Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
Спектральный интервал между продольными модами обратно пропорционален
длине L. У полупроводниковых лазеров вследствие их малых размеров
интервал АХ значительна больше, чем у газовых лазеров.
На рис. 51, а приведено относительное распределение интенсивности
излучения гетеролазера с квантовыми ямами на основе Al0)3Ga0)7As - GaAs
(шесть квантующих и пять разделительных слоев, каждый толщиной Lz = 120
А), работающего в режиме непрерывной генерации при Т - 300 К. Пик линии
излучения на длине волны 0,8732 мкм соответствует переходу с энергией
330
Глава 12
Энергия, эв 1,416 1,418 1,422
sItojOaQi/ls
Ga/ls
Lz =120/1
- 300 К
Н7
Л, мкм а
50 100
I, мА 5
Рис. 51. Спектр излучения
AlGaAs - GaAs-гетеролэзера с квантовыми ямами, работающего в режиме
непрерывной генерации при температуре 300 К (а), и зависимость мощности
излучения от тока накачки (б) [78].
й(д = (Eg + ?i + Ehhl - йо)/.о), где fto)L0 - энергия продольного
оптического фонона (рис. 46, в). На рис. 51, 6 приведена соответствующая
ватт-амперная характеристика. Дифференциальная квантовая эффективность
(уравнение (57)) равна 85 %. Температурная зависимость порогового тока
описывается уравнением (58) с Го = 220 °С. Таким образом, лазеры с
квантовыми ямами менее чувствительны к температурным изменениям, чем
обычные ДГ-лазеры.
12.5.3. Задержка включения и частота модуляции
При пропускании через лазер импульса тока с амплитудой, достаточной для
получения стимулированного излучения, генерация излучения обычно
начинается с задержкой, равной нескольким наносекундам (вставка на рис.
52). Время задержки td связано с временем жизни неосновных носителей.
Для вычисления времени задержки рассмотрим уравнение непрерывности для
электронов в полупроводнике р-типа. Предположим, что через активный слой
d протекает ток / постоянной величины и концентрация инжектированных
электронов п много больше равновесной концентрации. Тогда уравнение
непрерывности примет вид
dn/dt - UqAd - n/xet (62)
где А - площадь, а те - время жизни носителей. Первый член уравнения
представляет собой постоянную скорость генерации, а второй - скорость
рекомбинации. Аналогичное выражение
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
331
можно записать для дырок в активном слое /г-типа. Решение этого уравнения
при п (0) = 0 имеет вид
п (/) = (TeI/qAd) [ 1 - exp (-Цте)} (63)
или
I
t
In
I - qn (t) Ad/xe
Когда n (i) достигает порогового значения, n (t) = nih и lih
(64)
qnlhAdiv Так как при n (f) времени задержки имеет вид
nth, t - Ut то выражение для
td - %e\n ( i_ Jth )•
(65)
Если перед включением импульса через лазер пропускается ток, то решение
уравнения (60) при начальном условии п (0) = I^JAqd будет иметь вид
^ = т? In [(/-/0)/(/(66)
Экспериментальные результаты, иллюстрирующие изменение задержки включения
лазера при увеличении тока сверх его порогового значения при различных
концентрациях акцепторной примеси в активном слое, приведены на рис. 52
[71 ). В соответствии
Рис. 52. Зависимость времени задержки от тока. Время задержки показано на
вставке [71 ].
о ^=2'Ю17см-*
cN/4=2,5-W,eCM~3 ±NA=9'10i8CM-3 • Nj=2,7 ¦ !019см~з
T=300K
2 4 6 8 10 12 14-
Время задержки , не
332
Глава 12
Zb\
l/lth = 1,02 1,05 1,1 1,2 tt
¦в|5Ш
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Частота млдцляции, ГГц,
Подложка
п~1пР(Ш
-236 мА
Рие. 53. Зависимость нормированной мощности излучения от частоты
модуляции. На вставке показана структура лазера [72].
с уравнением (65) наблюдается логарифмическая зависимость времени
задержки td от тока; с увеличением NA время задержки уменьшается
(поскольку уменьшается время жизни неосновных носителей).
Источники излучения, предназначенные для волоконно-оптических линий
связи, должны обеспечивать возможность осуществления высокочастотной
модуляции. ДГ-лазеры на основе GaAs и GalnP обладают хорошими
модуляционными характеристиками в пределах гигагерцевого диапазона
частот. На рис. 53 приведена зависимость нормированной выходной мощности
модулированного излучения от частоты модуляции для ДГ-лазерного диода на
основе GalnAsP - InP [72]. Диод излучает на длине волны 1,3 мкм и
непосредственно модулируется синусоидальным током, наложенным на
постоянный ток накачки. При токе накачки, превышающем значение порогового
тока в 1,3 раза, мощность излучения на выходе практически не изменяется.
12.5.4. Лазерная перестройка [73]
Длину волны излучения полупроводникового лазера можно регулировать путем
изменения тока диода или температуры теплоотвода, а также с помощью
магнитного поля или давления. Такие достоинства полупроводниковых
лазеров, как возможность перестройки длины волны узкой линии излучения,
высокая стабиль-
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
333
ность, низкая потребляемая мощность, простота конструкции, открывают
широкие перспективы их применения в промышленности и фундаментальных
исследованиях, таких, как молекулярная и атомная спектроскопия, газовая
спектроскопия высокого разрешения и контроль загрязнений атмосферы.
