Лекции по гетеропереходам / курс лекций физика и технология полупроводниковых наноструктур / 02_феноменология усиления

Пороговая плотность тока – первичная характеристика (определяется внутренними характеристиками лазера и его активной среды)

Пороговый ток – приборная характеристика (определяется также и конструкцией прибора).

Ith = JthWL ≈ (J0 +αin β)WL + 2Wβ ln(1/ R1R2 )

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 2, стр. 21

Для снижения порогового тока требуется:

1.Низкие внутренние потери αin (требование к конструкции волновода и активной области)

2.Высокое дифференциальное усиление β и низкий ток прозрачности J0 (требование к активной области).

3.Высокие коэффициенты отражения граней R – требование к конструкции диода

4.Малые геометрические размеры резонатора (L и W - требование к

конструкции диода)

Минимальный порог достигается при наименьшей возможной длине резонатора:

Lmin =1 2ln(1R1R2 ) (ограничена существованием насыщенного усиления:

Gsat −αin

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 2, стр. 22

Однако:

1.Малая длина приводит к увеличению пороговой плотности тока (увеличивается удельное выделение тепла)

2.Высокие коэффициенты отражения приводят к снижению дифференциальной эффективности

3.Малая длина и ширина приводит к возрастанию последовательного сопротивления

4.Малая ширина – проблемы с латеральными модами более высокого порядка.

5.Минимальная длина резонатора ограничена характеристикой активной области

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 2, стр. 23

Таким образом, выбор конструкции лазерного диода (L, R1,2, W) не позволяет оптимизировать одновременно все приборные характеристики лазерного диода (диф. эффективность, пороговый ток, последовательное сопротивление).

Существуют некоторые оптимальные потери на вывод излучения, при которых достигается приемлемый вывод излучения при достаточно низком пороговом усилении. Конкретная конструкция резонатора определяется требованиями к выходной мощности (например при малой Pout максимизация КПД эквивалентна снижению Ith; при высокой Pout наиболее важно высокое ηD).

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 2, стр. 24

Оптимизация характеристик активной области (низкое J0 и высокие β и позволяют улучшить все приборные характеристики лазера.

Желательным случаем является резкое возрастание g(J), в то время как плотность тока прозрачности близка к 0. Тогда в широком диапазоне потерь Jth мало.

Поэтому оптимизация характеристик активной области является первоочередной задачей.

Конкретный вид зависимости усиление – ток определяется активной областью (точнее, плотностью состояний в активной области). Рассмотрим эту взаимосвязь.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 2, стр. 25