Скачиваний:
52
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
416.89 Кб
Скачать

InP 1.4 эВ InGaAsP 1.3 эВ InGaAs 0.95 эВ

InP 1.4 эВ

InGaAsP 1.1 эВ InGaAs 0.95 эВ

AlGaAs 1.8 эВ GaAs 1.4 эВ

??? 0.95 эВ

Схематическое

изображение конструкции, распределения носителей и оптической моды в лазерах 1.3 мкм на основе InGaAsP и GaAs.

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.

 

 

 

На InP

 

На GaAs

 

Размер коммерческих

мало-

Малый (2”)

 

Большой (6”)

 

дислокационных подложек n-

 

 

 

 

типа

 

 

 

 

 

 

Плотность дефектов

ком-

Средняя (< 1000)

 

Низкая (< 500)

мерческих подложек n-типа

 

 

 

 

Максимальный

 

разрыв

Низкий/средний

 

Высокий

 

запрещенной зоны, Eg

 

390 мэВ (InP)

 

1050 мэВ

 

 

 

 

550 мэВ (In0.51Al0.49As)

(Al0.8Ga0.2As)

 

Максимальный

оптический

Средний

 

Высокий

 

контраст, n

 

 

0.3 (InP/In0.52Ga0.480.As)

0.44 (GaAs/AlAs)

Активная область

 

 

Легко

 

Сложно

 

 

 

 

Квантовые ямы

или

Квантовые

ямы

 

 

 

эпитаксиальные

слои

InGaAsN

или

 

 

 

InGaAsP

 

GaAsSb,

КТ

 

 

 

 

 

InGaAs

 

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

 

1200

QD PLI

 

 

1.0

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.8

 

λ, nm

1100

 

 

 

 

units

 

 

 

 

0.6

Wavelength

 

 

 

 

QD PLI, arb.

1000

 

 

 

0.4

 

 

 

 

 

 

900

 

 

 

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

2

3

0.0

 

 

4

 

InAs effective thickness QInAs, ML

нет формирования

оптимальные КТ

КТ (двумерный рост)

(однородные,

нет дислокаций)

начальные КТ (высокая неоднородность)

большие КТ (возникают дислокации)

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ~1.1 µm

 

 

λ~1.3 µm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схематическая зонная диаграмма КТ в GaAs и во внешней квантовой яме

InGaAs.

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

 

 

 

 

300 K

 

 

 

 

 

Lz=4 nm

 

a.u.

x=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PL intensity,

0.25

 

 

 

 

0.3

 

 

 

 

0.35

 

 

 

 

 

0.4

 

 

 

 

 

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

 

 

Wavelength, µm

 

Эволюция спектров ФЛ при 300К массива КТ InAs, помещенного в квантовую яму InGaAs, с изменением состава In в яме.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 23, стр. 17

Wavelength, µm

1,30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

300 K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,25

 

 

 

 

 

Lz=4 nm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,20

1,15

1,10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

InAs mole fraction in QW

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

. ед.

25

 

 

 

 

20

 

QΣ=QInAs+x+Lz

 

ФЛ, отн

 

 

 

 

15

 

 

 

 

Интенсивность

10

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

04

5

6

7

8

 

 

 

Q Σ , МС

 

 

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