Скачиваний:
54
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
253.9 Кб
Скачать

Насыщенное усиление прямо пропорционально плотности массива КТ и обратно пропорционально уширению ФПС (уширению квантового уровня). Величина gsat может быть увеличено применением более плотного массива КТ (или нескольких рядов КТ). Когда плотность массива КТ возрастает бесконечно, максимальная дифференциальная эффективность достигает своего наибольшего значения, а минимальный пороговый ток

уменьшается:

lim(ηDmax )

NQD

=ηi

 

 

 

lim(I min )

 

= 2Wr(J0

g sat )=

2Wr

NQD

β

th

 

 

Как видно, отношение β=gsat/J0, т.е. дифференциальное усиление, во многом является мерой качества массива КТ, предназначенного для лазерных применений.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 16, стр. 21

Энергия уровня размерного квантования в КТ зависит от размеров и формы КТ. Разброс этих параметров в пределах массива КТ приводит к тому, что уровень энергии для ансамбля КТ в целом становится неоднородно уширенным (статистически определенным). Т.е. можно говорить о вероятности p(E)dE для КТ из ансамбля иметь уровень размерного квантования в узком диапазоне энергий dE вблизи E.

Плотность состояний статистически-определенного массива КТ задается функцией вероятности, т.е. принимает вид:

ρnonideal (E) = p(E)ρQD _ ideal (E)dE = 2nQD p(E)

Узкий пик ФПС идеального массива КТ ρQD _ ideal (E) δ(E) переходит

в уширенную кривую гауссовского типа с характерным уширением Е.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 16, стр. 22

Плотность состояний

Энергия

E

Энергия

Распределение островков по размерам

Размер островка

Размер островка

Средний размер, L0

Связь неоднородного уширения с разбросом островков по размерам

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 16, стр. 23

Поскольку

J0~nQD

gsat~nQD/Е

то дифференциальное усиление не зависит от плотности массива КТ и определяется величиной неоднородного уширения

β = g sat J0

1

 

E

Чем меньше величина неоднородного уширения (чем более однородный массив КТ), тем выше насыщенное усиление и дифференциальное усиление.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 16, стр. 24

Проведем численные оценки требований к плотности массива КТ, nQD, и

величине неоднородного уширения, Е. Потребуем, чтобы плотность тока прозрачности КТ-лазера была много меньше чем к КЯ лазера (для определенности 1/10), в то время как насыщенное усиление одинаково.

Плотность тока прозрачности

(пропорциональна ½ максимального значения плотности состояний, умноженной на ширину электронного распределения)

Квантовая яма: J QW

1 q m

(2kBT ) ~ 50 А/см2

 

 

 

 

 

2 τ πh2

0

 

Массив КТ: J0QD =τq nQD

Из требования J0QD = 0.1J0QW получаем nQD 3×1010 см-2

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 16, стр. 25

Насыщенное усиление

(пропорционально максимальному значению плотности состояний)

Квантовая яма: gQWsat

m

1010 см-2мэВ-1

πh2

Массив КТ: g sat

 

2nQD

 

 

E

 

QD

 

 

Из требования g sat = g sat

и с учетом оценки для плотности КТ, получаем

QD

QW

 

 

 

Е≈6 мэВ

Если неоднородное уширение в массиве КТ выше, чем эта величина, уменьшение насыщенного усиления может быть компенсировано повышением плотности массива КТ. Однако, пропорционально уменьшится выигрыш в плотности тока прозрачности.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 16, стр. 26