zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1759Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ НАНОСТРУКТУРSPECTROSCOPY OF NANOSTRUCTUREДвухуровневая генерация в лазерах с квантовыми ямами и квантовыми яма-точкамиTWO-STATE LASING IN QUANTUM WELL AND QUANTUM WELL-DOT LASERSБекманА. А.BeckmanA. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

spbgate@gmail.comКорнышовГ. О.KornyshovG. O.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ШерняковЮ. М.ShernyakovYu. M.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ГордеевН. Ю.GordeevN. Yu.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ПаюсовА. С.PayusovA. S.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

МинтаировС. А.MintairovS. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

КалюжныйН. А.KalyuzhnyyN. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

СимчукО. И.SimchukO. I.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ХарченкоА. А.KharchenkoA. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

МаксимовМ. В.MaximovM. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАНIoffe InstituteАкадемический университет им. Ж. И. АлфероваAlferov Federal State Budgetary Institution of Higher Education and Science Saint Petersburg National Research Academic University of the Russian Academy of Sciences2025070220259218591Copyright © Бекман А.А., Корнышов Г.О., Шерняков Ю.М., Гордеев Н.Ю., Паюсов А.С., Минтаиров С.А., Калюжный Н.А., Симчук О.И., Харченко А.А., Максимов М.В., 20252025Бекман А.А., Корнышов Г.О., Шерняков Ю.М., Гордеев Н.Ю., Паюсов А.С., Минтаиров С.А., Калюжный Н.А., Симчук О.И., Харченко А.А., Максимов М.В.Beckman A.A., Kornyshov G.O., Shernyakov Y.M., Gordeev N.Y., Payusov A.S., Mintairov S.A., Kalyuzhnyy N.A., Simchuk O.I., Kharchenko A.A., Maximov M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1759

Исследовано переключение генерации из основного состояния на возбужденное с ростом тока в InGaAs/GaAs-лазерах с квантовыми яма-точками (КЯТ) и квантовыми ямами, имеющими различные ширины волновода. Показано, что из-за особенностей плотности состояний в КЯТ лазеры с волноводом шириной 0.45 мкм не переключаются в режим генерации через возбужденное состояние при плотностях тока вплоть до 48 кА/см2 в отличие от лазеров с квантовыми ямами. Генерация через возбужденное состояние в лазерах на КЯТ происходит при увеличении ширины волновода до 0.78 мкм и сопровождается переключением с фундаментальной моды на оптическую моду 2-го порядка. 

The switching of lasing from the ground state to the excited state with current increasing in InGaAs/GaAs lasers with quantum well-dots (QWDs) and quantum wells with different waveguide widths has been studied. It is shown that, due to the peculiarities of the density of states in QWDs, lasers with waveguide of 0.45 μm wide do not switch to the lasing mode through an excited state at current densities up to 48 kA/cm2 , in contrast to lasers with quantum wells. Generation through an excited state in QWD lasers occurs when the waveguide width increases up to 0.78 μm and is accompanied by switching from the fundamental to the 2nd order optical mode. 

широкий волноводоптическая модаоптическое усилениеквантовые яматочкидвухуровневая генерацияbroad waveguideoptical modeoptical gainquantum well-dotstwo-state lasingРабота выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 24-12-00358. Автор О. И. Симчук благодарит Министерство науки и высшего образования РФ (проект FSRM-2023-0010) за поддержку исследования качества поверхности структур методом атомно-силовой микроскопии.ReferencesW. Maass, T. Natschläger, H. Markram. Neural Comp., 14, N 11 (2002) 2531—2560, doi: 10.1162/089976602760407955W. Maass, T. Natschläger, H. Markram. Neural Comp., 14, N 11 (2002) 2531—2560, doi: 10.1162/089976602760407955A. N. Tait, M. A. Nahmias, Y. Tian, B. J. Shastri, P. R. Prucnal. Photonic Neuromorphic Signal Processing and Computing, Nanophotonic Information Physics, Springer Berlin Heidelberg (2014) 183—222, doi: 10.1007/978-3-642-40224-1_8A. N. Tait, M. A. Nahmias, Y. Tian, B. J. Shastri, P. R. Prucnal. Photonic Neuromorphic Signal Processing and Computing, Nanophotonic Information Physics, Springer Berlin Heidelberg (2014) 183—222, doi: 10.1007/978-3-642-40224-1_8C. Huang, C. Cheng, Yi. Su, C. Lin. IEEE Photon. Technol. Lett., 16, N 2 (2004) 371—373, doi: 10.1109/lpt.2003.821050C. Huang, C. Cheng, Yi. Su, C. Lin. IEEE Photon. Technol. Lett., 16, N 2 (2004) 371—373, doi: 10.1109/lpt.2003.821050Y. Tokuda, N. Tsukada, K. Fujiwara, K. Hamanaka, T. Nakayama. Appl. Phys. Lett., 49 (1986) 1629, doi: 10.1063/1.97248Y. Tokuda, N. Tsukada, K. Fujiwara, K. Hamanaka, T. Nakayama. Appl. Phys. Lett., 49 (1986) 1629, doi: 10.1063/1.97248G. Park, D. L. Huffaker, Z. Zou, O. B. Shchekin, D. G. Deppe. IEEE Photon. Technol. Lett., 11, N 3 (1999) 301—303, doi:10.1109/68.748215G. Park, D. L. Huffaker, Z. Zou, O. B. Shchekin, D. G. Deppe. IEEE Photon. Technol. Lett., 11, N 3 (1999) 301—303, doi:10.1109/68.748215I. Makhov, K. Ivanov, E. Moiseev, A. Dragunova, N. Fominykh, Yu. Shernyakov, M. Maximov, N. Kryzhanovskaya, A. Zhukov. Photonics, 10, N 3 (2023) 235, doi: 10.3390/photonics10030235I. Makhov, K. Ivanov, E. Moiseev, A. Dragunova, N. Fominykh, Yu. Shernyakov, M. Maximov, N. Kryzhanovskaya, A. Zhukov. Photonics, 10, N 3 (2023) 235, doi: 10.3390/photonics10030235А. А. Харченко, А. М. Надточий, Ю. М. Шерняков, Н. Ю. Гордеев, А. С. Паюсов, А. А. Бекман, Г. О. Корнышов, О. И. Симчук, Ю. А. Салий, М. М. Кулагина, С. А. Минтаиров, Н. А. Калюжный, М. В. Максимов. ФТП, 58, № 6 (2024) 313—317, doi: 10.61011/FTP.2024.06.58945.6937А. А. Харченко, А. М. Надточий, Ю. М. Шерняков, Н. Ю. Гордеев, А. С. Паюсов, А. А. Бекман, Г. О. Корнышов, О. И. Симчук, Ю. А. Салий, М. М. Кулагина, С. А. Минтаиров, Н. А. Калюжный, М. В. Максимов. ФТП, 58, № 6 (2024) 313—317, doi: 10.61011/FTP.2024.06.58945.6937M. V. Maximov, N. Yu. Gordeev, A. S. Payusov, Yu. M. Shernyakov, S. A. Mintairov, N. A. Kalyuzhnyy, M. M. Kulagina, A. M. Nadtochiy, V. N. Nevedomskiy, A. E. Zhukov. Las. Phys. Lett., 17, N 9 (2020) 095801, doi: 10.1088/1612-202X/aba0bfM. V. Maximov, N. Yu. Gordeev, A. S. Payusov, Yu. M. Shernyakov, S. A. Mintairov, N. A. Kalyuzhnyy, M. M. Kulagina, A. M. Nadtochiy, V. N. Nevedomskiy, A. E. Zhukov. Las. Phys. Lett., 17, N 9 (2020) 095801, doi: 10.1088/1612-202X/aba0bfN. Y. Gordeev, M. V. Maximov, A. S. Payusov, A. A. Serin, Y. M. Shernyakov, S. A. Mintairov, N. A. Kalyuzhnyy, A. M. Nadtochiy, A. E. Zhukov. Semicond. Sci. Technol., 36, N 1 (2021) 015008, doi: 10.1088/1361-6641/abc51dN. Y. Gordeev, M. V. Maximov, A. S. Payusov, A. A. Serin, Y. M. Shernyakov, S. A. Mintairov, N. A. Kalyuzhnyy, A. M. Nadtochiy, A. E. Zhukov. Semicond. Sci. Technol., 36, N 1 (2021) 015008, doi: 10.1088/1361-6641/abc51dА. А. Бекман, Г. О. Корнышов, Ю. М. Шерняков, А. С. Паюсов, А. А. Харченко, Н. Ю. Гордеев, М. В. Максимов. Лазеры, полупроводниковые излучатели и системы на их основе: программа и тез. докл. 2-й междунар. конф., Минск, 20—24 мая 2024 г. Нац. акад. наук Беларуси [и др.], под ред. Г. И. Рябцева, З. Н. Соколовой, Е. А. Невар, Минск, Институт физики НАН Беларуси (2024)А. А. Бекман, Г. О. Корнышов, Ю. М. Шерняков, А. С. Паюсов, А. А. Харченко, Н. Ю. Гордеев, М. В. Максимов. Лазеры, полупроводниковые излучатели и системы на их основе: программа и тез. докл. 2-й междунар. конф., Минск, 20—24 мая 2024 г. Нац. акад. наук Беларуси [и др.], под ред. Г. И. Рябцева, З. Н. Соколовой, Е. А. Невар, Минск, Институт физики НАН Беларуси (2024)Г. О. Корнышов, Н. Ю. Гордеев, Ю. М. Шерняков, А. А. Бекман, А. С. Паюсов, С. А. Минтаиров, Н. А. Калюжный, М. В. Максимов. ФТП, 56, № 12 (2022) 1144—1147, doi: 10.21883/FTP.2022.12.54514.4408Г. О. Корнышов, Н. Ю. Гордеев, Ю. М. Шерняков, А. А. Бекман, А. С. Паюсов, С. А. Минтаиров, Н. А. Калюжный, М. В. Максимов. ФТП, 56, № 12 (2022) 1144—1147, doi: 10.21883/FTP.2022.12.54514.4408L. V. Asryan. Appl. Phys. Lett., 88, N 7 (2006) 073107, doi: 10.1063/1.2174103L. V. Asryan. Appl. Phys. Lett., 88, N 7 (2006) 073107, doi: 10.1063/1.2174103Z. N. Sokolova, N. A. Pikhtin, L. V. Asryan. J. Lightwave Technol., 36, N 11 (2018) 2295—2300, doi: 10.1109/JLT.2018.2806942Z. N. Sokolova, N. A. Pikhtin, L. V. Asryan. J. Lightwave Technol., 36, N 11 (2018) 2295—2300, doi: 10.1109/JLT.2018.2806942E. P. O’Reilly, A. I. Onischenko, E. A. Avrutin, D. Bhattacharyya, J. H. Marsh. Electron. Lett., 34, N 21 (1998) 2035—2037, doi: 10.1049/el:19981397E. P. O’Reilly, A. I. Onischenko, E. A. Avrutin, D. Bhattacharyya, J. H. Marsh. Electron. Lett., 34, N 21 (1998) 2035—2037, doi: 10.1049/el:19981397M. Gioannini. J. Appl. Phys., 111 (2012) 043108, doi:10.1063/1.3682574M. Gioannini. J. Appl. Phys., 111 (2012) 043108, doi:10.1063/1.3682574Ю. М. Шерняков, М. В. Максимов, А. Е. Жуков, А. В. Савельев, В. В. Коренев, Ф. И. Зубов, Н. Ю. Гордеев, Д. А. Лившиц. ФТП, 46, № 10 (2012) 1353, https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/7820Ю. М. Шерняков, М. В. Максимов, А. Е. Жуков, А. В. Савельев, В. В. Коренев, Ф. И. Зубов, Н. Ю. Гордеев, Д. А. Лившиц. ФТП, 46, № 10 (2012) 1353, https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/7820M. Sugawara, K. Mukai, H. Shoji. Appl. Phys. Lett., 71 (1997) 2791, doi:10.1063/1.120135M. Sugawara, K. Mukai, H. Shoji. Appl. Phys. Lett., 71 (1997) 2791, doi:10.1063/1.120135A. Röhm, B. Lingnau, K. Lüdge. IEEE J. Quant. Electron., 51, N 1 (2015) 2000211, doi: 10.1109/JQE.2014.2370793A. Röhm, B. Lingnau, K. Lüdge. IEEE J. Quant. Electron., 51, N 1 (2015) 2000211, doi: 10.1109/JQE.2014.2370793L. V. Asryan, R. A. Suris. Semicond. Sci. Technol., 11 (1996) 554, doi: 10.1088/0268-1242/11/4/017L. V. Asryan, R. A. Suris. Semicond. Sci. Technol., 11 (1996) 554, doi: 10.1088/0268-1242/11/4/017E. A. Viktorov, P. Mandel, Y. Tanguy, J. Houlihan, G. Huyet. Appl. Phys. Lett., 87 (2005) 053113, doi: 10.1063/1.1995947E. A. Viktorov, P. Mandel, Y. Tanguy, J. Houlihan, G. Huyet. Appl. Phys. Lett., 87 (2005) 053113, doi: 10.1063/1.1995947В. В. Коренев, А. В. Савельев, А. Е. Жуков, А. В. Омельченко, М. В. Максимов. ФТП, 47, № 10 (2013) 1406, https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/5107В. В. Коренев, А. В. Савельев, А. Е. Жуков, А. В. Омельченко, М. В. Максимов. ФТП, 47, № 10 (2013) 1406, https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/5107C. R. Pollock, M. Lipson. Integrated Photonics, New York, Springer Science+Business Media (2023) 60—62C. R. Pollock, M. Lipson. Integrated Photonics, New York, Springer Science+Business Media (2023) 60—62I. A. Kosko, V. P. Evtikhiev, E. Yu. Kotel’nikov, G. G. Zegrya. Semicond., 33, N 6 (1999) 693—699, doi: 10.1134/1.1187759I. A. Kosko, V. P. Evtikhiev, E. Yu. Kotel’nikov, G. G. Zegrya. Semicond., 33, N 6 (1999) 693—699, doi: 10.1134/1.1187759K. J. Beernink, J. J. Alwan, J. J. Coleman. Appl. Phys. Lett., 58 (1991) 2076, doi: 10.1063/1.105015K. J. Beernink, J. J. Alwan, J. J. Coleman. Appl. Phys. Lett., 58 (1991) 2076, doi: 10.1063/1.105015

The authors declare that there are no conflicts of interest present.