Наноструктуры
как это делает природа

Леденцов Николай Николаевич

Я в своей лекции буду говорить о, так называемых, полупроводниковых наногетероструктурах. По сути, это те самые двойные гетероструктуры (ДГС), которые были созданы Ж.И. Алфёровым, единственное различие в том, что их характерные размеры и геометрия поменялись, существенно поменялась идеология их получения и применения, но суть - использование двух материалов для создания одного монокристаллического объекта - осталась той же самой.
Результаты, о которых я буду рассказывать, в первую очередь получены в лаборатории Ж.И. Алфёрова. В своей лекции я остановлюсь на следующих моментах:

План лекции:

• Что происходит в области информационных технологий.
• Роль гетероструктур. Способы их получения.
• Что такое и зачем нужна "квантовая точка".
• Смена концепции в выращивании кристаллов:
  искусственные "сверхрешётки" и самоорганизация наноструктур
• Как получают различные узоры на поверхности кристалла.
• Как природа решает проблемы, которые сама же и создаёт.
• Микротрещины (дислокации) в кристалле - подарок для наноструктур и наноэпитаксии.
• Что уже сделано. Каковы перспективы.
• Заключение: современные наноструктуры - всё по другому, по отношению к традиционным взглядам на полупроводники.

Нобелевская премия даётся не просто так, а за исследования, которые важны для человечества, в этом её большая социальная роль. Поэтому мы начнём с того, какую роль занимают полупроводники и полупроводниковые гетерострутуры в современной мировой промышленности.

Здесь я показываю, как растёт рынок приборов на основе сложных полупроводниковых соединений, таких как, например, GaAs, InP. Этот рынок практически полностью определяется приборами на основе гетероструктур. Наиболее быстрый рост наблюдается в двух сегментах рынка - это интегральные схемы и лазеры на гетероструктурах - то самое, что доминирует в современных информационных технологиях, и то, за что с точки зрения социальной значимости была дана Нобелевская премия.

До этого было получено 2 Нобелевские премии в области полупроводниковых гетероструктур: это премии Клауса фон Клитцинга за квантовый эффект Холла и Хорста Штёрмера за открытие композитных фермионов (дробный квантовый эффект Холла). В широком смысле можно также трактовать Нобелевскую премию Лео Эсаки, полученную за исследования туннельных процессов в полупроводниках в 1973 году, так как он очень активно занимался в это время туннелированием электронов в изобретённых им композиционных полупроводниковых сверхрешётках. Хотя, конечно, в первую очередь, премия была дана за туннельный диод на сильно легированном гомо- p-n-переходе в Ge, который был опубликован в 1958 году. Следует отметить, что туннелирование в полупроводниковых структурах уже 1931 году исследовалось Френкелем и Иоффе в Физико-Техническом институте.

В своей Нобелевской лекции Лео Эсаки на 2/3 концентрируется на именно эффектах туннелирования в гетероструктурах- на туннелировании в пятислойной гетероструктуре и сверхрешётках понимая важность гетероструктур. А две последующие премии - за квантовый эффект Холла, данная Клаусу фон Клитцингу в 1985 году, и дробный квантовый эффект Холла - 1998 года, данная Лафлину, Штёрмеру и Тсу (Robert B. Laughlin, Horst L. Stormer, Daniel C. Tsui), уже являются в чистом виде полученными за исследования, в основном, на полупроводниковых гетероструктурах, где все фундаментальные явления и основы транспорта, протекания электронов и взаимодействия света с веществом были изучены в работах Алфёрова.

Почему же Нобелевская премия за стратегически важное общепризнанное направление, обусловившее в существенной степени три Нобелевские премии, так долго ждала своего лауреата и нашла его только теперь? Видимо, дело ещё и в том, что именно сейчас, как никогда, всем стала очевидна важность данного направления для всего человечества. Давайте сравним тенденции в различных областях современной промышленности.

Как мы видим, рост рынка электроники в целом за год -7%. Этот рынок недавно обогнал всю автомобильную промышленность.

Основу этого рынка сейчас составляет полупроводниковая кремниевая промышленность, которая растёт со скоростью 15% в год. Внутри этой промышленности растёт доля приборов на гетеростуктурах кремний - кремний-германий, хотя основа рынка - пока всё же кремниевые структуры металл-окисел-полупроводник.

Теперь сравним эти темпы с темпами роста гетероструктур соединений А³В⁵. Гетеролазеры растут за последние два десятилетия со средней скоростью 34% в год. При этом в пиковые годы рост достигает 100% и более.

Сегодня один только рынок гетеролазеров соответствует рынку всей полупроводниковой промышленности за 80-й год. И если проэкстраполировать эту зависимость на то время, когда многие из молодых людей, присутствующих здесь, начнут свою научную или инженерную жизнь, мы увидим просто фантастические цифры, сопоставимые с общим объёмом полупроводниковой промышленности на настоящий момент.

И не случайно, что когда такое стремительное развитие стратегически важной области стало очевидно для всех, произошло вот такое счастливое событие для всех нас, для нашего института, для нашей страны.

В настоящее время полупроводниковые лазеры применяются в двух основных сегментах рынка:

Телекоммуникации - 70% всего рынка (это Интернет) - это лазеры на подложках InP на длинах волн вблизи 1.3 и 1.5 мкм, которые соответствует диапазонам прозрачности оптоволокна.

Оптическая запись (сейчас это красные лазеры) - здесь нужны короткие длины волн, чем короче, тем лучше. Сейчас мы активно занимаемся ультрафиолетовыми лазерами, которые хороши для применения в этой области, потому что чем меньше длина волны, тем больше информации можно записать на компакт - диск.

Для получения полупроводниковых гетероструктур существует две основных методики и два типа оборудования, которые с равным успехом используются для получения наногетероструктур.

1. Газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений (ГФЭ МОС).

В реакторе довольно сложной установки расположено несколько подложек (будь то GaAs, сапфир, или что-либо ещё). Подложки (кружочки) - это такие тонкие срезы монокристалла, к которым поступает "гремучая смесь" (сложное, обычно сильно горючее, химическое соединение) и при высокой температуре вступает в реакцию с монокристаллической подложкой. В результате происходит послойное формирование полупроводникового соединения - слой молекул за слоем молекул. Этм методом, например, выращиваются широкозонные полупроводниковые материалы на основе GaN (например, структуры для изготовления синих - зелёных светодиодов или тех самых коротковолновых лазеров для нового поколения CD-ROM).

2. Другая методика - это МПЭ или молекулярно-пучковая эпитаксия. Это высоковакуумная установка, в которой, при большом её размере, можно расположить огромное количество подложек. Из специальных тиглей молекулярный поток попадает на подложку. Он может модулироваться специальными заслонками, и на поверхности подложки опять-таки растёт полупроводниковое соединение или многослойная структура.

В настоящее время и та, и другая технология производят примерно одинаковое количество кило квадратных дюймов (миллион). Рост продаж - в 5 раз за 5 лет.

Мы часто ругаем своих политиков за то, что они не понимают, что надо делать для нашей страны, где лежат большие деньги. Но надо сказать, что эта болезнь не только нашей страны, в тяжелом положении находится и вся Европа (см. Слайд 7). Она производит только 2% мировых пластин МПЭ и 3% MOCVD (ГФЭ МОС). Так что то, что мы не можем использовать свои собственные изобретения - это проблема не только нашей страны, но и Европы, которая, конечно, внесла огромный вклад в развитие физики и техники полупроводников. Надо, правда, сказать, что в самое последнее время ситуация в Европе стала несколько выправляться.

Прежде чем я начну переходить к квантовым точкам, мне нужно сказать несколько слов о двойной гетероструктуре (ДГС) вообще, о различии между ДГС (гетеро-) и гомоструктурой.

Гетероструктура по сути дела представляет собой монокристалл, в который вставлен слой, отличающийся химическим составом от состава матрицы. Именно это и считалось невозможным - вставить в полупроводник слой из другого материала так, чтобы граница между разными материалами была бездефектной. Тогда вставал вопрос, не будет ли сама эта граница оказывать нежелательные воздействия на свойства прибора? Считалось также, что материалы с различными свойствами, например, цветом излучаемого света, обязательно отличаются и характерным размером своей кристаллической решётки, и если их попытаться состыковать, то неизбежно возникнут трещины или другие дефекты. Предполагалось также, что границу между материалами будет трудно сделать достаточно резкой и все ожидаемые преимущества замоются. Кроме того, полагали, что на границе могут формироваться микрочастицы паразитных соединений. Но Алфёров и его коллеги показали, что всех этих проблем можно избежать, и преимущества ожидаемые для "идеальных" гетероструктур могут быть реализованы на практике. Эти свойства, например, возможность зажать носители заряда в слое узкозонного материала, возможность организовать волноводный эффект, возможность получать сверхвысокие плотности носителей заряда в тонком слое без того, чтобы сильно легировать всю структуру, и многое другое.

Чтобы понять, как работает полупроводниковая гетероструктура и лазер на ее основе, мы обратимся сначала к устройству самого кристалла, из которых гетероструктура собирается. Начнём мы с самого важного - с квантовой природы, лежащей в его основе. Что это такое?

Если вы смотрите на плёнку бензина на поверхности лужи, то вы увидите, что она разноцветная. Это в тонкой пленке образуются стоячие волны для определённой длины волны. Толщина чуть отличается, и стоячая волна соответствует другому цвету в разных местах плёнки. Если набрать много таких плёнок, можно, например, получить очень хороший коэффициент отражения для определённой длины волны или диапазона длин волн. На этой основе делаются, например, интерференционные зеркала, просветляющая оптика для фотоаппаратов. Этот эффект связан с волновой природой света.

Так вот, электрон, в том числе и свободный электрон в кристалле, тоже обладает свойствами волны, как это следует из основных законов кватовой механики.

Например, свободный электрон в потенциальной яме, сформированной притягивающим потенциалом ядра атома, формирует набор дискретных уровней, а не непрерывный спектр состояний, как раз из-за формирования стоячих волн. В твёрдом теле за счёт высокой плотности атомов, электронные уровни взаимодействуют друг с другом, и уширяются в зоны. Последняя заполненная электронами зона называется валентная зона, первая свободная - зона проводимости, они разделены зоной запрещенных состояний. Проиллюстрируем это на картинке. Вот, представим, что мы имеем это одиночный уровень в свободном атоме [левая верхняя картинка Слайда]. Если мы ударим электроном или фотоном по атому, то электрон с заполненной оболочки может перейти на верхний свободный уровень, или, как говорят, в возбужденное состояние. Спускаясь обратно, электрон испускает квант света. Поэтому, например, газы атомов в электрическом разряде светятся строго определёнными цветами. В твёрдом теле у нас вместо дискретных уровней появляются широкие энергетические зоны, но, в принципе, идея перехода в возбуждённое состояние та же самая [второй сверху рисунок на Слайде]. При помощи легирования инородными атомами можно создавать электроны, слабо связанные с кристаллическим остовом. В этом случае при конечной температуре в кристалле появляются свободные электроны, которые могут двигаться в электрическом поле. Можно, наоборот, создавать легированием ловушки для электронов валентной зоны, которые будут приводить к поялению в валентной зоне незаполненных электронами состояний, имеющих положительный заряд, так как кристалл в целом электронейтрален. Эти положительно заряженные "дырки" будут притягиваться к ловушке, заряженной захваченным электроном, но при подогреве кристалла, они также окажутся свободными, из-за столкновений с вибрациями кристаллической решётки (фононами). Легирование позволяет получить, таким образом, электронный или дырочный тип проводимости. И теперь при приложении электрического поля к кристаллу можно заставить электроны бежать туда, где находятся дырки, а дырки бежать туда, где есть электроны, они будут встречаться, и свободные электроны будут заполнять имеющиеся дырки, испуская при этом кванты света. И каково энергетическое расстояние между зонами, по которым бегут электроны и дырки, а бегут они по зоне проводимости и по валентной зоне, соответственно, таков и будет цвет излучаемого кванта. Вот так и получается, что вы можете сделать красный, синий, зелёный или ультрафиолетовый, инфракрасный светодиод. Но, к сожалению, электроны и дырки бегут в разные стороны и с разными скоростями, свет тоже летит в разные стороны. Для лазера же нужно получить область с очень высокой объёмной концентрацией электронов и дырок, и добиться того, чтобы свет не убегал из этой области. В общем, без гетероструктур ничего хорошего в лазерном плане создать на идее гомо-р-n перехода не удалось, и ситуация изменилась, только когда появилась гетероструктура [второй рисунок снизу]. Теперь у вас есть два материала с разными ширинами запрещённой зоны. Теперь электроны и дырки собираются в потенциальном ящике, если ящик толстый, они бегают там как квазичастицы. Теперь все носители заряда собраны в узком слое материала с заданными свойствами, который, кроме того, позволяет получить и оптическое [нижний рисунок] ограничение, т.е. локализовать свет за счёт большего коэффициента преломления узкозонного слоя. На основе этих обеих эффектов можно кардинально улучшить свойства прибора.

В современном мире используются лазеры 2-х типов:

1. Обычные полосковые лазеры. Например, как показано здесь - сверху расположен контакт p-типа, снизу легированная донорами и имеющая электронную проводимость подложка, между ними - активная среда, и вот по этому тонкому слою распространяется свет и выходит через сколы, кторые частично отражают свет обратно и являются так называемым резонатором Фабри-Перо. Нужна обязательно обратная связь, чтобы лазер работал. Нужно, чтобы часть света отражалась обратно, многократно бегала по кристаллу и устанавливалось единое квантовое состояние для излучаемого света.

Преимущества лазера перед светодиодом огромны: это большая мощность (до 12Вт с узкого полоска шириной 0.1 мм), большая плотность мощности (40МВт/см2); лазеры доступны для получения на различных подложках, излучают с хорошей диаграммой направленностью и так далее.

2. Вертикальные лазеры. Вторая геометрия - это когда свет распространяется вверх, перпендикулярно плоскости p-n перехода. В этом случае физика та же самая, а зеркала, как правило, многослойные, - интерференционные, где коэффициент отражения около ста процентов. Такие зеркала нужны для того, чтобы скомпенсировать очень маленькую длину вертикального резонатора и малое усиление света за один проход по этому резонатору.

Вертикальные лазеры могут быть очень маленькие (до микронных размеров), обладают низким пороговым током, хорошей диаграммой направленности. Их легко сделать одномодовыми, когда только одно квантовое состояние света принимает участие в лазерной генерации. У вертикальных лазеров хорошая температурная стабильность порогового тока и длины волны излучения, более того, на их основе возможно создание сложных оптоэлектронных интегральных схем на одном кристалле. Малый размер обуславливает дешевизну. Рынок таких лазеров растёт со скоростью до 200% в год. И только один есть недостаток - коммерчески доступны только лазеры на подложке GaAs, где есть идеальная гетеропара для интерференционных зеркал - AlAs с сильно отличающимся от GaAs коэффициентом преломления. При этом для телекоммуникационных приложений нужны длины волн около 1.3 мкм и 1.5 мкм, а активную среду, излучающую в этом диапазоне, научились получать только на подложках InP.
Такая вот сложилась ситуация в лазерах на настоящий момент. Традиционный подход - ну что же, что есть, то есть, выше потолка не прыгнешь. Проживём и так как-нибудь.
Тем не менее, в настоящее время ситуация начинает кардинально изменяться:

Здесь я показываю диаграмму из журнала Opto & Laser Europe за май 2000) - "Quantum Dots could be set for a Quantum Leap" ("Квантовые точки могут привести к квантовому скачку"). И на обложке редакторы предлагают: "квантовые точки против ям - делайте свои ставки". На этой диаграмме автор статьи показывает динамику развития важнейшей характеристики полупроводниковых лазеров - пороговой плотности тока. Пороговая плотность тока характеризует, при той же площади прибора, ток, который надо закачать в прибор, чтобы он перестал работать как утюг и начал работать как эффективный светоизлучатель. До того, как начинается лазерная генерация, 99% всей мощности идёт на тепло. А когда начинается лазерная генерация, всё, что сверх пороговой плотности тока, начинает с высокой эффективностью превращаться в свет. Если вы заинтрересованы в том, чтобы ваш прибор работал не как утюг, а как светоизлучатель, вы бьётесь за снижение пороговой плотности тока до минимально возможного значения.

Основные этапы большого пути: 62-63 год - появление лазеров на p-n-переходе, они имели гигантские пороговые плотности токов и на их основе можно было делать замечательные утюги.
Конечно, как говорит Жорес Иванович, повторяя Маяковского, "не важно на чём продемонстрировать, что 2х2=4, на окурках или паровозах", лазерная генерация есть лазерная генерация, но в конкретной ситуации конкретного человека всё-таки важно, паровоз или окурок. Так вот, по-настоящему, лазеры-паровозы, а не лазеры-окурки, появились именно тогда, когда сперва была изобретена концепция двойной гетероструктуры (приоритет патента март 63 года, авторы Алфёров и Казаринов). Буквально несколькими неделями позже была послана статья Гербета Крёмера, второго Нобелевского лауреата за полупроводниковые гетероструктуры. Как я уже говорил, никто сперва в гетероструктуры не верил, а Жорес Иванович и его группа очень активно работали в этом направлении, и в 66 году появляется первый лазер на ДГС, который работал при низкой температуре. Это была гетероструктура GaAs/GaAsP, у которой не совпадали параметры решётки, возникали трещины, и, поэтому, были проблемы с тем, чтобы реализовать генерацию с низким пороговым током при комнатной температуре. Однако, уже в 67 году была открыта система GaAs/GaAlAs, и в 68 году Алфёровым и другими уже был реализован первый низкопороговый лазер 4кА/см2. Жорес Иванович в 70 году приезжает в Америку, и там крупнейшие учёные в этой области, которые работали на крупнейшей тогда электронной фирме мира, где был создан транзистор, на фирме "Белл", были шокированы. Ключевой сотрудник лазерного проекта на Белл Хайяши в своих воспоминаниях, опубликованных в IEEE Transaction on Electron Devices в 1994 году написал, что он был поражён результатами Алфёрова, не ожидал, что такой результат был получен, и они на Белл удвоили свои усилия после визита Алфёрова. Меня в Америке многократно пытались уверить, что, мол, на Белл всё было сделано раньше, что просто публикация была похищена, и что-то в таком же роде, но я сразу ссылался на эту статью Хайаши и необходимость доказывать, что мы не верблюды, по счастью, сразу отпадала.

В 1970-м году, опять-таки с приоритетом Алфёрова и его коллег, был продемонстрирован режим непрерывной лазерной генерации при комнатной температуре и ещё большее снижение пороговой плотности тока до 1кА/см2. Похожий результат был получен чуть позже на фирме Белл. Но дальше прогресс в снижении порогового тока в лазере на двойной гетероструктуре фактически остановился.

Следующий этап развития лазеров связан с квантоворазмерными эффектами в тонких плёнках. До сих пор мы предполагали, что область ограничения носителей заряда в узкозонном слое достаточно толстая.

Если же потенциальный ящик тонкий, то тогда электрон в этом слоё будет испытывать интерференцию, как свет на тонкой бензиновой плёнке, и появятся, так называемые, подзоны размерного квантования. Но условие заметного квантования - это уже толщины на уровне 10 нанометров, а не долей микрона - нескольких микрон, как это в случае интерференции света. В 70 году уже Жорес Иванович синтезирует первые гетероструктуры со сверхтонкими слоями, где наблюдается уже квантовый эффект. Однако, к сожалению, в Советском Союзе не развиваются технологии, которые позволяют осуществлять рост сверхтонких слоёв со сверхвысокой точностью. Гетероструктуры в ФТИ были получены жидкостной или хлоридной газовой эпитаксией, а для сверхтонких слоёв нужны молекулярно-пучковая эпитаксия или газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений. Жорес Иванович очень активно работает в это время над тем, чтобы эти технологии появились в Советском Союзе, и они, вскоре, появляются. Сейчас, конечно, производство остановлено, но то, что было сделано, работает по всей стране. Эти установки уже есть в нашей лаборатории, они активно используются. Кроме того, Жоресу Ивановичу удалось убедить "ответственных работников" закупить несколько импортных установок, на которых мы тоже очень активно работали и работаем. Тем не менее, пока у нас это отставание ликвидировалось, на фирме "Белл" акивно начинают использовать сверхтонкие слои с квантово-размерными эффектами в лазерах, получая эти слои с высокой степенью воспроизводимости. Появляется первый лазер на сверхтонких квантово-размерных слоях. Сперва у авторов получались очень высокие пороговые плотности тока, учёные и инженеры, занимавшиеся лазерами на обычных гетероструктурах смеялись, зачем городить огород ели "всем ясно", что идея не будет работать?

Я помню семинар, 1980-й год, я ещё студент, делается доклад по результатам группы Ника Голоньяка по квантоворазмерным гетероструктурам. Комментарии в зале: в такой структуре не получить большой мощности, электроны не будут залезать в такой узкий слой, слишком велика будет роль состояний на гетерограницах и т.п. В конце семинара Жорес Иванович делает заключение: "Через несколько лет наша лаборатория будет заниматься квантово-размерными структурами." Может вы не помните, а я это очень хорошо запомнил, в зале возник гул, все стали переглядываться, шутливо комментировать: "Ну, батька наш что-то совсем, того…". Интересно, что большинство очень квалифицированных сотрудников лаборатории не принимало новой идеи. Действительно, зачем что-то менять, всё же хорошо, двойные гетероструктуры мы знаем, зачём лезть куда-то туда, где вот такие высокие значения порогового тока?

Но прогресс не остановить. Постепенно пороговые плотности в квантоворазмерных лазерах снижаются. Сперва они выше, чем в ДГС, но зато прогресс снижения очень быстрый, и в 82-м году на "Бэлл" демонстрируется первый лазер, который кардинально лучше, чем лазер на ДГС, и за несколько лет промышленность переключается на гетеролазеры с квантоворазмерной активной областью. К этому времени технологии МПЭ и ГФЭМО у нас подтягиваются, и в Физтехе в лаборатории Алфёрова нам удаётся побить рекорд пороговой плотности тока гетеролазера и получить результаты на уровне около 45 А/см2. Снижение по сравнению с лазером на ДГС где-то в 10-20 раз.

А вот дальше опять наблюдается некоторая стагнация. Фактически с 80-89-го года большого прогресса нет. Что делать дальше? А дальше в Физико-Техническом институте начинаются работы, надо сказать, может быть, впервые в мире, работы по наногетероструктурам, получаемым на основе эффектов самоорганизации. По получению упорядочению массивов нанофасеток, наноостровков из субмонослойных покрытий, наноостровков и упорядоченных массивов наноостровков, или квантовых точек (что это такое, я сейчас скажу), в системах с большим рассогласованием параметров решётки. В результате, такие структуры были, наконец, созданы, причём созданы без дефектов.

Мы оказались первые в лазерах на квантовых точках. В 1993-м году нам удаётся получить лазеры на квантовых точках с умеренной плотностью порогового тока в несколько килоампер на сантиметр квадратный. Конечно, этот результат был хуже, чем рекорды для гетеролазера на квантовых ямах. И вот нас опять спрашивают: "Ну зачем это всё надо? Всё равно ничего лучше, чем лазер на квантовых ямах нет и быть не может. У вас не будет ни мощности, ни быстродействия, ни стабильности к деградации". Тем не менее, мы все эти проблемы быстро решили и снизили пороговую плотность тока до значений, соответствующих лучшим лазерам на сверхтонких слоях, а сейчас рекордная пороговая плотность тока лазера на квантовых точках всего 13 А/см2, в 3-4 раза лучше, чем лучшие значения для лазера на квантовых ямах.

Теперь вернёмся к сути того, что представляет собой нановключение узкозонного материала в монокристаллическую матрицу, или квантовая точка. Как я уже упоминал, электрон в атоме находится в потенциальной яме, создаваемой положительно заряженным ядром. Так как электрон обладает волновыми свойствами, возникают дискретные энергетический уровни, которые в кристалле расщепляются в широкие зоны. По сути у электрона в в кристалле очень мало остаётся памяти о дискретности атомного электронного спектра. Электрон в зоне проводимости может свободно двигаться по кристаллу как квазичастица, которой можно приписать некоторую "эффективную массу", которая обычно меньше, чем у электрона в вакууме. Ширина спектра линий поглощения делается порядка одного или нескольких электрон-Вольт вместо долей микроэлектрон-Вольт в случае одиночного атома. А что же будет, если мы возьмём и ограничим очень маленький объём кристалла идеальными стенками? Тогда интерференция электрона будет происходить на стенках потенциального ящика и, как и в случае квантования свободного электрона в потенциале ядра, мы вернёмся к полностью дискретному спектру, характерному для одиночного атома.

Очень часто приходилось слушать рассуждения о том, что подобный спектр может ожидаться только для идеального случая, что дискретный атомоподобный спектр в нановключении или квантовой точке нереализуем из-за неидеальности границ, наличия примесей, и т.д. Утверждалось, что все потенциальные преимущества лазера на квантовых точках - это только спекуляции. На самом деле, все базовые свойства квантовых точек (КТ) и лазеров на их основе были экспериментально подтверждены. Нами, например, было показано, что спектр КТ монохромный, никакого континуума состояний, характерного, например, для сверхтонких слоёв, не существует, времена излучательной рекомбинации следуют теоретически-предсказанным для идеальных объектов и так далее. Сейчас фундаментальные свойства квантовых точек активно исследуются по всему миру. Их свойства как раз и соответствуют базовой квантовой физике, о которой шла речь во вступительном слове Жореса Ивановича.

Почему лазеры на квантовых точках появились только в 90-е годы? Почему не было сделано раньше таких лазеров? Ведь идея высказывалась давно. Когда Дингл и Хенри на Бэлл предложили в 1975 году использовать квантово-размерные эффекты в лазерах, их патент не ограничивался только сверхтонкими слоями. И в 80-е годы и в Америке, и в Японии, некоторые учёные понимали, что, в принципе, было бы здорово сделать лазер на КТ. Однако получить на практике такой лазер не удавалось, потому что традиционная идеология роста того времени подразумевала послойное осаждение материала. В изготовлении наноструктур в плоскости поверхности люди шли тем же самым путём, каким они шли в традиционной идеологии получения транзисторных структур - используя литографию. Вообще, и в росте и в процессировании доминировал подход: "Человек делает структуру". Человек выращивает структуру, делает слой, закрывает другим слоем, как вот он послойно делает напыление. Это как процесс покраски корпуса МЕРСЕДЕС, где используется до 20 слоёв краски. Один слой - один цвет, другой слой - другой, у одного одна функция, у другого другая. Слой за слоем краска наносится. А как сделать квантовую точку? Как сделать нанообъект, который ограничен со всех сторон? Ну понятно, нужно дальше взять и процарапать что-нибудь на этой поверхности. Если тоненько процарапаете, то у вас получится нанообъект, если вас, как говорится, вовремя не остановят. По сему случаю вот таким путём люди шли и травили ионными пучками многослойные структуры, пытаясь получить малые размеры в плоскости слоя и создать квантовую точку, потратили миллиарды долларов на это дело, но для лазеров этот подход оказался неприменим. В принципе, на этом подходе отрабатывалась предельная литография, исследователи набирали опыт. Это очень полезно, но, тем не менее, никаких практических приборов на квантовых точках при таком подходе получить не удалось.

Прогресс в области КТ в настоящее время и связан как раз с тем, что такая концепция сменилась на новую. Стало ясно, что не нужно пытаться бороться с природой, а надо эту природу изучать, радоваться ей и просто следовать тому, что она сама хочет сделать. А сама она как раз очень хочет сделать наноструктуры, правда, размеры, плотности, относительное расположение нанообъектов она хочет определять сама. Есть, например, такое явление на поверхности кристаллов как спонтанное нанофасетирование. Вы берёте плоскую поверхность кристалла с определённой кристаллографической ориентацией, отжигаете её, и она ни с того, ни с сего вдруг спонтанно трансформируется вот в такую гармошку с наноофасетками с характерным периодом и высотой и высокой степенью упорядоченности. Или вы берёте твёрдый раствор и отжигаете его, или выращиваете в определённых условиях. А когда вы сверху смотрите в электронный микроскоп, то видите, что образовалась упорядоченная картина доменов разного состава, тоже с характерными наноразмерами. Или субмонослой одного материала осаждаете на поверхности другого, и у вас также образуются островки, очень упорядоченные по форме и размеру. И наконец, если вы осаждаете на поверхности кристалла решётки материал с другим параметром решётки, то у вас тоже при определённых условиях на поверхности образуются нанохолмики. Эти холмики и используются в настоящее время наиболее активно в лазерах на КТ.
В принципе, эффект спонтанного образования наноостровков был известен давно, но исследователи в большинстве не верили, что такие структуры могут быть получены без образования дефектов и использованы в приборах. Возвращаясь к нашему Мерседесу. Люди смотрели на этот процесс так: вот вы красите Мерседес краской, и вдруг эта краска начинает выпучиваться, а местами и отшелушиваться. Это плохо, конечно.

Таким образом, важен не просто эффект спонтанного образования островков, а эффект образования наноупорядоченных островков, не содержащих дефектов.

Наше достижение, что мы пытались понять процессы образования наноструктур научно, проводили иследования, проясняющие физику этого явления, проводили огромное количество ростовых экспериментов, нагревали или охлаждали наноостровки перед заращиванием и так далее. В результате нам удалось выполнить те самые требования к этим наноструктурам, получить их бездефектными, обеспечить очень маленькие характерные размеры, которые требуются для приборных применений, реализовать высокую плотность, и всё это в результате комплекса исследований. Выращивание, исследование оптических свойств, структурные исследования, пост-ростовая технология взаимно дополняют друг друга, и позволяют создавать наноструктуры требуемого качества.

Существут следующие возможные механизмы эпитаксии - слоевой рост, который используется для выращивания большинства традиционных слоистых гетероструктур (механизм Франка Ван Ден Мерве). Такой рост осуществляется в том случае, кода сумма поверхностной энергии осаждаемой плёнки и энергии гетерограницы меньше, чем поверхностная энергия подложки. Говорят, что происходит смачивание поверхности слоем осаждаемого материала. Есть рост по Фольмеру- Веберу, когда осаждаемый материал собирается трёхмерные кристаллиты на поверхности, то есть не смачивает поверхность подложки. Это так, как если вы красите Мерседес, а поверхность перед этим не обезжирили, и поэтому у вас краска пошла собираться в какие-то капли и шарики. Плохо, да? Ну, люди так и считали, что плохо. Наконец, есть рост по механизму Странского-Крастанова. Кстати, Фольмер был профессором Технического Университета Берлина, тогда называвшегося Технической Высшей Школой, а болгарский учёный Иван Странский стал его преемником. В случае роста по механизму Странского-Крастанова у вас изначально образуется однородная тонкая плёнка из осаждаемого материала, и уже на ней формируются трёхмерные островки. То есть, осаждаемый материал изначально смачивает поверхность. Почему же тогда образование островков может происходить и в этом случае? Дело здесь в различных параметрах кристаллической решётки. Представьте, у вас есть два матраса. У одного из них ячейка большая, а у другого - маленькая. Вот вы берёте матрас с большим размером ячейки и пытаетесь натянуть его и привязать ниточками к тому матрасу, у которого размер ячейки маленький. Если пружины сильные - а нитки слабые - то у вас ячейки будут рваться и всё время верхний матрац будет стремиться отсоединиться, оторваться. Рост по механизму Фольмера-Вебера, мы бы сказали. Если нитки сильные, мы бы сказали, смачивание, - то ячейки будут держаться, но система может начать выгибаться, образовывать пучности. Вот это вот происходит и с кристаллом, когда на кристаллическую решётку подложки вы пытаетесь натянуть отличающуюся решётку осаждаемого соединения. Тонкий слой, может, ещё и сформируется, а дальше материал будет собираться в островки, которые будут выгибаться в вакуум. Если островки-пучности разного размера, содержат дефекты, то такая система неприменима для совершенных полупроводниковых структур.

По счастью, в природе есть такие эффекты, которые позволяют реализовать такое выпучивание "матраса", которое является строго упорядоченным и имеет наноразмеры. Вот GaAs с меньшим размером ячейки матраса, вот InAs - с большим размером ячейки матраса. Сперва InAs садится на арсенид галлия, вам это удаётся, так как нитки держат плоскость из атомов InAs, но когда вы добавляете всё больше и больше слоёв InAs, полная упругая энергия растёт, растёт, и нити начинают местами рваться. Атомы частично освобождаются, и при конечной температуре происходит перераспределение материала и образуются трёхмерные островки.

Когда островок образовался, то, естественно, решётка InAs может распрямиться, релаксировать, и вы на этом выигрываете энергию. Дальше вы эти островки опять закрываете арсенидом галлия или другим широкозонным материалом, и вот появились у вас те самые изюминки, инидий-мышьяка в арсенид-галлиевой матрице, те самые квантовые точки. И теперь все ваши приборы уже не на слоях, а на таких изюминках, на плотных массивах, таких изюминок. Здесь я показываю изображение, полученное методом электронной микроскопии на просвет со стороны поверхности образца: удивительным образом вы видите некое упорядочение, и характерный размер островка всё время один и тот же, в пределах погрешности измерения, и это то, что, вообще говоря, нужно для вашего прибора. Можно получить как раз те размеры и те плотности, что и нужны для практических применений. Это если всё правильно подобрано: температуры, скорости осаждения, отношения потоков атомов и т.д. Благодаря этим результатам нами и были получены первые лазеры на квантовых точках.

Легко было бы сказать, что всё так просто. Однако я должен сказать, что есть и другие, плохие режимы, режимы роста, когда образуются дефекты. Вам нужно исследовать процессы образования островков, и вот вы видите, что в одних условиях одно и то же количество осаждённого InAs приводит к образованию таких вот упорядоченных изюминок, а в других случаях почему-то эти изюминки слипаются, вся однородность нарушается, образуется большая концентрация дефектов, каких-то больших объектов, которые никуда с точки зрения практического использования не годятся, только портят свойства прибора. Так что это целая наука - победить нежелательные эффекты, и то, что мы на самом деле сделали, наша основная заслуга, как мне кажется, это то, что мы разобрались с фундаментальными основами наноэпитаксии, и поняли , как можно управлять процессами дефектообразования. Ключевым фактором, как мы выяснили, является не только снижение упругой энергии при формировании островков, но и изменение поверхностной энергии, связанное с их упругой релаксацией. На этом изображении представлена закодированная в цвете упругая энергия, фиолетовый цвет - это нулевая деформация в материале, а красный - максимальное напряжение. Вы видите подложку GaAs, играющую роль того самого нижнего матраса. Этот "многослойный" матрас в своей толще не напряжён, потому что толстый, а вот верхний, тот самый второй, матрас, который вы на натягиваете на первый, вздулся. Вы видите, там где он вздулся, там напряжения ушли, естественно, и цвет стал фиолетовым. То, что произошло вздутие, это понятно, когда вы берёте ученическую резинку, и сжимаете её со всех сторон, она всё время норовит выгнуться, правильно? Это из-за релаксации упругой энергии она выгибается. Но она может и сломаться, если изгиб слишком большой. Поэтому если образуется слишком большой островок, то он ломается - и всё очень плохо. Что же может помешать большому островку образоваться? Мы поняли, что это - поверхностная энергия. И можно получить упорядоченные массивы наноостровков лишь тогда, когда у вас поверхностная энергия наноостровка маленькая, меньше, чем поверхностная энергия лежащего смачивающего слоя. Тогда островки, сами по себе, играют роль смачивающего слоя и стремятся заполнить как можно больше поверхности и чем их больше, а размер меньше, тем эффективнее идёт это заполнение. Уменьшение поверхностной энергии может происходить несмотря на увеличение площади поверхности, связанное с трёхмерной формой островка. Ведь это уже совсем другая поверхность - поверхность кристаллита, из которого ушли упругие напряжения - чего нет в плоском смачивающем слое. Совсем маленьким островок тоже быть не может, и имеется оптимальный размер островка. Это легко понять, например, одиночный атом на поверхности энергетически не выгоден - так как из него во все стороны торчат оборванные связи - это радикал, который стремится образовать кластер на поверхности - маленький островок, чтобы замкнуть хотя бы часть связей. Ну а точный расчёт говорит, какой именно размер островка при данных параметрах системы (поверхностная энергия, рассогласование параметров решётки, температура и другие) является оптимальным.

В общем, баланс всех основных составляющих мы исследовали и нашли те самые режимы роста, когда всё хорошо. Опять подчеркнём, это самоорганизация, номинально мы не делаем вообще ничего, мы осаждаем материал, и всё остальное за нас делает природа. Наша задача понять и использовать те эффекты, которые она нам дарит. Вот, например, осадили два монослоя InAs - образовались маленькие точки, осадили 4 монослоя - образовались островки большего размера и более упорядоченные по размеру. Есть максимальный размер, дальше него островки не растут. Если осадили два монослоя, но подождали, то образовались островки именно того максимального размера. Однако, если ждать очень долго, то образуются и дефекты. Вот на основе таких исследований и проходит выяснение природы островков и оптимизация режимов выращивания. Здесь я показываю влияние температуры, при которой вы напыляете материал на образование островков. Пониже температура, образующиеся островки, или квантовые точки, поменьше в латеральном размере, но повыше обладают высокой плотностью. Высокая температура - точки расползаются в латеральном размере, делаются более плоскими, и их концентрация на поверхности уменьшатся, кроме того, увеличивается концентрация свободных адатомов индия на поверхности и, соответственно, увеличивается эффективная толщина "смачивающего слоя" при заращивании структур. Кроме того, при повышенных температурах быстрее образуются дефекты - большие островки, содержащие дислокации - микротрещины.

Вот обратите внимание, часто, на картинках, которые я показываю, присутствуют дефекты, которые, вообще говоря, очень нежелательны для любого прибора.
Что вам ещё показать? Например, у вас есть возможность поиграть с природой другим образом.

Вот точки, сформированные при низкой температуре, 450 °C, вот точки сформированные при более высокой температуре 500°, а вот вы сперва осадили точки при 500, потом охладили подложку до 450°. Ваша точка при этом делается вот такая большая по высоте, и она чуть-чуть поджимается латерально. Кроме того, происходит увеличение концентрации точек. Точки, сформированные при 500° и охлаждённые, более напоминают точки образовавшиеся при 450°, чем при 500°. Процесс образования, таким образом, частично обратим. Вот, в самых основных чертах, те рычаги, которыми вы можете оперировать, используя закономерности, данные природой.
Конечно, всё за вас делает природа, но вы, конечно, должны понимать, что она делает, и вы двигаетесь к приборной структуре вместе с ней. Иногда понять природу бывает, конечно, очень трудно. Тогда движение идёт просто эмпирически. Вот, например, приведу совершенно неожиданный эффект, на который мы просто наткнулись: при совсем низких температурах подложки вдруг у вас начинают эти квантовые точки сами по себе формировать какие-то цепочки, либо одномерные, либо двумерные, то есть, формируется плотноупакованный кристалл из наноостровков на поверхности кристалла. Электроны и дырки в таком квазикристалле, сидящие в разных квантовых точках, оказываются связаны друг с другом, и вы можете, таким образом, кардинально менять свойства среды и, естественно, длину волны излучения. У вас излучает свет уже не одиночная точка, а некий кристаллит, сформированный из целого кластера точек, и вы можете продвигаться в данном случае в стратегически важные для телекоммуникаций диапазоны 1.4-1.7 микрона.

Ну, теперь для молодых людей интересный пример. Когда вы выращиваете одиночную квантовую точку, потом её закрываете, так как она напряжена, она формирует над собой поле напряжений на поверхности, и вторая квантовая точка, которая будет в следующем цикле формироваться, формируется строго над первой. Вот таким образом вы можете растить бусы из квантовых точек, нанизанные на вертикальную невидимую ниточку. Красивые получаются бусы и их можно дарить своим девушкам. А в других условиях, при большей толщине разделяющих прослоек, когда поля напряжений от нескольких нижележащих точек взаимодействуют, островки, наоборот, формируются со сдвигом. Девушки, соответственно, могут растить, вот такие шахматные доски для своих юношей.

Пожалуйста, вам природа всё позволяет, только вы должны исследовать её, понять, чего она хочет, и правильно использовать её спсобности.

Ну вот, такой пример шахматной доски при определённых толщинах для субмонослойных осаждений CdSe в ZnSe-ой матрице.
Вот ещё один пример, который оказался очень удачным для приборных применений. Вы осаждаете очень малое количество материала, формируете плотный массив из маленьких наноостровков, и дальше закрываете их материалом слоем твёрдого раствора InGaAs, который состоит из перемешанных в каких-то пропорциях молекул как квантовой точки InAs, так и подложки GaAs.Так вот, InAs молекулы при таком процессе стараются высаживаться там, где у вас есть эти InAs наноостровки, потому что энергетически это им более выгодно из-за упругой релаксации. GaAs наоборот, отталкивается от квантовой точки с другим параметром решётки. Вы можете плавно менять состав, размер квантовой точки, вот вы видите островки просто закрыты GaAs, а вот закрыты твёрдым раствором InGaAs. Две большие разницы. То есть вы практически всего, что вам нужно можете добиться зная хотя бы самые общие пожелания природы.

Ещё одно направление самоогранизации, правда, идущее несколько в другую сторону.

Как я вам показывал на многих картинках, нам для полного счастья, мешают дефекты. Образуются у нас большие-большие отвратительные островки, которые трещат, портят нам всю картину, не дают возможности реализовать прибор. Ну, как я сказал, во-первых, конечно, мы можем растить в таких условиях, когда эти островки не образуются, это можно. Однако, чем большего характерного размера мы хотим вырастить квантовую точку, тем больше вероятность того, что она треснет. Треснет просто из-за того, что она большего размера. Но именно большие точки во многих практически важных случаях самые полезные! Вопрос заключается в том, нельзя ли убрать этот дефект, даже если он образовался. Можно! Если вы островки закрываете тонким слоем GaAs, то маленькие закроются, а большая и дефектная нет - во первых она просто выше, а во-вторых, даже если и не выше, то она имеет параметр решётки максимально отличающийся от GaAs, и он будет отталкиваться от неё. Потом вы поднимаете температуру, и эта InAs-ая точка очень эффективно испаряется, тает, остаётся вместо неё пустое место. GaAs обладает большей температурной стабиьностью, и те точки, которые им закрыты сохраняются. Когда вы после такой процедуры заращиваете полученную температурно-травлёную структуру арсенидом галлия - у вас сохраняются только дездефектные квантовые точки, никаких кластеров больше нет. Во я показываю две картинки электронной спектроскопии на просвет, это структура без процедуры выпаривания дефектных точек, и вот с процедурой дефектоудаления. Вы видите, что в последнем случае у нас имеется полный порядок.

Ещё один пример. Мы в самом начале говорили, что первые гетеролазеры на сравнительно толстых слоях не могли работать при комнатной температуре, потому что содержали дефекты, а именно, дислокации. Первые лазеры были реализованы Жоресом Ивановичем и его коллегами в 1966 году в системе GaAs/GaAsP, в которой нет соответствия параметров решётки. А раз так - то образуются дислокации. Кристалл затрещал, для лазера это просто отвратительно. И вот поэтому и не удалось сделать гетеролазер, который бы работал при комнатной температуре, в 66-м году и пришлось ждать два года, пока не будет разработана система AlGaAs-GaAs, в которой параметры решётки случайно совпадают. Так вот, лазер можно было сделать и 66-м! При помощи самоорганизации, конечно! Понимая физику процессов самоорганизации мы теперь можем сказать следующее, пусть у вас есть слой несогласованный по параметру решётки с подложкой, который у вас затрещал. Пусть это будет, например, InGaAs. Пусть в нём образовалось большое количество трещин. Вот он на GaAs подложке. Вот здесь материал полностью принял то самое значение параметра решётки InGaAs, которое у него должено быть в енапряжённом состоянии. А вот эти участки InGaAs, которые удалены от дислокаций ещё частично напряжены и они имеют параметр решётки, если смотреть сверху ,такой как у GaAs. Теперь, если мы напылим слой AlAs, то он сядет естественно там, где параметр решётки ближе к нему, не хочет он как матрас выпучиваться. Он просто сядет там, где ему удобно, где параметр решётки ближе, в участках подальше от дислокаций, в этих местах. А теперь вы поднимаете температуру, и те области у вас нет AlAs испарились, а где есть - остались. Арсенид алюминия очень температурно стабилен - сам он не испаряется. Это как крышка на поверхности мокрой плиты. Допустим, вы на мокрую плиту положили крышкой от кастрюли, а потом плиту включили. Там, где крышка лежит, вода на какое-то время осталась, а там, где крышки нет - вода испарилась. Так вот, вы подняли температуру, там, где у вас AlAs крышка лежит, InGaAs материал остался, а там, где крышки нет, он испарился. А дальше вы зарастили, вот вы все дефекты из своей структуры селективно убрали, а области, не содержащие дефекты оставили. И вы на четыре порядка увеличили интенсивность люминесценции. Кроме того, вы сформировали нанопьедесталы, а это очень важное направление в современной физике и технологии роста, - наноэпитаксия. Это когда растят на очень маленьких пьедесталах. Только готовят их обычно литографией, что дорого. А при таком подходе их можно делать непосредственно в технологической установке. Вернее, природа их сама сделает. Эта идея сработала - вот вы видите в поперечном сечении домены InGaAs, а вот вы видите где-то здесь была дислокация, произошло вскрытие, образовались такие грибовидные домены, которые мы потом зарастили. Ни одного дефекта в структуре не осталось.

Теперь вы стали специалистами в самоорганизации и можно перейти к приборным приложениям. Это, скорее, иллюстрации, я о них подробно говорить не буду. Это не основная цель лекции.

Я в самом начале сказал, что самый важный технологический диапазон для лазеров - это 1.3-1.55 мкм. Это 70% всего лазерного рынка, которые растятся сейчас на InP подложках, так как до недавнего времени необходимо было увязывать длину волны излучения с параметром подложки. Надо сказать, что InP подложка не очень благоприятна для применений, у неё очень плохая теплопроводность, температурная стабильность таких лазеров плохая, подложки дорогие, хрупкие. GaAs много много лучше. Так вот, впервые на GaAs нами был реализован мощный лазер на 1.3 мкм. Это на квантовых точках InAs, полученных при помощи активированного распада твёрдого раствора, я говорил обэтой методике. Так вот, по ключевой характеристике - пороговой плотности тока, такой лазер кардинально лучше лазера на подложке InP. В скором будущем, мы уверены, все лазеры этого диапазона будут выращиваться на GaAs.

Основной рынок для лазеров-передатчиков для применений в телекоммуникациях ближайшего будущего - это рынок, так называемых, вертикальных лазеров. Почему? В таком лазере свет идет вверх, а не параллельно плоскости пластины. Вертикальный лазер, геометрически работает как дешёвый светодиод, только с идеальным качеством спектра, узкой диаграммой направленности, высокой эффективностью. Можно создавать матрицы, можно много лазеров ставить на эту пластину, ведь фактически в лазерах мы переживаем тот детский период, когда работает одиночный дискретный прибор, а в транзисторах-то уже помните, работают интегральные схемы с плотностью упаковки до 108 элементов на чип. Одно усовие необходимо - необходимы многослойные сильноотражающие интерференционные зеркала (Брегговские зеркала). На InP такой прибор не существует, можно получить только на арсениде галлия, где до недавнего времени и думать о длине волны лазера в 1.3 мкм не могли. Так вот, используя самоорганизацию мы получили вертикальный лазер на диапазон 1.3 мкм, то есть ключевой прибор для телекоммуникаций.

Ну, и последний пример, это возможность реализации такого же вертикального лазера, но уже в ультрафиолетовом диапазоне, который нужен для оптической записи. Пока это оптическая накачка, но здесь очень обнадёживающие результаты при токовой (инжекционной) накачке. Это реализация вертикального лазера на основе широкозонного материала GaN в который вставлены ряды плотных массивов очень маленьких квантовых точек InGaN.

Я не могу сейчас бесконечно рассказывать о большом количестве новых научных идей, часто просто выглядящих фантастическими, которые могут полностью трансформировать наше представление о современной оптоэлектронике. Может быть, следует сказать, что в квантовой точке работает работает экситон, связанная электронно-дырочная пара, Экситон, который был предсказан Френкелем из нашего Физико-Технического института - это ключевая квазичастица, определяющая многие оптические свойства твёрдых тел. Экситонное взаимодействие, то есть кулоновское взаимодействие между электроном и дыркой позволяет реализовать целый ряд новых, интереснейших фундаментальных идей, которые известны в экситонной физике, но она до сих пор была не применена к лазерам. Экситон, кстати, экспериментально был открыт Гроссом также в нашем Физико-Техническом институте. Так вот сейчас впервые экситон работает и в лазерах, при комнатной температуре, в лазере на двойной гетероструктуре, который был предложен и реализован Жоресом Ивановичем Алфёровым в Физико-Техническом институте.

Самоорганизация это не просто модное направление. Это смена концепций, ориентиров, я надеюсь, что я достаточно убедил вас в этом. Происходит смена парадигмы того, как мы относимся к росту кристаллов. Сперва были только структуры, сделанные природой - кристаллы. Потом появились слоистые гетеротруктуры, сделанные уже человеком, по своему усмотрению. Это было гигантским достижением, вскоре началось их прямое применение в технике. То, что происходит сейчас, это переход к самоорганизующимся наноструктурам. Они сделаны, конечно, человеком, но по сути-то он здесь лишь исследующее начало, по-настоящему такие структуры делаются-то напрямую природой. Это и есть самоорганизация.

Посмотрим, как изменились основные взгляды на физику и технику роста кристаллов:
В слоистых двойных гетероструктурах совпадение параметров решётки материалов - это обязательное условие для реализации совершенных приборов.

В самоорганизации это условие не желательно, вам хуже, труднее получать квантовые точки, если у вас есть полное согласование параметров решётки.

Один класс родственных материалов формирующих гетероструктуру, например, GaAs-AlGaAs или кремний-германий.
Сейчас это не является обязательным условием. Можно комбинировать очень разные материалы: например, кремний и InAs.

Дефекты и дислоцированные кластеры приводят к деградации ДГС лазеров.

В случае же самоорганизующихся наноструктур, дефекты можно селективно удалять.

Дислокации и сетки дислокационные не совместимы с приборным применением.

Сетки дислокаций могут быть использованы для изготовления наноструктур и наноэпитаксии. Они могут быть очень полезны.

То есть произошли кардинальные изменения во всём поле современного роста кристаллов и приборных применений.

То есть я вам показываю вот эти вот значения, трудно может понять это, отдельные атомы, это электронная микроскопия, с атомным разрешением, и вот вы видите вот эти вот участочки такие вот участочки смешные, которые отличаются от материала матрицы, так это вот прямозонное соединение InAs вставленное в кремниевую матрицу. Соединение кремниевой технологии с прямозонной технологией InAs.

Хочу сказать в заключение, что разработаны технологии нового поколения полупроводниковых приборов на основе объектов с нулевой размерностью - квантовых точек, продемонстрировано улучшение характеристик лазеров на квантовых точках по сравнению с лазерами на слоистых системах, расширен спектральный диапазон, разработаны способы применения эффектов самоорганизации для уничтожения дефектов в полупроводниковых структурах, и для наноэпитаксии.

Ещё хочу сказать, часто задают вопрос: насколько вообще наши работы признают в мире? Вот вы так себя хвалите, а может зря.

Вот я просто хочу показать список некоторых международных приглашённых докладов, которые принадлежат физико-техническому институту, среди них, конечно, выделяются два приглашённых доклада Виктора Михайловича Устинова на важнейшей мировой технологической конференции по молекулярно-пучковой эпитаксии. Открывающий пленарный доклад Жореса Ивановича на крупнейшей конференции по оптоэлектронике Photonics West. Мои пленарные доклады на Международной Конференции по Физике Полупроводников, Ежегодной встрече Института Физики (Великобритания), Международной конференции по Фосфиду Индия и связанным материалам. Приглашённые доклады на международных конференциях по росту кристаллов, оптоэлектронике, газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений и многих других. В мире признали наш приоритет в данной области. Кто то, может быть и рад бы замолчать наши работы, но это уже никому не удастся.

Спасибо большое за внимание.