областью на основе КТ [16]. Полуширина на полувысоте (FWHM3) распределения интенсивности дальнего поля в поперечном направлении составила 5,5 - 8°. В вертикальном направлении профиль излучения дальнего поля не изменяется с изменением тока накачки, при этом FWHM составляет 40 - 43°. Таким образом, можно заключить, что метаморфные лазеры с КТ излучают в фундаментальной моде.

3 FWHM - Full Width at Half Maximum

400

Время, часы

Рисунок 4 - Испытания лазера с шириной полоскового контакта 6 мкм и длиной резонатора 2 мм на надежность при непрерывной накачке при температуре теплоотвода 10 °С (основной рисунок) и 20 °С (на вставке)

? х

I-

о

с

о л ь о

0

1

со

О X

<и

IX

\Л/ = 6 МКМ -ч

1. = 1,4 мм / >

Импульсная / ^^^

накачка / / >. \ \ 31П0Р

- У/ XV «и .

О

-15

-10 -5 0 5 10

Расстояние вдоль поверхности зеркала лазера, мкм

15

f:\NHM =43° / I верт. I = 6° / попереч. ' / / / I ^ I = 2,41 I ^ ' пор. \ \ \

и ................................\............................... \ \ \ W = 6 мкм^ ^ \ I- = 1,4 мм ч

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

Угол

а)

градусы

б)

Рисунок 5 - Профили: а) распределения интенсивности излучения на торцевой грани в плоскости р-п перехода и б) дальнего поля излучения в плоскости р-п перехода (сплошная линия) и в перпендикулярном направлении (пунктир) лазера с шириной полоскового контакта 6 мкм и длиной резонатора 1,4 мм при накачке импульсами тока (200 нс, 1 кГц) при температуре теплоотвода 20 °С. ЭЛ - электролюминесценция. 1пор. - пороговый ток

Методом малосигнальной модуляции исследованы динамические характеристики лазеров с узким полосковым контактом, максимально

достигнутая частота модуляции составила 2,7 ГГц (см. рисунок 6а)) и была ограничена разогревом прибора. Максимальная скорость передачи данных в режиме прямой токовой модуляции при кодировании по амплитудному формату без возвращения к нулю КК^4 с использованием псевдослучайной последовательности битов PRBS5 длиной 27 - 1 для таких приборов составила не менее 2,5 Гбит/с (см. рисунок 6б)).

Рисунок 6 - Динамические характеристики лазеров с шириной полоскового контакта 6 мкм и длиной резонатора 2 мм: а) Передаточная характеристика S21 при температуре теплоотвода 10 °С; на вставке показана зависимость частоты эффективной модуляции от тока накачки; б) Глазковая диаграмма при скорости передачи данных 2,5 Гбит/с и температуре

теплоотвода 20 °С

В четвертой главе «Вертикально-излучающие лазеры спектрального диапазона 1300 - 1550 нм на подложках ОаАэ» обсуждаются различные варианты создания ВИЛ спектрального диапазона 1300 - 1550 нм методом молекулярно-пучковой эпитаксии, приводятся экспериментальные результаты изготовления, как отдельных составных частей таких лазеров, так и лазеров в целом.

В первом разделе четвертой главы обсуждается возможность прямого формирования методом МПЭ метаморфного РБО с высоким коэффициентом

4 Non-Return to Zero

5 Pseudorandom Binary Sequence

отражения в спектральном диапазоне 1440 - 1600 нм на подложке GaAs. Показана возможность эпитаксиального заращивания меза-структур РБО Ino,зGao,7As/Ino,зAlo,7As твердым раствором Ino,зGao,7As; продемонстрирована возможность локального создания микрорезонаторов, сформированных за два эпитаксиальных процесса, с промежуточным формированием меза-структур методами фотолитографии и жидкостного травления.

Гетероструктура метаморфного РБО на подложке GaAs состояла из 22 пар чередующихся слоев Ino,зGao,7AsЛno,зAlo,7As толщиной 112,1 нм и 122,1 нм, соответственно, чтобы обеспечить отражение в необходимом спектральном диапазоне в соответствии с величиной отношений к/4п, где к - длина волны центра спектра отражения, а п - показатель преломления материала. Толщина покрывающего слоя Ino,зGao,7As составляла 461,1 нм.

Формирование гребешковой меза-структуры осуществлялось методами фотолитографии и жидкостного травления на глубину ~ 2 мкм. Соответствующее изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), представлено на рисунке 7а). После очистки поверхности образец с меза-структурами был помещен в эпитаксиальный реактор, где после предварительного отжига при температуре 600 °С был заращен покрывающим слоем Ino,зGao,7As. После эпитаксии покрывающего слоя на поверхности образца был сформирован второй (верхний) РБО, состоящий из 5 пар чередующихся слоев Ino,зGao,7As/Ino,зAlo,7As, в результате чего был сформирован микрорезонатор, состоящий из нижнего РБО (22 пары чередующихся слоев Ino,зGao,7AsЛno,зAlo,7As), полости микрорезонатора Ino,зGao,7As (покрывающий слой толщиной 2к/п) и верхнего РБО (5 пар чередующихся слоев Ino,зAlo,7AsЛno,зGao,7As). СЭМ изображение гребешковой меза-структуры микрорезонатора представлено на рисунке 7б).

На рисунке 8 представлены результаты измерения оптического отражения R гетероструктуры метаморфного РБО (рисунок 8а)) и микрорезонатора, изготовленного на основе метаморфных РБО на подложке GaAs (рисунок 8б)).

\ РБО 1п036а07А5/1п03А107А8

1 мкм

а) б)

Рисунок 7 - СЭМ изображения: а) гетероструктуры метаморфного РБО и б)

гребешковой меза-структуры микрорезонатора с двумя РБО

а) б)

Рисунок 8 - Спектр оптического отражения R: а) гетероструктуры

метаморфного РБО и б) гребешковой меза-структуры микрорезонатора с двумя

РБО

Во втором разделе четвертой главы обсуждается возможность создания ВИЛ спектрального диапазона 1300 - 1550 нм с тонким метаморфным буферным слоем внутри области микрорезонатора. Переходный слой, в одном случае являющийся одноступенчатым и состоящим из полупроводникового слоя Ino,29Gao,7lAs, обеспечивал быстрый переход от постоянной решетки подложки GaAs к постоянной решетки эпитаксиального метаморфного слоя InGaAs, а в другом случае был двухступенчатым и состоящим из полупроводниковых слоев

Ino,2oGao,42Alo,38As и Ino,32Gao,68As. Продемонстрирована возможность формирования методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaAs гетероструктур c КЯ InGaAs и переходного метаморфного буферного слоя InGaAlAs толщиной 0,5 мкм.

Эпитаксия полупроводниковых слоев с различными коэффициентами температурного расширения, которая проводится непосредственно после эпитаксии метаморфного буферного слоя, может привести в дальнейшем в процессе охлаждения эпитаксиальной гетероструктуры к формированию дополнительных кристаллических дефектов. Перед изготовлением эпитаксиальных слоев активной области метаморфная гетероструктура была подвергнута термоциклированию: после выращивания метаморфного буферного слоя подложка охлаждалась до температуры 20 - 30 °С, а затем нагревалась до 400 - 500 °С.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Карачинский Леонид Яковлевич, 2021 год

Список использованной литературы

1. Masanet E. Recalibrating global data center energy-use estimates / Masanet E., Shehabi A., Lei N., Smith S., Koomey J. // Science - 2020. - Т. 367 - № 6481 - С.984-986.

2. Moser P. Energy-Efficient VCSELs for Optical Interconnects : Doctoral Thesis / Philip Moser; Technische Universität Berlin - Berlin, 2016.- 182c

3. Iga K. Forty years of vertical-cavity surface-emitting laser: Invention and innovation / Iga K. // Japanese Journal of Applied Physics - 2018. - Т. 57 - C.08PA01.

4. Kuchta D.M. A 71-Gb/s NRZ modulated 850-nm VCSEL-based optical link / Kuchta D.M., Rylyakov A. V., Doany F.E., Schow C.L., Proesel J.E., Baks C.W., Westbergh P., Gustavsson J.S., Larsson A. // IEEE Photonics Technology Letters -2015. - Т. 27 - № 6 - С.577-580.

5. Haglund E.P. Silicon-integrated hybrid-cavity 850-nm VCSELs by adhesive bonding: Impact of bonding interface thickness on laser performance / Haglund E.P., Kumari S., Haglund E., Gustavsson J.S., Baets R.G., Roelkens G., Larsson A. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics - 2017. - Т. 23 - № 6 - С.1700109.

6. Kakuma S. Practical and sensitive measurement of methane gas concentration using a 1.6 ^m vertical-cavity-surface-emitting-laser diode / Kakuma S., Noda K. // Sensors and Materials - 2010. - Т. 22 - № 7 - С.365-375.

7. Rablau C. LIDAR - A new (self-driving) vehicle for introducing optics to broader engineering and non-engineering audiences / Rablau C. // Fifteenth Conference on Education and Training in Optics and Photonics: ETOP 2019 - 2019. - Т. 11143 -C.111430C-1- 111430C-14.

8. Shin B. 1550 nm VCSEL-based 10 Gb/s optical NRZ signal transmission over 20 km SMF using RSOA gain saturation / Shin B., Jeong J., Yoon W.S., Lee J. // Optical Fiber Technology - 2017. - Т. 36 - С.222-226.

9. Park M.R. All-epitaxial InAlGaAs-InP VCSELs in the 1.3-1.6-^m wavelength range for CWDM band applications / Park M.R., Kwon O.K., Han W.S., Lee K.H., Park S.J., Yoo B.S. // IEEE Photonics Technology Letters - 2006. - Т. 18 - № 16 - С.1717-1719.

10. Yano M. Analysis of Electrical, Threshold, and Temperature Characteristics of InGaAsP/InP Double-Heterojunction Lasers / Yano M., Imai H., Takusagawa M. // IEEE Journal of Quantum Electronics - 1981. - Т. 17 - № 9 - С.1954-1963.

11. Hakkarainen T. Structural and optical properties of GalnNAs/GaAs quantum structures / Hakkarainen T., Toivonen J., Koskenvaara H., Sopanen M., Lipsanen H. // Journal of Physics Condensed Matter - 2004. - Т. 16 - № 31 - C.S3009.

12. Bank S.R. Room-temperature continuous-wave 1.55 ^m GalnNAsSb laser on GaAs / Bank S.R., Bae H.P., Yuen H.B., Wistey M.A., Goddard L.L., Harris J.S. // Electronics Letters - 2006. - Т. 42 - № 3 - С.156-157.

13. Ledentsov N.N. High performance quantum dot lasers on GaAs substrates operating in 1.5 ^m range / Ledentsov N.N., Kovsh A.R., Zhukov A.E., Maleev N.A., Mikhrin S.S., Vasil'ev A.P., Semenova E.S., Maximov M.V., Shernyakov Y.M., Kryzhanovskaya N.V., Ustinov V.M., Bimberg D. // Electronics Letters - 2003. - Т. 39 - № 15 - С.1126.

14. Kapon E. Power-efficient answer / Kapon E., Sirbu A. // Nature Photonics -2009. - Т. 3 - № 1 - С.27-29.

15. Shau R. Long-wavelength InP-based VCSELs with buried tunnel junction: properties and applications / Shau R., Ortsiefer M., Rosskopf J., Boehm G., Lauer C., Maute M., Amann M.-C. // Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers VIII - 2004. -С.1-15.

16. Ribbat C. Complete suppression of filamentation and superior beam quality in quanturn-dot lasers / Ribbat C., Sellin R.L., Kaiander I., Hopfer F., Ledentsov N.N., Bimberg D., Kovsh A.R., Ustinov V.M., Zhukov A.E., Maximov M. V. // Applied Physics Letters - 2003. - Т. 82 - № 6 - С.952-954.

17. Mandre S.K. Determining the temporally and radially resolved temperature distribution inside a pulsed broad-area vertical-cavity surface-emitting laser cavity / Mandre S.K., ElsaBer W., Fischer I., Peeters M., Verschaffelt G. // Applied Physics Letters - 2006. - Т. 89 - № 15 - С.151106.

18. Малеев Н.А. Сравнительный анализ длинноволновых (1.3 мкм) вертикально-излучающих лазеров на подложках арсенида галлия / Малеев Н.А., Егоров А.Ю., Жуков А.Е., Ковш А.Р., Васильев А.П., Устинов В.М., Леденцов

Н.Н., Алфёров Ж.И. // Физика и техника полупроводников - 2001. - Т. 35 - № 7 -С.881-888.

19. Лешко А.Ю. Мощные одномодовые лазерные диоды на основе квантово-размерных InGaAsP/InP-гетероструктур (X = 1.3-1.6мкм) / Лешко А.Ю., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Слипченко С.О., Соколова З.Н., Фетисова Н.В., Голикова Е.Г., Рябошан Ю.А., Тарасов И.С. // Физика и техника полупроводников - 2002. - Т. 36 - № 11 - С.1393-1399.

20. Oh S.H. 1.3-^m and 10-Gbps tunable DBR-LD for low-cost application of WDM-based mobile front haul networks / Oh S.H., Kwon O.K., Kim K.S., Lee C.W. // Optics Express - 2019. - Т. 27 - № 20 - С.29241-29247.

21. Голикова Е.Г. Свойства гетеролазеров на основе InGaAsP/InP c широким мезаполосковым контактом / Голикова Е.Г., Курешов В.А., Лешко А.Ю., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Рябоштан Ю.А., Скрынников Г.А., Тарасов И.С., Алферов Ж.И. // Физика и Техника Полупроводников - 2000. - Т. 34 - № 7 -С.886-890.

22. Al-Muhanna A. High-power (>10 W) continuous-wave operation from 100-^m-aperture 0.97-^m- emitting Al-free diode lasers / Al-Muhanna A., Mawst L.J., Botez D., Garbuzov . Z., Martinelli R.U., Connolly J.C. // Applied Physics Letters -1998. - Т. 73 - № 9 - С.1182-1184.

23. Burie J.-R. Ultra high power, ultra low RIN up to 20 GHz 1.55 ^m DFB AlGaInAsP laser for analog applications / Burie J.-R., Beuchet G., Mimoun M., Pagnod-Rossiaux P., Ligat B., Bertreux J.C., Rousselet J.-M., Dufour J., Rougeolle P., Laruelle F. // Proc. SPIE, Novel In-Plane Semiconductor Lasers IX - 2010. - Т. 7616 -С.76160У.

24. Faugeron M. High-power, low RIN 1.55-^m directly modulated DFB lasers for analog signal transmission / Faugeron M., Tran M., Lelarge F., Chtioui M., Robert Y., Vinet E., Enard A., Jacquet J., Dijk F. Van // IEEE Photonics Technology Letters -2012. - Т. 24 - № 2 - С.116-118.

25. Wang J. 1.55-^m AlGaInAs - InP Laterally Coupled Distributed Feedback Laser / Wang J., Tian J., Cai P., Xiong B., Sun C., Luo Y. // IEEE Photonics Technology Letters - 2005. - Т. 17 - № 7 - С.1372-1374.

26. Багаева О.О. Экспериментальные исследования мощных полупроводниковых одночастотных лазеров спектрального диапазона 1.5-1.6 мкм / Багаева О.О., Галиев Р.Р., Данилов А.И., Иванов А.В., Курносов В.Д., Курносов К.В., Курнявко Ю.В., Ладугин М.А., Мармалюк А.А., Романцевич В.И., Симаков

B.А., Чернов Р.В., Шишков В.В. // Квантовая Электроника - 2020. - Т. 50 - № 2 -

C.143-146.

27. Harris J.S. GaInNAs long-wavelength lasers: Progress and challenges / Harris J.S. // Semiconductor Science and Technology - 2002. - Т. 17 - № 8 - С.880-891.

28. Choquette K.D. Vertical-cavity surface emitting lasers: Moving from research to manufacturing / Choquette K.D., Hou H.Q. // Proceedings of the IEEE - 1997. - Т. 85 - С.1730.

29. Yu S.F. Analysis and Design of Vertical Cavity Surface Emitting Lasers / Yu S. F. - N.J. : John Wiley & Sons, 2005. - 464c.

30. Wilsem C. Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: Design, Fabrication, Characterization, and Applications / Wilsem C., Temkin H., Coldren L. - Cambridge University Press, 2001.- 474c.

31. Coldren L.A. Advances in long-wavelength single-mode VCSELs and packaging approaches for single-mode fiber applications / Coldren L.A., Hall E., Nakagawa S. // Proceedings. 51st Electronic Components and Technology Conference (Cat. No. 01CH37220), Orlando, FL, USA - 2001. - С.858-863.

32. Huffaker D.L. Intracavity contacts for low-threshold oxide-confined vertical-cavity surface-emitting lasers / Huffaker D.L., Deppe D.G. // IEEE Photonics Technology Letters - 1999. - Т. 11 - № 8 - С.934-936.

33. Pu R. Hybrid integration of VCSEL's to CMOS integrated circuits / Pu R., Duan C., Wilmsen C.W. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics -1999. - Т. 5 - № 2 - С.201-208.

34. Lin C. High Temperature Continuous-Wave Operation of 1.3- and 1.55-^m VCSELs With InP/Air-Gap DBRs / Lin C., Bour D.P., Zhu J., Perez W.H., Leary M.H., Tandon A., Corzine S.W., Tan M.R.T. // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics - 2003. - Т. 9 - № 5 - С.1415-1421.

35. Feezell D. Efficient modulation of InP-based 1.3-^m VCSELs with AsSb-

based DBRs / Feezell D., Johansson L.A., Buell D.A., Coldren L.A. // IEEE Photonics Technology Letters - 2005. - T. 17 - № 11 - C.2253-2255.

36. Chitica N. Room-temperature operation of photopumped monolithic InP vertical-cavity laser with two air-gap Bragg reflectors / Chitica N., Strassner M. // Applied Physics Letters - 2001. - T. 78 - № 25 - C.3935-3937.

37. Yokota N. Lasing Polarization Characteristics in 1.55-^m Spin-Injected VCSELs / Yokota N., Takeuchi R., Yasaka H., Ikeda K. // IEEE Photonics Technology Letters - 2017. - T. 29 - № 9 - C.711-714.

38. Rhew K.H. Reliability assessment of 1.55-^m vertical cavity surface emitting lasers with tunnel junction using high-temperature aging tests / Rhew K.H., Jeon S.C., Lee D.H., Yoo B.S., Yun I. // Microelectronics Reliability - 2009. - T. 49 - № 1 -C.42-50.

39. Young D.B. Reduced threshold vertical-cavity surface-emitting lasers / Young D.B., Scott J.W., Kapila A., Malhotra V., Coldren L.A. // Electronics Letters -1994. - T. 30 - № 3 - C.233-235.

40. Ortsiefer M. Long-wavelength VCSELs with buried tunnel junction / Ortsiefer M., Hofmann W., Rosskopf J., Amann M.C. // Springer Series in Optical Sciences - 2013. - T. 166 - C.321-351.

41. Rao Y. Tunable 1550-nm VCSEL using high contrast gratings / Rao Y., Chase C., Huang M.C.Y., Khaleghi S., Chitgarha M.R., Ziyadi M., Worland D.P., Willner A.E., Chang-Hasnain C.J. // 2012 IEEE Photonics Conference, IPC 2012 -2012. - T. 1 - C.864-865.

42. Rao Y. Long-wavelength VCSEL using high-contrast grating / Rao Y., Yang W., Chase C., Huang M.C.Y., Worland D.P., Khaleghi S., Chitgarha M.R., Ziyadi M., Willner A.E., Chang-Hasnain C.J. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics - 2013. - T. 19 - № 4 - C.1701311.

43. Karinou F. 1.55-^m Long-Wavelength VCSEL-Based Optical Interconnects for Short-Reach Networks / Karinou F., Stojanovic N., Daly A., Neumeyr C., Ortsiefer M. // Journal of Lightwave Technology - 2016. - T. 34 - № 12 - C.2897-2904.

44. Maksimov M.V. High-power 1.5 ^m InAs-InGaAs quantum dot lasers on GaAs substrates / Maksimov M.V., Shernyakov Y.M., Kryzhanovskaya N.V.,

Gladyshev A.G., Musikhin Y.G., Ledentsov N.N., Zhukov A.E., Vasil'ev A.P., Kovsh A.R., Mikhrin S.S., Semenova E.S., Maleev N.A., Nikitina E. V., Ustinov V.M., Alferov Z.I. // Semiconductors - 2004. - Т. 38 - № 6 - С.732-735.

45. Liu A.Y. High performance continuous wave 1.3 ^m quantum dot lasers on silicon / Liu A.Y., Zhang C., Norman J., Snyder A., Lubyshev D., Fastenau J.M., Liu A.W.K., Gossard A.C., Bowers J.E. // Applied Physics Letters - 2014. - Т. 104 - № 4 -С.3-7.

46. Hull R. Role of strained layer superlattices in misfit dislocation reduction in growth of epitaxial Ge0.5Si0.5 alloys on Si(100) substrates / Hull R., Bean J.C., Leibenguth R.E., Werder D.J. // Journal of Applied Physics - 1989. - Т. 65 - № 12 -С.4723-4729.

47. Chen S. Electrically pumped continuous-wave III-V quantum dot lasers on silicon / Chen S., Li W., Wu J., Jiang Q., Tang M., Shutts S., Elliott S.N., Sobiesierski A., Seeds A.J., Ross I., Smowton P.M., Liu H. // Nature Photonics - 2016. - Т. 10 - № 5 - С.307-311.

48. Bimberg D. Quantum Dot Heterostructures / D. Bimberg, M. Grundmann, N. N. Ledentsov - Chichester: Wiley, 1999.- 339c.

49. Goldstein L. Growth by molecular beam epitaxy and characterization of InAs/GaAs strained-layer superlattices / Goldstein L., Glas F., Marzin J.Y., Charasse M.N., Roux G. Le // Applied Physics Letters - 1985. - Т. 47 - № 10 - С.1099-1101.

50. Tabuchi M. Mesoscopic structure in lattice-mismatched heteroepitaxial interface layers / под ред. S. Namba, C. Hamaguchi, T. Ando. Tokio: Springer-Verlag, 1992. - С. 379-384.

51. Volovik B.V. The emission from the structures with arrays of coupled quantum dots grown by the submonolayer epitaxy in the spectral range of 1.3-1.4 ^m / Volovik B.V., Sizov D.S., Tsatsul'nikov A.F., Musikhin Y.G., Ledentsov N.N., Ustinov V.M., Egorov V.A., Petrov V.N., Polyakov N.K., Tsyrlin G.E. // Semiconductors - 2000. - Т. 34 - № 11 - С.1316-1320.

52. Ledentsov N.N. Self-organized InGaAs quantum dots for advanced applications in optoelectronics / Ledentsov N.N., Bimberg D., Ustinov V.M., Alferov Z.I., Lott J.A. // Japanese Journal of Applied Physics, Part 1: Regular Papers and Short

Notes and Review Papers - 2002. - T. 41 - № 2 B - C.949-952.

53. Ledentsov N.N. Reversibility of the island shape, volume and density in Stranski-Krastanow growth / Ledentsov N.N., Shchukin V.A., Bimberg D., Ustinov V.M., Cherkashin N.A., Musikhin Y.G., Volovik B.V., Cirlin G.E., Alferov Z.I. // Semiconductor Science and Technology - 2001. - T. 16 - № 6 - C.502-506.

54. Ledentsov N. Direct formation of vertically coupled quantum dots in Stranski-Krastanow growth / Ledentsov N., Shchukin V., Grundmann M., Kirstaedter N., Böhrer J., Schmidt O., Bimberg D., Ustinov V., Egorov A.Y., Zhukov A., Kop'ev P., Zaitsev S., Gordeev N.Y., Alferov Z.I. // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics - 1996. - T. 54 - № 12 - C.8743-8750.

55. Bimberg D. Quantum dots: Lasers and amplifiers / Bimberg D., Ledentsov N. // Journal of Physics Condensed Matter - 2003. - T. 15 - № 24 - C.R1063.

56. Ledentsov N.N. Ordered arrays of quantum dots: Formation, electronic spectra, relaxation phenomena, lasing / Ledentsov N.N., Grundmann M., Kirstaedter N., Schmidt O., Heitz R., Böhrer J., Bimberg D., Ustinov V.M., Shchukin V.A., Egorov A.Y., Zhukov A.E., Zaitsev S., Kop'ev P.S., Alferov Z.I., Ruvimov S.S., Kosogov A.O., Werner P., Gösele U., Heydenreich J. // Solid-State Electronics - 1996. - T. 40 - № 1-8 - C.785-798.

57. Krestnikov I.L. InGaAs nanodomains formed in situ on the surface of (Al,Ga)As / Krestnikov I.L., Cherkashin N.A., Sizov D.S., Bedarev D.A., Kochnev I.V., Lantratov V.M., Ledentsov N.N. // Technical Physics Letters - 2001. - T. 27 - № 3 -C.233-235.

58. Sizov D.S. The influence of heat treatment conditions on the evaporation of defect regions in structures with InGaAs quantum dots in the GaAs matrix / Sizov D.S., Maksimov M.V., Tsatsul'nikov A.F., Cherkashin N.A., Kryzhanovskaya N.V., Zhukov A.E., Maleev N.A., Mikhrin S.S., Vasil'ev A.P., Selin R., Ustinov V.M., Ledentsov N.N., Bimberg D., Alferov Z.I. // Semiconductors - 2002. - T. 36 - № 9 -C.1020-1026.

59. Park G. Low-Threshold Oxide-Confined 1.3-um Quantum-Dot Laser / Park G., Shchekin O.B., Huffaker D.L., Deppe D.G. // IEEE Photonics Technology Letters -2000. - T. 13 - № 3 - C.230-232.

60. Kovsh A.R. InAs/InGaAs/GaAs quantum dot lasers of 1.3 ^m range with high (88%) differential efficiency / Kovsh A.R., Maleev N.A., Zhukov A.E., Mikhrin S.S., Vasil'ev A.P., Shernyakov Y.M., Maximov M. V., Livshits D.A., Ustinov V.M., Alferov Z.I., Ledentsov N.N., Bimberg D. // Electronics Letters - 2002. - Т. 38 - № 19 - С.1104-1106.

61. White J.K. 85 °C Investigation of uncooled 10-Gb/s directly modulated InGaAsP RWG GC-DFB lasers / White J.K., Blaauw C., Firth P., Aukland P. // IEEE Photonics Technology Letters - 2001. - Т. 13 - № 8 - С.773-775.

62. Massara A.B. Ridge waveguide InGaAsP lasers with uncooled 10 Gbit/s operation at 70°C / Massara A.B., Williams K.A., White I.H., Penty R.V., Galbraith A., Crump P., Harper P. // Electronics letters - 1999. - Т. 35 - № 19 - С.1646-1647.

63. Sugawara M. Recent progress in self-assembled quantum-dot optical devices for optical telecommunication: Temperature-insensitive 10 Gb s-1 directly modulated lasers and 40 Gb s-1 signal-regenerative amplifiers / Sugawara M., Hatori N., Ishida M., Ebe H., Arakawa Y., Akiyama T., Otsubo K., Yamamoto T., Nakata Y. // Journal of Physics D: Applied Physics - 2005. - Т. 38 - № 13 - С.2126-2134.

64. Gerschutz F. Temperature insensitive 1.3 ^m InGaAs/GaAs quantum dot distributed feedback lasers for 10 Gbit/s transmission over 21 km / Gerschutz F., Fischer M., Koeth J., Chacinski M., Schatz R., Kjebon O., Kovsh A., Krestnikov I., Forchel A. // Electronics letters - 2005. - Т. 42 - № 25 - С.1457-1458.

65. Блохин С.А. Лазерная генерация вертикальных микрорезонаторов с массивами квантовых точек InAs/InGaAs на длине волны 1.3 мкм при оптической накачке / Блохин С.А., Крыжановская Н.В., Моисеев Э.И. // Письма в Журнал Технической Физики - 2016. - Т. 42 - № 19 - С.70-79.

66. Семенова Е.С. Молекулярно-пучковая эпитаксия и оптимизация метаморфных гетероструктур InxAlyGa1-x-yAs/GaAs для применений в приборах микро- и оптоэлектроники : дис. канд. физ.-мат. наук / Е. С. Семенова ; ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, - Санкт-Петербург, 2005.- 127c.

67. Wu D. Low threshold current density 1.3 ^m metamorphic InGaAs/GaAs quantum well laser diodes / Wu D., Wang H., Wu B., Ni H., Huang S., Xiong Y., Wang P., Han Q., Niu Z., Tangring I., Wang S.M. // Electronics letters - 2008. - Т. 44 - № 7

- С.474-475.

68. Ledentsov N.N. Quantum-dot heterostructure lasers / Ledentsov N.N., Grundmann M., Heinrichsdorff F., Bimberg D., Ustinov V.M., Zhukov A.E., Maximov M.V., Alferov Z.I., Lott J.A. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics - 2000. - Т. 6 - № 3 - С.439-451.

69. Леденцов Н.Н. Новое поколение вертикально-излучающих лазеров как ключевой элемент компьютерно-коммуникационной эры / Леденцов Н.Н., Лотт Д.А. // Успехи физических наук - 2011. - Т. 181 - С.884-890.

70. Ustinov V.M. Quantum dot VCSELs / Ustinov V.M., Maleev N.A., Kovsh A.R., Zhukov A.E. // Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science - 2005. - Т. 202 - № 3 - С.396-402.

71. Lott J.A. InAs-InGaAs quantum dot VCSELs on GaAs substrates emitting at 1.3 ^m / Lott J.A., Ledentsov N.N., Ustinov V.M., Maleev N.A., Zhukov A.E., Kovsh A.R., Maximov M.V., Volovik B. V., Alferov Z.I., Bimberg D. // Electronics Letters - 2000. - Т. 36 - № 16 - С.1384-1385.

72. Peng P.C. Dynamic characteristics of long-wavelength quantum dot vertical-cavity surface-emitting lasers with light injection / Peng P.C., Kuo H.C., Tsai W.K., Chang Y.H., Lin C.T., Chi S., Wang S.C., Lin G., Yang H.P., Lin K.F., Yu H.C., Chi J.Y. // Optics Express - 2006. - Т. 14 - № 7 - С.2944- 2949.

73. Blokhin S.A. Vertical-cavity surface-emitting lasers based on submonolayer InGaAs quantum dots / Blokhin S.A., Maleev N.A., Kuzmenkov A.G., Sakharov A.V., Kulagina M.M., Shernyakov Y.M., Novikov I.I., Maximov M.V., Ustinov V.M., Kovsh A.R., Mikhrin S.S., Ledentsov N.N., Lin G., Chi J.Y. // IEEE Journal of Quantum Electronics - 2006. - Т. 42 - № 9 - С.851-858.

74. Ledentsov N.N. Long-wavelength quantum-dot lasers on GaAs substrates: From media to device concepts / Ledentsov N.N. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics - 2002. - Т. 8 - № 5 - С. 1015-1024.

75. Kondow M. GaInNAs: A novel material for long-wavelength-range laser diodes with excellent high-temperature performance / Kondow M., Uomi K., Niwa A., Kitatani T., Watahiki S., Yazawa Y. // Japanese Journal of Applied Physics, Part 1: Regular Papers and Short Notes and Review Papers - 1996. - Т. 35 - № 2 SUPPL. B -

C.1273-1275.

76. Hetterich M. Electronic states and band alignment in GalnNAs/GaAs quantum-well structures with low nitrogen content / Hetterich M., Dawson M.D., Egorov A.Y., Bernklau D., Riechert H. // Applied Physics Letters - 2000. - T. 76 - № 8 - C.1030-1032.

77. Kondow M. Room-temperature continuous-wave operation of GalnNAs/GaAs laser diode / Kondow M., Natatsuka S., Kitatani T., Yazawa Y., Okai M. // Electronics Letters - 1996. - T. 32 - № 24 - C.2244-2245.

78. Hai P.N. Direct determination of electron effective mass in GaNAs/GaAs quantum wells / Hai P.N., Chen W.M., Buyanova I.A., Xin H.P., Tu C.W. // Applied Physics Letters - 2000. - T. 77 - № 12 - C.1843-1845.

79. Spruytte S.G. Nitrogen incorporation in group Ill-nitride-arsenide materials grown by elemental source molecular beam epitaxy / Spruytte S.G., Larson M.C., Wampler W., Coldren C.W., Petersen H.E., Harris J.S. // Journal of Crystal Growth -2001. - T. 227-228 - C.506-515.

80. Harmand J.C. Comparison of nitrogen incorporation in molecular-beam epitaxy of GaAsN, GalnAsN, and GaAsSbN / Harmand J.C., Ungaro G., Largeau L., Roux G. Le // Applied Physics Letters - 2000. - T. 77 - № 16 - C.2482-2484.

81. Pan Z. Low temperature growth of GalnNAs/GaAs quantum wells by metalorganic chemical vapor deposition using tertiarybutylarsine / Pan Z., Miyamoto T., Schlenker D., Sato S., Koyama F., Iga K. // Journal of Applied Physics - 1998. - T. 84 - № 11 - C.6409-6411.

82. Takeuchi T. 1.3 ^m InGaAsN vertical cavity surface emitting lasers grown by MOCVD / Takeuchi T., Chang Y.L., Leary M., Tandon A., Luan H.C., Bour D., Corzine S., Twist R., Tan M. // Electronics Letters - 2002. - T. 38 - № 23 - C.1438-1440.

83. LaPierre R.R. Group V incorporation in InGaAsP grown on InP by gas source molecular beam epitaxy / LaPierre R.R., Robinson B.J., Thompson D.A. // Journal of Applied Physics - 1996. - T. 79 - № 6 - C.3021-3027.

84. Jin C. Nitrogen incorporation kinetics in metalorganic molecular beam epitaxy of GaAsN / Jin C., Qiu Y., Nikishin S.A., Temkin H. // Applied Physics Letters

- 1999. - Т. 74 - № 23 - С.3516-3518.

85. Jaschke G. Low threshold InGaAsN/GaAs lasers beyond 1500 nm / Jaschke G., Averbeck R., Geelhaar L., Riechert H. // Journal of Crystal Growth - 2005. - Т. 278

- С.224-228.

86. Gollub D. 1.42 ^m continuous-wave operation of GalnNAs laser diodes / Gollub D., Moses S., Fischer M., Forchel A. // Electronics Letters - 2003. - Т. 39 -№ 10 - С.777-778.

87. Bisping D. Room-temperature singlemode continuous-wave operation of distributed feedback GaInNAs laser diodes at 1.5 ^m / Bisping D., Höfling S., Pucicki D., Fischer M., Forchel A. // Electronics Letters - 2008. - Т. 44 - № 12 - С.737-738.

88. Borchert B. 1.29 ^m GaInNAs multiple quantum-well ridge-waveguide laser diodes with improved performance / Borchert B., Egorov A.Y., Illek S., Komainda M., Riechert H. // Electronics Letters - 1999. - Т. 35 - № 25 - С.2204-2206.

89. Егоров А.Ю. Азотсодержащие полупроводниковые твердые растворы AIIIBV-N - новый материал оптоэлектроники : дис. докт. физ.-мат. наук / Егоров А.Ю. ; Учреждение Российской академии наук Санкт-Петербургский Академический университет - научно-образовательный центр нанотехнологий РАН - Санкт-Петербург - 2011 - 335с.

90. Riechert H. Development of InGaAsN based 1.3 ^m VCSELs / Riechert H., Ramakrishnan A., Steinle G. // Semiconductor Science and Technology - 2002. - Т. 17

- № 8 - С.892-897.

91. Yang X. Molecular beam epitaxial growth of InGaAsN:Sb/GaAs quantum wells for long-wavelength semiconductor lasers / Yang X., Jurkovic M.J., Heroux J.B., Wang W.I. // Applied Physics Letters - 1999. - Т. 75 - № 2 - С.178-180.

92. Harmand J.C. Investigations on GaAsSbN/GaAs quantum wells for 1.31.55 ^m emission / Harmand J.C., Ungaro G., Ramos J., Rao E.V.K., Saint-Girons G., Teissier R., Roux G. Le, Largeau L., Patriarche G. // Journal of Crystal Growth - 2001.

- Т. 227 - С.553-557.

93. Volz K. The role of Sb in the MBE growth of (GaIn)(NAsSb) / Volz K., Gambin V., Ha W., Wistey M.A., Yuen H., Bank S., Harris J.S. // Journal of Crystal Growth - 2003. - Т. 251 - С.360-366.

94. Gambin V. GaInNAsSb for 1.3-1.6 ^m long wavelength lasers grown by molecular beam epitaxy / Gambin V., Ha W., Wistey M.A., Yuen H., Bank S., Kim S., Harris J.S. // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics - 2002. - T. 8 -C.795-800.

95. Bae H.P. Temperature dependencies of annealing behaviors of GaInNAsSb/GaNAs quantum wells for long wavelength dilute-nitride lasers / Bae H.P., Bank S.R., Yuen H.B., Sarmiento T., Pickett E.R., Wistey M.A., Harris J.S. // Applied Physics Letters - 2007. - T. 90 - № 23 - C.231119.

96. Harris J.S. GalnNAs(Sb) long-wavelength VCSELs / Harris J.S., Bae H., Sarmiento T. // VCSELs: Fundamentals, Technology and Applications of Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers / Springer Series in Optical Sciences - 2013. - T. 166 -C.353-370.

97. Bank S.R. Low-threshold continuous-wave 1.5-^m GaInNAsSb lasers grown on GaAs / Bank S.R., Wistey M.A., Goddard L.L., Yuen H.B., Lordi V., Harris J.S. // IEEE Journal of Quantum Electronics - 2004. - T. 40 - № 6 - C.656-664.

98. Bank S.R. Room-temperature continuous-wave 1.55 ^m GaInNAsSb laser on GaAs / Bank S.R., Bae H.P., Yuen H.B., Wistey M.A., Goddard L.L., Harris J.S. // Electronics letters - 2006. - T. 42 - № 3 - C.156-157.

99. Wistey M.A. Monolithic, GaInNAsSb VCSELs at 1.46 ^m on GaAs by MBE / Wistey M.A., Bank S.R., Yuen H.B., Goddard L.L., Harris J.S. // Electronics Letters -2003. - T. 39 - № 25 - C.1822-1823.

100. Wistey M.A. GaInNAsSb/GaAs vertical cavity surface emitting lasers at 1534 nm / Wistey M.A., Bank S.R., Bae H.P., Yuen H.B., Pickett E.R., Goddard L.L., Harris J.S. // Electronics Letters - 2006. - T. 45 - № 2 - C.282-283.

101. Sarmiento T. GaAs-based 1.53 ^m GaInNAsSb vertical cavity surface emitting lasers / Sarmiento T., Bae H.P., O'Sullivan T.D., Harris J.S. // Electronics Letters - 2009. - T. 45 - № 19 - C.978-979.

102. Sarmiento T. Continuous-Wave Operation of GaAs-Based 1.5-^m GaInNAsSb VCSELs / Sarmiento T., Zhao L., Moser P., Li T., Huo Y., Harris J.S. // IEEE Photonics Technology Letters - 2019. - T. 31 - № 20 - C.1607-1610.

103. Haisma J. Surface preparation and phenomenological aspects of direct

bonding / Haisma J., Spierings G.A.C.M., Michielsen T.M., Adema C.L. // Philips Journal of Research - 1995. - T. 49 - № 1-2 - C.23-46.

104. Ram R.J. GaAs to InP wafer fusion / Ram R.J., Dudley J.J., Bowers J.E., Yang L., Carey K., Rosner S.J., Nauka K. // Journal of Applied Physics - 1995. - T. 78 - № 6 - C.4227-4237.

105. Black A. Wafer fusion: Materials issues and device results / Black A., Hawkins A.R., Margalit N.M., Babic D.I., Holmes A.L., Chang Y.L., Abraham P., Bowers J.E., Hu E.L. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics -1997. - T. 3 - № 3 - C.943-951.

106. Salomonsson F. Wafer fused p-InP/p-GaAs heterojunctions / Salomonsson F., Streubel K., Bentell J., Hammar D., Keiper D., Westphalen R., Piprek J., Sagalowicz L., Rudra A., Behrend J. // Journal of Applied Physics - 1998. - T. 83 -№ 2 - C.768-774.

107. Rapp S. All-epitaxial single-fused 1.55 ^m vertical cavity laser based on an InP bragg reflector / Rapp S., Salomonsson F., Streusel K., Mogg S., Wennekes F., Bentell J., Hammar M. // Japanese Journal of Applied Physics, Part 1: Regular Papers and Short Notes and Review Papers - 1999. - T. 38 - № 2 B - C.1261-1264.

108. Jin-Phillipp N.Y. Interface of directly bonded GaAs and InP / Jin-Phillipp N.Y., Sigle W., Black A., Babic D., Bowers J.E., Hu E.L., Rühle M. // Journal of Applied Physics - 2001. - T. 89 - № 2 - C. 1017-1024.

109. Dudley J.J. Low threshold, wafer fused long wavelength vertical cavity lasers / Dudley J.J., Babic D.I., Mirin R., Yang L., Miller B.I., Ram R.J., Reynolds T., Hu E.L., Bowers J.E. // Applied Physics Letters - 1994. - T. 64 - № 12 - C.1463-1465.

110. Babic D.I. Double-fused 1.52-^m vertical-cavity lasers / Babic D.I., Dudley J.J., Streubel K., Mirin R.P., Bowers J.E., Hu E.L., Streubel K. // Applied Physics Letters - 1995. - T. 66 - № 9 - C.1030-1032.

111. Syrbu A.V. InGaAs/InGaAsP/InP edge emitting laser diodes on p-GaAs substrates obtained by localised wafer fusion / Syrbu A.V., Fernandez J., Behrend J., Berseth C.A., Carlin J.F., Rudra A., Kapon E. // Electronics Letters - 1997. - T. 33 -№ 10 - C.866-868.

112. Sagalowicz L. Defects, structure, and chemistry of InP-GaAs interfaces

obtained by wafer bonding / Sagalowicz L., Rudra A., Kapon E., Hammar M., Salomonsson F., Black A., Jouneau P.H., Wipijewski T. // Journal of Applied Physics -2000. - T. 87 - № 9 - C.4135-4146.

113. Syrbu A.V. 30°C CW operation 1.52 ^m InGaAsP/AlGaAs vertical cavity lasers with in situ built-in lateral current confinement by localised fusion / Syrbu A.V., Iakovlev V.P., Berseth C.A., Dehaese O., Rudra A., Kapon E., Jacquet J., Boucart J., Stark C., Gaborit F., Sagnes I., Harmand J.C., Raj R. // Electronics Letters - 1998. - T. 34 - № 18 - C.1744-1745.

114. Karim A. 1.55-^m Vertical-Cavity Laser Arrays for Wavelength-Division Multiplexing / Karim A., Piprek J., Abraham P., Lofgreen D., Chiu Y.J., Bowers J.E. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics - 2001. - T. 7 - № 2 -C.178-183.

115. Sirbu A. Wafer-fused heterostructures: Application to vertical cavity surface-emitting lasers emitting in the 1310 nm band / Sirbu A., Iakovelv V., Mereuta A., Caliman A., Suruceanu G., Kapon E. // Semiconductor Science and Technology -2011. - T. 26 - C.014016.

116. Caliman A. 8 mW fundamental mode output of wafer-fused VCSELs emitting in the 1550-nm band / Caliman A., Mereuta A., Suruceanu G., Iakovlev V., Sirbu A., Kapon E. // Optics Express - 2011. - T. 19 - № 18 - C.16996.

117. Babic D.I. Room-temperature continuous-wave operation of 1.54 ^m vertical-cavity lasers / Babic D.I., Streubel K., Mirin R.P., Margalit N.M., Bowers J.E., Hu E.L., Mars D.E., Yang L., Carey K. // IEEE Photonics Technology Letters - 1995. -T. 7 - № 11 - C.1225-1227.

118. Ohiso Y. Single transverse mode operation of 1.55-^m buried heterostructure vertical-cavity surface-emitting lasers / Ohiso Y., Okamoto H., Iga R., Kishi K., Amano C. // IEEE Photonics Technology Letters - 2002. - T. 14 - № 6 -C.738-740.

119. Streubel K. Novel technologies for 1.55-^m vertical cavity lasers / Streubel K. // Optical Engineering - 2000. - T. 39 - № 2 - C.488-497.

120. Black K.A. Double-fused 1.5 ^m vertical cavity lasers with record high To of 132 K at room temperature / Black K.A., Abraham P., Margalit N.M., Hegblom E.R.,

Chiu Y.-J., Piprek J., Bowers J.E., Hu E.L. // Electronics Letters - 1998. - T. 34 - № 20

- C.1947-1949.

121. Margalit N.M. 64 °C continuous-wave operation of 1.5-^m vertical-cavity laser / Margalit N.M., Piprek J., Zhang S., Babic D.I., Streubel K., Mirin R.P., Wesselmann J.R., Bowers J.E., Hu E.L. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics - 1997. - T. 3 - № 2 - C.359-365.

122. Karim A. Wafer bonded 1.55 ^m vertical-cavity lasers with continuous-wave operation up to 105°C / Karim A., Abraham P., Lofgreen D., Chiu Y.J., Piprek J., Bowers J. // Applied Physics Letters - 2001. - T. 78 - № 18 - C.2632-2633.

123. Karim A. Superlattice barrier 1528-nm vertical-cavity laser with 85°C continuous-wave operation / Karim A., Black K.A., Abraham P., Lofgreen D., Chiu Y.J., Piprek J., Bowers J.E. // IEEE Photonics Technology Letters - 2000. - T. 12 - № 11 - C.1438-1440.

124. Syrbu A. 1.5-mW Single-Mode Operation of Wafer-Fused 1550-nm VCSELs / Syrbu A., Mircea A., Mereuta A., Caliman A., Berseth C., Suruceanu G., Iakovlev V., Achtenhagen M., Rudra A., Kapon E. // IEEE Photonics Technology Letters - 2004. - T. 16 - № 5 - C.1230-1232.

125. Syrbu A. 1550 nm-band VCSEL 0.76 mW singlemode output power in 20 -80 °C temperature range / Syrbu A., Mereuta A., Mircea A., Caliman A., Iakovlev V., Berseth C., Suruceanu G., Rudra A., Deichsel E., Kapon E. // Electronics letters - 2004.

- T. 40 - № 5 - C.306-307.

126. Ortsiefer M. Low-threshold index-guided 1.5 ^m long-wavelength vertical-cavity surface-emitting laser with high efficiency / Ortsiefer M., Shau R., Bohm G., Kohler F., Amann M.-C. // Applied Physics Letters - 2000. - T. 76 - № 16 - C.2179-2181.

127. Reddy M.H.M. Selectively etched tunnel junction for lateral current and optical confinement InP-based vertical cavity lasers / Reddy M.H.M., Asano T., Feezell D., Buell D.A., Huntington A.S., Koda R., Coldren L.A. // Journal of Electronic Materials - 2004. - T. 33 - № 2 - C.118-122.

128. Boucart J. Metamorphic DBR and tunnel-junction injection: a CW RT monolithic long-wavelength VCSEL / Boucart J., Starck C., Gaborit F., Plais A.,

Bouché N., Derouin E., Remy J.C., Bonnet-Gamard J., Goldstein L., Fortin C., Carpentier D., Salet P., Brillouet F., Jacquet J. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics - 1999. - Т. 5 - № 3 - С.520-529.

129. Mereuta A. 10-Gb/s and 10-km error-free transmission up to VCSELs / Mereuta A., Suruceanu G., Caliman A., Iakovlev V., Sirbu A., Kapon E. // Optics Express - 2009. - Т. 17 - № 15 - С.12981-12986.

130. Sirbu A. Reliability of 1310 nm wafer fused VCSELs / Sirbu A., Suruceanu G., Iakovlev V., Mereuta A., Mickovic Z., Caliman A., Kapon E. // IEEE Photonics Technology Letters - 2013. - Т. 25 - № 16 - С. 1555-1558.

131. Belkin M.E. Long Wavelength VCSELs and VCSEL-Based Processing of Microwave Signals / Belkin M.E., Belkin L., Loparev A., Sigov A.S., Iakovlev V. / под ред. S. Pyshkin. - Rijeka: InTech Open, 2015. - C. 127-158.

132. Ellafi D. Control of cavity lifetime of 15 ^m wafer-fused VCSELs by digital mirror trimming / Ellafi D., Iakovlev V., Sirbu A., Suruceanu G., Mickovic Z., Caliman A., Mereuta A., Kapon E. // Optics Express - 2014. - Т. 22 - № 26 - С.32180.

133. Hofmann W. High-speed buried tunnel junction vertical-cavity surface-emitting lasers // IEEE Photonics Journal - 2010. - Т. 2 - № 5 - С.802-815.

134. Hofmann W. Long-wavelength vertical-cavity surface-emitting lasers for high-speed applications and gas sensing / Hofmann W., Amann M.-C. // IET Optoelectronics - 2008. - Т. 2 - № 3 - С.134-142.

135. Hofmann W. 1.55-^m VCSEL with enhanced modulation bandwidth and temperature range / Hofmann W., Müller M., Böhm G., Amann M.C., Ortsiefer M. // IEEE Photonics Technology Letters - 2009. - Т. 21 - № 13 - С.923-925.

136. Müller M. Short-cavity long-wavelength VCSELs with modulation bandwidths in excess of 15 GHz / Müller M., Hofmann W., Böhm G., Amann M.C. // IEEE Photonics Technology Letters - 2009. - Т. 21 - № 21 - С.1615-1617.

137. Hofmann W. 40 Gbit/s modulation of 1550 nm VCSEL / Hofmann W., Müller M., Wolf P., Mutig A., Gründl T., Böhm G., Bimberg D., Amann M.C. // Electronics Letters - 2011. - Т. 47 - № 4 - С.270-271.

138. Spiga S. Single-Mode High-Speed 1.5- ^m VCSELs / Spiga S., Soenen W., Andrejew A., Schoke D.M., Yin X., Bauwelinck J., Boehm G., Amann M. // Journal of

Lightwave Technology - 2017. - T. 35 - № 4 - C.727-733.

139. Gründl T. Record single-mode, high-power VCSELs by inhibition of spatial hole burning / Gründl T., Debernardi P., Müller M., Grasse C., Ebert P., Geiger K., Ortsiefer M., Böhm G., Meyer R., Amann M.C. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics - 2013. - T. 19 - № 4.

140. Klotzkin D. Modulation Characteristics of High Speed (f-3dB = 20 GHz) Tunneling Injection InP/InGaAsP 1.55 ^m Ridge Waveguide Lasers Extracted from Optical and Electrical Measurements / Klotzkin D., Syao K., Bhattacharya P., Caneau C., Bhat R. // Journal of Lightwave Technology - 1997. - T. 15 - № 11 - C.2141-2146.

141. Ledentsov N.N. Optical properties of heterostructures with InGaAs-GaAs quantum clusters / Ledentsov N.N., Ustinov V.M., Egorov A.Y., Zhukov A.E., Maksimov M.V., Tabatadze I.G., Kop'ev P.S. // Semiconductors - 1994. - T. 28 - № 8 - C.832-834.

142. Ouyang D. Lateral-cavity spectral hole burning in quantum-dot lasers / Ouyang D., Heitz R., Ledentsov N.N., Bognar S., Sellin R.L., Ribbat C., Bimberg D. // Applied Physics Letters - 2002. - T. 81 - № 9 - C.1546-1548.

143. Kuntz M. Direct modulation and mode locking of 1.3 ^m quantum dot lasers / Kuntz M., Fiol G., Lämmlin M., Bimberg D., Thompson M.G., Tan K.T., Marinelli C., Wonfor A., Sellin R., Penty R. V., White I.H., Ustinov V.M., Zhukov A.E., Shernyakov Y.M., Kovsh A.R., Ledentsov N.N., Schubert C., Marembert V. // New Journal of Physics - 2004. - T. 6 - № 1 - C.181.

144. Otsubo K. Temperature-insensitive eye-opening under 10-Gb/s modulation of 1.3-^m p-doped quantum-dot lasers without current adjustments / Otsubo K., Hatori N., Ishida M., Okumura S., Akiyama T., Nakata Y., Ebe H., Sugawara M., Arakawa Y. // Japanese Journal of Applied Physics, Part 2: Letters - 2004. - T. 43 - № 8 B -C.L1124.

145. Olshansky R. Frequency Response of 1.3 ^m InGaAsP High Speed Semiconductor Lasers / Olshansky R., Hill P., Lanzisera V., Powazinik W. // IEEE Journal of Quantum Electronics - 1987. - T. 23 - № 9 - C.1410-1418.

146. Clawson A.R. Guide to references on III-V semiconductor chemical etching / Clawson A.R. // Materials Science and Engineering R: Reports - 2001. - T. 31 - № 1-

6 - С.1-438.

147. Bobrov M.A. Effect of the photon lifetime on the characteristics of 850-nm vertical-cavity surface-emitting lasers with fully doped distributed Bragg reflectors and an oxide current aperture / Bobrov M.A., Blokhin S.A., Kuzmenkov A.G., Maleev N.A., Blokhin A.A., Zadiranov Y.M., Nikitina E. V., Ustinov V.M. // Semiconductors -2014. - Т. 48 - № 12 - С.1657-1663.

148. Woo R.L. First demonstration of monolithic InP-based InAlAs/InGaAsP/InGaAs triple junction solar cells / Woo R.L., Hong W.D., Mesropian S., Leite M.S., Atwater H.A., Law D.C. // Conference Record of the IEEE Photovoltaic Specialists Conference - 2011. - С.000295-000298.

149. Gebretsadik H. Lateral oxidation of InAlAs in InP-based heterostructures for long wavelength vertical cavity surface emitting laser applications / Gebretsadik H., Kamath K., Zhou W.D., Bhattacharya P., Caneau C., Bhat R. // Applied Physics Letters

- 1998. - Т. 72 - № 2 - С.135-137.

150. Karachinsky L.Y. Reliability performance of 25 Gbit s-1 850 nm vertical-cavity surface-emitting lasers / Karachinsky L.Y., Blokhin S.A., Novikov I.I., Maleev N.A., Kuzmenkov A.G., Bobrov M.A., Lott J.A., Ledentsov N.N., Shchukin V.A., Kropp J.R., Bimberg D. // Semiconductor Science and Technology - 2013. - Т. 28 -№ 6 - С.065010.

151. Maleev N.A. Single-spatial-mode semiconductor VCSELs with a nonplanar upper dielectric DBR / Maleev N.A., Kuz'menkov A.G., Kulagina M.M., Zadiranov Y.M., Vasil'ev A.P., Blokhin S.A., Shulenkov A.S., Troshkov S.I., Gladyshev A.G., Nadtochiy A.M., Pavlov M.M., Bobrov M.A., Nazaruk D.E., Ustinov V.M. // Semiconductors - 2013. - Т. 47 - № 7 - С.993-996.

152. Blokhin S.A. Laser generation at 1.3 ^m in vertical micsrocavities containing InAs/InGaAs quantum dot arrays under optical pumping / Blokhin S.A., Kryzhanovskaya N. V., Moiseev E.I., Bobrov M.A., Kuz'menkov A.G., Blokhin A.A., Vasil'ev A.P., Karpovskii I.O., Zadiranov Y.M., Troshkov S.I., Nevedomskii V.N., Nikitina E.V., Maleev N.A., Ustinov V.M. // Technical Physics Letters - 2016. - Т. 42

- № 10 - С.1009-1012.

153. Григорьева И.С. Физические величины. Справочник / Григорьева И.С.,

Мейлихова Е.З. - Москва: Энергоатомиздат, 1991.- С. 255- 265

154. Muller M. 1550-nm High-Speed Short-Cavity VCSELs / Muller M., Hofmann W., Grundl T., Horn M., Wolf P., Nagel R.D., Ronneberg E., Bohm G., Bimberg D. // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics - 2011. - Т. 17

- № 5 - С.1158-1166.

155. Suemune I. Theoretical study of differential gain in strained quantum well structures / Suemune I. // IEEE Journal of Quantum Electronics - 1991. - Т. 27 - № 5 -С.1149-1159.

156. Vurgaftman I. Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys / Vurgaftman I., Meyer J.R., Ram-Mohan L.R. // Journal of Applied Physics

- 2001. - Т. 89 - № 11 - С.5815-5875.

157. Temkin H. 1.5-1.6-^m Ga0.47In0.53As/Al0.48In0.52As multiquantum well lasers grown by molecular beam epitaxy / Temkin H., Alavi K., Wagner W.R., Pearsall T.P., Cho A.Y. // Applied Physics Letters - 1983. - Т. 42 - № 10 - С.845-847.

158. Tandon A. Low-threshold, high-T0 and high-efficiency 1300 nm and 1500 nm lasers with AlInGaAs active region grown by MOCVD / Tandon A., Bour D.P., Chang Y.L., Lin C.K., Corzine S.W., Tan M.R. // Physics and Simulation of Optoelectronic Devices XII. - International Society for Optics and Photonics, - 2004. -Т. 5349 - С.206-217.

159. Soko! A.K. Comparative analysis of thermal problems in GaAs- and InP-based 1.3-^m VECSELs / Sokol A.K., Sarzala R.P. // Optica Applicata - 2013. - Т. 43

- № 2 - С.325-341.

160. Hudait M.K. Zn incorporation and band gap shrinkage in p-type GaAs / Hudait M.K., Modak P., Hardikar S., Krupanidhi S.B. // Journal of Applied Physics -1997. - Т. 82 - № 10 - С.4931-4937.

161. Tell B. Short Wavelength (699 nm) Electrically Pumped Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers / Tell B., Leibenguth R.E., Livescu G. // IEEE Photonics Technology Letters - 1992. - Т. 4 - № 11 - С. 1195-1196.

162. Reddy M.H.M. Continuous-wave operation of 1.55-^m vertical-cavity surface-emitting laser with digital-alloy active region using submonolayer superlattices / Reddy M.H.M., Buell D.A., Feezell D., Asano T., Koda R., Huntington A.S., Coldren

L.A. // IEEE Photonics Technology Letters - 2003. - Т. 15 - № 7 - С.891-893.

163. Panish M.B. Heterostructure Lasers: Fundamental Principles / Panish M.B., Casey H.C. - Cambridge, Massachusetts, US: Academic press, 1978.

164. Coldren L.A. Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits / Coldren L.A., Corzine S.W., Masanovic M.L. - John Wiley & Sons, 2012.- 744c.

165. Born M. Principles of optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light / Born M., Wolf E. - New York: Cambridge University Press, 1994.- 952c.

166. Jain M. Internal optical loss measurements in InGaAs-InAlGaAs quantumwell lasers operating around 1550 nm / Jain M., Ironside C.N. // IEEE Photonics Technology Letters - 2003. - Т. 15 - № 5 - С.631-633.

167. Sayid S.A. Thermal performance of 1.55 ^m InGaAlAs quantum well buried heterostructure lasers / Sayid S.A., Marko I.P., Cannard P.J., Chen X., Rivers L.J., Lealman I.F., Sweeney S.J. // Conference Proceedings - International Conference on Indium Phosphide and Related Materials - 2010. - Т. 46 - № 5 - С.265-268.

168. Ellafi D. Effect of Cavity Lifetime Variation on the Static and Dynamic Properties of 1.3-^m Wafer-Fused VCSELs / Ellafi D., Iakovlev V., Sirbu A., Grigore S., Mickovic Z., Caliman A., Mereuta A., Kapon E. // IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics - 2015. - Т. 21 - № 6 - С.1700509

169. Tektronix Jitter, Noise and Eye-Diagram Analysis Solution [Электронный ресурс]. URL: https://www.tek.com/datasheet/dpojet-datasheet-1 (accessed: 31.08.2020).

Приложение 1. Акты внедрения

в ф. ОПЕРУ Банка Б ТБ (ПАО) в Санкт-Петербурвв е-таН: infa@conneGtor~optics.com к/с 30101810200000000704. БИК 044030704 www.conn9ctor-optics.com

ООО «Коннектор Оптике» ИНН 7840421Ш КПП 750201001 ОГРН 1097647306074 Р/с 40702310237010000679

ул. Домостроительная, д. 16, литер Б теп. *7 (812) 327 50 65 факс [phone]

Почтовый адрес: 194292. Санкт-Петербург,

• • « «

Исх. № 125 от 25.08.2020 г.

В диссертационный совет 07.19.00 при Университете ИТМО 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д, 49, лит, А

О внедрении результатов диссертационного исследования

АКТ

о внедрении результатов диссертационного исследования

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационного исследования Л.Я. Карачинского «Полупроводниковые гетероструктуры АЗВ5, полученные методами молекулярно-пучковой эпитаксии и спекания, и лазеры спектрального диапазона 1300 - 1550 нм на их основе» представляют научный и практический интерес и внедрены на опытном производстве вертикально-излучающих лазеров в ООО «Коннектор Оптике».

Директор по новым разработка!

И.И. Новиков

Акционерное общество «ОКБ-Ппанета»

В диссертационный совет 07.19.00 при Университете ИТМО

Большая Московская ул., д. 13а, пом. 1н

г. Великий Новгород, 173004

тел./факс [phone];

www.okbplaneta.ru,

е-таП: [e-mail]

ОКПО 11810446, ОГРН 1025300800579

ИНН 5321031176, КПП 532101001

197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, лит. А

На №

от

г.

АКТ

о внедрении результатов диссертационного исследования

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационного исследования Л.Я. Карачинского «Полупроводниковые гетероструктуры АЗВ5, полученные методами молекулярно-пучковой эпитаксии и спекания, и лазеры спектрального диапазона 1300 - 1550 нм на их основе» обладают актуальностью, представляют научный и практический интерес и внедрены на опытном производстве вертикально-излучающих лазеров в АО «ОКБ-Планета».

Заместитель генерального директора по научно-техническому развитию

А.С. Ионов

Приложение 2. Тексты публикаций

Список избранных публикаций

1. Karachinsky L.Ya. High-Power Single Mode CW Operation of 1.5 ^m-Range Quantum Dot GaAs-based Laser / L.Ya. Karachinsky, T. Kettler, N.Yu. Gordeev, I.I. Novikov, M.V. Maximov, Yu.M. Shernyakov, N.V. Kryzhanovskaya, A.E. Zhukov, E.S. Semenova, A.P. Vasil'ev, V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov, A.R. Kovsh, V.A. Shchukin, S.S. Mikhrin, A. Lochmann, O. Schulz, L. Reissmann, D. Bimberg, // Electronics Letters. - 2005. - Т. 41. - №. 8. - С. 478-480.

2. Karachinsky L.Ya. Metamorphic 1.5 ^m range quantum dot lasers on GaAs substrate / L.Ya. Karachinsky, T. Kettler, I.I. Novikov, Yu.M. Shernyakov, N.Yu. Gordeev, M.V. Maximov, N.V. Kryzhanovskaya, A.E. Zhukov, E.S. Semenova, A.P. Vasil'ev, V.M. Ustinov, G. Fiol, M. Kuntz, A. Lochmann, O. Schulz, L. Reissmann, K. Posilovic, A.R. Kovsh, S.S. Mikhrin, V.A. Shchukin, N.N. Ledentsov, D. Bimberg // Semiconductor Science and Technology. - 2006. - Т. 21. - №. 5. - С. 691-696.

3. Kettler T. Degradation-Robust Single Mode CW Operation of 1.46 ^m Metamorphic Quantum Dot Lasers on GaAs Substrate / T. Kettler, L.Ya. Karachinsky, G. Fiol, M. Kuntz, A. Lochmann, O. Schulz, L. Reissmann, K. Posilovic, D. Bimberg, I.I. Novikov, Yu.M. Shernyakov, N.Yu. Gordeev, M.V. Maximov, N.V. Kryzhanovskaya, A.E. Zhukov, E.S. Semenova, A.P. Vasil'ev, V.M. Ustinov, A.R. Kovsh, V.A. Shchukin, N.N. Ledentsov // Applied Physics Letters. - 2006. - Т. 89. -№. 4. - С. 041113.

4. Ledentsov N.N. MBE-grown metamorphic lasers for applications at telecom wavelengths / N.N. Ledentsov, V.A. Shchukin, T. Kettler, K. Posilovic, D. Bimberg, L.Ya. Karachinsky, A.G. Gladyshev, M.V. Maximov, I.I. Novikov, Yu.M. Shernyakov, A.E. Zhukov, V.M. Ustinov, A.R. Kovsh // Journal of Crystal Growth. -2007. - Т. 301-302. - С. 914-922.

5. Egorov A.Yu. Design concepts of monolithic metamorphic vertical-cavity surface-emitting lasers for the 1300-1550 nm spectral range / A.Yu. Egorov, L.Ya. Karachinsky, I.I. Novikov, A.V. Babichev, V.N. Nevedomskiy, V.E. Bugrov // Semiconductors. - 2015. - Т. 49. - №. 11. - С. 1522-1526.

6. Babichev A.V. 6 mW Single-Mode High-Speed 1550 nm Wafer-Fused VCSELs for DWDM Application / A.V. Babichev, L.Ya. Karachinsky, I.I. Novikov, A.G. Gladyshev, S.A. Blokhin, S. Mikhailov, V. Iakovlev, A. Sirbu, G. Stepniak, L. Chorchos, J.P. Turkiewicz, K.O. Voropaev, A.S. Ionov, M. Agustin, N.N. Ledentsov, A.Yu. Egorov // IEEE Journal of Quantum Electronics. - 2017. - T. 53. - №. 6. - C. 8038783.

7. Babichev A.V. Optical properties of metamorphic hybrid heterostuctures for vertical-cavity surface-emitting lasers operating in the 1300-nm spectral range / A.V. Babichev, N.V. Kryzhanovskaya, E.I. Moiseev, A.G. Gladyshev, L.Ya. Karachinsky, I.I. Novikov, S.A. Blokhin, M.A. Bobrov, Yu.M. Zadiranov, S.I. Troshkov, A.Yu. Egorov // Semiconductors. - 2017. - T. 51. - №. 9. - C. 1127-1132.

8. Babichev A.V. Vertical-Cavity Surface-Emitting 1.55-^m Lasers Fabricated by Fusion / A.V. Babichev, L.Ya. Karachinsky, I.I. Novikov, A.G. Gladyshev, S.A. Blokhin, S. Mikhailov, V. Iakovlev, A. Sirbu, G. Stepniak, L. Chorchos, J.P. Turkiewicz, K.O. Voropaev, A.S. Ionov, M. Agustin, N.N. Ledentsov, A. Yu. Egorov // Technical Physics Letters. - 2018. - T. 44. - №. 1. - C. 24-27.

9. Blokhin S.A. Analysis of the Internal Optical Losses of the Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser of the Spectral Range of 1.55 ^m Formed by a Plate Sintering Technique / S.A. Blokhin, M.A. Bobrov, A.A. Blokhin, A.G. Kuzmenkov, N.A. Maleev, V.M. Ustinov, E.S. Kolodeznyi, S.S. Rochas, A.V. Babichev, I.I. Novikov, A.G. Gladyshev, L.Ya. Karachinsky, D.V. Denisov, K.O. Voropaev, A.S. Ionov, A.Yu. Egorov // Optics and Spectroscopy. - 2019. - T. 127. - №. 1. - C. 140-144.

10. L.Ya. Karachinsky Optical Gain in Laser Heterostructures with an Active Area Based on an InGaAs/InGaAlAs Superlattice / L.Ya. Karachinsky, I.I. Novikov, A.V. Babichev, A.G. Gladyshev, E.S. Kolodeznyi, S.S. Rochas, A.S. Kurochkin, Yu.K. Bobretsova, A.A. Klimov, D.V. Denisov, K.O. Voropaev, A.S. Ionov, V.E. Bougrov, and A. Yu. Egorov // Optics and Spectroscopy. - 2019. - T. 127. - №. 6. - C. 10531056.

High-power singlemode CW operation of 1.5pim-range quantum dot GaAs-based laser

L.Ya. Karachinsky, T. Kettler, N.Yu. Gordeev, I.I. Novikov, M.V Maximov, Yu.M. Shernyakov, N.V Kryzhanovskaya, A.E. Zhukov, E.S. Semenova, A.P. Vasil'ev, VM. Ustinov, N.N. Ledentsov, A.R. Kovsh, VA. Shchukin, S.S. Mikhrin, A. Lochniann, O. Schulz, L. Reissmann and D. Binibeig

Narrow ridge stripe lasers with metamorphic InAs/InGaAs quantum dots grown using molecular beam epitaxy on GaAs substrates emit in the 1.5 |im wavelength range demonstrating a differential quantum efficiency of about 50%, singlemode operation, and maximum continuous-wave power of 220 mW limited by thermal roll-over. Absence of beam filamentalion is demonstrated up to the highest power levels studied.

Introduction: Strong interest in long wavelength quantum dot (QD) lasers on GaAs substrates [1] is motivated by the possibility to extend the advantages of the GaAs-AlAs material system to the mainstream datacom and telecom wavelengths. High-performance 1.3 |im GaAs-based InAs QD lasers, including vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) have already been realised [2, 3]. Two approaches are currently applied for 1.5 |im GaAs-based lasers. In the frame of the first approach GalnAsN/GaAsN quantum wells [4] or GalnNAsSb/GaNAsSb quantum wells [5] are used as active region. The second approach is based on the concept of metamorphic growth [6, 7]. It was shown that thick metamorphic InGaAs layers with high structural and optical quality could be grown on GaAs substrates [7]. Broad area lasers based on tenfold stacked metamorphic InAs-InGaAs QDs showed lasing in the range 1.48-1.52 nm, threshold current density about 1-1.5 kAcm 2 at 300 K and external differential quantum efficiency up to 52%. Output power exceeding 7 W was achieved under pulsed excitation [8]. However, continuous-wave (CW) operation of such lasers and, in particular, CW operation in singlemode regime has not been demonstrated to date.

We report on realisation of 1.5 Jim range narrow-stripe singlemode lasers based on metamorphic InAs/InGaAs QDs on GaAs substrate, which operate in CW mode with high optical output power 220 mW.

Experiment: The active region of the heterostructures consisted of 10 layers of InAs self-organised quantum dots. The structure design wras similar to one published earlier [7]. A defect-reduction technique wras used to suppress threading dislocations [8].

The structure was processed into narrow-stripe ridge waveguide lasers with stripe widths of 6, 7 and 8 (im. The ridges were etched down to 750 nm above the waveguide. Ni/AuGe/Au and Ti/Pt/Au contacts were deposited on the n- and p-doped sides, respectively. Lasers with a wide range of cavity lengths were fabricated. Samples were mounted p-side down. No facet coatings were deposited. The lasers were characterised in a wide temperature range in pulsed mode (200 ns> 1 kHz) and CW mode.

The laser front facet was imaged by a microscope objective on a CCD camera to reveal die near-field pattern. The electro Run inescence was detected using a Ge photodiode.

Results and discussion: First, laser performance was studied in pulsed mode. Threshold current (/,/,) of about 380-420 mA was observed at 20°C for devices with a cavity length of 1.4 mm with all three ridge widths: 6, 7 and 8 (.im. The temperature dependencies of the emission wavelength and the threshold current are shown in Fig. 1. Characteristic temperature Tfl was found to be about 65 K. The longest wavelength of about 1.49 (im was achieved at 72°C, as shown in the inset in Fig. 1. Previously, large surface area lasers made from similar heterostructure showed operation at a wavelength up to 1.52 (.im [7, 8]. A 7 ¡Jim-wide stripe laser showed threshold current density =390 mA and total maximal output power about 440 mW. Differential quantum efficiency (rjd) of 50% was measured. This result corresponds to die best values reported so far for broad area metamorphic InAs-InGaAs QD lasers on GaAs substrates [7, 8].

temperature, ''C

Fig. 1 Temperature dependence of emission wavelength and threshold current of 7 pim-wide stripe laser (L=2 mm)

Inset: EL spectrum at 72°C of 7 |.im-wide stripe laser (L=2 mm) at 1=1.1 l,¡,

The distribution of the near-field intensity along the facet surface of the 6 (.tm stripe laser for a variety of pump currents is shown in Fig. 2. The laser was mounted on a micropositioning system, so that the image-scaling factor could be determined by shifting the laser with respect to the lens and the camera. The near-field profile does not change by increasing the current. The absence of the extra features or spikes clearly shows that no new optical modes or beam filaments appear by increasing current; 7 and 8 |im stripes demonstrated similar behaviour.

distance across tacel, nm

Fig. 2 Near-field cross-sections in lateral direction of 6 /un-wide stripe laser (L = 1.4 mm) against pump current at 20'C

Inset: Parallel and perpendicular to pn junction far-field pattern of 6 fjm-wide stripe laser (L = 1.4 mm) at I = 2.4 l,h and T — 20°C -parallel - - - - perpendicular

The inset in Fig. 2 shows the lateral and vertical far-field pattern of the 6 (im stripe laser at a pump current / = 2.4 I,h. Full width at half maximum (FWHM) of the lateral far field was found to be in the 5.67.1° range {/= 1.25-5-2.4 /,/,). The beam profile is Gaussian, as in the case of 7 and 8 (im stripes. In the vertical direction the far-field pattern did not change with the pump current, FWHM was found to be about 43" in agreement with the far-field profile calculated based on the waveguide geometry. Thus, our long-wave length QD lasers operate in the fundamental mode.

Fig. 3 shows CW light-current and voltage-current characteristics of a 6 (.im laser with the cavity length 2 mm at 10°C. The maximum output optical power was as high as 220 mW being limited by thermal roll-over effects. To our best knowledge this is the highest CW power level ever reported for 1.5 ¡Jim-range GaAs-based lasers of any kind. Differential quantum efficiency was 38.4%. Corresponding CW spectra are presented in the inset in Fig. 3. The kinks, observed in the L-I curve at powers exceeding 100 mW are believed to be due to switching between different longitudinal mode groups as revealed in the emission spectrum [9]. The red shift of the wavelength is attributed to the heating of the active region with the pump current increase. The devices withstand CW injection current densities up to >22kA/cm2 without noticeable degradation indicating their robustness, not previously seen in metamorphic devices.

ELECTRONICS LETTERS 14th April 2005 Vol.41 No. 8

pump currcnl. A

Fig. 3 CW light-current and voltage current characteristics of 6 /mi-wide Stripe laser (L — 2 mm) at ¡O'C

-light-current---voltage-current

Inset: CW spectra of 6 jim-wide stripe laser (L = 2 mm) at 10°C

Conclusion: We have studied metamorphic quantum dot lasers on GaAs substrates emitting in the range of 1.5 |im. Singlemode operation with high differential quantum efficiency (up to 50%) and CW output optical power up to 220 mW has been realised. We believe that the results clearly indicate that metamorphic InAs-InGaAs quantum dot lasers are promising candidates for high-performance 1.3-1.5 |im edge- and surface-emitting lasers on GaAs or Si substrates.

Acknowledgments: The authors are grate fill to S. Rodt for expert technical assistance and to N. D. U'inskaya and 1, N. Kaiander for fruitful discussions. This work was supported in different parts by the Joint Research Project between A.F. Ioffe Physico-Technical Institute, St Petersburg, Russia and NL-Nanosemiconductor-GmbH, Dortmund, Germany, the EU Projects 'SANDiE' (contract number NMP4-CT-2004-500101) and DOTCOM, the Russian Foundation for Basic Research, and INTAS. A. E. Zhukov acknowledges support from the Grant (MD-4277.2004.2) of the President of the Russian Federation for the support of young scientists. L. Ya. Karachinsky gratefully acknowledges financial support from DFG (Germany).

L.Ya. Karachinsky, N.Yu. Gordeev, I.I. Novikov, M.V Maximov, Yu.M Shernyakov, N.V. Kryzhanovskaya, A.E. Zhukov, E.S. Semenova, A.P. Vasil'ev and VM, Ustinov {A.F. Ioffe Physico-Technical Institute, Russian Academy of Sciences, 26 Polytekhnicheskaya, St Petersburg, 194021, Russia) E-mail: [e-mail]

T. Kettler, A. Lochmann, O. Schulz, L. Reissmann and D. Bimberg (Institut fur Festkörperphysik, Technische Universität Berlin, D-10623 Berlin, Germany)

N.N. Ledentsov, A.R. Kovsh, VA. Shchukin and S.S. Mikhrin (NL-Nanosemiconductor GmbH, 44227 Dortmund, Germany) L.Ya. Karachinsky, N.N. Ledentsov and V.A. Shchukin: Also with Institut fiir Festkörperphysik, Technische Universität Berlin. N.N. Ledentsov and VA. Shchukin: On leave from A.F. Iofle Physico-Technical Institute

References

1 Deppe, D.O., et at.: 'Spontaneous emission and threshold characteristics of l.3-|im InGaAs-GaAs quantum-dot Ga As-based lasers', IEEE J. Quantum Electron1999, 35, pp. 1238 1246

2 Bimberg, D., Ledentsov, N.N., and Lott, J.A.: 'Quantum-dot vertical-cavity surface-emitting lasers', MRS Bull., 2002, 27, (7), pp. 531 538

3 Ledentsov, N.N., et al.: 'Unique properties of quantum dot lasers'. Proc. IEEE-Nano' 2003 (3rd IEEEConf. on Nanotechnology), San Francisco, CA, USA, August 2003, CD, IEEE, 25_01 (2003) 07803-7977-2/03

4 Gollub, D., etai: '1.42 (.im continuous-wave operation ofGalnNAs laser diodes', Electron. Lett, 2003, 39, pp. 777=778

5 Gollub, D., et al.: 'Continuous-wave operation of GalnNAsSb distributed feedback lasers at 1.5 ^m'. Electron. Lett., 2004, 40, pp. 1487 1488

6 Zhukov, A.E., et al.: 'Metamorphic lasers for 1.3-¡.ini spectral range grown on GaAs substrates by MBE', Sem ¡conductors, 2003, 37, pp. 1 119-1122

7 Ledentsov, N.N., et al.: 'High performance quantum dot lasers on GaAs substrates operating in 1.5 |im range', Electron. Lett, 2003, 39, pp. 1126-1128

8 Ledentsov, N.N., et al.: 'Quantum dot lasers: physics and applications', SPIE Asia-Pacific Optical Communications (APOC '04), Beijing, China, November 2004

9 Ouyang, D., et al.: 'Lateral-cavity spectral hole burning in quantum-dot lasers', Appt. Phys. Lett., 2002, 81, pp. 1546=1548

Institute of Physics Publishing

Semiconductor Science and Technology

Semicond. Sci. Technol. 21 (2006) 691-696

doi:10.1088/0268-1242/21/5/022

Metamorphic 1.5 \xm-range quantum dot

lasers on a GaAs substrate

L Ya Karachinsky L2, T Kettler2,11 Novikov1, Yu M Shernyakov1, N Yu Gordeev , M V Maximov1, N V Kryzhanovskaya1, A E Zhukov1, E S Semenova1, A P Vasil'ev, V M Ustinov1, G Fiol2, M Kuntz2, A Lochmann2, O Schulz2, L Reissmann2, K Posilovic2, A R Kovsh3, S S Mikhrin3, V A Shchukin1 34, N N Ledentsov1,3,4 and D Bimberg2

1 Ioffe Physico-Technicat Institute. Politekhnicheskaya 26, 194021. St. Petei"sbm^i. Russia ~ Institut fur Festkoipei physik, Technische Universitat Berlin, PN5-2, Hardenbergstr. 36, D-10623 Berlin, Germany

' NL NanosemiconducLar GmbH, Konrad-Adenauer-Alke 11,44263 Dortmund, Germany E-mail: [e-mail]

Received 22 December 2005, in final form 3 March 2006

Published 3 April 2006

Online aC slacks.iop.org/SST/21/691

Abstract

1.5 /¿m-range laser diodes based on InAs/lnGaAs quanlum dols (QDs) grown on metamorphic (In, Ga, Al)As layers, which were previously deposited on GaAs substrates using a defect reduction technique (DRT), are studied. More than 7 W total output power operation in the pulsed mode is shown in broad area lasers. It is shown that the narrow stripe lasers operate in the continuous wave (CW) and the single transverse mode at current densities up to 22 kA cm" 2 without significant degradation. CW output power in excess of 220 mW at 10 "C heat sink temperature is demonstrated. 800 mW single-mode output power in the pulsed regime is obtained. It is also shown that the lasers demonstrate the absence of beam filamentation up to the highest current densities studied. First studies on the dynamics of the lasers show a modulation bandwidth of —3 GHz, limited by device healing. Eye diagrams at 2.5 Gbit s_l and room temperature (RT) have been performed. Aging tests demonstrate >800 h of CW operation at --'50 mW at 10 "C heat sink temperature and >200 h at 20 "C heat sink temperature without decrease in optical output power. The results indicate the high potential of metamorphic growth using the DRT for practical applications, such as 1500 nm GaAs vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs).

1. Introduction

During the last few years huge progress has been achieved in the Held of semiconductor heterostructure lasers based on self-organized quantum dots (QDs) [I. 2]. QD lasers showed superior characteristics such as ultra-low threshold current densities [3, 4]. ultrahigh temperature stability [5], very high differential efficiency [6]. small «-factor and correspondingly reduced filamentation [7] and chirp (shift of the lasing wavelength with current). Special attempts have been focused on long-wavelength GaAs-based QD lasers [8] with the

4 On leave from Institut fiir h'eslkorperphysik. technische Universitat Berlin. PN5-2, Hardenhergsrr. 36, EM0623 Berlin. Germany.

wavelength suitable for telecommunications. High-quality edge-emitting lasers showing error-free data transmission at 10Gb s_1 data rate [9] and surface-emitting lasers with vertical cavity (VCSELs) emitting in the 1.3 fim range have been fabricated [I, 2, 10]. Such achievements stimulate an interest for GaAs-based QD lasers emitting in the 1.5 fim range.

Until recently only the InP/InGaAsP material system has been used for creation of 1.3-1.55 ftm telecommunication semiconductor lasers. The characteristics of such lasers are limited by several fundamental problems. Insufficient confinement of carriers in the active region [I I, 12] leads to poor temperature stability of the threshold current, as well as to high values of threshold current densities. A much

0268-1242/06/050691+06S30.00 © 2006 IOP Publishing Ltd Printed in tlie UK

691

L Ya Karachinsky t't ill

more serious problem with InP-based lasers is the fact that the fabrication of commercial VCSELs based on traditional InGaAsP/InP heterostructures is very difficult [13]. The reason for that is the small refractive index difference between GalnAs and AlInAs layers. Thus, to achieve the reflectivity value (>0.99). which is needed for lasing. distributed Bragg mirror with 50 or more periods is required.

At the present time two approaches are used for 1.5 £tm-range GaAs-based lasers. The first one is to use GalnAsN/GaAsN quantum wells (QWs) [ 14] or GalnNAsSb/ GaNAsSb QWs [15] as the active region. For the GalnAsN/ GaAsN material system lasing at 1.42 £tm with a total output optical power under continuous-wave pumping FCw = 17 mW (cavity length L = 600 ¿tm, stripe width W = 4 fim) has been demonstrated [14] and for the GalnNAsSb/GaNAsSb lasing at 1.498 /Jm withFcw = 140 mW (L = 2500 fim, W= 20 (im) has been achieved [15].

Recently we have developed another approach [16. 17]. which is based on preliminary metamorphic growth of thick InGaAs layers on a GaAs substrate. Metamorphic growth previously has been used for the creation of QW [18. 19] and QD [20] lasers grown on silicon substrates. However, the output optical power of these lasers was small under continuous wave (CW) pumping (about 10 mW) and lasers degraded quickly (in several tens of minutes) [ 19]. In our case, a special growth approach called 'defect reduction technique' (DKT) was used to localize mistit dislocations in a bottom buffer layer to provide a low dislocation density in the upper layers [21].

The goal of our present work is a detailed study of the properties of the metamorphic 1.5 ^¡m-range laser diodes. Temperature, power, spectral, spatial, reliability and dynamic characteristics of metamorphic lasers are presented.

2. Experiment

The QD metamorphic laser heterostructure was grown at 500 C using elemental source molecular beam epitaxy (MBE) on a Si-doped GaAs (100) substrate. The active region consisting often layers of InAs self-organized QDs was placed in the middle of an In.,Ga i _.,As (_v — 21 %) waveguide with a thickness ofO.Sfim. Each layer of QDs formed by deposition of 2.7 ML of InAs was overgrown by a thin In,Gai_vAs (y 41 %) layer (each layer thickness is 5 nm). The metamorphic buffer consisted of an InGaAs layer with a thickness of 1 |Um, followed by a n-tvpe cladding InAlGaAs layer (A1 —• 30%) with a thickness of 1,5 (im. A schematic bandgap diagram of the metamorphic QD heterostructure superimposed on the scanning electron microscopy (SEM) image of the heterostructure is presented in figure I.

The structures were processed into broad area and narrow-stripe ridge waveguide lasers with stripe w idths of 100, 6,7 and 8 ,um. The narrow ridges were etched down to 750 nm above the waveguide. Ni/AuGe/Au and Ti/Pt/Au contacts were deposited on the n- and p-doped sides, respectively. Lasers with a wide range of cavity lengths were fabricated. Samples were mounted p-side down. No facet coatings were deposited. The lasers were characterized in a wide temperature range (0-80 'C) both in the pulsed mode (200 ns, 1 kHz) and CW mode.

Figure 2. Lasing spectra at different temperatures of the QD metamorphic laser. Inset shows the temperature dependence of the emission wavelength (opened circles) and the threshold current density (closed circles).

The laser front facet was imaged by a microscope objective on a CCD camera to reveal the near-tield pattern. The spatial resolution of the set-up was 0.1 fim. To perform spectral, light-current and far held measurements a Ge photodiode was used as a detecting element.

The dynamic characteristics of the lasers were measured in terms of small signal response using a carefully calibrated network analyser set-up. To avoid bandwidth limitations by the device mounting scheme, a probe head was used to contact the samples. The modulation bandwidths of the devices were derived from the transmission curves at different drive currents under CW operation. A detailed description of the set-up used for these measurements can be found in [22]. Eye pattern measurements were carried out with a bit pattern generator, an amplifier, a 50GHz photodetector and an oscilloscopc.

Broad-area lasers with a stripe width of W = 100 /im showed lasing in the wavelength range 1.48-1.52 ¡1 m (figure 2) and a threshold current density of about 1—1.5 kA cm-2 at 300 K.

3. Results and discussion

3.1. Broad area lasers

Metamorphic 1.5 ¿tm-range quantum dot lasers on a GaAs substrate

Figure 11. Eye diagram of a 6 //m wide stripe QD metamorphic laser (L = 2 mm) at 20 °C heat sink temperature. The data modulation frequency is 2.5 Gbit s-1, using a PRBS of 27 — 1.

a 30

"3

20

I 10 i 0.

W-S(jm 1 60 a. 40 !.30 3 20 "5 10 ¿2 0

L-2 mm

CW

200 400

Time, hours

Figure 12. Aging test of a 6 //m wide stripe QD metamorphic laser (L = 2 mm) at 10 3C heat sink temperature. Inset shows the aging test of a 6 ¿an wide stripe laser (L = 2 mm) at 20 °C heat sink temperature.

4. Conclusions

1.5 /xm-range laser diodes based on InAs/InGaAs quantum dots grown on metamorphic (In,Ga,Al)As layers deposited on GaAs substrates using a defect reduction technique have been realized. An output power above 7 W is achieved in the pulsed mode for broad area lasers at room temperature. We also presented single mode operation of metamorphic quantum dot lasers with a stripe width up to 8 ¡im. No filamentation is observed in near field studies. An output power of 800 mW and 220 mW was achieved in the pulsed and CW mode, respectively. First small signal modulation measurements yield a modulation bandwidth of ~3 GHz, limited by device heating. Eye diagram measurements at 2.5 Gbit s~1 have been performed and show open eyes. Aging tests demonstrate >800 h of CW operation at ~50 mW at 10 °C heat sink temperature and >200 h at 20 °C heat sink temperature with no decrease in optical output power. It is important to mention that significant improvement of the internal quantum efficiency and temperature stability of the lasing threshold (To) can be achieved in the case of further reduction of the defect density in the active region—the main reason limiting metamorphic laser performance at the present time.

The results clearly indicate that metamorphic InAs/InGaAs quantum dot lasers grown based on the defect reduction technique are promising candidates for high-performance 1,5 /im edge- and surface-emitting lasers on GaAs substrates.

Acknowledgments

The authors are grateful to Dr S Rodt for expert assistance and to Dr N D Il'inskaya and Dr I N Kaiander for fruitful discussions. This work was supported in different parts by the Joint Research Project between the A F Ioffe Physico-Technical Institute, St Petersburg, Russia and NL Nanosemiconductor GmbH, Dortmund, Germany, the EU Projects 'SANDiE' (contract number NMP4-CT-2004-500101), DOTCOM, DLR, the Russian Foundation for Basic Research and Russian Federal Agency on Science and Innovations (contracts 2006-RI-l9.0/001/523 and 2006-RI-19.0/001/617). AEZ acknowledges support from the grant (MD-4277.2004.2) of the President of the Russian Federation for the support of young scientists. LYaK grate fully acknowledges financial support from DFG (Germany) and from the grant of the President of the Russian Federation for the support of young scientists (MK-941.2005.2). MVM acknowledges the Alexander von Humboldt Foundation for the equipment donation.

References

[!] Bimberg D 2005 ./. Phys. D:Appl. Phys. 38 2055

[2] Ledentsov N N 2002 IEEE J. Set. Top. Quantum

Electron. 8 1015

[3] Park G, Shchekin O B, Huffaker D L and Deppe D G 2000

IEEE Photonics Technol. Lett. 12 230 |4| Grundmann M and Bimberg D 1997 Japan. J. Appl. Phys. 364181

[5] Shchekin O B, Ahn J and Deppe D G 2002 Electron.

Lett. 38 712

[6] Kovsh A R et al 2002 Electron. Lett. 38 1104

[7] Ribbat Ch, Sellin R L, Kaiander Iv Hopfer Fv Ledentsov N N,

Bimberg D, Kovsh A R, Ustinov V M, Zhukov A E and Maximov M V 2003 Appl. Phys. Lett. 82 952

[8] Deppe D G. Huffaker D L, Csutak S, Zou Z, Park G and

Shchekin O B 1999/£££/. Quantum Electron. 35 1238

[9] Kuntz M, Fiol G, Lammlin M, Schubert C, Kovsh A R,

Jacob A, Umbach A and Bimberg D 2005 Electron. Lett. 41244

[10] Bimberg D, Ledentsov N N and Lott J A 2002 MRS Bull.

27 531

[11] Yano M, Imai H and Tukusagawa M 1981 J. Appl. Phys.

52 3172

[12] Ishikawa H and Suemune I 1994/£££ Photonics Technol.

Lett. 6 344

[13] Ortsiefer M, Shau R, Böhm G, Köhler F and Amman M-C

2000 Appl. Phys. Lett. 76 2179

[14] GoIIub D, Moses S, Fischer M and Forchel A 2003 Electron.

Lett. 39 777

[15] Bank S R, Wistey M A, Goddard L L Yuen H B, Lordi V and

Harris J S Jr 2004 IEEE J. Quantum Electron. 40 656 [ 16] Zhukov A Eer al 2003 Semiconductors 37 1119

[17] Ledentsov N N et al 2003 Electron. Lett. 39 1126

[18] van der Ziel J P and Chand N 1990 J. Appl Phys. 68 2731

[19] Groenert M E, Leitz Ch W, Pitera A J, Yang V, Lee H,

Ram R J and Fitzgerald E A 2003 J. Appl. Phys. 93 362

[20] Mi Z, Bhattacharya P, Yang J and Pipe K P 2005 Electron.

Lett. 41 742

L Ya Karachinsky et al

[21 ] Ledentsov N N et al 2005 Proc. SPIE 5624 335

[22] Kuntz M et al 2004 New J. Phys. 6181

[23] Maximov M Vera! 2004 Semiconductors 38 732

[24] Karachinsky L Ya eta! 2005 Electron. Lett. 41 478

[25] Karachinsky L Ya etal 2005 Semiconductors

39 1415

[26] Ouyang D, Heitz R. Ledentsov N N, Bognär S, Sellin R L,

Ribbat Ch and Bimberg D 2002 Appl. Phys. Lett. 81 1546

[27] Otsubo K, Hatori N, Ishida M, Okumura S, Akiyama T,

Nakata Y, Ebe H, Sugawara M and Arakawa Y 2004 Japan. J Appl. Phys. 243 LI 124

[28] Olshansky R1987 IEEE J. Quantum Electron. 23 1410

APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 041113 (2006)

Degradation-robust single mode continuous wave operation of 1.46 yum metamorphic quantum dot lasers on GaAs substrate

T. Kettter, L. Ya. Karachinsky,a) N. N. Ledentsov,b) V. A. Shchukiin,b' G. Fiol, M. Kuntz, A. Lochmann, O. Schulz, L. Reissmann, K. Posilovic, and D. Bimberg

Institut fur Festkiirperpkysik, Technische Universitdt Berlin, PN5-2, Hardenhergstr. 36, D-10623 Berlin, Germany

I. I. Novikov, Yu. M. Shernyakov, N. Yu. Gordeev, M. V. Maximov, N. V. Kryzhanovskaya, A. E. Zhukov, E. S. Semenova, A. P. Vasil'ev, and V. M. Ustinov

Ioffe Physico-Technical Institute, Politekhnicheskaya 26, 19402/, Sr. Petersburg, Russia

A. R. Kovsh

NL Nanosemiconduaor GmbH, Konrad-Ademiuer-AHee 11, 44263 Dortmund, Germany

(Received 6 September 2005; accepted 22 June 2006; published online 26 July 2006)

Narrow ridge lasers of 1.5 /¿m range based on InAs/InGaAs quantum dots grown on metamorphic (In.Ga.Al)As layers deposited on GaAs substrates using defect reduction technique are studied. It is shown that the lasers operate continuous wave (cw) in a single transverse mode. Single-mode 800 mW output power in the pulsed regime is obtained for a 6 /j.m ridge width. The dynamic studies of the lasers show a modulation bandwidth of — 3 GHz. Aging tests demonstrate >800 h of cw operation at -50 mW at 10 °C (60 °C) and >200 h at 20 °C (70 °C) heat sink (junction) temperature without noticeable degradation. © 2006 American Institute of Physics. [DOI: 10.1063/1.2236291]

In recent years significant progress has been achieved in the field of injection lasers based on self-organized quantum dots (QDs).1'" QD lasers showed theoretically predicted superior chiiracterisiics such as ultralow threshold current densities.1"1 ultrahigh temperature stability,5 very high differential efficiency,s small a factor and correspondingly reduced filamentation7 and chirp (shift of the lasing wavelength with current). Special emphasis is placed on long-wavelength GaAs-based QD lasers.8 which can be used in telecommunications. High-performance edge-emitting lasers showing error-free data transmission at 10 Gb/s data rate9 and surface-emitting lasers with vertical cavity (VCSELs) emitting in 1.3 ¿ton range have been fabricated.121" Those achievements stimulated interest for GaAs-based QD lasers emitting in the 1.5 ¡ua range.

Until now only the InP/InGaAsP material system has been utilized for 1.3-1.55 /ira semiconductor lasers. However, the performance of such lasers is limited by several fundamental problems: Insufficient electron confinement of carriers in the active region"-13 leads to poor temperature stability of the threshold current, as well as to high values of threshold current densities. An even more serious problem with InP-based laser is the fact that fabrication of commercial VCSELs based on traditional InGaAsP/InP heterostruc-tures is extremely demanding.11 The reason for that is the small refractive index difference between GalnAs and AlInAs layers. Thus, a distributed Bragg mirror with 50 or more periods is required to achieve the reflectivity value ( >0.99) needed for lasing.

Jl Author to whom correspondence should be addressed. Also with: A. F. Ioffe Physico-Technical Institute. Polytekhnicheskaya 26, St. Petersburg. 194(121, Russia; electronic mail: [e-mail] hlOn leave from: A.F. Ioffe Physico-Technical Institute, Polytechnicheskaya

26, St, Petersburg, 194021. Russia.

0003-S951 /2006/89(41/041113/3/$23.00

Two approaches are currently applied for 1.5 fum GaAs-based lasers. In the frame of the first approach GalnAsN/GaAsN quantum wells (QWs)11 or GalnNAsSb/GaNAsSb QWs15 are used as active region.

Recently a novel approach to reach high-performance lasing in the long-wavelength range using metamorphic InGaAs growth on GaAs substrates has been proposed.16 Metamorphic growth previously has been used for the creation of QWs.171!i However, lasers grown on silicon substrates including QD lasers1'' show low continuous wave (cw) output power (about 10 mW) and ultrafast degradation (in several tens of minutes).18

In our case a special growth approach called "defect reduction technique" was used to eliminate and/or bend threading dislocations, localizing them in a bottom buffer layer.20 Broad-area lasers with the active area consisting of ten layers of InAs QDs showed lasing in the wavelength range 1.48- 1.52 /iin. threshold current density about 1 kA cm-2 at 300 K and external differential quantum efficiency (r/J up to 52%.IS A total optical output power exceeding 7 W for broad-area devices was achieved in pulsed mode."1'"2

Recently we have demonstrated that narrow ridge lasers with metamorphic InAs/InGaAs quantum dots emitting in the 1.5 /J.m wavelength range can demonstrate single transversal mode operation with a maximum cw output power of 220 mW and withstand current densities above 20 kA/cm2 without degradation.22 2 1 The main goal of the present work is a detailed study of the high-power operation degradation stability, and dynamic characterization of these devices.

The metamorphic laser heterostructure was grown at 500 °C using elemental source molecular beam epitaxy on Si-doped GaAs (100) substrate. The active region consisting of ten layers of InAs self-organized QDs was placed in the middle of an In,Ga|_,As Lx — 21 %) waveguide with a thickness of 0.8 fim. Each layer of QDs was overgrown by a thin InvGa,_vAs (>' — 41%) layer. The metamorphic buffer con© 200S American Institute of Physics

89, 041113-1

041113 2 Kettler et al.

Pump Current, A