Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
качестве ограничительных областей применялись слои Al0>4Ga0)eAs, а
нелегированная активная область содержала шесть квантовых ям из слоев
GaAs толщиной Lz ^ 120 А, разделенных пятью барьерными слоями
Alo,3Gao,7As толщиной .-"Л20 А. Потенциальные преимущества лазеров с
квантовыми ямами состоят в высокой квантовой эффективности, низком
Пороговом токе (~1 мА и менее) и слабой чувствительности к изменениям
температуры.
326
Г лат 12
12.5.2. Выходная мощность и спектры излучения
На рис. 47 приведена типичная зависимость мощности ДГ-ла-зера при
возрастании тока от низких значений, характерных для спонтанной эмиссии,
до значений, превышающих порог лазерной генерации. Вставка на рисунке
поясняет схему детектирования, которая использовалась для измерения
интенсивносги излучения лазерного диода. На начальном участке,
соответстру-ющем спонтанной эмиссии, интенсивность излучения
(пропорциональная току детектора) медленно растет с увеличением тока,
протекающего через диод, а после возбуждения лазерной генерации резко
возрастает. Экстраполяция этой кривой к нулевому значению тока /D,
показанная штриховой линией, дает значение порогового тока. Плотность
порогового тока Jth равна /^/Л,
Рис. 47. Зависимость мощности излучения оч тока накачки ДГ-лазера на GaAs
- AJxG^"_xAs при комнатной температуре. На вставке приведена схема
измерения 120j.
Светодиоды и полупроводниковые лсиеры
327
25°С 35 45 5665 75 85 95 105
\ 11 / /
НепрерывнаяГ генерации
wo----------Ж
Ток инжекции, м/1 а
т
100 \ 60 k 60 . tо
го 40 60 во 100 120
Температура теплоотвода, °С б
Рис. 48. Зависимость мощности излучения от тока накачки полоскового GaAs
- А1хОа^_жА5-гетеролазера g зарощенным активным слоем (а) и зависимость
порогового тока в режиме непрерывной генерации от температуры (б) [65].
где А - активная площадь. Из графика на рис. 47 можно получить также
дифференциальную квантовую эффективность
zzz A1d/AIl.
(57)
Для приведенного примера ric ^ 30 %. Температурная зависимость порогового
тока полоскового лазера с зарощенным активным слоем для режима
непрерывной генерации (рис. 44, д) приведена на рис. 48. Зависимость
мощности излучения от тока ин* жекции при непрерывной генерации (рис. 48,
а) для различных температур теплоотвода в диапазоне 25-115°С почти
идеально линейна. Зависимость порогового тока от температуры приведена на
рис. 48, б. Пороговый ток экспоненциально возрастает с увеличением
температуры:
lth ~ ехр (77Го),
(58)
328
Глава 12
8300 6200 8100 в ООО 7900 7800 7700 1600
Длина волны, И
Рис. 49. Спектры излучения диодного лазера при токах накачки ниже
порогового, вблизи порогового и выше порогового значений, иллюстрирующие
эффект сужения полосы излучения при переходе к режиму лазерной генерации
[21].
где Т - температура теплоотвода, °С, а показатель Т0, равный 110 °С,
сравним по величине с аналогичным показателем для обычных ДГ-лазеров.
Режим спонтанной эмиссии, наблюдающийся при низких токах, характеризуется
широким спектром излучения (полуширина спектра обычно составляет 100-500
А). При возрастании тока до значений, близких к пороговому, спектр
излучения становится уже. На рис. 49 приведены спектры для различных
значений тока, иллюстрирующие эффект сужения полосы излучения при
переходе к режиму лазерной генерации.
На рис. 50 показан спектр излучения полоскового ДГ-лазера, полученного
протонной бомбардировкой, на основе структуры InP - GalnAsP. При токах,
незначительно превышающих пороговый ток (145 мА), возникает довольно
много линий излучения, которые разделены практически равными интервалами
АХ ~ 7,5 А. При более высоких значениях тока (/ = 155 мА) наблюдается
тенденция к преобладанию в спектре единственной линии вблизи 1,285 мкм,
характерной для одномодовой генерации. Эти линии излучения соответствуют
продольным модам. Выведем основные соотношения для этих мод.
Для структуры, изображенной на рис. 29, а, получим основное условие
отбора мод в продольном направлении (^-направление), вытекающее из того,
что на длине полупроводника L между отражающими плоскостями должно
укладываться целое число полуволн:
(59)
или rrik = 2Lti,
(60)
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
329
1
I
I
1
I
!
P'lnP
Область In Р, подвергнутая протонной бомбардировке _ ' п~6а,-х1пхИSi-y Рц
т л
- - Бишерный слои п- In Р -Подложка п~1пР
1=155 мА
ш
1-115 мА
1,275 1,280 1,285
Длина волны, мкм
1,250
Рис. 50, Спектры излучения ДГ-лазера на InP - GalnAsP, измеренные с
высоким разрешением [44].
где Я - показатель преломления среды, соответствующий длине волны X.
Интервал АХ между этими разрешенными продольными модами представляет
собой разность в длинах волн, соответстзу-ющих целым числам т и т + 1.
Дифференцируя уравнение (63) по X, получим для больших т
а 1 ^ Дай /с j \
Л " 2nL[[-(k/n) (dn/dk)] ' { '
Член в квадратных скобках связан с дисперсией. В газовых лазерах п почти
не зависит от X и дисперсионный член дает лишь малую поправку.
