Теория пороговых характеристик полупроводниковых лазеров на квантовых точках

• Автор: Асрян, Левон Володяевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 266 с. : ил

Оглавление
Введение

Глава 1 Неоднородное уширение линии излучения и плотность порогового тока

§ 1.1 Описание структуры и общие уравнения

§ 1.2 Условие порога генерации и модальный коэффициент усиления

§ 1.3 Спектр коэффициента усиления и ток спонтанной нзлуча-

тельной рекомбинации

1.3.1 Равновесное заполнение квантовых точек (относительно высокие температуры или/и неглубокие потенциальные ямы)

1.3.1.1 Узкая линия распределения энергий размерного квантования

1.3.1.2 Широкая линия распределения энергий размерного квантования

1.3.2 Неравновесное заполнение квантовых точек (относительно низкие температуры или/и глубокие потенциальные ямы)
§ 1.4 Плотность порогового тока и оптимизация лазера
1.4.1 Фотовозбуждение носителей с уровней в квантовых точках в состояния континуума в процессе лазерной генерации
1.4.2 Критические допустимые параметры лазерной структуры

1.4.3 Равновесное заполнение квантовых точек и узкая линия распределения энергий размерного квантования .
1.4.3.1 Зависимость от поверхностной концентрации квантовых точек
1.4.3.2 Зависимость от дисперсии размеров квантовых точек и длины резонатора
1.4.3.3 Коэффициент оптического ограничения и
зависимость от толщины слоя оптического ограничения
1.4.3.4 Оптимизация лазера
1.4.3.5 Иллюстрация результатов на примере лазерной структуры на основе гетероперехода Саж1п.1 гАэуРх-^ДпР, излучающей вблизи
.1.55 /цп
1.4.4 Неравновесное заполнение квантовых точек
Заключение к главе
Глава 2 Нарушение зарядовой нейтральности в квантовых точках
§2.1 Общие уравнения и формулировка проблемы
§ 2.2 Расчет для слоя с квантовыми точками в р-1-п гетеропереходе
§ 2.3 Влияние нарушения нейтральности в квантовых точках на
оптимизацию лазера
§ 2.4 Зависимость коэффициента усиления от тока инжекции
§ 2.5 Вольт-амперная характеристика
Заключение к главе
Глава 3 Температурная зависимость порогового тока
§ 3.1 Компоненты порогового тока

3.1.1 Температура, при которой компоненты тока равны ДРУГ ДРУГУ
§ 3.2 Характеристическая температура То
§ 3.3 Температурные зависимости плотности порогового тока и характеристической температуры для оптимизированной
структуры
Заключение к главе
Глава 4 Оптические переходы с возбужденных состояний в квантовых точках
§ 4.1 Общие выражения
§ 4.2 Формулировка проблемы
§ 4.3 Спектры коэффициента усиления и спонтанной эмиссии и изменение длины волны генерации с током инжекции (потерями)
4.3.1 Больший максимальный коэффициент усиления для основного перехода
4.3.1.1 Малые квантовые точки или/и малые диспер-
сии размеров квантовых точек
4.3.1.2 Большие квантовые точки или/и большие дис-
персии размеров квантовых точек
4.3.2 Больший максимальный коэффициент усиления для возбужденного перехода
4.3.2.1 Малые квантовые точки или/и малые диспер-
сии размеров квантовых точек
4.3.2.2 Большие квантовые точки или/и большие дис-
персии размеров квантовых точек
§ 4.4 Соотношение между спектрами коэффициента усиления и
спонтанной излучательной рекомбинации

§ 1.3. Спектр коэффициента усиления и ток спонтанной излучательной рекомбинации
1.3.1. Равновесное заполнение квантовых точек (относительно высокие температуры или/и неглубокие потенциальные ямы)
Если характерные времена термических выбросов носителей из КТ [см. выражения (14)] меньше времени излучательной рекомбинации в КТ
гп"р<тфэ, (24)
то произойдет перераспределение носителей между КТ и установится единое для всех КТ квазиравновесное распределение их с соответствующими данной накачке (инжекции) квазиуровнями Ферми для электронов и дырок. В результате такого перераспределения степени заполнения уровней в отдельных КТ (и число носителей в них) будут различными. Усредняемая в выражении (6) [и (21)] величина есть
<(/п + /Р-1 )6(Е-Еъ-£л-ер))
= ! {/п[еп(а)] + /рМ«)] - 1} 6[Е-Ее-£п(а)-ер(а)]и> ~^ с1 )
= (/„ {ел [а(Е)]} + /р {£р [а(Е)]} - 1) ~ 51/1>---, (25)
ад£п/да -г 0£р/даа^й{Е]
где а(Е) находится из условия
Е — Е% — £п(а) — £р(а) = 0 .
Входящая в (25) функция

а — а

плотность вероятности относительных флуктуаций размеров КТ (а —
а)/а. Основной характеристикой ю[(а — а)/а] является среднеквадратичное