Полупроводниковые инжекционные лазеры: от фундаментальных принципов до актуальных тенденций и применений

В середине XX века, когда только формировались основы квантовой электроники, никто не мог представить, что крошечный кристалл полупроводника станет одним из самых мощных инструментов технологического прогресса. Сегодня, когда мы говорим о высокоскоростном интернете, оптических дисках, прецизионной медицине и даже системах распознавания лиц, мы неизбежно сталкиваемся с плодами развития полупроводниковых инжекционных лазеров. Эти миниатюрные, но чрезвычайно эффективные источники когерентного света, также известные как лазерные диоды, совершили революцию в оптоэлектронике, открыв эру беспрецедентных возможностей для передачи, обработки и хранения информации, а также для множества промышленных и научных задач.

Актуальность изучения полупроводниковых лазеров не уменьшается, а только возрастает в условиях стремительного развития технологий. Их уникальные преимущества – малые размеры, высокая энергоэффективность, длительный срок службы и простота модуляции – делают их незаменимыми компонентами в самых разнообразных сферах. Данная работа призвана дать исчерпывающее и глубокое понимание полупроводниковых инжекционных лазеров, начиная с их исторического пути и фундаментальных физических принципов, заканчивая конструктивными особенностями, классификацией, ключевыми характеристиками, широчайшими областями применения и, что особенно важно, актуальными проблемами и перспективами их дальнейшего развития. Мы погрузимся в мир этих удивительных устройств, чтобы раскрыть их значимость для современного технологического ландшафта, ведь именно они формируют основу многих инноваций.

История развития полупроводниковых инжекционных лазеров: ключевые вехи и новаторские открытия

Эволюция полупроводниковых лазеров — это захватывающая повесть о научном предвидении, упорстве и новаторских прорывах, которые кардинально изменили мир технологий. От первых теоретических предпосылок до создания устройств, способных передавать данные со скоростью до 400 Гбит/с, каждый этап этого пути был отмечен знаковыми открытиями, подтверждающими неуклонное стремление человечества к технологическому совершенству.

Ранние этапы: Первые теоретические предпосылки и экспериментальная реализация

История полупроводниковых лазеров берет свое начало в интеллектуальных дискуссиях и прозорливых работах середины 20-го века. В 1959 году советские ученые Н.Г. Басов, Б.М. Вул и Ю.М. Попов опубликовали пионерскую работу, в которой теоретически обосновали возможность использования полупроводников для создания лазера. Эта идея, казавшаяся тогда футуристической, получила дальнейшее развитие в 1961 году, когда та же группа исследователей — Басов, Крохин и Попов — предложила конкретное применение p-n-переходов для этих целей.

Менее чем через год, в 1962 году, теоретические предположения воплотились в реальность. Одновременно и независимо друг от друга в нескольких лабораториях был осуществлен первый полупроводниковый инжекционный лазер, более известный как лазерный диод. В США это произошло благодаря усилиям групп Р. Холла, М.И. Нейтена и Н. Холоньяка. Параллельно в Физическом институте имени П.Н. Лебедева АН СССР (ФИАН) под руководством Н.Г. Басова, О.Н. Крохина и Ю.М. Попова также был продемонстрирован работающий образец.

Однако первые лазерные диоды были далеки от совершенства. Они функционировали исключительно в импульсном режиме, что сильно ограничивало их практическое применение. Кроме того, для их работы требовалось экстремально низкое охлаждение — до температур жидкого азота, а в некоторых случаях даже гелиевых криостатов, что подчеркивало их неэффективность и высокую стоимость эксплуатации. Низкий коэффициент полезного действия (КПД) и быстрая деградация также были серьезными проблемами, которые предстояло решить. Эти ранние модели, несмотря на свою «капризность», заложили основу для будущих, гораздо более совершенных устройств, став отправной точкой для последующих инноваций.

Революция гетероструктур: Непрерывная генерация и повышение эффективности

Настоящая революция в области полупроводниковых лазеров произошла с появлением гетероструктур. Это был второй и, пожалуй, наиболее значимый этап их развития. Гетероструктурные лазеры, состоящие из тонких слоев различных полупроводниковых материалов с разной шириной запрещенной зоны (например, GaAs и GaAlAs), впервые появились в 1968 году.

Именно в этом году в СССР Ж.И. Алфёрову с сотрудниками удалось создать первый гетеролазер на основе структуры GaAs–(Al, Ga)As. Почти одновременно, но независимо друг от друга, концепция гетероструктурных лазеров, в том числе двойных гетероструктур, была сформулирована в США Г. Кремером. Их новаторские исследования были позднее отмечены Нобелевской премией по физике, что подчеркивает глобальное значение этих открытий.

Ключевое преимущество гетероструктур заключалось в возможности эффективного ограничения носителей заряда и оптического поля в активной области. Это позволило значительно снизить пороговую плотность тока, необходимую для начала лазерной генерации. Если для гомолазеров пороговая плотность тока при комнатной температуре составляла порядка 10⁵ А/см², то для первых гетеролазеров она снизилась до 10⁴ А/см². Этот прорыв открыл путь к реализации непрерывного режима лазерной генерации при комнатной температуре, что стало возможным уже в 1970 году на двойной гетероструктуре. Этот момент ознаменовал собой поворотный пункт, сделав полупроводниковые лазеры практически применимыми и положив начало их широкому распространению в оптоэлектронике, что привело к их повсеместному внедрению в различные устройства.

Развитие лазеров с вертикальным резонатором (VCSEL)

Параллельно с совершенствованием гетероструктурных лазеров в традиционной геометрии, возникла идея создания принципиально новой архитектуры. В 1977 году японский ученый Кеничи Ига предложил концепцию лазера с вертикальным резонатором (VCSEL — Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser), где излучение выводится перпендикулярно плоскости гетероперехода, а не из торцов кристалла.

Первое работающее устройство VCSEL было представлено в 1979 году исследователями Soda, Iga, Kitahara и Yasuharu Suematsu. Однако демонстрация непрерывной генерации при комнатной температуре произошла лишь в 1988 году. Уже в следующем, 1989 году, группа под руководством Джека Джевелла из Bell Labs/Bellcore, в которую входили Аксель Шерер, Сэм Макколл, Юн Хи Ли и Джеймс Харбисон, продемонстрировала впечатляющую возможность интеграции более 1 миллиона VCSEL на одном чипе.

Преимущества VCSEL были очевидны: возможность тестирования на разных этапах производства и одновременной обработки десятков тысяч устройств на одной пластине значительно упрощала их изготовление и интеграцию с другими элементами оптоэлектроники. Симметричная диаграмма направленности излучения также открывала новые горизонты для применения в оптической связи ближнего действия, что стало критически важным для центров обработки данных.

Современные направления: Информационные и мощные лазеры

С конца 1970-х годов полупроводниковые лазеры начали развиваться по двум основным, но взаимосвязанным направлениям.

1. Информационные лазеры: Сфокусированные на передаче данных, эти лазеры стали краеугольным камнем волоконно-оптических систем. Активное развитие в этой области привело к созданию VCSEL, способных передавать данные со скоростью от 1 Гбит/с до 400 Гбит/с, что сделало их незаменимыми для ближней волоконно-оптической связи, такой как Gigabit Ethernet и Fibre Channel. В конце 1990-х годов наблюдался бурный рост использования лазеров с поверхностным излучением и VCSEL в ультрапараллельной оптоэлектронике, что было обусловлено их производственными преимуществами и способностью обеспечивать высокую пропускную способность каналов связи. Какой важный нюанс здесь упускается? Частота модуляции, которая является ключевым показателем их эффективности в телекоммуникациях, достигает гигагерцовых диапазонов, что делает их незаменимыми для современных сетей.

2. Мощные лазеры: Параллельно велась разработка устройств, ориентированных на увеличение выходной оптической мощности. Эти лазеры нашли применение в промышленности, медицине и в качестве источников накачки для других типов лазеров. Современные достижения демонстрируют рекордные показатели: например, для InGaAs/AlGaAs/GaAs-гетероструктур были достигнуты выходные мощности до 9,2 Вт при токе 12 А. Это позволило полупроводниковым лазерам конкурировать с более традиционными, но менее эффективными источниками света в самых требовательных промышленных задачах, что значительно расширило их сферу применения.

Таким образом, история полупроводниковых инжекционных лазеров — это непрерывная цепь инноваций, где каждое открытие открывало новые горизонты для применения и совершенствования, превращая эти устройства из лабораторных диковинок в незаменимые компоненты современной технологической цивилизации.

Физические принципы работы полупроводниковых инжекционных лазеров

В основе работы полупроводниковых инжекционных лазеров лежат фундаментальные законы квантовой механики и физики твердого тела. Эти устройства представляют собой вершину инженерной мысли, где электрический ток непосредственно преобразуется в когерентное световое излучение.

Основы зонной теории и излучательной рекомбинации

Полупроводниковый лазер, по своей сути, является твердотельным лазером, где активной средой служит специально подобранный полупроводниковый материал. В отличие от газовых или твердотельных лазеров, использующих излучательные переходы между дискретными энергетическими уровнями атомов или ионов, в полупроводниках излучение генерируется за счет переходов между разрешенными энергетическими зонами кристалла: валентной зоной и зоной проводимости.

Принцип действия инжекционного лазера базируется на явлении излучательной рекомбинации неосновных носителей заряда, инжектируемых через p-n-переход. Когда на p-n-переход подается прямое электрическое напряжение, электроны из n-области инжектируются в p-область, а дырки из p-области — в n-область. В этих областях, которые теперь становятся активной средой, инжектированные носители заряда являются неосновными и находятся в избытке. В процессе рекомбинации электрон и дырка аннигилируют, высвобождая энергию в виде фотона. Этот процесс может быть как спонтанным (как в обычных светодиодах), так и вынужденным, что является ключом к лазерной генерации.

Инверсия населенностей и вынужденное излучение

Для достижения когерентного излучения, то есть лазерного эффекта, необходимо создать особое состояние активной среды, известное как инверсия населенностей. В контексте полупроводников инверсия населенностей означает, что количество электронов в зоне проводимости (возбужденное состояние) превышает количество дырок в валентной зоне (основное состояние), доступных для рекомбинации.

Как достигается инверсия населенностей? Приложение прямого электрического напряжения к p-n-переходу приводит к расщеплению квазиуровней Ферми в p- и n-областях. Расстояние между этими квазиуровнями должно превышать ширину запрещенной зоны (ΔE_g) полупроводника. Это создает неравновесное состояние, при котором электроны накапливаются на дне зоны проводимости, а дырки — на потолке валентной зоны.

Когда фотон с энергией, равной или близкой к энергии перехода ΔE_g, проходит через такую среду с инверсией населенностей, он может вызвать вынужденное (стимулированное) излучение. В этом процессе электрон с верхнего уровня (зона проводимости) переходит на нижний (валентная зона), излучая второй фотон. Ключевая особенность вынужденного излучения заключается в том, что этот второй фотон абсолютно идентичен первому: он имеет ту же частоту, фазу, поляризацию и направление распространения. Это явление лежит в основе когерентности и высокой направленности лазерного света. Многократное усиление этого процесса в оптическом резонаторе приводит к лазерной генерации.

Роль гетеропереходов в оптимизации работы лазера

В ранних полупроводниковых лазерах (гомоструктурах) инжекция носителей заряда и усиление света происходили в одном и том же материале. Это приводило к ряду проблем: значительным потерям, низкому КПД и высоким пороговым токам. Решение пришло с разработкой гетеропереходов.

Гетеропереход формируется на границе двух разных полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны и показателем преломления. Такая структура создает ряд преимуществ:

1. Односторонняя инжекция: Гетеропереходы позволяют эффективно инжектировать носители заряда преимущественно в одну область, предотвращая их рассеивание и обеспечивая высокую концентрацию в активном слое.
2. Ограничение носителей заряда (эффект электронного ограничения): Потенциальные барьеры, создаваемые гетеропереходами, удерживают инжектированные электроны и дырки в узком активном слое. Это значительно увеличивает концентрацию носителей в области, где происходит рекомбинация.
3. Оптическое ограничение (эффект диэлектрического волновода): Разница в показателях преломления между активным слоем и окружающими его слоями гетероструктуры создает оптический волновод. Этот волновод эффективно удерживает генерируемое излучение в пределах активного слоя, снижая потери на рассеяние и увеличивая эффективность усиления.

Эти эффекты в совокупности позволяют существенно снизить пороговую плотность тока, необходимую для лазерной генерации. В частности, использование квантовых ям в гетероструктурах, где активный слой имеет толщину, сравнимую с длиной волны де Бройля электронов, позволило достичь рекордно низких значений пороговой плотности тока до 40–52 А/см². Это значительно превосходит показатели гомоструктур и даже простых гетероструктур, делая современные полупроводниковые лазеры чрезвычайно эффективными, что подчеркивает важность конструктивных особенностей.

Определение длины волны излучения

Длина волны излучения (λ) полупроводникового лазера фундаментально определяется шириной запрещенной зоны (ΔE_g) используемого полупроводникового материала. Энергия фотона (E_ф) приблизительно равна ширине запрещенной зоны, то есть E_ф ≈ ΔE_g. Зная, что энергия фотона также связана с его длиной волны формулой E_ф = hc/λ, где h — постоянная Планка, а c — скорость света, мы можем вывести зависимость:

λ ≈ hc/ΔEg

Эта формула показывает, что чем меньше ширина запрещенной зоны полупроводника, тем больше длина волны излучаемого света. Таким образом, выбирая различные полупроводниковые материалы с соответствующей ΔE_g, можно создавать лазеры, излучающие в различных спектральных диапазонах — от видимого до инфракрасного и даже терагерцового. Например, нитрид галлия (GaN) с широкой запрещенной зоной используется для генерации синего и фиолетового света, тогда как арсенид галлия (GaAs) с меньшей запрещенной зоной излучает в инфракрасном диапазоне. Таким образом, выбор материала напрямую влияет на область применения лазера.

Устройство и конструкция инжекционного лазера

Полупроводниковый инжекционный лазер — это инженерное чудо микроэлектроники, представляющее собой миниатюрный, но высокотехнологичный прибор. Его конструкция тщательно оптимизирована для достижения эффективной генерации когерентного света.

Основные компоненты и материалы

Любой лазер, включая полупроводниковый, состоит из трех ключевых элементов:

1. Активная рабочая среда: В инжекционном лазере эту роль выполняет специально подобранный полупроводниковый материал с прямой запрещенной зоной. Прямая запрещенная зона означает, что максимум валентной зоны и минимум зоны проводимости находятся в одной точке в импульсном пространстве, что способствует эффективной излучательной рекомбинации.
2. Источник энергии (система накачки): Для полупроводниковых лазеров это, как правило, прямой электрический ток, который инжектирует носители заряда в активную область.
3. Оптический резонатор: Система зеркал, обеспечивающая многократное прохождение света через активную среду для усиления вынужденного излучения.

Выбор активных материалов является критически важным для определения длины волны излучения и общих характеристик лазера. Среди наиболее распространенных соединений:

• Арсенид галлия (GaAs): Один из первых и наиболее широко используемых материалов, излучающий в ближнем инфракрасном диапазоне (около 0,84 мкм).
• Арсенид индия (InAs), антимонид индия (InSb), селенид свинца (PbSe), теллурид свинца (PbTe): Используются для генерации в среднем и дальнем инфракрасном диапазонах. Например, PbSe излучает в среднем инфракрасном диапазоне.
• Сульфид кадмия (CdS), теллурид кадмия (CdTe): Применяются для различных спектральных областей.
• Сплавы и гетероструктуры: Значительно расширяют возможности. Например:
  • Арс��нид алюминия-галлия (AlGaAs): Используется для лазеров с длиной волны 750–890 нм.
  • Фосфид индия-галлия (InGaP): Применяется для генерации красного света.
  • Нитрид галлия (GaN) и его сплавы (InGaN): Основа для синих и фиолетовых лазеров.
  • Арсенид индия-галлия-фосфора (InGaAsP): Широко используется для оптического волокна на длинах волн 1,3 мкм и 1,6 мкм.
  • Арсенид-нитрид галлия-индия (GaInNAs): Перспективный материал для телекоммуникационных лазеров.

Оптический резонатор: Формирование и оптимизация

Оптический резонатор является неотъемлемой частью любого лазера. В полупроводниковых инжекционных лазерах он обычно формируется двумя плоскопараллельными гранями полупроводникового кристалла. Эти грани располагаются перпендикулярно плоскости p-n-перехода, то есть вдоль активного слоя.

Получение таких высококачественных зеркальных поверхностей достигается двумя основными методами:

1. Полировка: Механическая обработка до получения оптически гладких поверхностей.
2. Скалывание: Использование естественных кристаллографических плоскостей полупроводника, что позволяет получить идеально ровные и параллельные зеркала с высоким качеством отражения. Коэффициент отражения таких зеркал обычно составляет от 20% до 40%.

Часто для повышения эффективности и обеспечения однонаправленного излучения на одну из торцевых граней напыляется полностью отражающее покрытие. Это позволяет максимизировать выходную мощность через вторую грань. Две другие грани кристалла, расположенные параллельно направлению распространения света в активном слое, обычно делаются шероховатыми или скашиваются под небольшим углом. Это предотвращает возникновение паразитных колебаний в нерабочих направлениях, обеспечивая чистоту и направленность основного луча.

Гетероструктуры: Электронное и оптическое ограничение

Как уже упоминалось, гетероструктуры стали революционным прорывом в развитии полупроводниковых лазеров. В такой конструкции активный слой (например, GaAs) располагается между двумя слоями полупроводниковых материалов с более широкой запрещенной зоной и меньшим показателем преломления (например, p-AlGaAs и n-AlGaAs).

Эта «сэндвич-структура» обеспечивает два ключевых эффекта:

1. Электронное ограничение: Разница в ширине запрещенных зон создает потенциальные барьеры на границах активного слоя. Эти барьеры эффективно удерживают инжектированные электроны и дырки в пределах активной области, предотвращая их диффузию и рекомбинацию за ее пределами. Это значительно увеличивает концентрацию носителей заряда там, где происходит лазерная генерация.
2. Оптическое ограничение (волноводный эффект): Разница в показателях преломления между активным слоем (с более высоким показателем) и окружающими его слоями (с более низким показателем) формирует диэлектрический волновод. Этот волновод эффективно направляет и удерживает генерируемое излучение внутри активного слоя, минимизируя оптические потери и концентрируя световую энергию.

Дальнейшим развитием этой концепции стала лазерная структура с раздельным ограничением (ДГС РО). В таких структурах оптический волновод расширяется за пределы активного слоя, что позволяет еще больше снизить внутренние оптические потери и увеличить длину резонатора без уменьшения дифференциальной квантовой эффективности. Концепция ДГС РО была предложена для более эффективного удержания электромагнитной волны волноводным слоем, что приводит к дальнейшему снижению пороговой плотности тока. Это демонстрирует непрерывный поиск инженерами способов повышения эффективности.

Лазеры с вертикальным резонатором (VCSEL)

VCSEL представляют собой особую геометрию полупроводниковых лазеров. В отличие от традиционных лазеров с торцевым излучением, VCSEL излучают свет перпендикулярно плоскости гетероперехода и подложки.

Ключевые особенности конструкции VCSEL:

• Короткий оптический резонатор: Активный слой VCSEL очень тонкий, обычно в несколько раз меньше длины волны излучения.
• Распределенные брэгговские отражатели (РБО): Вместо полированных или сколотых зеркал, VCSEL используют многослойные диэлектрические зеркала, сформированные периодическими слоями полупроводников с разными показателями преломления. Эти РБО обеспечивают высокое отражение света вдоль вертикальной оси.
• Малый размер и интеграция: Компактные размеры VCSEL позволяют размещать их в больших массивах на одной пластине.

Преимущества такой геометрии огромны:

• Упрощение изготовления и тестирования: Возможность тестирования на разных этапах производства и одновременной обработки десятков тысяч устройств на одной пластине.
• Симметричная диаграмма направленности: Излучение VCSEL имеет более круглое и симметричное сечение луча, что упрощает его согласование с оптическими волокнами.
• Низкий пороговый ток: Хотя активная область мала, высокая плотность тока в ней и эффективное удержание света в вертикальном резонаторе позволяют достичь низких пороговых значений.
• Легкость интеграции: VCSEL легко интегрируются с другими элементами оптоэлектроники, что делает их идеальными для оптических межсоединений и высокоскоростной передачи данных.

Таким образом, конструкция инжекционного лазера — это результат многолетней оптимизации, где каждый элемент, от выбора материала до геометрии резонатора, служит для достижения максимальной эффективности и функциональности, что в конечном итоге определяет его области применения.

Классификация и типы полупроводниковых инжекционных лазеров

Многообразие полупроводниковых инжекционных лазеров поражает воображение, и для их систематизации используются различные классификационные признаки. Эта классификация позволяет лучше понять их уникальные характеристики, области применения и принципы работы.

По типу перехода: Гомолазеры и гетеролазеры

Наиболее фундаментальное разделение полупроводниковых лазеров происходит по типу p-n-перехода:

• Гомолазеры (лазеры с однородным переходом): Это были первые реализованные полупроводниковые лазеры. В них p-n-переход формировался в одном и том же полупроводниковом материале (например, GaAs). Излучение и инжекция носителей происходили в одной и той же области. Из-за отсутствия механизмов эффективного ограничения носителей заряда и света, гомолазеры имели очень высокие пороговые токи (порядка 10⁵ А/см² при комнатной температуре) и требовали сильного охлаждения (например, до температуры жидкого азота или даже гелия) для стабильной работы.
• Гетеролазеры: Представляют собой многослойные структуры, состоящие из слоев полупроводников с различными квантовыми и оптическими характеристиками (например, GaAs и AlGaAs). Главное преимущество гетеролазеров заключается в способности эффективно управлять областью локализации носителей заряда и светового поля. Это достигается за счет создания потенциальных барьеров (для носителей) и диэлектрических волноводов (для света), что приводит к значительному снижению пороговой плотности тока и возможности непрерывной генерации при комнатной температуре. Гетеролазеры стали основой для большинства современных полупроводниковых лазеров.

По количеству гетеропереходов: ОГС и ДГС

Дальнейшая классификация гетеролазеров происходит по количеству гетеропереходов:

• Лазеры с одиночным гетеропереходом (ОГС): Появились в 1969 году. В таких лазерах активный слой примыкает к одному гетеропереходу, а с другой стороны — к гомопереходу. ОГС-лазеры снизили пороговую плотность тока до 10⁴ А/см² при комнатной температуре, что в несколько раз ниже, чем у гомолазеров. Однако они все еще не могли обеспечить непрерывную генерацию при комнатной температуре из-за недостаточного ограничения носителей.
• Лазеры с двойным гетеропереходом (ДГС): Были реализованы в 1970 году и стали настоящим прорывом. В ДГС-лазерах активный слой заключен между двумя гетеропереходами (например, GaAs между слоями p-AlGaAs и n-AlGaAs). Такая конструкция обеспечивает сильное электронное и оптическое ограничение, что позволяет значительно снизить пороговую плотность тока (до ~10³ А/см² при комнатной температуре). Для оптимизированных структур с квантовыми ямами в ДГС были достигнуты рекордно низкие значения пороговой плотности тока — до 40–52 А/см². Именно ДГС-лазеры первыми обеспечили непрерывный режим генерации при комнатной температуре и стали доминирующим типом полупроводниковых лазеров.

По механизму накачки

По способу возбуждения активной среды полупроводниковые лазеры делятся на три основных типа:

1. Электрическая инжекция: Наиболее распространенный и эффективный метод. Носители заряда (электроны и дырки) инжектируются в активную область p-n-перехода или гетероперехода путем пропускания прямого электрического тока. Этот метод отличается высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую.
2. Оптическая накачка: Активная среда возбуждается излучением от другого лазера или мощного источника света. Фотоны накачки поглощаются полупроводником, создавая электронно-дырочные пары, которые затем рекомбинируют с излучением.
3. Возбуждение пучком электронов высокой энергии: В этом методе полупроводник возбуждается высокоэнергетическими электронами, которые генерируют электронно-дырочные пары. Этот метод менее распространен в коммерческих устройствах, но используется в некоторых специализированных исследованиях.

По типу оптического резонатора

Конструкция оптического резонатора также служит важным классификационным признаком:

• Резонатор Фабри-Перо: Наиболее распространенный тип, где зеркала образованы сколотыми или полированными торцами полупроводникового кристалла. Свет многократно отражается между этими торцами, усиливаясь при прохождении через активную среду.
• Лазеры с распределенной обратной связью (РОС или DFB-лазеры): В этих лазерах роль зеркал выполняют дифракционные решетки, нанесенные непосредственно на волноводный слой или активную область. Решетка обеспечивает брэгговское отражение света на определенной длине волны, что позволяет получить очень узкую спектральную линию излучения (высокую монохроматичность) и стабильную длину волны.
• Лазеры с распределенным брэгговским отражением (РБО или DBR-лазеры): Похожи на DFB-лазеры, но дифракционные решетки расположены не по всей длине активной области, а на ее концах, выполняя функцию зеркал. Это также способствует узкополосной генерации.
• Лазеры с вертикальным резонатором (VCSEL): Как уже подробно описывалось, VCSEL имеют особую геометрию, при которой излучение выводится перпендикулярно плоскости подложки. Их резонатор формируется многослойными распределенными брэгговскими отражателями (РБО).

По спектральному диапазону и материалам

Полупроводниковые лазеры способны генерировать излучение в широчайшем спектральном диапазоне — от видимого до нескольких десятков микрометров, а в некоторых случаях даже до терагерцового диапазона. Этот диапазон определяется шириной запрещенной зоны используемого полупроводникового материала.

Примеры материалов и соответствующие им длины волн:

Материал	Спектральный диапазон / Длина волны	Применение / Комментарии
Нитрид галлия (GaN)	Синий / Фиолетовый (например, 405 нм)	Blu-ray диски, лазерные проекторы
Фосфид галлий-индия (GaInP)	Красный (например, 650–658 нм)	DVD, лазерные указки
Арсенид галлия (GaAs)	Ближний ИК (около 780–890 нм)	CD, оптические коммуникации ближнего действия, накачка твердотельных лазеров
Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs)	Ближний ИК (750–890 нм)	Распространенный материал для лазерных диодов
Индий-галлий-арсенид-фосфид (InGaAsP)	Ближний ИК (1,3 мкм, 1,6 мкм)	Оптические волоконно-оптические линии связи (ОЛС)
Селенид свинца (PbSe)	Средний ИК (несколько микрометров)	Газоанализаторы, датчики
Квантово-каскадные лазеры (ККЛ)	Средний ИК, Дальний ИК, Терагерцовый (~3-300 мкм)	Специализированные лазеры для спектроскопии, медицинских приложений, безопасности

Квантово-каскадные лазеры (ККЛ) являются специализированным типом полупроводниковых лазеров, использующих межподзонные переходы в многослойных гетероструктурах, что позволяет им излучать в средней инфракрасной и даже терагерцовой областях спектра (сотни микрометров), открывая новые возможности для высокочувствительной спектроскопии и детектирования. Это разнообразие подчеркивает универсальность и адаптивность полупроводниковых лазеров к самым требовательным задачам.

Основные параметры и характеристики полупроводниковых инжекционных лазеров

Понимание ключевых параметров и характеристик полупроводниковых инжекционных лазеров является основой для их правильного выбора, проектирования и эффективного применения. Эти параметры определяют производительность, надежность и пригодность лазера для конкретных задач.

Электрические и оптические характеристики

1. Ватт-амперная характеристика (ВАХ):

   Это фундаментальная характеристика, которая определяет зависимость выходной оптической мощности излучения лазера от величины тока накачки. ВАХ обычно имеет пороговый характер: при малых токах лазер ведет себя как обычный светодиод (излучая спонтанно), а при превышении порогового тока наблюдается резкое увеличение выходной мощности за счет преобладания вынужденного излучения.

2. Пороговый ток (I_пор):

   Это критически важный параметр, представляющий собой минимальный ток накачки, при котором усиление света в активной среде становится достаточным для компенсации всех потерь в оптическом резонаторе. При I_пор начинается устойчивая лазерная генерация.

   • Для лазеров на p-n-переходе (гомолазеров): Типичная пороговая плотность тока составляет около 1 кА/см². При значительном охлаждении, например, до температуры жидкого азота (77 K), она может снижаться до 10² А/см².
   • Для гетероструктурных лазеров: Пороговая плотность тока значительно ниже. Для первых гетероструктурных лазеров она была в 10 раз ниже, чем у гомолазеров. Для двойных гетероструктур при комнатной температуре она достигает ~10³ А/см².
   • Для оптимизированных структур с квантовыми ямами: Были достигнуты рекордно низкие значения пороговой плотности тока до 40–52 А/см².
   • Температурная зависимость: Пороговый ток резко возрастает с ростом температуры. Это объясняется увеличением потерь и уменьшением эффективности инверсии населенностей при нагреве.

Мощность и коэффициент полезного действия (КПД)

1. Мощность излучения:

   Выходная оптическая мощность полупроводниковых лазеров варьируется в очень широких пределах:

   • Отдельные диоды: От долей милливатт (для лазерных указок, проигрывателей компакт-дисков) до нескольких десятков ватт для мощных гетеролазеров.
   • Диодные линейки и матрицы: Объединяя множество отдельных диодов, можно достичь суммарной выходной мощности в сотни и даже тысячи ватт. Например, InGaAs/AlGaAs/GaAs-гетероструктуры могут достигать 9,2 Вт при токе 12 А.
2. Коэффициент полезного действия (КПД):

   Один из наиболее впечатляющих параметров полупроводниковых лазеров. КПД определяется как отношение генерируемой оптической мощности к подводимой электрической мощности.

   • Высокие значения: КПД инжекционных лазеров является самым высоким среди всех типов лазеров, достигая от 40% до 85%. Максимальные значения КПД современных полупроводниковых лазеров, например, на основе InGaAs/AlGaAs/GaAs-гетероструктур, достигают 65–66%. Для иттербиевых лазеров с длиной волны 1,26 мкм достигается эффективность почти 82%.
   • Преимущество над другими лазерами: Это значительно превосходит показатели газовых лазеров (менее 0,1%) и твердотельных лазеров с ламповой накачкой (около 1%). Высокий КПД обусловлен прямой природой преобразования электрической энергии в световую и высокой плотностью носителей заряда в активной области.

Спектральные и пространственные характеристики

1. Спектральная ширина:

   Полупроводниковые лазеры, как правило, излучают в более широкой полосе частот по сравнению с газовыми или твердотельными лазерами с селективными резонаторами.

   • Диапазон: Спектральная ширина излучения может достигать нескольких нанометров (например, 4 нм для широкого спектра или 0,1 нм для узкополосных гетеролазеров). Для сравнения, газовые лазеры имеют спектральную ширину порядка пикометров.
   • Последствия: Большая спектральная ширина приводит к менее сфокусированному излучению и может быть ограничением для некоторых применений, требующих высокой монохроматичности.
2. Длина волны излучения:

   Как уже упоминалось, определяется шириной запрещенной зоны используемого полупроводникового материала.

   • Примеры: Для AlGaAs лазеров длина волны составляет от 750 до 890 нм. VCSEL-лазеры коммерчески доступны на длинах волн 780 нм, 850 нм и 980 нм.
3. Диаграмма направленности излучения:

   Характеризует угловое распределение выходного света.

   • Торцевое излучение: Для лазеров с торцевым излучением диаграмма направленности характеризуется достаточно большим углом расходимости луча, обычно от нескольких до 20 градусов. Из-за сильной дифракции, обусловленной малыми размерами активной области, угол расходимости может достигать значений порядка 1 радиана (~57 градусов).
   • VCSEL: Отличаются симметричной и более круглой диаграммой направленности, что является преимуществом для согласования с оптическими волокнами.

Температурная стабильность и быстродействие

1. Температурная стабильность:

   Эффективность работы полупроводникового лазера сильно зависит от температуры активной области.

   • Влияние температуры: Повышение температуры вызывает увеличение порогового тока и падение квантовой эффективности. Это связано с увеличением безызлучательных рекомбинаций и расширением распределения носителей заряда по энергетическим состояниям.
   • Методы улучшения: Увеличение энергетической глубины и числа квантово-размерных ям в активной области позволяет повысить температурную стабильность пороговой плотности тока. Например, для лазеров на основе гетероструктур с 4 квантово-размерными ямами достигается температурная стабильность с характеристическим параметром T₀ = 290 K, который характеризует чувствительность порогового тока к температуре. Чем выше T₀, тем стабильнее лазер.
2. Быстродействие:

   Инжекционные лазеры отличаются высоким быстродействием, что делает их идеальными для систем передачи данных.

   • Частота модуляции: Способны работать при высоких частотах следования импульсов, а их излучение легко модулируется путем изменения тока смещения. Частота модуляции может достигать тысяч мегагерц (гигагерц), что позволяет передавать данные со скоростью до 12,5 Гбит/с и выше.

Габариты и компактность

Одним из наиболее очевидных преимуществ полупроводниковых лазеров являются их малые габариты. Объем активного кристалла полупроводникового лазера составляет приблизительно 10^-6 – 10^-2 см³. Эта миниатюрность позволяет интегрировать их в компактные устройства и создавать высокоплотные массивы, что является критически важным для современной электроники.

Таблица 1: Сравнительная характеристика полупроводниковых лазеров и других типов лазеров

Характеристика	Полупроводниковый лазер	Газовый лазер (например, He-Ne)	Твердотельный лазер (с ламповой накачкой)
КПД	40-85% (до 66%)	Менее 0,1%	Около 1%
Спектральная ширина	Несколько нм	Пикометры	Пикометры
Габариты кристалла	10−6 – 10−2 см3	Десятки см3	Десятки см3
Пороговый ток (типично)	А/см2 (мА)	Отсутствует (газовая среда)	Отсутствует (твердотельная среда)
Температурная стабильность	Средняя	Высокая	Средняя
Быстродействие	Высокое (ГГц)	Низкое (МГц)	Среднее (кГц-МГц)

Эти параметры в совокупности определяют, почему полупроводниковые инжекционные лазеры стали столь повсеместными и незаменимыми в современном мире, сочетая высокую эффективность с компактностью и гибкостью управления.

Области применения полупроводниковых инжекционных лазеров

Полупроводниковые инжекционные лазеры, благодаря своим выдающимся характеристикам — компактности, низкому энергопотреблению, длительному сроку службы, высокой эффективности и легкости модуляции, — нашли широчайшее применение в самых разнообразных отраслях. От магистральных линий связи до медицинских приборов и бытовой электроники, они стали неотъемлемой частью современного технологического ландшафта.

Телекоммуникации и передача данных

Одной из первых и наиболее значимых областей применения полупроводниковых лазеров стали волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Именно лазерные диоды позволили создать сверхвысокоскоростные и высокоемкие системы передачи данных на большие расстояния.

• Длинноволновые лазеры: В ВОЛС широко используются лазеры на четверном сплаве InGaAsP, излучающие на длинах волн 1,3 мкм и 1,6 мкм, где оптическое волокно обладает минимальными потерями и дисперсией. Эти лазеры отличаются впечатляющим сроком службы — около 5×10⁵ часов (более 50 лет), что критически важно для надежности магистральных сетей.
• VCSEL в ближней связи: Вертикально-излучающие лазеры (VCSEL) играют ключевую роль в высокоскоростных сетях ближнего действия, таких как Gigabit Ethernet и Fibre Channel. Они обеспечивают полосу пропускания канала связи от 1 Гбит/с до 400 Гбит/с, что делает их идеальными для дата-центров и внутриофисных сетей. Преимущества VCSEL в телекоммуникациях также включают возможность массового параллельного производства и упрощенное тестирование.

Запись и считывание информации

Полупроводниковые лазеры являются «сердцем» любого оптического дисковода, будь то CD, DVD или Blu-ray. Они обеспечивают точное считывание и запись информации на оптических дисках для постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и оперативных запоминающих устройств (ОЗУ).

• CD-приводы: Используют инфракрасные лазеры с длиной волны 780 нм.
• DVD-приводы: Применяют красные лазеры с длиной волны 650–658 нм.
• Blu-ray и HD-DVD: Используют сине-фиолетовые лазеры с длиной волны 405 нм, что позволяет записывать значительно больше информации на диск благодаря меньшей длине волны и, соответственно, меньшей площади лазерного пятна.

Промышленность и метрология

В промышленном секторе полупроводниковые лазеры демонстрируют свою универсальность и точность:

• Лазерные принтеры и сканеры штрих-кодов: Являются неотъемлемой частью этих устройств, обеспечивая быстрое и точное сканирование или печать.
• Обработка материалов: Мощные диодные лазеры и их массивы используются для резки, сварки, сверления и обработки поверхностей различных материалов.
• Метрология и датчики: Лазерные датчики смещения, основанные на полупроводниковых лазерах, обеспечивают высокоточные измерения (до нанометрового уровня) положения, формы, размера и движения объектов. Они незаменимы в машиностроении, строительстве, электронике и полупроводниковой промышленности.
• Накачка других лазеров: Полупроводниковые лазеры служат наиболее эффективными источниками накачки для волоконных и твердотельных лазеров.

Медицина и биотехнологии

Медицинская область активно использует полупроводниковые лазеры для диагностики, терапии и хирургии, благодаря их контролируемому воздействию и возможности выбора длины волны.

• Диагностика: Лазерно-индуцированная флуоресцентная спектроскопия с использованием диодных лазеров применяется для анализа тканей и ранней диагностики заболеваний.
• Терапия: Лазеры используются для терапевтического воздействия при воспалительных заболеваниях ЛОР-органов.
• Дерматология и косметология: С 1963 года, когда Гольдман впервые применил лазер в дерматологии, полупроводниковые лазеры используются для удаления пигментных пятен, сосудистых образований, эпиляции и других косметологических процедур.

Оптическая накачка твердотельных лазеров

Одно из наиболее значимых применений мощных полупроводниковых лазеров — это оптическая накачка других типов лазеров, таких как Nd:YAG, Nd:YLF и другие Nd-лазеры.

• Преимущества диодной накачки: Использование диодной накачки вместо традиционных импульсных ламп привело к революции в твердотельной лазерной технологии. Это позволило повысить общую эффективность твердотельных лазеров в 10 раз (с 1% до 10%) и увеличить срок службы источников накачки с 200 до 20 000 часов.
• Причина эффективности: Высокая эффективность объясняется тем, что спектр излучения полупроводниковых лазеров может быть очень точно согласован со спектром поглощения активной среды твердотельного лазера, что минимизирует потери энергии.

Экологический мониторинг и другие сферы

Помимо вышеперечисленного, полупроводниковые лазеры находят применение в следующих областях:

• Экологический мониторинг: В чувствительных химических детекторах и анализаторах загрязнения атмосферы активно применяется абсорбционная спектроскопия настраиваемых диодных лазеров (TDLAS). Эта технология позволяет высокочувствительно и селективно обнаруживать газы, такие как метан (CH₄) на уровне частей на миллион (ppm) или даже миллиард (ppb), оксиды азота (NOₓ), диоксид серы (SO₂), оксид углерода (CO) и озон (O₃).
• Проекционное телевидение: Гетеролазеры используются в системах проекционного телевидения для создания ярких и насыщенных изображений.
• Бытовая электроника: Компьютерные мыши, системы распознавания лиц (Face ID) в смартфонах, умные очки и другие устройства активно используют миниатюрные полупроводниковые лазеры.

Таким образом, полупроводниковые инжекционные лазеры являются многофункциональными и универсальными инструментами, чье влияние на современную науку, промышленность и повседневную жизнь трудно переоценить, поскольку они продолжают определять темпы технологического прогресса.

Актуальные проблемы и перспективы развития полупроводниковых инжекционных лазеров

Несмотря на впечатляющие достижения, область полупроводниковых инжекционных лазеров продолжает активно развиваться, сталкиваясь с новыми вызовами и открывая горизонты для будущих инноваций. Исследования сосредоточены на дальнейшем улучшении ключевых характеристик, расширении функциональности и интеграции этих устройств в новые технологические платформы.

Миниатюризация и интеграция

Хотя полупроводниковые лазеры уже являются одними из самых миниатюрных лазеров (объем кристалла ~10⁻⁶ – 10⁻² см³), задача дальнейшего уменьшения их размеров остается актуальной. Цель — не только сделать их еще меньше, но и обеспечить бесшовную интеграцию в сложные фотонные интегральные схемы (ФИС). Это позволит создавать оптические чипы, способные выполнять множество функций, от обработки сигналов до сенсорики, с беспрецедентной плотностью компонентов. Перспективы миниатюризации связаны с развитием наноразмерных активных областей, таких как квантовые точки и нанопроволоки, что позволит создавать лазеры с еще более низким пороговым током и высокой эффективностью при минимальных размерах. Это критически важно для развития квантовых технологий.

Повышение эффективности и выходной мощности

Несмотря на то, что современные полупроводниковые лазеры демонстрируют рекордный КПД (до 65–66% и даже 85%), стремление к его дальнейшему увеличению и повышению выходной мощности остается приоритетом. Это особенно важно для промышленных применений, таких как резка, сварка и обработка металлов, где требуется не только высокая мощность, но и превосходное качество луча. Исследования направлены на оптимизацию гетероструктур, снижение внутренних потерь и разработку новых материалов, способных выдерживать более высокие токи без деградации.

Расширение спектрального диапазона

Расширение спектрального диапазона является ключевым направлением для многих приложений.

• Длинноволновые лазеры: Для волоконно-оптических линий связи крайне важны лазеры, работающие на длинах волн 1,3 мкм и 1,6 мкм, так как именно в этих окнах прозрачности оптическое волокно демонстрирует минимальные потери.
• Коротковолновые лазеры: Активно ведутся исследования по созданию фиолетовых и ультрафиолетовых полупроводниковых лазеров. Для этого активно исследуются материалы на основе нитрида галлия (GaN) и его сплавов (например, InGaN). УФ-лазеры открывают новые возможности в стерилизации, аналитической химии, литографии и высокоплотной записи информации.
• Терагерцовый диапазон: Квантово-каскадные лазеры продолжают развиваться для генерации излучения в терагерцовом диапазоне, что имеет огромный потенциал для безопасности, медицины и коммуникаций.

Температурная стабильность и качество луча

Температурная стабильность остается одной из основных проблем, ограничивающих максимальную мощность и эффективность полупроводниковых лазеров. Повышение температуры активной области приводит к увеличению порогового тока, снижению квантовой эффективности и сокращению срока службы.

• Методы повышения стабильности: Увеличение энергетической глубины и числа квантово-размерных ям в активной области позволяет повысить температурную стабильность пороговой плотности тока, что выражается в увеличении характеристического параметра T₀ (например, T₀ = 290 K для 4 квантово-размерных ям).
• Улучшение качества луча: Слабая направленность излучения и относительно широкая спектральная полоса являются недостатками стандартных инжекционных лазеров. Исследования направлены на получение более узкой диаграммы направленности и высокой монохроматичности. Для этого используются:
  • Лазеры с распределенной обратной связью (DFB): Обеспечивают одномодовую генерацию и узкую спектральную линию.
  • Лазеры с распределенным брэгговским отражением (DBR): Также способствуют узкополосной генерации и стабильности длины волны.
  • Лазеры с внешним резонатором: Использование внешних оптических элементов для стабилизации и сужения спектра.
  • VCSEL: Уже демонстрируют симметричную диаграмму направленности и одномодовый режим по продольным модам, что является важным шагом к улучшению качества луча.

Инновации в активных средах: Квантовые точки и проволоки

Использование квантовых эффектов в наноструктурах, таких как квантовые точки (КТ) и квантовые проволоки, рассматривается как фундаментальная движущая сила для дальнейшего развития полупроводниковых лазеров. Эти структуры обеспечивают сильное квантовое ограничение носителей заряда во всех трех (КТ) или двух (проволоки) измерениях, что приводит к ряду преимуществ:

• Снижение порогового тока: Благодаря дельта-образному распределению плотности состояний, квантовые точки требуют значительно меньшей концентрации носителей для достижения инверсии населенностей.
• Улучшение температурной стабильности: Снижается чувствительность к температуре.
• Расширение спектрального диапазона: Возможность настройки длины волны излучения за счет изменения размера квантовых точек.

Длинноволновые (1300–1550 нм) и перестраиваемые VCSEL-лазеры

Развитие VCSEL для длин волн 1300–1550 нм является важным направлением для замены традиционных лазеров с торцевым излучением в оптоволоконных системах передачи данных на большие расстояния. Преимущества VCSEL в этой области включают:

• Массовое параллельное производство на пластинах: Снижение стоимости.
• Упрощенное тестирование: Экономия времени и ресурсов.
• Легкость интеграции: Удобство использования в многоканальных системах.

Создание перестраиваемых VCSEL, способных изменять свою длину волны, также открывает новые возможности для мультиплексирования и спектральной обработки сигналов.

Преодоление катастрофического оптического повреждения зеркал (КОДЗ)

Одной из основных проблем, сдерживающих увеличение оптической мощности полупроводниковых лазеров, является катастрофическое оптическое повреждение зеркал (КОДЗ). Этот эффект проявляется в необратимом разрушении оптического резонатора (торцевых граней) при превышении определенного критического уровня оптической мощности или тока накачки. В результате лазер перестает генерировать когерентное излучение и превращается в обычный светодиод. Что из этого следует? Для практического использования и масштабирования мощных лазеров необходимо обеспечить высокую надежность и долговечность, что делает борьбу с КОДЗ приоритетной задачей.

Методы преодоления КОДЗ включают:

• Оптимизация конструкции гетероструктур: Специальные инженерные решения, такие как создание неабсорбирующих окон вблизи граней резонатора, позволяют уменьшить оптическую плотность на поверхности зеркал.
• Строгий контроль рабочих токов: Предотвращение работы лазера в режимах, близких к критическим, для увеличения срока службы.
• Нанесение защитных покрытий: Использование диэлектрических покрытий на торцевых гранях для повышения их устойчивости к оптическому повреждению.

Таким образом, будущее полупроводниковых инжекционных лазеров обещает дальнейшее совершенствование их характеристик, расширение спектральных возможностей и более глубокую интеграцию в высокотехнологичные системы, что укрепит их позицию как одного из краеугольных камней современной оптоэлектроники.

Заключение

Путь полупроводниковых инжекционных лазеров от первых теоретических предположений в 1959 году до высокотехнологичных устройств, передающих данные на гигабитных скоростях и спасающих жизни в медицине, является ярчайшим свидетельством силы научного поиска и инженерного таланта. Мы увидели, как идеи, зародившиеся в умах Басова, Вула и Попова, обрели форму в лабораториях Холла, Нейтена, Холоньяка, а затем пережили революционное преображение благодаря новаторским гетероструктурам Алфёрова и Кремера.

Сегодня полупроводниковые лазеры, будь то миниатюрные VCSEL для центров обработки данных или мощные диодные линейки для промышленной обработки материалов, являются незаменимыми элементами современной оптоэлектроники. Их физические принципы, основанные на зонной теории, инжекции носителей заряда и вынужденном излучении в p-n-переходах, были тщательно изучены и оптимизированы, а уникальные конструктивные особенности, такие как гетероструктуры, обеспечивающие электронное и оптическое ограничение, позволили достичь беспрецедентной эффективности и компактности.

Классификация лазеров по типу перехода, количеству гетеропереходов, механизму накачки, типу резонатора и спектральному диапазону подчеркивает их невероятную адаптивность к самым разнообразным задачам. А их характеристики — от низкого порогового тока и высокого КПД до малых габаритов и высокой температурной стабильности — делают их лидерами среди всех типов лазеров.

Области применения полупроводниковых инжекционных лазеров охватывают практически все сферы нашей жизни: от высокоскоростных телекоммуникаций и записи информации на оптических дисках до прецизионной медицины, промышленной обработки и экологического мониторинга. Они не только являются основой для множества существующих технологий, но и служат эффективными источниками накачки для других лазеров, значительно повышая их КПД и срок службы.

Несмотря на текущие успехи, будущее полупроводниковых лазеров обещает еще более впечатляющие прорывы. Актуальные проблемы, такие как дальнейшая миниатюризация, повышение эффективности и выходной мощности, расширение спектрального диапазона, улучшение температурной стабильности и качества луча, активно решаются благодаря исследованиям в области квантовых точек, квантовых проволок и новых конструкций VCSEL. Преодоление таких фундаментальных ограничений, как катастрофическое оптическое повреждение зеркал, открывает путь к созданию еще более мощных и надежных устройств.

В целом, полупроводниковые инжекционные лазеры продолжают оставаться одной из наиболее динамично развивающихся областей науки и техники, их роль в формировании будущего технологического прогресса будет только возрастать, открывая новые горизонты для исследований и инноваций.

Список использованной литературы

1. Басов Н.Г., Вул Б М., Попов Ю.М. Квантовомеханические полупроводниковые генераторы и усилители электромагнитных колебаний. ЖЭТФ. 1959. Т. 37. С. 587.
2. Басов ИХ., Крохиy О.Н., Попов Ю.М. Генерация, усиление и индикация инфракрасного и оптического излучения с помощью квантовых систем. УФН. 1961. Т. 72. С. 161-205.
3. Басов Н.Г., Крохин О.Н., Попов Ю.М. Получение состояний с отрицательной температурой в p-n переходах вырожденных полупроводников. ЖЭТФ. 1961. Т. 40. С. 1879-1880.
4. Bernard M., Durrafourg G. Laser condition in semiconductors. 1961. V. 1, N 2. р. 699-703.
5. На11 R.N., Fenner G.E., Kingsley J.D. Coherent light emission from GaAs junctions 1962. V. 9, N 9. p. 366—378.
6. Багаев В.С., Басов Н.Г., Вул Б.М. и др. Полупроводниковый квантовый генератор на p-n переходе в GаАs. ДАН СССР. 1963. Т. 150. Ч 2. С. 275-278.
7. Велъхер Г., Вейсс Г. В сб. Новые полупроводниковые материалы. М.: ИЛ, 1958.
8. Горюнова И.А. Химия алмазоподобных полупроводников. Л.-: Изд-во ЛГУ, 1963. С. 92.
9. Наследов Д.И., Рогачев А.А., Рывнин СМ., Царенков Б.В. Рекомбинационное излучение арсенида галлия. ФТТ. 1962. Т. 4. С. 1062-1065.
10. Елисеев П.Г., Страхов В.П. Полупроводниковый квантовый генератор непрерывного действия с выходной мощностью в несколько ватт. ЖТФ. 1970. Т. 40. С. 1564-1565.
11. Дрожбин Ю.А., Захаров Ю.П., Никитин ВЗ. и др. Генерация ультракоротких световых импульсов на ПКГ на GаАs. Письма в ЖЭТФ. 1967. Т. 5. С. 180.
12. Курносов В.Д., Плешиов А.А., Ривлин Л.А. а др. Динамика излучения полупроводниковых квантовых генераторов. Труды IX Международной конференции по физике полупроводников. Л.: Наука, 1969. Т. I. С. 582-585.
13. Багаев В.С., Церозашвили Ю.Н., Вул Б.Я. и др. О механизме рекомбинационного излучения арсенида галлия. ФТТ. 1964. Т. 6, ДО 5. С. 1399-1401.
14. Алферов Ж Л., Андреев В.М., Гарбузов ДЗ. и др. Исследование влияния параметров гетероструктуры на пороговый ток лазеров и получение непрерывного режима генерации при комнатной температуре. ФТП. 1970. Т. 4. С. 1826-1830.
15. Долгинов Л.М., Дружинина Л .В., Елисеев П .Г. и др. Новый неохлаждаемый инжекционный гетеролазер в диапазоне 1,5-1,8 мкм. Квантовая электроника. 1976. Т. 3, М 2. С. 465-466.
16. Полупроводниковые лазеры. Teh-Lib.Ru. 2012.
17. 4.2 Характеристики лазерного диода. 2024.