WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Рис. 12. Зависимости величины суммарных внутренних оптиВеличина внутренних оптических потерь в волноводческих потерь (int ) для: 1 — нулевой, 2 —второй, 3 —четных слоях обоих типов гетероструктур рассчитывалась вертой, 4 — шестой мод и внутренних оптических потерь в согласно (9) и имела значение порядка 0.03 см-1 при активной области (QW ) нулевой моды (5) от толщины волноизменении толщины волновода от 1 до 4 мкм. Для вода D для симметричных лазерных гетероструктур 2-й серии расчета внутренних оптических потерь в двух эмиттерс эмиттерами из Al0.3Ga0.7As. Точками показаны значения ных слоях исследуемых структур было использовано величины суммарных внутренних оптических потерь (int ) соотношение (8). Полученные зависимости показаны на нулевой моды гетероструктур с асимметричным положением рис. 11.

активной области.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1484 С.О. Слипченко, Д.А. Винокуров, Н.А. Пихтин, З.Н. Соколова, А.Л. Станкевич...

электронов, локализованных в кулоновской квантовой яме. На основании проведенных вычислений были получены зависимости QW от толщины волновода в симметричных лазерных гетероструктурах (рис. 12, кривая 5).

На рис. 12 приведены также зависимости полных внутренних оптических потерь в симметричной структуре раздельного ограничения от толщины волновода. Точками показаны значения полных внутренних оптических потерь фундаментальной моды в асимметричных структурах с толщиной волновода 1.7 и 2.8 мкм. Для выбранных толщин волноводов 1.7 и 2.8 мкм в асимметричной Рис. 13. Зависимость обратной величины внешней дифференструктуре полные внутренние потери практически иденциальной квантовой эффективности 1/d от длины резонатотичны потерям фундаментальной моды в симметричной ра L в асимметричной лазерной гетероструктуре с толщиной структуре. При толщинах волновода более 1 мкм в волновода D = 1.7 мкм и эмиттерами из Al0.3Ga0.7As. Сплошполных потерях большая доля приходится на внутренние ная прямая — аппроксимация экспериментальных данных.

потери в активной области (QW), поскольку потери в эмиттерах малы, а в волноводе —- пренебрежимо малы. Величина QW практически определяет значение Экспериментальная гетероструктура состояла из слевнутренних оптических потерь int для лазерных гетедующих эпитаксиальных слоев: сильно легированные роструктур со сверхширокими волноводами. При толэмиттеры n-Al0.3Ga0.7As (n = 1018 см-3) и p-Al0.3Ga0.7As щине волновода более 3 мкм его дальнейшее увеличение (p = 3.5 · 1018 см-3) (в качестве донорной и акцепторпрактически перестает влиять на значение (рис. 8).

QW ной примесей использовались Si и Mg соответственно) Пороговая концентрация носителей заряда в квантовой и преднамеренно не легированный волновод из GaAs.

яме имеет нижний предел, задаваемый концентрацияАктивная область состояла из одной напряженной кванми прозрачности электронов n0 и дырок p0, значения товой ямы InGaAs толщиной 90. Состав твердого которых определяются свойствами материала активной раствора квантовой ямы соответствовал длине волны области. Разница между пороговыми концентрациями и электролюминесценции 1.05 мкм.

концентрацией прозрачности зависит как от суммарных Используя стандартную методику постростовых опеоптических потерь, так и от зависимости g(nQW, pQW).

раций [28,29], из структуры были изготовлены лаВ работе [20] были экспериментально определены везеры мезаполосковой конструкции с шириной полосличины n0 и p0 для квантовой ямы, используемой ка 100 мкм и различной длиной резонатора Фабри-Перо в качестве активной области в данной работе. БольL = 1.5-4 мм.

шую часть пороговой концентрации в полученных нами Для всех изготовленных приборов проводились иззависимостях (рис. 3) составляет концентрация промерения ватт-амперных характеристик в непрерывном зрачности. Таким образом, вычисленные минимальные режиме генерации при температуре теплоотвода 20C.

значения внутренних оптических потерь практически На основании полученных данных была построена запредставляют нижний фундаментальный предел для лависимость величины обратной внешней дифференцизерных гетероструктур с активной областью, состоящей альной квантовой эффективности от длины резонатора из квантовой ямы InGaAs с длиной волны излучения (рис. 13). Аппроксимация полученной зависимости пряпорядка 1 мкм.

мой позволила определить значения внутреннего квантового выхода стимулированного излучения и внутренних оптических потерь, которые составили i = 99% и 8. Выбор параметров оптимальной i = 0.34 см-1 соответственно. Достигнутые в данной гетероструктуры конструкции гетероструктуры величины сверхнизких и экспериментальные лазеры внутренних оптических потерь позволяют изготавливать с широким полосковым контактом лазерные диоды со сверхдлинными резонаторами без заметного падения внешней дифференциальной кванМетодом газофазной эпитаксии из металлорганичетовой эффективности. Увеличение длины резонатора ских соединений были выращены лазерные гетерострукдает возможность использовать для накачки лазерных туры раздельного ограничения, конструкция которых диодов большие токи и, соответственно, значительно была разработана в процессе моделирования. Как было повысить мощность излучения при сохранении высокой показано выше, смещение активной области относитель- эффективности преобразования электрической энергии в но центра волновода позволяет эффективно подавить оптическую.

генерацию мод высшего порядка. Но с ростом тол- Характерная зависимость мощности излучения и кощины волновода эффективность подавления снижается. эффициента полезного действия от тока накачки лаПоэтому в качестве базовой была выбрана асимметрич- зерного диода с длиной резонатора L = 3040 мкм и ная лазерная структура с толщиной волновода 1.7 мкм. нанесенными на грани резонатора просветляющими и Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Сверхнизкие внутренние оптические потери в квантово-размерных лазерных гетероструктурах... 9. Заключение Таким образом, развитие концепции мощных полупроводниковых лазеров возможно при использовании асимметричных квантово-размерных гетероструктур раздельного ограничения. В симметричных гетероструктурах раздельного ограничения расширение волновода более одного микрона приводит к возникновению мод высших порядков. Это связано с тем, что разница значений пороговых концентраций фундаментальной моды и мод высших порядков не превышает 5% в многомодовом режиме. При возникновении мод высших порядков возрастают внутренние оптические потери из-за сильного проникновения этих мод в легированные эмиттеры.

Рис. 14. Ватт-амперная характеристика и зависимость кпд В асимметричных квантово-размерных гетероструктурах от тока накачки для лазерного диода с длиной резонатора раздельного ограничения при расширении волновода боL = 3040 мкм и шириной полоска 100 мкм с высокоотражалее 1 мкм моды высших порядков могут быть подавлены ющим (95%) и просветляющим (5%) покрытием на гранях из-за достаточного отличия их пороговых концентраций резонатора в непрерывном режиме генерации при температуот фундаментальной моды. Показано, что для подавлере 20C.

ния мод высших порядков достаточно различия 20% между пороговыми концентрациями фундаментальной моды и мод высших порядков. Внутренние оптические потери в асимметричном волноводе определяются потерями на рассеяние на свободных носителях только фундаментальной моды. Нижним фундаментальным пределом внутренних оптических потерь являются внутренние оптические потери на рассеяние на свободных носителях в активной области при концентрации прозрачности. Вычисленные значения внутренних оптических потерь в сверхшироких асимметричных волноводах для реальных структур приближаются к фундаментальному пределу. В изготовленных методом МОС-гидридной эпитаксии лазерных гетероструктурах с шириной асимметричного волновода 1.7 мкм была достигнута величина внутренних оптических потерь 0.34 см-1, совпадающая с расчетным значением. Фундаментальным пределом Рис. 15. Интенсивность излучения в дальней зоне в плосвнутренних оптических потерь для такой структуры с кости, перпендикулярной p-n-переходу, от угла ( ) при D > 4 мкм является величина в 0.2 см-1. С увеличениразличных значениях тока накачки, А: 1 —0.4, 2 —5, 3 — 10;

ем толщины волновода внутренние оптические потери значения ширины поля на половине интенсивности ( ), град:

стремятся к своему фундаментальному пределу.

1 — 30, 2 — 33, 3 — 31.

В изготовленных лазерах с апертурой 100 мкм и длиной резонатора Фабри-Перо 3.0 мм достигнуты рекордная мощность излучения 16 Вт в непрерывном отражающими диэлектрическими покрытиями с коэффирежиме генерации на основной поперечной моде и циентами отражения по мощности 5 и 95% приведена максимальное значение кпд — 72%.

на рис. 14. Выходная мощность в непрерывном режиме В заключение авторы приносят благодарность генерации достигала 16 Вт, а кпд достигал 72% при А.А. Мармалюку, И.Д. Залевскому, В.П. Евтихиеву за постоянной температуре теплоотвода 20C. Достигнутое полезные замечания и обсуждение результатов; Д.Н. Низначение непрерывной мощности является лучшим для колаеву, В.В. Шамахову, А.В. Мурашовой, С.А. Зориной, полупроводниковых лазеров [30].

А.Ю. Лешко, В.В. Васильевой за помощь в изготовТипичные картины излучения в дальней зоне в плослении гетероструктур; М.А. Хомылеву, В.В. Капитокости, перпендикулярной p-n-переходу, при различных нову, А.В. Лютецкому, Н.В. Фетисовой за проведение значениях непрерывного тока накачки лазерных диоизмерений оптических характеристик образцов, а также дов приведены на рис. 15. Видно, что с ростом тока Т.А. Налет, Т.Н. Дрокиной и Н.А. Рудовой за помощь в накачки величина и форма линий практически не подготовке образцов лазерных диодов.

изменяются. Такое стабильное поведение диаграммы направленности говорит об одномодовом характере из- Работа выполнена при частичной поддержке грантов лучения лазерного диода в плоскости, перпендикулярной межотраслевой научно-технической программы России p-n-переходу. „Физика твердотельных наноструктур“.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1486 С.О. Слипченко, Д.А. Винокуров, Н.А. Пихтин, З.Н. Соколова, А.Л. Станкевич...

Список литературы [25] C.M. Herzinger, C.C. Lu, T.A. DeTemple, W.C. Chew. IEEE J. Quant. Electron., QE-29, 2272 (1993).

[26] E. Pinkas, B.I. Miller, I. Kayashi, P.W. Foy. IEEE J. Quant.

[1] А.Ю. Лешко, А.В. Лютецкий, Н.А. Пихтин, Г.В. СкрынниElectron., QE-9, 281 (1973).

ков, З.Н. Соколова, И.С. Тарасов, Н.В. Фетисова. ФТП, 34, [27] L.V. Asryan, N.A. Gunko, A.S. Polkovnikov, G.G. Zegrya, 1457 (2000).

R.A. Suris, P.K. Lau, T. Makino. Semicond. Sci. Technol., 15, [2] Д.А. Винокуров, В.А. Капитонов, Д.Н. Николаев, 1131 (2000).

А.Л. Станкевич, А.В. Лютецкий, Н.А. Пихтин, С.О. Слип[28] Е.Г. Голикова, В.А. Горбылев, Ю.В. Ильин, В.А. Курешов, ченко, З.Н. Соколова, Н.В. Фетисова, И.Н. Арсентьев, А.Ю. Лешко, А.В. Лютецкий, Н.А. Пихтин, Ю.А. РяИ.С. Тарасов. ФТП, 35, 1380 (2001).

боштан, В.А. Симаков, И.С. Тарасов, Е.А. Третьякова, [3] Е.Г. Голикова, В.А. Курешов, А.Ю. Лешко, А.В. Лютецкий, Н.В. Фетисова. Письма ЖТФ, 26, 57 (2000).

Н.А. Пихтин, Ю.А. Рябоштан, Г.В. Скрынников, И.С. Тара[29] А.Ю. Лешко, А.В. Лютецкий, Н.А. Пихтин, С.О. Слипченсов, Ж.И. Алфёров. ФТП, 34, 886 (2000).

ко, З.Н. Соколова, Н.В. Фетисова, Е.Г. Голикова, Ю.А. Ря[4] Д.А. Лившиц, А.Ю. Егоров, И.В. Кочнев, В.А. Капитонов, боштан, И.С. Тарасов. ФТП, 36, 1393 (2002).

В.М. Лантратов, Н.Н. Леденцов, Т.А. Налет, И.С. Тарасов.

[30] F. Bugge, G. Erbert, J. Fricke, S. Gramlich, R. Staske, ФТП, 35, 380 (2001).

H. Wenzel, U. Zeimer, M. Weyers. Appl. Phys. Lett., 79, [5] П.В. Булаев, В.А. Капитонов, А.В. Лютецкий, А.А. Мар(2001).

малюк, Д.Б. Никитин, Д.Н. Николаев, А.А. Падалица, Н.А. Пихтин, А.Д. Бондарев, И.Д. Залевский, И.С. Тарасов.

Редактор Т.А. Полянская ФТП, 36, 1144 (2002).

[6] D.A. Livshits, I.V. Kochnev, V.M. Lantratov, N.N. Ledentsov, Ultralow internal optical loss in separate T.A. Nalyot, I.S. Tarasov, Zh.I. Alferov. Electron. Lett., 36, 1848 (2000). confinement quantum well laser [7] А.В. Лютецкий, Н.А. Пихтин, С.О. Слипченко, З.Н. Соheterostructures колова, Н.В. Фетисова, А.Ю. Лешко, В.В. Шамахов, А.Ю. Андреев, Е.Г. Голикова, Ю.А. Рябоштан, И.С. Тара- S.O. Slipchenko, D.A. Vinokurov, N.A. Pikhtin, сов. ФТП, 37, 1394 (2003). Z.N. Sokolova, A.L. Stankevich, I.S. Tarasov, [8] С.О. Слипченко, Н.А. Пихтин, Н.В. Фетисова, М.А. Хо- Zh.I. Alferov мылев, А.А. Мармалюк, Д.Б. Никитин, А.А. Падалица, Ioffe Physicotechnical Institute, П.В. Булаев, И.Д. Залевский, И.С. Тарасов. Письма ЖТФ, Russian Academy of Sciences, 29, 26 (2003).

[9] Н.А. Пихтин, С.О. Слипченко, З.Н. Соколова, И.С. Тара- 194021 St. Petersburg, Russia сов. ФТП, 38, 374 (2004).

[10] B. Ryvkin, E. Avrutin, M. Pessa. Electron. Lett., 38,

Abstract

Internal optical loss in separate confinement laser (2002).

heterostructures with ultra wide waveguide (more than 1 µm) [11] A. Al-Muhanna, L.J. Mawst, D. Botez, D.Z. Garbuzov, has been studied theoretically and experimentally. It has been R.U. Martinelly, J.C. Conolly. Appl. Phys. Lett., 73, established that an asymmetrical position of active region in ultra (1998).

wide waveguide decreases a value of optical confinement factor [12] J. Temmyo, M. Sugo. Electron. Lett., 31, 642 (1995).

for high order modes and enhances their threshold concentration [13] D. Vakhshoori, W.S. Hobson, H. Han, J. Lopate, G.E. Henein, by 10-20%. It has been shown that waveguide broadening to J.D. Wynn, J. deJong, M.L. Schnoes, G.J. Zydzik. Electron.

more than 1 µm results in internal optical loss decrease only Lett., 32, 1007 (1996).

[14] J.M. Verdiell, M. Ziari, D.F. Welch. Electron. Lett., 32, 1817 in asymmetric separate confinement laser heterostructures. In (1996).

asymmetric waveguide of 4 µm thickness calculated internal optical [15] Н.Б. Звонков, С.А. Ахлестина, А.В. Ершов, Б.Н. Звонков, loss value reaches 0.2cm-1 ( 1.08 µm). Minimal value Г.А. Максимов, Е.А. Ускова. Квант. электрон., 26, of internal optical loss has fundamental limit determined by (1999).

freecarrier scattering loss at a transparency carrier density in the [16] В.И. Швейкин, В.А. Геловани. Квант. электрон., 32, active region. Internal optical loss value of 0.34 cm-1 has been (2002).

attained in separate confinement asymmetric laser heterostructures [17] J.P. Donnelly, R.K. Huang, J.N. Walpole, L.J. Missaggia, with ultra wide waveguide (1.7 µm) fabricated by MOCVD C.T. Harris, J.J. Plant, R.J. Bailey, D.E. Mull, W.D. Goodhue, epitaxy. Lasing in fundamental transverse mode has been reached G.W. Turner. IEEE J. Quant. Electron., QE-39, 289 (2003).

Pages:     | 1 | 2 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.