Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 23 показан диапазон длин волн, который перекрывают лазеры на
основе полупроводниковых соединений. Выбирая соответствующий состав
соединения для лазера, можно получить излучение с любой требуемой длиной
волны из широкого спектральдого диапазона 0,3-30 мкм.
Рис. 54 иллюстрирует температурную перестройку излучения ДГ-лазера на
основе РЬТе-Pbj_xSnxTe [74]. Регулируя температуру теплоотвода в пределах
10-120 К, можно изменять длину волны излучения примерно от 9 до 16 мкм.
Это изменение в основном обусловлено эффектом расширения запрещенной зоны
в соединениях типа A!IIBVI при увеличении температуры.
20
20
18
16
18
16
И
Ч10
4 8 %
I 6
Ч
^ 4
h-&--й-Электрический
и тепловой контакт
-В
-10
Электрический контакт -8
--------!_____I________I_______I_______I ! i i i I_I_г
0 10 20 30 40 50 60 70 60 90 100 110 120
-ю
Температура теплоотвода, К
Рис. 54. Изменение длины волны излучения и порогового тока в зависимости
от температуры. На вставке показана структура ДГ-лазера на РЬТе - PbSnTe
334
Г лого 12
Подвергая лазерный диод действию гидростатического давления, можно
достичь смещения линии излучения в очень широком диапазоне. Изменение
ширины запрещенной зоны в некоторых бинарных соединениях (например, InSb,
PbS, PbSe) при изменении гидростатического давления происходит по
линейному закону. За счет увеличения гидростатического давления до 14
кбар можно обеспечить перестройку линии излучения лазера на PbSe,
работающего при 77 К, в диапазоне 7,5-22 мкм [731.
Диодные лазеры могут также перестраиваться под действием магнитного поля.
Для полупроводников с сильной анизотропией эффективных масс положение
магнитных энергетических уровней зависит от ориентации приложенного
магнитного поля по отношению к оси кристалла. Как зона проводимости, так
и валентная зона имеют свои энергии квантования уровней Ландау. При
увеличении магнитного поля происходит увеличение энергетических
интервалов между разрешенными переходами, вызывающее изменение длины
волны излучения. Под действием магнитного поля 10 кГс, приложенного в
направлении (100), лазер на основе Pbo^Siio^iTe при Г = 7 К
перестраивается по длине волны излучения от 15 до 14 мкм.
12.5.5. Деградация лазеров [20]
Деградация инжекционных лазеров обусловлена целым рядом механизмов.
Выделяют три основных типа деградации: 1) катастрофическое разрушение; 2)
образование дефектов темных линий; 3) постепенная деградация.
Катастрофическая деградация происходит под действием больших мощностей
излучения, приводящих к непрерывному повреждению зеркал лазера вследствие
образования на их поверхности ямок и канавок. В результате модификаций
структуры прибора, уменьшающих поверхностную рекомбинацию и поглощение,
мощность излучения может увеличиться до предельного значения, при котором
происходит разрушение лазера [75].
Дефекты темных линий представляют собой сетку дислокаций, которая может
формироваться в процессе работы лазера и внедряться внутрь резонатора.
Появившись, она может широко разрастись в течение нескольких часов и
вызвать увеличение плотности порогового тока. Для уменьшения вероятности
образования дефектов темных линий следует использовать высококачественные
эпитаксиальные слои, выращенные на подложках с низкой плотностью
дислокаций, а также обеспечивать тщательное соединение лазера о
теплоотводом для минимизации напряжений.
ДГ-лазеры могут работать в течение длительного времени с относительно
медленной деградацией, если устранить условия,
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
335
> 500
JT=2,9 кЛ/см2
Непрерывная и
импульсная
генерации
•./'А-д---------
/00
J_______!____I I I I I I
/Ш7
Время работы, ч
Рис. 55. Зависимость порогового тока от времени работы ДГ-лазера на InP-
GalnAsP в режиме непрерывной генерации [44].
которые вызывают мгновенное катастрофическое разрушение и быструю
деградацию, обусловленную образованием дефектов темных линий. Так,
например, в ДГ-лазерах на основе GaAs-AlGaAs, работающих в режиме
непрерывной генерации в течение более 2,6-104 ч (3 года) при температуре
30 °С, не обнаруживалось признаков деградации [76]. Экстраполяция этих
данных на температуру теплоотвода 22 °С дает срок службы более 10е ч
(окопо 100 лет). На рис. 55 приведена зависимость порогового тока от
времени работы в режиме непрерывной генерации для ДГ-лазе-ров на основе
Gain-AsP-InP [44 ]. После 8000 ч работы характеристики лазера с низким
значением порогового тока (Jth = = 2,9 кА/см2) остались прежними, а в
лазере с высоким пороговым током существенно увеличилось тепловое
сопротивление, но признаки внутренней деградации отсутствовали. Имеются
все основания полагать, что срок службы, достигнутый для ДГ-лазе-ров на
GaAs, может быть также получен и для лазеров, излучающих в более
длинноволновой области. Лазеры с длительным сроком службы необходимы для
волоконно-оптических систем дальней связи, а также для ряда других
систем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Round Н. J. A Note on Carborundum, Electron World, 19, 309 (1907).
