Излучательная и безызлучательная рекомбинация в длинноволновых лазерных гетероструктурах пониженной размерности, выращенных на подложках GaAs

• Автор: Новиков, Иннокентий Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 98 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы

§1.1. Длинноволновые лазерные гетероструктуры на квантовых точках

§ 1.2. Характеристики усиления и пороговая плотность тока лазеров на квантовых точках

§ 1.3. Температурные и мощностные характеристики лазеров на квантовых точках

§ 1.4. Особенности Оже-рекомбинации в низкоразмерных гетероструктурах

§ 1.5. Свойства полупроводников лазеров с 1пСаАзЫ квантовой ямой в качестве активной области

Глава 2. Температурные характеристики длинноволновых лазеров на квантовых точках

§ 2.1. Методика подготовки образцов и особенности проведения экспериментов

§ 2.2. Температурные характеристики лазеров на квантовых точках, излучающих в диапазоне длин волн 1.25-1.29 мкм
Глава 3. Излучательные характеристики йЮаАзК/ОаЛэ лазеров § 3.1. Особенности выращивания и подготовки экспериментальных образцов

§ 3.2. Температурные зависимости излучательных характеристик ІпОаАзМ/СаАз лазеров

Глава 4. Особенности влияния р-легирования активной области на
температурную стабильность пороговой плотности тока лазеров на ІпАз/'СаАз квантовых точках
Глава 5. Эффективный коэффициент Оже-рекомбинации и кбезызлучательное время жизни в длинноволновых лазерах на квантовых точках

§ 5.1. Теоретическая модель оценки эффективного коэффициента
Оже-рекомбинации и безызлучательного времени жизни § 5.2. Температурная зависимость эффективного коэффициента
Оже-рекомбинации и безызлучательного времени жизни в длинноволновых ІпАз/ОаАв лазерах на квантовых точках Заключение
Литература

Изобретение инжекционных лазеров на полупроводниковых гетероструктурах [1,2], где носители в полупроводнике с узкой шириной запрещенной зоны ограничены с двух сторон более широкозонным полупроводником, совершило прорыв в электронике и сделало возможным демонстрацию непрерывной работы полупроводникового лазера при комнатной температуре. Следующим прорывом было предложение Дингла и Генри использовать квантово-размерный эффект в полупроводниковых гетероструктурах. Изобретение лазера на основе квантовой ямы [3] наглядно показало, что зонная структура активной области может быть целенаправленно изменена с помощью использования эффектов размерного квантования, при этом приборные характеристики лазерного диода значительно улучшаются. Дальнейший прогресс технологии полупроводниковых лазеров связан с использованием структур с размерностью ниже двух - квантовых проволок и квантовых точек. В предельном случае размерного квантования реализуется случай квантовых точек, когда ограничение носителей заряда происходит сразу в трех направлениях.
С точки зрения приборного применения одним из важнейших спектральных диапазонов является диапазон 1.3 мкм, используемый в волоконно-оптических линиях связи, отвечающий минимуму дисперсии и второму окну прозрачности оптического волокна. До недавнего времени, все иижскционные лазеры спектрального диапазона 1.3 мкм эпитаксиально выращивались па подложках 1пР в системах материалов [пОаЛхР или !пОаА1Аз. К недостаткам подобных структур можно отнести недостаточную температурную стабильность длины волны лазерной генерации и порогового тока, а также сравнительно высокую стоимость изготовления приборов на их основе. В связи с этим, на протяжении последних лет растет интерес к возможности создания длинноволновых лазеров, выращенных на подложках ОаАя. Система материалов СаАБ/АЮаАз позволяет достичь достаточно высокого фактора оптического ограничения вследствие большей разницы показателей преломления на границе волновода и эмиттерных слоев. В то же время, обеспечиваются высокие потенциальные барьеры на границе активная область-волновод, тем самым

§ 3.2. Температурные зависимости излучательных характеристик InGaAsN/GaAs лазеров
Со времени работы Kondow (1995 год) [9] было осуществлено большое число попыток реализации лазеров, выращенных на GaAs подложках, с активной областью, состоящей из InGaAsN квантовых ям (КЯ) [76, 77, 78, 79, 80]. Однако, к началу данной работы не было проведено детальных исследований характеристик InGaAsN/GaAs лазеров при низких температурах. Поэтому стояла цель исследовать температурные зависимости интегральных характеристик полупроводниковых лазеров на основе InGaAsN квантовой ямы, что позволило выявить особенности механизмов рекомбинации в данных гетероструктурах и дать оценку нх возможного приборного применения.
Как отмечалось в § 3.1, для проведения исследований были выращены две лазерные гетероструктуры. Активная область лазерных структур представляла собой одиночную квантовую яму In0.36Ga0.64As0.97N0.03 (структура #1) и Ino.38Gao.62Aso.974No.026 (структура #2). Были проведены измерения ватт-амперных характеристик образцов обеих выращенных структур. Полученные результаты позволили построить температурные зависимости пороговой плотности тока и дифференциальной эффективности излучения (slope efficiency), которые представлены на рис. 14. Было обнаружено, что для гетероструктуры с содержанием азота 3 % (структура #1) наблюдается А-образная температурная зависимость этих величин, тогда как для структуры с содержанием азота 2.6 % (структура #2) такая особенность отсутствует, и характеристики монотонно изменяются с увеличением температуры.
Были проведены спектральные исследования излучения образцов структуры #1 в диапазоне температур 77-300К. При этом особое внимание было уделено тем температурам, при которых наблюдались особенности в температурных зависимостях пороговой плотности тока и дифференциальной эффективности. Было обнаружено, что в диапазоне температур 110-130 К лазерная генерация возникает сперва в коротковолновой области спектра, потом с ростом тока накачки в спектрах возникает второй максимум в более длинноволновой области, и происходит одновременная генерация на двух различных длинах волн. При дальнейшем увеличении тока накачки