Стимулированная эмиссия в Al2O3/AlN/Al0.65Ga0.35N/AlN/Al2O3 гетероструктуре с симметричным планарным волноводом
Бохан П.А.1, Закревский Д.Э.
1,2, Малин Т.В.1, Фатеев Н.В.
1
1Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия
2Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия

Email: bokhan@isp.nsc.ru, zakrdm@isp.nsc.ru, mal-tv@isp.nsc.ru, fateev@isp.nsc.ru
Поступила в редакцию: 12 декабря 2025 г.
В окончательной редакции: 12 декабря 2025 г.
Принята к печати: 24 февраля 2026 г.
Выставление онлайн: 3 апреля 2026 г.
Экспериментально исследованы свойства стимулированной эмиссии в симметричной гетероструктуре Al2O3/AlN/Al0.65Ga0.35N/AlN/Al2O3 в спектральном диапазоне λ=350-700 nm при комнатной температуре. Активная среда представляет собою симметричный планарный волновод, образованный двумя идентичными сильнолегированными структурами Al0.65Ga0.35N/AlN/Al2O3, плотно прижатыми друг к другу активными слоями. Излучение выводилось через боковую поверхность (посредством вытекающих мод) и через торец структуры (в виде направляемых мод). При оптической накачке излучением λ=266 nm структура демонстрирует усилительные свойства с коэффициентом оптического усиления g~41 cm-1 при плотности мощности накачки Pp=460 kW/cm2. Спектр стимулированного излучения представляет собой широкую полосу, содержащую пики, обусловленные модовой структурой излучения и возбуждением ортогонально поляризованных волноводных TE- и TM-мод. Квантовая эффективность выходного стимулированного излучения составляет eta~20 %. Угловая расходимость пучка равна 15o в плоскости структуры и 18o в перпендикулярном направлении. Ключевые слова: сильнолегированные структуры AlxGa1-xN, симметричный планарный волновод, оптическое усиление.
- J. Yang, K. Tian, C. Chu, Y. Zhang, K. Jiang, X. Sun, D. Li, X.W. Sun, Z.-H. Zhang. Advanced Electronic Materials, 11, 2400247 (2025). DOI: 10.1002/aelm.202400247
- J. Hwang, W.J. Schaff, L.F. Eastman, S.T. Bradley, L.J. Brillson, D.C. Look, J. Wu, W. Walukiewicz, M. Furis, A.N. Cartwright. Appl. Phys. Lett., 81 (27), 5192 (2002). DOI: 10.1063/1.1534395
- P.A. Bokhan, N.V. Fateev, T.V. Malin, I.V. Osinnykh, Dm.E. Zakrevsky, K.S. Zhuravlev. J. Luminescence, 203, 127 (2018). DOI: 10.1016/j.jlumin.2018.06.034
- П.А. Бохан, К.С. Журавлев, Д.Э. Закревский, Т.В. Малин, Н.В. Фатеев. ФТП, 57 9), 731 (2023). DOI: 10.61011/FTP.2023.09.56987.5627
- П.А. Бохан, К.С. Журавлев, Д.Э. Закревский, Т.В. Малин, И.В. Осинных, Н.В. Фатеев. Письма в ЖТФ, 47 (14), 39 (2021). DOI: 10.21883/PJTF.2021.14.51186.18782
- П.А. Бохан, К.С. Журавлев, Д.Э. Закревский, Т.В. Малин, Н.В. Фатеев. Опт. и спектр., 132 (9), 911 (2024). DOI: 10.61011/OS.2024.09.59189.6977-24
- И.В. Осинных, Т.В. Малин, Д.С. Милахин, И.А. Александров, К.С. Журавлев. Автометрия, 55 (5), 1 (2019). DOI: 10.15372/AUT20190513
- В.В. Ратников, М.П. Щеглов, Б.Я. Бер, Д.Ю. Казанцев, И.В. Осинных, Т.В. Малин, К.С. Журавлев. ФТП, 52 (2), 233 (2018). DOI: 10.21883/FTP.2018.02.45448.8699
- А.В. Медведев, А.А. Дукин, Н.А. Феоктистов, В.Г. Голубев. ЖТФ, 86 (5), 118 (2016). DOI: 10.1134/S1063784216050169
- J. Valenta, I. Pelant, K. Luterova, R. Tomasiunas, S. Cheylan, R.G. Elliman, J. Linnros, B. Honerlage. Appl. Phys. Lett., 82 (6), 955 (2003). DOI: 10.1063/1.1544433
- K. Luterova, D. Navarro, M. Cazzanelli, T. Ostatnicky, J. Valenta, S. Cheylan, I. Pelant, L. Pavesi. Phys. Stat. Sol. C, 2 (9), 3429 (2005). DOI: 10.1002/pssc.200461206
- C. Shi, M. Liang, L. Wang, Y. Liu, W. Wang, S. Li. Opt. Lett., 50 (13), 4266 (2025). DOI: 10.1364/OL.565291
- Z.E. Lampert, J.M. Papanikolas, C.L. Reynolds. Appl. Phys. Lett., 102, 073303 (2013). DOI: 10.1063/1.4793422
- K.S. Zhuravlev, I.V. Osinnykh, D.Y. Protasov, T.V. Malin, V.Yu. Davydov, A.N. Smirnov, R.N. Kyutt, A.V. Spirina, V.I. Solomonov. Phys. Stat. Sol. C, 10, 315 (2013). DOI: 10.1002/pssc.201200703
- B.M. Ayupov, I.A. Zarubin, V.A. Labusov, V.S. Sulyaeva, V.R. Shayapov. J. Opt. Technol., 78, 350 (2011). DOI: 10.1364/JOT.78.000350
- K.L. Shaklee, R.E. Nahory, R.F. Leheny. J. Lumin., 7, 284 (1973). DOI: 10.1016/0022-2313(73)90072-0
- A. Oster, G. Erbert, H. Wenzel. Electron. Lett., 33, 864 (1997). DOI: 10.1049/el:19970605
- D. Brunner, H. Angerer, E. Bustarret, F. Freudenberg, R. Hopler, R. Dimitrov, O. Ambacher, M. Stutzmann. J. Appl. Phys., 82, 5090 (1997). DOI: 10.1063/1.366309
- I.H. Malitson. J. Optical Society of America., 52, 1377 (1962)
- H. Kogelnik. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 23 (1), 2 (1975). DOI: 10.1109/TMTT.1975.1128500
- M. Born, E. Wolf. Principles of Optics (Pergamon Press, Oxford, 1975). DOI: 10.1016/0030-3992(75)90061-4