Перестраиваемые ИК-лазеры на основе InAs и его твердых растворов

• Автор: Ременный, Максим Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 105 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Глава 1. Принципы работы и основные свойства инжекционных лазеров.
Введение
1.1. Достижения в создании полупроводниковых лазеров
инфракрасного диапазона
1.2. Применение диодных лазеров излучающих в спектральной
области Зч4 мкм
1.3. Оптическая модель
1.4. Коэффициент усиления, пороговый ток и внутренние потери
1.5. Излучательные характеристики лазеров.
1.5.1. Излучение в дальней зоне
1.5.2. Спектры излучения
1.5.3. Перестройка длины волны излучения
1.5.4. Поляризация лазерного излучения
1.6. Особенности п/п лазеров с квантово-размерными слоями
1.7. Легирование активной области лазеров редкоземельными элементами
1.8. Постановка задачи исследования. 26 Глава 2. Методика изготовления диодных лазеров
и измерения их характеристик.
2.1. Методика изготовления меза-полосковых лазеров
2.2. Методики измерения фото-, электро- люминесценции и
токовой перестройки длины волны
2.3. Методики измерения ватт-амперных и вольт-амперных характеристик
2.4. Методика измерения температурной зависимости лазерных параметров
2.5. Методика измерения диаграммы направленности излучения
2.6. Методика измерения поляризации излучения
2.7. Методики измерения и расчета коэффициента усиления
2.8. Методика расчета энергетических параметров структур. 39 Глава 3. Исследование меза полосковых диодных лазеров на основе
ДГС InAsSbP/InGaAsSb(Gd) излучающих в диапазоне 3-3.6 мкм
3.1. Исследование излучательных и пороговых характеристик лазеров.
3.1.1. Картина дальнего поля
3.1.2. Спектры излучения
3.1.3. Токовая перестройка длины волны
3.1.4. Ширина лазерной линии
3.1.5. Пороговый тока, длина волны генерации, внутренние потери
3.1.6. Температурные зависимости лазерных параметров
и поляризация излучения
3.2. Исследование влияния легирования ДГС гадолинием (Gd)
на их свойства
3.3. Вольт-амперные характеристики. 71 Глава 4. Механизмы излучательной рекомбинации и
внутренние параметры лазеров.
4.1. Расчет энергетической зонной диаграммы ДГС InAsSbP/InGaAsSb
4.2. Механизмы излучательной рекомбинации в ДГС InAsSbP/InGaAsSb
4.3. Коэффициент усиления и внутренние потери
4.4. Внутризонное поглощение и его влияние на параметры лазеров. 82 Глава 5. Опыты с использованием лазеров на основе ДГС InGaAsSbdnAsSbP.
5.1. Спектры пропускания метана
5.2. Влияние анти-отражающего покрытия на характеристики лазеров
5.3. Опыты по работе лазера с обратной связью
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Актуальность создания и исследования лазеров на основе твердых растворов ТпАч связана с тем, что в диапазоне длин волн Зт4 мкм лежат полосы поглощения многих промышленных и природных газов. Наибольший интерес представляет спектроскопия метана (СНД и формальдегида (Н2СО), которые имеют в этом диапазоне наиболее сильные полосы поглощения. Кроме того, оптические потери в волокнах на основе халькогенидных и флюоритных стекол в этом спектральном диапазоне уменьшаются на порядок по сравнению с волокнами из кварца, что делает эти лазеры перспективными для применения в волоконно-оптических линиях связи.
Материалы на основе твердых растворов А3В5 обладают лучшими теплопроводными и металлургическими свойствами по сравнению с материалами А2В° и А4В6, более доступными оказываются подложки хорошего качества. Приборы на их основе менее склонны к деградации. Поэтому, выбор твердых растворов А3В5, в частности твердых растворов ГпАз, для создания лазеров в этом спектральном диапазоне является, по-видимому, наиболее перспективным.
Для большинства спектроскопических применений необходимы стабильный одномодовый режим работы, перестройка длины волны излучения, желательны низкие пороговые токи. Особенностью зонной структуры 1пА8 и близких к нему по составу твердых растворов является близость значений ширины запрещенной зоны и энергии спин-орбитального отщепления. Поэтому в лазерах во-первых, генерируемое излучение испытывает поглощение дырками, которые при этом возбуждаются в спин-орбитально отщепленную зону и во-вторых, имеет место сильная Оже-рекомбинация, определяющая температурную зависимость пороговых токов при Т>77 К. В связи с этим оказывается важным исследование механизмов потерь, необходимое для

2.4. Методика измерения температурной зависимости лазерных параметров.
Исследования лазерных параметров проводилиссь в диапазоне температур 77-160 К, Для этой цели использовались криостаты двух конструкций. Для измерения температурных зависимостей ватт-амперных и вольт-амперных характеристик использовался обычный откачиваемый криостат с сапфировым окном в котором рост температуры от 77 К происходил естественным путем по мере выкипания азота, а измерение температуры держателя осуществлялось по измерению падения напрежения на 81 диоде, закрепленном на держателе с помощью вакуумной замазки “рамзай”. Рост температуры в указанном диапазоне происходил в течении -30 мин., что при времени одного измерения <3 сек. дает изменение температуры в ходе измерения <0.1 К. Для измерения спектров излучения использовался криостат в котором контроль температуры осуществлялся намотанной на хладопровод печкой. Температура измерялась градуированной медь-константантовой термопарой.
2.5. Методика измерения диаграммы направленности излучения.
Для измерения интенсивности излучения в дальней зоне использовался гониометр, на предметном столике которого закреплялось РЬБе фотосопротивление. Крепление фотосопротивления предусматривало возможность измерения распределения интенсивности излучения в дальней зоне в плоскостях, параллельной и перпендикулярной плоскости р-п перехода. Между образцом и фотодиодом помещался серый фильтр для ограничения интенсивности падающего излучения. Регистрация интенсивности сигнала и соответствующего угла фотосопротивления велась вручную.
2.6. Методика измерения поляризации излучения.