Инжекционные лазеры на основе квантовых ям и квантовых точек на подложках GaAs, излучающие на длине волны 1.3 мкм

• Автор: Никитина, Екатерина Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Глава 1 Инжекционные лазеры для применений в системе волоконно-оптической линии связи
1.1. Особенности волоконно-оптических систем передачи информации
1.2. Материалы для лазерных излучателей, используемые для ВОЛС
Глава 2 Экспериментальное оборудование и методики
2.1. Методы роста и экспериментальные методы измерения
2.2. Постростовые операции
2.3. Особенности лазерных структур с квантовыми точками в активной области
2.4 Особенности азотсодержащих полупроводниковых материалов
Глава 3. Пространственно-одномодовые лазерные диоды с 1п(Оа)Аз квантовыми точками и с ЫваАзЫ квантовыми ямами в активной области
3.1. Переход генерации с основного состояния на генерацию через возбужденное состояние
3.2. Пространственно-одномодовые лазеры с 1п(Са)Ав КТ в активной области
3.3. Пространственно-одномодовое излучение лазеров с 1пСаАзИ/СаАв квантовой ямой в активной области
3.4.Пространственно-одномодовые лазеры с 1п(Са)Ав квантовыми точками и 1пСаАзИ квантовыми ямами на подложках СаАв: сравнительный анализ
3.5. Пространственно-одномодовые лазеры с 1п(Са)А.з квантовыми точками и ЫОаАзЫ квантовыми ямами на подложке СаАз: сравнительный анализ с 1пСаАзР/1пР лазерами
Глава 4. Оптимизация активной области, содержащая 1пСаАзП квантовую яму, излучающую на длине волны 1.3 мкм, для лазерного применения
Глава 5. Управление длиной волны лазерной генерации в диапазоне 1.3-0.85 мкм с помощью высокотемпературного отжига структур с квантовыми точками
Заключение
Список цитируемой литературы

Актуальность работы.
В последнее время широкое распространение получили волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). В ВОЛС передача информации осуществляется с помощью модулированного оптического сигнала, распространяющегося по оптическому волноводному волокну. Этот вид связи, по сравнению с традиционными электрическими проводными и беспроводными системами, характеризуется более высокой помехозащищенностью, слабым затуханием сигнала и высокой скоростью передачи, а также большой информационной емкостью благодаря возможности использования нескольких несущих длин волн.
Перечисленные достоинства ВОЛС, в сочетании с успехами в аппвратной реализации, привели к их полному доминированию в системах сверхдальней (межконтинентальной) и дальней (сотни километров) связи. В последнее время также значительно возрос интерес к использованию ВОЛС и в системах меньшей дальности, таких как кабельное телевидение, телефония, локальные вычислительные сети и т.д. [1]. Постоянное возрастание потока передаваемой информации приводит к необходимости дальнейшего совершенствования аппаратуры ВОЛС, прежде всего источников оптического излучения.
Для использования в ВОЛС требуются высокомощные одномодовые полупроводниковые лазеры. Узкий спектральный характер лазерного излучения обеспечивает минимизацию хроматической дисперсии и позволяет реализовать передачу нескольких неперекрывающихся сигналов на разных длинах волн в пределах одного окна прозрачности волокна. Высокая излучаемая мощность позволяет увеличить дальность связи без использования ретранслятора, а пространственно-одномодовый характер излучения обеспечивает эффективный ввод в одномодовое оптическое волокно.
Для передачи информации в современных ВОЛС используются три спектральных окна вблизи длин волн 0.85, 1.3 и 1.55 мкм. Диапазону длин волн около 1.55 мкм соответствует наименьшее затухание, что позволяет использовать его в системах ВОЛС большой дальности. Помимо затухания сигнала в оптическом волокне, дальность передачи, а также скорость модуляции, определяются
2.4 Особенности азотсодержащих полупроводниковых материалов.
В данном параграфе будут рассмотрены проблемы роста кристалла, а также основные свойства материала (1п)СаАз>1.
Для достижения длины волны генерации 1.3 мкм на подложке ваАя параллельно с исследованием структур с 1пАз/1пОаАз квантовыми точками в настоящий момент широко исследуются азотсодержащие структуры. Интерес к подобным структурам был вызван пионерскими работами Копйош [6]. Было обнаружено, что встраивание небольшого количества азота (до 3.5%) в ваАя приводит к сильному длинноволновому сдвигу (до 300 мэВ) максимума фотолюминесценции.
Добавление 2% азота в квантовую яму 1пСаАз позволяет достичь длины волны 1.3 мкм. Ширина запрещенной зоны ЫЗаАяМ, выращенного псевдоморфно на подложке ваАз, позволяет его применять в качестве активной области длинноволновых лазеров (Л= 1.3 + 1.55 мкм). Длинноволновое излучение 1пСаАзК соединениями основано на уникально сильном прогибе характеристики И-Аэ в системе полупроводниковых материалов (рис. 1.2.1). Было показано, что СаЛя/СаАзЫ имеет гетеропереход 1-типа, в то время как 1пхСа]_хАз/ОаАзМ гетеропереход может быть 1-типа или И-типа, в зависимости от значения х [67]. В случае, когда слой 1пСаАз1М ограничен ваАя или АЮаАэ, образуется гетеропереход 1-го рода, следовательно, в зоне проводимости формируется очень глубокая потенциальная яма. Это позволяет значительно снизить выброс электронов из квантовой ямы в ограничивающие слои, что должно привести к значительному улучшению температурных характеристик длинноволновых лазерных диодов, используемых в оптических волоконных телекоммуникационных системах. 1пОаАзМ является очень многообещающим материалом для применения в длинноволновых вертикально-излучающих лазерах.
Как следует из рис. 1.2.1, добавление 1п в ваАя, т.е., создание ГпСаАя полупроводникового соединения, увеличивает постоянную решетки, в то время как добавление N в ваАя, т.е., создание ОаАэП полупроводникового соединения, уменьшает постоянную решетки. При соотношении х « Зу твердый раствор 1пхОа1. хАя^уМу должен быть согласован по постоянной решетки с ваАя, причем и азот и