Исследователи из СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и ФТИ им. А.Ф. Иоффе разработали новые
методы получения полупроводниковых материалов, которые позволят создавать
мощные и компактные лазеры, превосходящие по характеристикам существующие
аналоги.
В последнее десятилетие достижения в области технологии роста
многослойных структур различных полупроводниковых материалов (гетероструктур)
привели к широкому внедрению мощных полупроводниковых лазеров в различные сферы
жизни: от машиностроения и обработки материалов до медицины и энергетики. К
плюсам таких устройств можно отнести высокую надежность и энергоэффективность.
Однако существующие технологии и подходы к производству мощных полупроводниковых лазеров и систем на
их основе подошли к пределу по излучаемой мощности, при сохранении компактности
и энергоэффективности лазерной системы в целом. Поэтому дальнейшее развитие
мощных полупроводниковых лазеров требует разработки новых конструкций и методов
получения гетероструктур.
Одним из широко распространенных методов создания таких материалов
является эпитаксия из газовой фазы – это контролируемый и высокоточный процесс
создания гетероструктур (последовательное наращивание монокристаллических слоев
полупроводниковых материалов со строго заданными оптимальными свойствами в
условиях сверхчистых газовых камер с прецизионным контролем всех параметров
процесса).
«Одно из направлений
нашего проекта связано с повышением яркости и
эффективности мощных полупроводниковых лазеров. Основой для этого
является разрабатываемая нами технология селективной многостадийной
эпитаксии полупроводниковых
наногетероструктур. Ключевая задача, которую она решает - это управление свойствами формируемых
многослойных структур не только в направлении, но и в плоскости роста. Это
позволяет создавать многомерные 3D-структуры, которые уже
имеют области усиления и волноводы, что важно для мощных полупроводниковых
лазеров с высокой яркостью. Технология является ключевой для создания новых
высокоэффективных и компактных
полупроводниковых лазеров», - рассказывает доцент кафедры фотоники СПБГЭТУ
«ЛЭТИ», руководитель Центра физики наногетероструктур ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН Никита Пихтин.
Научная группа впервые описала закономерности изменения
пространственной организации материалов в процессе селективной эпитаксии. Разработанные методы целиком
охватывают процесс создания лазерных систем - от выращивания гетероструктур до
изготовления компонентов лазерных систем (лазеров, переключателей и проч.).
Параллельно ученые изучают оптические и электрические характеристики полученных
наногетероструктур.
«Предложенные нами
методы позволяют выращивать наногетероструктуры с более высокими оптическими
свойствами по сравнению с существующими аналогами. Созданные на основе этих
материалов прототипы устройств являются очень компактными – их можно разместить
на чипе. Сегодня такие лазеры актуальны как для российских, так и для
зарубежных производителей передовых автономных транспортных систем. Например,
беспилотным автомобилям для ориентирования в пространстве необходимы лазерные
радары (лидары)», - поясняет магистрант кафедры базовой оптоэлектроники
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», лаборант ФТИ им. А.Ф.Иоффе Илья
Шушканов.
Исследования, связанные с разработкой технологии селективной
многостадийной эпитаксии полупроводниковых наногетероструктур, являются частью
реализуемого проекта, который был
поддержан грантом №19-79-30072 Российского научного фонда в 2019 году.
Итогом проекта станет комплекс теоретических наработок и различных методов
получения наногетероструктур для создания мощных полупроводниковых лазеров
нового поколения.
