Научная тема: «ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР НА ОСНОВЕ КВАНТОВОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР С ПРОДОЛЬНОЙ НАКАЧКОЙ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ»
Специальность: 01.04.21
Год: 2010
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Потенциальное преимущество квантоворазмерной гетероструктуры перед монокристаллической активной областью достигается лишь при малом числе квантовых ям (КЯ), когда ширина барьерных слоев становится сравнимой с длиной волны генерируемого излучения в структуре. Реализация этого преимущества требует тщательного согласования длины волны моды резонатора, положения КЯ в резонаторе и спектрального максимума оптического усиления.
  2. Периодические гетероструктуры, используемые в лазере, обладают свойствами фотонного кристалла и существенно изменяют модовый состав микрорезонатора. Предложенный теоретический подход позволяет вычислить связанные с этим эффектом изменения в пороге генерации. Порог генерации уменьшается при введении в фотонный кристалл «дефектных слоев», определенной толщины.
  3. Предложенный метод расчета эффективности транспорта неравновесных носителей из барьерных слоев в КЯ. Необходимость согласования ширины барьерных слоев с длиной диффузии носителей в этих слоях.
  4. Оптическое усиление зависит от эффективности локализации неравновесных носителей и степени перекрытия волновых функций электрона и дырки в КЯ. Это предъявляет определенные требования к энергетической диаграмме гетероструктуры. Коэффициент оптического усиления в гетероструктуре II-ого типа составляет менее 10 % от коэффициента усиления в гетероструктуре I типа c полным перекрытием волновых функций электрона и дырки в КЯ при одинаковой плотности неравновесных носителей.
  5. Расчеты температурных распределений в активном элементе лазера и их экспериментальное подтверждение. Необходимость различать адиабатический, средний и фоновый нагрев точки активного элемента лазера в момент прихода в нее электронного пучка. Адиабатический нагрев приводит к температурному градиенту поперек оси резонатора. На фоновый нагрев влияет не только эффективность охлаждения, но и режим сканирования активного элемента. Фоновый и адиабатический нагрев по-разному влияют на характеристики лазера.
  6. Особенности диаграммы направленности лазера при работе в непрерывном режиме в точке определяются возникновением тепловой линзы, в режиме медленного сканирования - тепловым клином и в режиме быстрого сканирования образованием неустойчивого резонатора из-за возникновения рассеивающей линзы, связанной с поперечным профилем показателя преломления, определяемым распределением плотности тока в электронном пучке.
  7. Экспериментальное достижение низкого порога генерации (менее 8 А/см2) и высокого КПД лазера (выше 10 %) в красной области спектра (630-660 нм) при использовании квантоворазмерной гетероструктуры GaInP/AlGaInP, выращенной методом парофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (ПФЭМОС). Достижение генерации с высоким КПД при использовании монолитной гетероструктуры с активной областью и двумя брэгговскими зеркалами. Эффективный транспорт достигается при ширинах барьерных слоев до 0.4 мкм.
  8. Получение генерации на основной поперечной моде в резонаторе с внешним 9 зеркалом обратной связи. Достижение мощности более 4 Вт на длине волны 640 нм при энергии электронов 40 кэВ.
  9. Температурная нестабильность и деградация гетероструктур ZnCdSe/ZnSSe обусловлена повышенной диффузией атомов Cd и Zn через гетерограницы в присутствии структурных дефектов, которые в свою очередь генерируются при релаксации внутренних напряжений. Использование изначально неоднородных, релаксированных КЯ повышает стабильность гетероструктуры в целом. На таких гетероструктурах достигается мощность генерации 4 Вт с КПД 4 % на длине волны 535 нм.
  10. Достижение генерации с мощностью 2 Вт на длине волны 548 нм при использовании квантоворазмерной гетероструктуре CdSSe/CdS, выращенной на гексагональной подложке CdS. Более высокая стабильность излучения данной гетероструктуры при возбуждении электронным пучком по сравнению с гетероструктурой ZnCdSe/ZnSSe.
  11. Получение генерации на гетероструктуре ZnCdS/ZnSSe II-ого типа с малыми внутренними напряжениями. Достижение мощности 2 Вт в сине-зеленой области спектра (478 нм).
  12. Одна из проблем достижения генерации на квантоворазмерной гетероструктуре ZnSe/ZnMgSSe в синем диапазоне спектра с высоким КПД заключается в распаде материала барьерных слоев ZnMgSSe на несколько кристаллических фаз, что ухудшает транспорт носителей из барьерных слоев в слои КЯ. Второй проблемой является неоднородное уширение линии излучения КЯ, обусловленное взаимной диффузией атомов Zn и Mg через гетеропереходы при повышенной температуре роста (450-460 0С) методом ПФЭМОС. Достижение высокого КПД лазера, до 10 % на длине волны 464 нм, при оптимизации ростовых условий и добавлении Cd с концентрацией в несколько процентов в слои КЯ.
  13. Получение генерации в ультрафиолетовой области спектра (365-395 нм) с использованием пленок и гетероструктур соединений А2В6. Достижение мощности генерации выше 2.5 Вт при КПД до 3 % в лазере на основе квантоворазмерной гетероструктуры ZnSSe/ZnMgSSe, выращенной на подложках GaP.
Список опубликованных работ
1. В.Н. Кацап, В.И. Козловский, В.Ю. Кручнов, А.В. Намм, А.С. Насибов, В.Б. Новиков, П.В. Резников, В.Н. Уласюк. Использование гетероструктур в лазе- рах с продольной накачкой электронным пучком. Квант. электроника, 1987, Т.14, N.10, С.1994-1997.

2. В.И. Козловский, П.В. Резников. Диаграмма направленности излучения ла- зерных ЭЛТ. Труды ФИАН, 1991, Т.202, С.34-49.

3. В.И. Козловский, П.В. Резников, Я.К. Скасырский. Расчет характеристик не- прерывных лазеров с накачкой электронным пучком. Труды ФИАН, 1991, Т.202, С.192-200.

4. Н.Г. Басов, Е.М. Дианов, В.И. Козловский, А.Б. Крыса, А.С. Насибов, Ю.М. Попов, А.М. Прохоров, П.А. Трубенко, Е.А. Щербаков. Лазерная электрон- но-лучевая трубка на основе сверхрешетки ZnCdSe/ZnSe, работающая при Т=300 К. Квант. электроника, 1995, Т.22, N. 8, С.756-758.

5. N.G. Basov, E.M. Dianov, V.I. Kozlovsky, A.B. Krysa, A.S. Nasibov, Yu.M. Popov, A.M. Prokhorov, P.A. Trubenko, E.A. Shcherbakov. Laser cathode-ray tubes using multilayer heterostructures. Laser Physics, 1996, V.6, P.608-611.

6. V.I. Kozlovsky, E.A. Shcherbakov, E.M. Dianov, A.B. Krysa, A.S. Nasibov, P.A. Trubenko. Electron beam pumped laser structures based on MBE grown ZnCdSe/ZnSe superlattices. J. Crystal Growth, 1996, V.159, P.609-612.

7. В.И. Козловский, А.Б. Крыса, Й. Зёлнер, В. Таудт, М. Хойкен. Активация ак- цепторной примеси N в эпитаксиальном ZnSe при облучении электронным 30 пучком. КСФ, 1996, №3-4, С.23-29.

8. Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, A.S. Nasibov, P.V. Shapkin. Vapour growth and characterization of bulk ZnSe single crystals. J. Crystal Growth, 1996, V.161, P.51-59.

9. A.L. Gurskii, E.V. Lutsenko, G.P. Yablonskii, V.I. Kozlovsky, A.B. Krysa, J. Sollner, M. Scholl, H. Hamadeh, M. Heuken. Photo- and cathodoluminescence of ZnSSe quantum well heterostructures grown by MOVPE. J. Crystal Growth, 1996, V.159, P.518-522.

10. В.И. Козловский, А.Б. Крыса, П.И. Кузнецов, А.С. Насибов, А.Н. Печенов, Ю.М. Попов, В.Г. Тихонов, Г.Г. Якушева. Эпитаксиальные слои ZnSe и гете- роструктуры ZnCdSe/ZnSe, выращенные из элементоорганических соедине- ний, для лазеров с накачкой электронным пучком. КСФ, 1996, №3-4, C.15-22.

11. В.И. Козловский, П.А. Трубенко, А.С. Артемов, Е.М. Дианов, Ю.В. Коросте- лин, А.Б. Крыса, П.В. Шапкин, Е.А. Щербаков. Исследование квантовых ям ZnCdSe/ZnSe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках ZnSe. ФТП, 1997, Т.31, №6, С. 641-647.

12. V.I. Kozlovsky, A.B. Krysa, Yu.V. Korostelin, P.V. Shapkin, H. Kalisch, M. Luenenbuerger, M. Heuken. ZnMgSSe/ZnSe QW structures grown by MOVPE on ZnSe(100), ZnSe(511) and GaAs(100) substrates. J. Crystal Growth, 1998, V.184/185, P.124-128.

13. V.I. Kozlovsky, A.B. Krysa, W. Taudt, M. Heuken. Electron beam activation of acceptors in MOVPE ZnSe:N. J. Crystal Growth, 1998, V.184/185, P.435-439.

14. V.I. Kozlovsky, P.A. Trubenko, E.M. Dianov, Yu.V. Korostelin, A.B. Krysa, P.V. Shapkin. Study of ZnCdSe/ZnSe quantum wells grown by molecular-beam epitaxy on ZnSe substrates. J. Crystal Growth, 1998, V.184/185, P.872-876.

15. В.И. Козловский, П.А. Трубенко, Е.М. Дианов, Ю.В. Коростелин, Я.К. Ска- сырский, П.В. Шапкин. Полупроводниковый лазер с продольной накачкой электронным пучком на основе квантоворазмерной структуры ZnCdSe/ZnSe, выращенной на подложке ZnSe молекулярно-пучковой эпитаксией. Квант. электроника 1998, Т.25, № 4, С.305-307.

16. V.I. Kozlovsky, P.A. Trubenko, Y.K. Skasyrsky. E-beam pumped blue-green VCSEL based on ZnCdSe/ZnSe MQW structure grown by MBE on ZnSe sub31 strate. Laser Physics, 1998, Vol.8, No.6, P.1068-1073.

17. В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин, А.Б. Крыса, П.И. Кузнецов, П.В. Шап- кин, Г.Г. Якушева. Катодолюминесцентное исследование гомоэпитаксиаль- ных слоев ZnSe, выращенных методом парофазной эпитаксии из элементоор- ганических соединений. КСФ, 1999, №4, С.16-22.

18. В.И. Козловский, А.Б. Крыса, Ю.Г. Садофьев, Ф.Г. Турьянский. Эпитакси- альные слои ZnTe и квантовые ямы CdZnTe/ZnTe, выращенные на подлож- ках GaAs(100) с использованием твердофазной кристаллизации затравочного аморфного слоя ZnTe. ФТП, 1999, Т.33, №7, С.810-814.

19. A.B. Krysa, Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, P.V. Shapkin, H. Kalisch, R. Rueland, M. Heuken, K. Heime. Growth and characterization of ZnSe/ZnMgSSe structures on ZnSSe substrates. J. Crystal Growth, 2000, V.214/215, P.355-358.

20. V.I. Kozlovsky, A.B. Krysa, Yu.V. Korostelin, Yu.G. Sadofyev. MBE growth and characterization of ZnTe epilayers and ZnCdTe/ZnTe structures on GaAs(100) and ZnTe(100) substrates. J. Crystal growth, 2000, V.214/215, P.35-39.

21. P.A. Trubenko, V.I. Kozlovsky, V.V. Roddatis. Cathodoluminesence and TEM studies of MBE grown CdSe submonolayers in ZnSe matrix, cladded by ZnSSe, ZnSe and ZnMgSe. J. Crystal Growth, 2000, V.214/215, P.671-675.

22. V.I. Kozlovsky, Yu.G. Sadofyev. Investigation of e-h pair compression in molecular beam epitaxy grown ZnCdSe/ZnSe multiquantum wells at volume excitation by electron beam. J. Vac. Sci. Technol. B, 2000, V.18, P.1538-1541.

23. V.I. Kozlovsky, Yu.G. Sadofyev, V.G. Litvinov. Band alignment in ZnCdTe/ZnTe and ZnCdSe/ZnSe SQW structures grown on GaAs(100) by MBE. Nanotechnology, 2000, V.11, P.241-245.

24. В.И. Козловский, В.Г. Литвинов, Ю.Г. Садофьев. Разрыв зон в структурах с одиночной квантовой ямой Zn1-xCdxTe/ZnTe, выращенных на GaAs(001) эпи- таксией из молекулярных пучков. ФТП, 2000, Т.34, №8, С.998-1003.

25. В.И. Козловский, П.А. Трубенко, Ю.В. Коростелин, В.В. Роддатис. Распре- деленные брэгговские зеркала на основе ZnMgSe/ZnCdSe, полученные мето- дом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках ZnSe. ФТП, 2000, Т.34, №10, C.1237-1243.

26. A.B. Krysa, Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, P.V. Shapkin, H. Kalisch, R. 32 R・and, M. Heuken, K. Heime. ZnSe/ZnMgSSe QW structures grown by MOVPE on transparent ZnSSe substrates. Microelectronic Engineering, 2000, V.51-52, P.19-26.

27. P.A. Troubenko, V.I. Kozlovsky, T. Yao, Y.V. Korostelin, V.V. Roddatis. Homoepitaxial distributed Bragg reflectors grown by MBE on ZnSe substrates. J. Crystal Growth, 2001, V.227-228, P.699-704.

28. В.И. Козловский, Ю.Г. Садофьев, В.Г. Литвинов. Разрывы зон в квантово- размерных структурах на основе Zn(Cd)Te, Zn(Cd)Se: расчет и эксперимент. Известия АН. Серия физическая, 2001, Т.65, №2, С.298-301.

29. В.И. Козловский, Ю.М. Попов, Ю.Г. Садофьев, Я.К. Скасырский. Влияние электронного пучка на формирование квантовых точек CdSe/ZnSe при вы- ращивании методом молекулярно-пучковой эпитаксии. КСФ, 2001, №3, С.24- 30.

30. В.И. Козловский, Х.Х. Кумыков, И.В. Малышев, Ю.М. Попов. Температур- ный режим работы лазерного экрана электронно-лучевой трубки (ЛЭЛТ). Квант. электроника, 2002, Т.32, №4, С.297-302.

31. V.I. Kozlovsky, V.P. Martovitsky, Ya.K. Skasyrsky, Yu.G. Sadofyev, A.G. Turyansky. MBE growth of II-VI epilayers and QW structures on hexagonal ZnCdS and CdSSe substrates. phys. stat. solidi (b) 2002, V.229, No.1, P.63-67.

32. P.I. Kuznetsov, V.A. Jitov, L.Yu. Zakharov, G.G. Yakushcheva, Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky. MOCVD growth of ZnSe/ZnS distributed Bragg reflectors on ZnSe(100) and GaAs(100) substrates. phys. stat. solidi (b) 2002, V.229, No.1, P.171-175.

33. V.G. Litvinov, V.I. Kozlovsky, Yu.G. Sadofyev. Deep-level transient spectroscopy and cathodoluminescence of the CdSe/ZnSe QD structures grown on GaAs(100) by MBE. phys. stat. solidi (b) 2002, V.229, No.1, P.513-517.

34. V.I. Kozlovsky, Yu.V. Korostelin, Yu.M. Popov, Ya.K. Skasyrsky, Yu.G. Sadofyev. E-beam longitudinally pumped laser based on ZnCdSe/ZnSe MQW structure grown by MBE on ZnSe(001) substrate. phys. stat. solidi (b) 2002, V.229, No.2, P.1033-1038.

35. Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky. Vapour growth of ZnSxSe1-x single crystals. phys. stat. solidi (b) 2002, V.229, No.1, P.5-9. 33

36. P.I. Kuznetsov, B.S. Shchamkhalova, V.A. Jitov, G.G. Yakushcheva, V.I. Kozlovsky, K.P. O’Donnell, C. Trager-Cowan, P.R. Edwards. MOCVD Growth and Characterisation of ZnS/ZnSe Distributed Bragg Refectors and ZnCdSe/ZnSe Heterostructures for Green VCSEL. Phys. Low-Dim. Struct., 2001, V.11/12, P.271–278.

37. M.D. Tiberi, G. Sherman, V.I. Kozlovsky. The Laser cathode ray tube - A paradigm shift in illumination. SMPTE Motion Imaging Journal, 2002, V.111, No.5, P.210-213.

38. В.И. Козловский, Я.К. Скасырский__________, П.И. Кузнецов, В.А. Житов, Г.Г. Якуще- ва. Гексагональные пленки CdS, ZnCdS и CdSSe, выращенные парофазной эпитаксией из металлоорганических соединений на подложках CdS и ZnCdS. КСФ, 2002, №1, C.29-38.

39. P.I. Kuznetsov, V.A. Jitov, G.G. Yakushcheva, B.S. Shchamkhalova, L.Yu. Zakharov, V.I. Kozlovsky, Ya.K. Skasyrsky, K.P. O´Donnell and C. Trager-Cowan. Hexagonal ZnCdS epilayers and CdSSe/ZnCdS QW structures on CdS(0001) and ZnCdS(0001) substrates grown by MOVPE. Physica E: Low-Dim. Systems and Nanostructures, 2003, V.17, P.516-517.

40. В.Г. Литвинов, В.И. Козловский, Ю.Г. Садофьев, Д.А. Санников. Исследова- ние методами релаксационной спектроскопии глубоких уровней и катодо- люминесценции структур с квантовыми точками на основе CdSe/ZnSe. Пер- спективные материалы, 2003, Т.10, №4, С.42-47.

41. В.И. Козловский, В.Ю. Бондарев, Д.А. Санников, П.И. Кузнецов, Г.Г. Яку- щева. Лазер с продольной накачкой электронным пучком на гетероструктуре CdSSe/CdS, выращенной парофазной эпитаксией из металлоорганических соединений. КСФ, 2002, №12, Ст.2

42. В.П. Мартовицкий, В.И. Козловский, П.И. Кузнецов, Я.К. Скасырский, Г.Г. Якущева. Слоистое строение пленок Zn1-xCdxSe, выращенных парофазной эпитаксией из металлоорганических соединений на подложках Cd0.92Zn0.08S(0001). ФТП, 2003, Т.37, №3, С.310-317.

43. V.I. Kozlovsky, V.P. Martovitsky, D.A. Sannikov, P.I. Kuznetsov, G.G. Yakushcheva, V.A. Jitov. MOVPE growth and characterization of hexagonal CdS epilayers and CdS-based QW structures on CdS and ZnCdS substrates. J. Crystal 34 Growth, 2003, V.248, P.62-66.

44. V.Yu. Bondarev, V.I. Kozlovsky, A.B. Krysa, J.S. Roberts and Ya.K. Skasyrsky. Scanning e- beam pumped resonant periodic gain VCSEL based on an MOVPEgrown GaInP/AlGaInP MQW structure. J. Crystal Growth, 2004, V.272, No.1-4, P.559-563.

45. В.И. Козловский, Ю.М. Попов. Порог и кпд лазерной электронно-лучевой трубки при Т = 300 К. Квант. электроника, 2003, Т.33, №1, С.48-56.

46. V.I. Kozlovsky, V.G. Litvinov and Yu.G. Sadofyev. E-beam irradiation effect on CdSe/ZnSe QD formation by MBE: deep level transient spectroscopy and cathodoluminescence studies. J. Phys.: Condens. Matter, 2003, V.15, P.1–8.

47. K.P. O’Donnell, C. Trager-Cowan, F. Sweeney, P.I. Kutzenov, V.A. Jitov, L.Yu. Zakharov, G.G. Yakushcheva, V.I. Kozlovsky, V.Yu. Bondarev, D.A. Sannikov. Development of CdSSe/CdS VCSELs for Application to Laser Cathode Ray Tubes. phys. stat. solidi (a) 2004, V.201, No.4, P.673-677.

48. В.Ю. Бондарев, В.И. Козловский, А.Б. Крыса, Ю.М. Попов Я.К. Скасыр- ский. Однородность излучения лазерной ЭЛТ на основе низкоразмерной структуры GaInP/AlGaInP с резонансно периодическим усилением. Квант. электроника, 2004, Т.34, №10, С.919-923.

49. V.Yu. Bondarev, V.I. Kozlovsky, A.B. Krysa, J.S. Roberts, Ya.K. Skasyrsky. Scanning e-beam pumped resonant periodic gain VCSEL based on an MOVPEgrown GaInP/AlGaInP MQW structure. J. Crystal Growth, 2004, V.272, P.559- 563.

50. И.П. Казаков, В.И. Козловский, В.П. Мартовицкий, Я.К. Скасырский, Ю.М. Попов, П.И. Кузнецов, Г.Г. Якущева, А.О. Забежайлов, Е.М. Дианов. Нано- структура на основе ZnSe/ZnMgSSe для лазерной электронно-лучевой трубки в синей области спектра. Квант. электроника, 2007, Т.37, №9, С.857-862.

51. В.Ю. Бондарев, В.И. Козловский, А.Б. Крыса, Ю.М. Попов, Д.Е. Свиридов, Я.К. Скасырский. Лазерная электронно-лучевая трубка с монолитным лазер- ным экраном. Квант. электроника, 2007, Т.37, №9, С.853-856.

52. В.П. Мартовицкий, В.И. Козловский, П.И. Кузнецов, Д.А. Санников. Само- согласованная неоднородность квантовых ям полупроводников А2В6. ЖЭТФ, 2007, Т.132, №6(12), С.1379-1392.

53. V.I. Kozlovsky, D.A. Sannikov, V.G. Litvinov, N.B. Rybin. Cathodoluminescence and current DLTS of MOVPE-grown CdS/ZnSSe QW structures. J. Korean Physical Society, 2008, V. 53, No. 5, P. 2864-2866.

54. В.И. Козловский, Д.А. Санников, Д.Е. Свиридов. Наноразмерные гетерост- руктуры ZnCdS/ZnSSe для полупроводниковых лазеров. КСФ, 2008, №2, C.3- 10.

55. В.И. Козловский, Б.М. Лаврушин, Я.К. Скасырский, М.Д. Тибери. Лазер с внешним резонатором, работающий на длине волны 625 нм при оптической накачке наноструктуры InGaP/AlGaInP с брэгговским зеркалом. Квант. элек- троника, 2009, Т.39, №8, С.731-734.

56. V.I. Kozlovsky, V.P. Martovitsky. Formation of nonuniformity in ZnSe/ ZnMgSSe quantum well structures during MOVPE on GaAs(001) misoriented by 10° to (111)A plane. Physica B, 2009, V.404, No.23-24, P.5009-5012.

57. V.I. Kozlovsky, A.B. Krysa, Ya.K. Skasyrsky, Yu.M. Popov, A. Abare, M. Mack, S. Keller, U. Mishra, L. Coldren, S. DenBaars, M.D. Tiberi, T. George. Electron Beam Pumped MQW InGaN/GaN Laser. MRS Internet J. Nitride Semic. Res., 1997, V.2, Article 38.

58. В.И. Козловский, Ю.М. Попов. Лазерная электронно-лучевая трубка. Труды VIII Междун. школы-семинара по Люминесценции и лазерной физике, ЛЛФ- 2002, 23-28 сент. 2002, Иркутск, С.117-131.

59. V.Yu. Bondarev, V.I. Kozlovsky, A.B. Krysa, J.S. Roberts, Ya.K. Skasyrsky. Scanning e-beam longitudinally pumped RT operable laser based on MOVPEgrown GaInP/AlGaInP MQW structure. Int. J. Nanoscience, 2004, V.3, No.1-2, P.193-201