Влияние возбужденных и волноводных энергетических состояний на характеристики лазеров с квантоворазмерной активной областью

• Автор: Зубов, Федор Иванович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Методы повышения температурной стабильности полупроводниковых лазеров
1.2. Фактор уширения спектральной линии в лазерах на квантовых точках
1.3. Компрессия усиления в лазерах на квантовых точках
Выводы по Главе
Глава 2. Экспериментальные методы
2.1. Методы создания образцов лазерных диодов и исследования их основных характеристик
2.1.1. Методы эпитаксиального синтеза лазерных гетероструктур
2.1.2. Методы, используемые для изготовления лазерных диодов
2.1.3. Методы исследования основных характеристик лазерных диодов
2.2. Определение фактора уширения спектральной линии с помощью анализа спектров усиленного спонтанного излучения
2.3. Определение коэффициента компрессии усиления с помощью анализа
амплитудно-частотных характеристик лазера
Выводы по Главе
Глава 3. Исследование полупроводниковых лазеров с асимметричными
барьерными слоями
3.1. Разработка конструкции лазерной гетероструктуры с асимметричными барьерными слоями
3.1.1. Структура и принцип действия лазера с асимметричными барьерными слоями
3.1.2. Выбор полупроводниковых материалов для практической реализации лазера с асимметричными барьерными слоями

3.1.3. Плотность порогового тока и характеристическая температура
лазера с асимметричными барьерными слоями
3.2. Исследование впервые созданных лазеров с асимметричными барьерными слоями
3.2.1. Эксперимент
3.2.2. Анализ факторов, определяющих характеристическую температуру исследуемых лазеров
Выводы по Главе
Глава 4. Исследование фактора уширения спектральной линии в лазерах с квантовыми точками
4.1. Влияние возбужденного оптического перехода на фактор уширения спектральной линии лазеров с квантовыми точками
4.1.1. Основные выражения для нахождения а-фактора
4.1.2. Модельная плотность состояний
4.1.3. Приближенное выражение для расчета показателя преломления
4.1.4. Приближенное выражение для а-фактора
4.2. Исследование спектральной зависимости фактора уширения
спектральной линии в лазерах с квантовыми точками
Выводы по Г лаве
Глава 5. Исследование компрессии усиления в лазерах с квантовыми точками
5.1. Экспериментальное определение коэффициента компрессии усиления
5.2. Аналитическое описание компрессии усиления в лазерах на квантовых
точках
Выводы по Главе
Заключение
Список литературы

Введение
Полупроводниковые лазеры находят множество практических применений, среди которых наиболее важными являются передача информации по оптическому волокну, обработка материалов сфокусированным лазерным лучом, накачка твердотельных лазеров и различные медицинские приложения, такие как оптическая когерентная томография и лазерная хирургия [1]. Преимущества полупроводниковых лазеров по сравнению с лазерами другого типа обусловлены их компактностью, сравнительно невысокой стоимостью и высоким КПД. К тому же ввиду большого разнообразия полупроводниковых материалов лазерное излучение может быть получено в различных спектральных диапазонах в зависимости от той или иной прикладной задачи.
В последнее время прогресс в области полупроводниковых лазеров связан с использованием квантоворазмерной активной области [квантовых ям (КЯ) или квантовых точек (КТ)], особенности плотности состояний которой позволяют улучшить основные параметры приборов. Лазеры с КЯ (ЛКЯ) получили широкое распространение. С их помощью достигнуты рекордные значения выходной оптической мощности и КПД [2-5]. Использование в качестве активной области КТ позволило достичь рекордно низкой пороговой плотности тока [6] и температурно-независимых ватт-ампер ных характеристик при температурах близких к комнатной [7]. В связи с этим в качестве объекта исследования были выбраны полупроводниковые инжекционные лазеры с квантоворазмерной активной областью (с КЯ и самоорганизующимися КТ).
На начальном этапе развития лазеров с КЯ и КТ основные усилия были направлены на исследование процессов, протекающих непосредственно в активной области, и оптимизацию режимов ее формирования с целью подавления каналов безызлучательной рекомбинации, управления длиной

Ниже представлена последовательность технологических операций, которая использовалась нами для создания лазерных диодов с узким полоском (шириной около 4 мкм). Она несколько отличалась от той, что применялась при создании приборов с широким полоском.
- Формирование рисунка из фоторезиста, соответствующего расположению полосков, методом фотолитографии на поверхности эпитаксиальных слоев.
- Травление структуры Аг+-пучком, затрагивающее всю глубину волновода.
- Осаждение изолятора 813М4.
- Взрывное удаление фоторезиста.
- Химическая обработка поверхности перед нанесением р-контакта.
- Напыление р-контакта Сг/Аи.
- Отжиг р-контакта.
- Утонынение подложки до 100 мкм.
- Химическая обработка поверхности перед нанесением «-контакта.
- Напыление «-контакта Аиве/М/Аи.
- Отжиг «-контакта.
- Обработка поверхности Аг+-пучком перед усилением «-контакта.
- Напыление усиления «-контакта Сг/Аи.
Из эпитаксиальных пластин, полученных с помощью описанных
методов постростовой обработки, посредством скалывания вдоль
кристаллографических направлений (110) изготавливались лазерные полоски
различных длин. Полученные полоски напаивались р-контактом, который
расположен ближе к активной области, на медные теплоотводы с
предварительно напыленным на них тонким (~ 1 мкм) слоем индия,
выполнявшего роль припоя. На теплоотвод также припаивался
диэлектрический кубик с контактной площадкой (рис. 7). У-контакт
лазерного чипа соединялся с контактной площадкой диэлектрического
кубика посредством золотой проволоки. Таким образом, теплоотвод