Скачиваний:
66
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
372.12 Кб
Скачать

металл

металл

Схематическое изображение путей протекания тока (красные линии) и концентрации носителей в активной области (желтая область) в лазере полосковой конструкции

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 13, стр. 31

В приближенном рассмотрении можно полагать, что растекание тока имеет место на расстояния ∆W в обе стороны полоска при сохранении в пределах всей области одинаковой плотности тока.

Тогда, на пороговый ток с учетом растекания, измеряемый в лазере полосковой конструкции:

Ith ≈ (W + 2W )Ljth

Оценка пороговой плотности тока с помощью приведения порогового тока к геометрическим размерам полоска будет давать завышенное значение по отношению к истинной пороговой плотности тока:

Ith /W > jth

Построение зависимости измеренного порогового тока от ширины полоска позволяет определить истинное значение пороговой плотности тока и характерную длину латерального растекания

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 13, стр. 32

 

0,50

4-156

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,45

L=1 мм

 

 

 

 

 

0,40

 

 

 

 

 

 

 

0,35

 

Эксперимент

 

 

 

 

 

Линейная экстрполяция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(DW=8 мкм; j

2

 

 

 

th

0,30

 

=160 А/см )

 

 

 

I

 

th

 

 

 

 

ток

0,25

 

 

 

 

 

 

Пороговый

 

 

 

 

 

 

0,20

 

 

 

 

 

 

0,15

 

 

 

 

 

 

 

2DW

 

 

 

 

 

 

0,10

 

 

 

 

 

 

0,05

 

jthL

 

 

 

 

0,00

 

 

 

 

 

 

 

-50

0

50

100

150

200

250

 

 

 

Ширина полоска W, мкм

 

 

Зависимость пороговой плотности тока от ширины полоска в лазерах с широким полоском

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 13, стр. 33

Исходная эпитаксиальная структура

контактный слой

эмиттер

волновод

эмиттер

подложка и буфер

Лазер с гребешковым волноводом

изолятор

Лазер с широким полоском

металл

изолятор

металл

Лазер с зарощеной гетероструктурой

блокирующий слой

Примеры конструкций полосковых полупроводниковых лазеров

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 13, стр. 34

Простейшая структура полоскового лазера (так называемый лазер с широким полоском) может применяться в тех случаях, когда не требуется достижение пространственно-одномодового режима (в многомодовых лазерах). При ширине полоска около 100 мкм латеральное растекание тока (типично ~ 10 мкм) дает пренебрежимый вклад в пороговый ток.

Наилучшее подавление растекания и наилучшее латеральное ограничение световой волны достигается в так называемый зарощеных гетероструктурах. Формируются травление глубоких мез (сквозь волновод и активную область лазера) с последующим повторным заращиванием полупроводниковым материалом с меньшим показателем преломления и большей шириной запрещенной зоны.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 13, стр. 35

Этот метод типично применяется в материалах InGaAsP и не приемлем для Al-содержащих структур. Вследствие высокой химической активности Al возникают проблемы с интерфейсной рекомбинацией.

Зарощенная гетероструктура вследствие типично большого скачка показателя преломления требует весьма малой ширины (~3 мкм) для стабильного одномодового режима. В сочетании с большой глубиной травления это налагает жесткие требования к пост-ростовой технологии.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 13, стр. 36

Более простая схема – так называемый лазер с гребешковым волноводом. Глубина травления мезы меньше (только заглубление в верхний эмиттер). Поскольку нет вскрытия активной области, могут быть использованы различные диэлектрические материалы для формирования областей с малым показателем преломления. Однако, поскольку световая волна только слегка проникает в эти области (хвостами), эффективный скачок показателя преломления мал, и таким образом ширина одномодовой структуры может быть больше (~5 мкм). Однако, степень подавления растекания тока в гребешковом волноводе ниже.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 13, стр. 37

Single spatial mode up to 240mW output.

Far Field Pattern

300mA

in the p-n-junction plane

250mA

52-TR324

200mA

CW T=20oC

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Angle, degree

Угловое распределение интенсивности лазерного излучения в латеральном направлении.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 13, стр. 38

О модовом характере излучения лазера можно судить по картинами углового распределения интенсивности лазерного излучения (дальние поля), сканируя в плоскости p-n перехода (латеральное распределение) или перпендикулярно плоскости (поперечное распределение).

На приведенном примере одномодовый характер излучения сохраняется вплоть до токов ~250 мА (мощности ~240 мВт). Далее происходит совместное излучение фундаментальной моды и моды более высокого порядка, что проявляется в отклонении формы картины дальнего поля от гауссовской. Причина перехода к многомодовой генерации заключается в выгорании “пространственных провалов” (spatial hole burning), т.е. недостаточно быстрым темпом диффузии носителей заряда к средней части волновода.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 13, стр. 39

Одна из проблем полупроводникового лазера полосковой конструкции

– существенное различие угловой расходимости луча в латеральном и поперечном направлениях (типично, 400 и 100, соответственно).

Асимметрия луча приводит к трудностям с фокусировкой.

А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 13, стр. 40