Полупроводниковые квантово-размерные гетероструктуры InGaAs/GaAs/AlGaAs для инжекционных лазеров спектрального диапазона 1000-1100 нм

• Автор: Петровский, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Оглавление

Принятые обозначения и сокращения

Введение
Глава 1. Современные квантово-размерные гстероструктуры 1пСаАз/(А1)СаАз и тенденции в создании инжекцнонных лазеров спектрального диапазона 1000-1100 нм на их основе

1.1. Конструктивные и физико-химические особенности гетероструктур

1пОаАБ/(А1)ОаА5

1.2. Актуальность и способы повышения эффективности полупроводниковых лазеров

1.3. Заключение

Глава 2. Особенности напряженных квантово-размерных гетероструктур в системе материалов 1пСаАз/(А1)СаАз

2.1. Сегрегация атомов индия в условиях МОС-гидридной эпитаксии гетероструктур

1пОаАз/(А1)ОаА5

2.2. Критические условия на образование и распространение дислокаций несоответствия ’
в напряженных квантово-размерных гетероструктурах 1пОаА5/(А1)ОаАБ
2.3. Спектральные свойства напряженных квантово-размерных лазерных гетероструктур ‘V
Д»',<
1пСаАз/(А1)ОаА8
2.4. Спектральные особенности полупроводниковых лазеров на основе напряженных
квантово-размерных гетероструктур МЗаАз/(А1)ОаАз
2.5. Заключение
Глава 3. Оптимизация активной области квантово-размерных лазерных гетеро-структур 1пСаАз/(А1)СаАя для полупроводниковых лазеров спектрального диапазона 1000-1100 нм
3.1. Общие принципы построения конфигурации квантово-размерной активной области
лазерных гетероструктур
3.2. Активная область лазерных гетероструктур I п СаД я/С! а Ая/А1С1 а А з: конфигурация
квантовых ям
3.3. Активная область лазерных гетероструктур 1пС1аА.5/(А1)ОаАк: коифшурация
ступенчатого волновода с двойным ограничением носителей
3.4. Заключение
Глава 4. Экспериментальное исследование характеристик высокоэффективных одномодовых гребневых полупроводниковых лазеров
4.1. Методики экспериментального исследования характеристик инжекционных полупроводниковых лазеров
4.2. Оптимизация активного элемента одномодовых гребневых полупроводниковых лазеров с длиной волны 1060-1070 нм
4.3. Исследование основных характеристик высокоэффективных одномодовых гребневых полупроводниковых лазеров с длиной волны 1060-1070 нм
4.4. Заключение
Выводы и заключение
Литература

Принятые сокращения и обозначения
ВАХ вольт-амперная характеристика
ВтАХ ватт-амперная характеристика
ГС гетероструктура
ДН дислокация несоответствия
ИПЛ инжекционный полупроводниковый лазер
КОДЗ катастрофическая оптическая деградация зеркала
КПД коэффициент полезного действия
КЯ квантовая яма
МЛЭ молекулярно-лучевая эпитаксия
МОСГЭ МОС-гидридная эпитаксия
ЭЛ электролюминесценция
а, внутренние оптические потери
Г фактор оптического ограничения для одной КЯ
кссг длина сегрегации атомов индия
Гоа/« модуль сдвига ОаАй
ц максимальное значение КПД
ц дифференциальная эффективность ватт-амперной характеристики
г), внутренняя квантовая эффективность
х"ста эффективное напряжение сдвига в ГС, превышение которого приводит к резкому
увеличению плотности ДН Ч>еМ_п огибающая волновой функции электрона (дырки), находящегося в п-ой подзоне
размерного квантования зоны проводимости (валентной зоны)
дифференциальное усиление

ширина запрещенной зоны Ее1 положение дна первой подзоны размерного квантования электронов
Еш положение дна первой подзоны размерного квантования тяжелых дырок
Еп положение квазиуровня Ферми для электронов
Е/, положение квазиуровня Ферми для дырок
коэффициент материального усиления на длине волны, при которой усиление достигает максимума 1пор пороговый ток

утечки носителей 8%
до порога 6%
тепловыделение 1Ь% I I лазерное излучение 50% барьеры на гетерограницах 6% -* рассеяние и поглощение 14%
Рис. 15. Энергетический баланс работы ИПЛ с КПД 50% [3].
Потери до достижения пороговых условий - часть подводимой мощности тратится на получение инверсной заселенности в активной области. Также существует ряд безызлуча-тельных механизмов поглощения носителей. Доля этих потерь составляет около 6%.
Утечки носителей дают вклад 8%. Это та часть электронов и дырок, которые не рекомбинируют с образованием фотона в активной области.
Выделяющееся (джоулево) тепло дает максимальный вклад в потери - 16%. Является следствием наличия эффективного последовательного сопротивления ИПЛ, включающее контактное сопротивление и сопротивление внутренних слоев ГС.
Барьеры на гетерограницах слоев. Поскольку лазерная ГС является комбинацией полупроводниковых слоев различного состава, зонная диаграмма такой ГС имеет потенциальные барьеры на гетерограницах слоев. При протекании тока через ГС часть мощности тратится на преодоление этих барьеров. Доля этого механизма потерь составляет 6%.
Потери на рассеяние и поглощение (14%) связаны с тем, что не все родившиеся фотоны остаются в волноводных слоях, часть излучения теряется на зеркалах лазера, рассеивается в активной области, происходят процессы поглощения на свободных носителях.
Увеличение коэффициента полезного действия
Коэффициента полезного действия гс определяет долю подводимой электрической мощности, которая преобразуется в оптическую:
ЦС(Р,Ц = —г—. (18)
1У0 + 12Я! v

где I = — +1 , I - требуемый рабочий ток для достижения заданной мощности Р: >/ и 1„ор
дифференциальная эффективность и величина порогового тока, иотс — напряжение отсечки,
/?,. - последовательное сопротивление ИПЛ.