Лекции по гетеропереходам / курс лекций физика и технология полупроводниковых наноструктур / 23_Управление длиной волны КТ

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 23, стр. 11

Малые разрывы ширины запрещенной зоны в сочетании с невысокими различиями показателей преломления в этой системе приводят к тому, что в лазерной структуре трудно достичь одновременно высокий фактор оптического ограничения и слабое тепловое заселение волновода.

Это в свою очередь ухудшает температурные характеристики 1.3-мкм InGaAsP лазеров, для которых значения T0 типично составляют 60К. Использование системы материалов InGaAlAs на InP позволяет несколько улучшить характеристическую температуру до 90-110 K вследствие большей ширины запрещенной зоны InAlAs эмиттеров и большего отношения ∆EC/∆EV. Однако, эти значения T0 все еще много меньше чем типичные значения для 0.98-мкм InGaAs лазеров на подложках GaAs и которые требуются для работы лазера без термоэлектронного охлаждения

(~150K).

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 23, стр. 12

Сравнение характеристик эпитаксиальных структур для диапазона длин волн 1.3 мкм на подложках InP и GaAs.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 23, стр. 13

Система материалов GaAs/AlGaAs свободна от указанных недостатков. Длинноволновые лазеры, созданные в этой системе материалов, позволили бы достичь достаточно высокий фактор оптического ограничения и одновременно сохранить высокие потенциальные барьеры на границе активная область – волновод, подавляя тем самым тепловой выброс носителей. Ожидаемая характеристическая температура в GaAs-лазерах диапазона длин волн 1.3 мкм T0 ~ 180 K.

Возможные подходы к формированию активной области:

1.Сильно-напряженные квантовые ямы InGaAs (закритической толщины)

2.Квантовые ямы InGaAsSb

3.Квантовые ямы InGaAsN

4.Квантовые точки In(Ga)As

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 23, стр. 14

Длина волны излучения и интенсивность ФЛ от одиночного массива КТ InAs в матрице GaAs в зависимости от толщины осажденного InAs

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 23, стр. 15

Длина волны излучения КТ InAs/GaAs при комнатной температуре перекрывает диапазон 1.1-1.2 мкм с помощью управления количеством осажденного материала (размером КТ).

Для продвижения в большие длины волн используется чувствительность уровней размерного квантования к ширине запрещенной зоны окружающей матрицы.

QDs in GaAs QDs in InGaAs QW

Схематическая зонная диаграмма КТ в GaAs и во внешней квантовой яме

InGaAs.

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

Зависимость длины волны излучения при 300К массива КТ от содержания In в прикрывающей яме

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 23, стр. 18

Длина волны излучения КТ управляется тремя параметрами: 1. Количество InAs для формирования КТ, QInAs

2 и 3. Толщина квантовой ямы, Lz, и содержание In в яме, х, устанавливающие эффективную ширину запрещенной зоны ямы.

Одна и та же длина волны может быть достигнута при разном наборе этих параметров. Интенсивность ФЛ (и пороговая плотность тока в лазере) однако будут различны.

Для наивысшей интенсивности ФЛ в структурах заданной длины волны требуется минимизация полного количества осажденного InAs (снижается риск формирования дислокаций)

QΣ =QInAs + xLZ

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 23, стр. 19

Зависимость интенсивности ФЛ от полного количества InAs для структур типа QD-in-QW, излучающих на длине волны 1.3 мкм

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 23, стр. 20