Эффект гигантского изменения показателя преломления в гетероструктурах с туннельно-связанными квантовыми ямами: теория и эксперимент / Золотарев В.В., Шашкин И.С., Соболева О.С., Головин В.С., Рудова Н.А., Шамахов В.В., Николаев Д.Н., Слипченко С.О., Пихтин Н.А.

Продемонстрирован подход к инжинирингу квантово-размерных структур свысокоамплитудной модуляцией амплитуды показателя преломления за счет квантово-размерногоэффектом Штарка. Областью применения данных структур являются электрооптические модуляторы,в том числе приборы с полностью электрическим управлением развертки лазерного луча впространстве [1]. Проведены экспериментальные исследования разработанных структур, получены иинтерпретированы спектры поглощения и электрорефракции двухтуннельно-связанных квантовых ям в системе AlGaAs/GaAs,которые хорошо себя зарекомендовали в качестве активнойобласти модулятора. Расчёты спектров материальногопоглощения вблизи края собственного поглощения былипроведены с учетом локализованных в квантовых ямах экситонов[2]. С помощью соотношения Крамерса-Кронига полученыспектры изменения показателя преломления. Оптимизацияконструкции двух туннельно-связанных квантовых ям основанана достижении резонансного обобществления волновых функцииэлектронов в отсутствии управляющего внешнего электрическогополя и их локализации в отдельной квантовой яме приприложении внешнего электрического поля. При этом волновыефункции тяжелых дырок остаются локализованными при любом значении внешнего электрическогополя. Обобществление волновых функций электронов на две квантовые ямы приводит к снижениюинтегралов перекрытия электрон-тяжелая дырка, что обуславливает существенного снижениякоэффициента поглощения вблизи края поглощения. Достижение большой модуляции коэффициентапоглощения на основании соотношения Крамерса-Кронига приводит к модуляции показателяпреломления с высокой амплитудой (Δnтеор=0.036). На основе полученных дизайнов квантоворазмерных структур методом мосгидридной эпитаксии из металоорганических соединений игидридов были выращены волноводные диодные гетероструктуры с активной областью из одиночнойи двух туннельно-связанных квантовых с различными толщинами барьеров и ям. Для данныхэкспериментальных образцов были проведены измерения спектров поглощения активной областипри различных значениях напряжения обратного смещения. Результаты продемонстрировалипредсказанный теоретически рост поглощения при обратном смещении вплоть до напряженияделокализации электронных уровней в объемный матриал волноводных слоев. На основе измеренныхспектров изменения поглощения были получены спектры изменения показателя преломления, которые продемонстрировали хорошее согласие с теоретическими расчетами (Δnэксп≈0.04).