Проект «Источники оптического излучения на основе квантово-размерных структур А3В5 для интегральной оптоэлектроники: исследование физических явлений, разработка конструкции и методов формирования» (original) (raw)

Цель проекта:

Целью выполнения настоящей работы является организация устойчивого взаимодействия двух лабораторий, направленного на проведение совместных научных исследований в области получения и исследования свойств функциональных полупроводниковых наноматериалов для применений в различных оптоэлектронных системах: исследование методов управляемого эпитаксиального синтеза полупроводниковых наноматериалов – массивов квантовых точек, квантовых точек низкой плотности, селективная эпитаксия, нитевидных нанокристаллов, в том числе гетероструктурных нанокристаллов на основе соединений А3В5.

Задачи проекта:

Экспериментальные исследования процессов и режимов предварительного структурирования подложек GaAs с использованием технологии фокусированных ионных пучков и их влияния на морфологию и структурное совершенство модифицированных областей.
Экспериментальные исследования влияния процессов и режимов предростовой подготовки предварительно структурированных подложек GaAs на морфологию и структурное совершенство модифицированных областей.
Экспериментальные исследования процессов формирования квантовых точек In(Ga)As/GaAs на предварительно структурированных с использованием разработанных методик и подходов поверхностях.
Экспериментальные исследования влияния условий роста при молекулярно-пучковой эпитаксии на морфологию, кристаллическую структуру и оптические свойства полупроводниковых структур.
Экспериментальные исследования эпитаксиальных полупроводниковых структур оптическими методами (в т.ч. микрофотолюминесценцией) в широком диапазоне температур (5 – 300К).
Экспериментальные исследования с помощью время-разрешенной спектроскопии динамики носителей заряда в структурах с квантовыми точками.- Теоретические и экспериментальные исследования эффектов квантовой электродинамики при размещении квантовых точек в оптических резонаторах, исследование бетта-фактора (эффекта Пурселя) и резонансных особенностей спектра излучения.
Проведение совместных семинаров и организация стажировок для координирования усилий по выполнению задач проекта, обсуждения совместных научных результатов, подготовка их к публикации, оформление патентной заявки.
Создание общего научного задела и получение совместного результата для эффективного продолжения научного взаимодействия с привлечением внешнего финансирования.

В 2022 году в рамках открытого конкурса НИУ ВШЭ «Зеркальные лаборатории» был поддержан совместный проект Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ – Санкт-Петербург и лаборатории эпитаксиальных технологий Южного федерального университета (ЮФУ) в г. Таганроге «Создание и исследование полупроводниковых гетероструктур А3В5 с квантовыми точками для нанофотоники, излучателей одиночных фотонов, микро- и нанолазеров».

Проект был направлен на организацию устойчивого взаимодействия двух лабораторий для проведения совместных научных исследований в области получения и исследования свойств функциональных полупроводниковых наноматериалов для применений в различных оптоэлектронных системах. Целью работы было исследование и оптимизаци процессов предварительного структурирования подложек GaAs и их предростовой подготовки, а также изучении роста квантовых точек In(Ga)As/GaAs и влияния условий молекулярно-пучковой эпитаксии на структуру и свойства получаемых полупроводниковых структур.

В 2025 году НИУ ВШЭ была поддержана заявка на продолжение совместного научного исследования в 2025-2027 годах с новым названием проекта «Источники оптического излучения на основе квантово-размерных структур А3В5 для интегральной оптоэлектроники: исследование физических явлений, разработка конструкции и методов формирования». По результатам сотрудничества первых трех лет были сформированы новые цели совместного исследования:

Создание и исследование локализованных массивов наноструктур А3В5 для микроизлучателей на кремнии;
Создание и исследование структур с массивами квантовых точек (в т.ч. с упорядоченными и низкоплотными) для микролазеров;
Исследование многосекционных лазерных структур, модифицированных с помощью фокусированного ионного пучка;
Исследование с помощью топологической оптимизации волноведущих элементов фотонных схем для сопряжения с микро- и наноизлучателями;

В ходе выполнения проекта будут получены экспериментальные данные, описывающие влияние структуры и режимов получения наногетероструктур A3B5, а также способов наноразмерного структурирования кремниевых подложек различной ориентации на морфологические, структурные и оптические свойства создаваемых массивов нановискеров и других квантоворазмерных объектов. Разработаны оптимальные методы формирования упорядоченных массивов наноструктур A3B5 и технологии эпитаксиального роста гетероструктур с квантовыми точками (КТ), обеспечивающие высокое качество материала и люминесценцию в диапазоне 1.0–1.3 мкм.

Исследование реализуется в 2025-2027 гг. при активном вовлечении студентов и аспирантов университетов-партнёров. По тематике проекта будут сформулированы задачи для квалификационных бакалаврских/магистерских/кандидатских работ.