Лекции по гетеропереходам / курс лекций физика и технология полупроводниковых наноструктур / 01_инжекционный лазер
.pdf
Максимальное значение КПД составляет:
peak |
|
η (jthρS ) |
|
ηC |
= |
|
|
(1+ 1+ x)2 |
|||
|
|
1. Максимальный КПД масштабируется с внешней дифференциальной эффективностью.
2. Макс. КПД не связан напрямую с геометрическими размерами диода 3. Макс. КПД уменьшается с удельным сопротивлением (в пределе
стремится к qVε0 ηD)
4. Макс. КПД возрастает с уменьшением пороговой плотности тока
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 1, стр. 11
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
D |
0,6 |
|
|
|
|
|
/η |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
2 |
|
|
η |
|
ρ=1E-5 Ом см |
|
|
||
( |
|
|
|
|
||
КПД |
|
|
|
|
||
0,4 |
ρ=1E-4 Ом см2 |
|
|
|||
Отн. |
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
0,0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
10 |
100 |
1000 |
10000 |
|
|
|
Пороговая плотность тока J |
, А/см2 |
|
||
|
|
|
|
th |
|
|
Зависимость относительного КПД от пороговой плотности тока при различных удельных сопротивлениях.
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 1, стр. 12
Основные требования к характеристикам лазерного диода
1.Длина волны задается применением (требование к активной области)
2.Низкое удельное последовательное сопротивление и отсутствие дополнительных бартеров (требование к конструкции эпитаксиальной структуры и изготовлению контактов)
3.Низкая пороговая плотность тока и высокая диф. эффективность (требование к активной области и конструкции лазерного диода)
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 1, стр. 13
Таким образом, две из трех важнейших характеристик лазерного диода напрямую связаны с типом и конструкцией активной области. Однако, существует и опосредованная связь.
Например, достижение низкого сопротивления приводит к желательности высокого легирования и снижению Al в эмиттерных слоях. В свою очередь, это означает возрастание потерь на свободных носителях и снижение оптического ограничения. Свойства активной области должны быть таковы, чтобы минимизировать этот эффект.
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 1, стр. 14
КПД является функцией порогового тока, дифференциальной эффективности и электрических характеристик. Большинство этих параметров зависят от конструкции лазерного диода (длина и ширина резонатора, коэффициенты отражения зеркал). Поэтому КПД может быть оптимизирован в определенных пределах с помощью оптимального выбора конструкции лазера.
С другой стороны, приборные характеристики лазера взаимосвязаны, и улучшение одного из параметров (например, снижение пороговой плотности тока и уменьшение последовательного сопротивления в результате увеличения длины лазера) приводит к ухудшению другого (в данном примере, снижению дифференциальной эффективности).
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 1, стр. 15
Взаимосвязь приборных параметров, их значения и возможные пределы оптимизации обусловлены внутренней структурой лазера – типом активной области, свойствами других эпитаксиальных слоев и многими другими факторами.
Одной из основных внутренних характеристик лазера является оптическое усиление. Ниже мы рассмотрим феноменологический подход к описанию пороговой плотности тока и дифференциальной эффективности через характеристики усиления активной среды лазера, а затем будет дан анализ взаимосвязи усиления с плотностью состояний активной области.
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 1, стр. 16