Лекции по гетеропереходам / курс лекций физика и технология полупроводниковых наноструктур / 22_энергия локализации КТ

Одновременно с возрастанием концентрации носителей в КТ при увеличении оптических потерь, происходит и возрастание концентрации носителей в матрице (как следствие более высокого расположения квазиуровня Ферми).

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 22, стр. 11

Итак, полная концентрация носителей заряда на пороге генерации в лазере на основе массива КТ, состоит из двух частей, первая из которых описывает вклад непосредственно основного состояния КТ, а вторая заселенность матрицы:

характеризует относительный вклад заселенности состояний матрицы

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 22, стр. 12

Optical loss (a/Gsat)

Зависимость пороговой концентрации носителей (в квантовых точках, в матрице и полная) от величины оптических потерь.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 22, стр. 13

Как видно, при достаточно высоких оптических потерях концентрация носителей заряда в матрице превысит концентрацию носителей в квантовых точках (при α = (1 −γmatrix )Gsat ).

Носители заряда, находящиеся в слое матрицы, негативно сказываются на приборных характеристиках лазера на квантовых точках:

1.Рекомбинация носителей заряда в матрице (как безызлучательная, так и излучательная) дает пропорциональный вклад в пороговую плотность тока.

2.Поглощение света на свободных носителях в матрице приводит к возрастанию внутренних потерь, что в свою очередь приводит к снижению дифференциальной эффективности и дополнительному увеличению пороговой плотности тока.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 22, стр. 14

Негативное влияние заполнения матрицы особенно сказывается в коротких резонаторах, когда потери на вывод излучения велики, что затрудняет оптимизацию дифференциальной эффективности в лазере на КТ. Дальнейшие экспериментальные исследования показали, что во многих случаях пороговая плотность тока почти полностью определяется вкладом матрицы, т.к. концентрация носителей заряда в КТ типично мала.

Полученное выражение для пороговой концентрации носителей в Кт лазере весьма важно, поскольку оно фактически определяет потенциальные возможности лазера на основе массива КТ и пути оптимизации его характеристик.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 22, стр. 15

Пути оптимизации конструкции и активной области КТ лазеров

1.Увеличение энергии локализации основного состояния КТ.

2.Использование по возможности более узких матричных слоев.

3.Увеличение насыщенного усиления массива КТ за счет увеличения фактора оптического ограничения и использования более однородных и более плотных массивов КТ.

4.Использование относительно низких потерь на вывод излучения в сочетании с уменьшением внутренних потерь.

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

высоко-контрастные градиентно-легированные эмиттеры

несколько рядов КТ в матрице

Схематическое изображение конструкции лазера на основе КТ

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 22, стр. 17

Особенности конструкции

1.несколько рядов КТ, разделенных спейсерами материала матрицы

2.по возможности более узкий слой матрицы, достаточно широкозонной по сравнению с КТ.

3.более широкозонный по сравнению с матрицей волновод; полная толщина волновода соответствует оптимальной для достижения наибольшего фактора оптического ограничения.

4.эмиттерные слои обеспечивают достаточно высокий оптический контраст с волноводом; градиентное легирование (снижение уровня легирования вблизи границы с волноводом) для снижения внутренних потерь.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 22, стр. 18