Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
(1,38 эВ). При заданной толщине активного слоя d в качестве переменного
параметра выступает состав соединения. Значительное улучшение ограничения
наблюдается при увеличении * от 0,1 до 0,2. На рис. 32, б показано
изменение ограничения в зависимости от d при х = 0,3. По мере уменьшения
толщины активного слоя свет все глубже проникает в Al0j3Ga0,7As и все
меньшая часть общей интенсивности сосредоточивается внутри активного
слоя. При увеличении d оказываются разрешенными моды более высокого
порядка. Из данных, приведенных на рис. 32, в, следует, что с ростом
порядка моды все большая часть света выходит за пределы активной области.
Таким образом, для достижения эффективного оптического ограничения
предпочтительны моды более низкого порядка.
На рис. 33 приведена зависимость коэффициента оптического ограничения Г
для основной моды от толщины активного слоя d и состава соединения. При d
<*%/п2 (^0,5 мкм) наблюдается резкое уменьшение Г вследствие того, что
толщина активного слоя становится меньше длины волны излучения.
Представление той доли интенсивности волноводной моды, которая
распространяется внутри активного слоя, с помощью коэффициента
оптического ограничения Г является важной концепцией для понимания
взаимосвязи между толщиной активного слоя и пороговой плотностью тока.
Картина дальнего поля Ч Картиной дальнего поля называется распределение
интенсивности излучения в свободном пространстве. На рис. 34 схематически
представлена картина дальнего поля для излучения ДГ-лазера. Полные углы
6у и 0lf измерен-
1 В литературе употребляется также термин "картина излучения в дальней
зоне". - Прим. псрев.
308
Глава 12
а
'0,5 0 0,5 " 1,0
^ Расстояние от центра активной области, мкм
-1,0 ~0,5 0 0,5- 1,0
Расстояние от центра активной о&ласти, мкм 1,0
~х =
'd=1,0мкм
Расстояние от центра активной области, мкм
Рис. 32. Распределение интенсивности излучения в волноводе на основе
двойной гетероструктуры [20].
а- изменение распределения в зависимости от молярной Доли AlAs при d =
0,2 мкм; б - изменение распределения в зависимости от d при х = 0,3; в -
изменение распределения в зависимости от порядка моды при постоянных jc и
d.
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
309
Рис. 33. Зависимость коэффициента оптического ограничения для
фундаментальной моды от толщины активного слоя при различных значениях х
в симметричном трехслойнсм диэлектрическом GaAs - А^Оа^Аэ-волноводе [20].
ные на уровне половины максимальной интенсивности, характеризуют
расходимость луча соответственно в плоскости перехода и перпендикулярно
ей. Обычно 0ц составляет ~10°, тогда как 0± принимает значительно большие
значения (35-60°) и зависит от толщины активного слоя и состава
соединения.
Картину дальнего поля можно получить, в первую очередь, исходя из расчета
пространственного распределения волн с ТЕ-поляризацией при z > 0. Для
этого используется волновое уравне-
Рис. 34. Картина дальнего поля полоскового ДГ-лазера. Показаны полные
углы на уровне половины максимальной интенсивности в плоскости перехода и
перпендикулярно ей.
310
Глава 12
80 70 * 60 % зо ^20 $
I 10 ^ о
I• Г 1....1" Г 1 I I I........I г I Г"|' г-Г
эс=о,во
^0,4 о" 4 W 0,30
г 2 = 0,39 • 2=0,30 ¦ а;=0,18 ж а:-0,12
-I-.,-). 1-1-1_____].1.1 t_____1_1__1.1
О 0,2 0,4 0,6 0,6 /,0 12 1,4 1,6 1,8 2,0 Толщина активного слоя d, мкм
Рис. 35. Зависимость полного угла на уровне половины максимальной
интенсивности от толщины активного слоя и состава соединения в GaAs -
AlGaAs-лэ-зерах [49].
ние (24), в котором е заменено на е0 для свободного пространства:
°о ,2
j S'tJ (х, 0) exp (/ sin 0±kbxydx
cos2 0
HA
1(0)
±
J & У (X7 0)
dx
(36)
В случае симметричного трехслойного волновода (ДГ-лазер) в уравнение (36)
может быть подставлено выражение для электрического поля из уравнений
(25) и (28). На рис. 35 приведены данные расчета и экспериментальные
результаты для угла 0±, полученные при исследовании картины дальнего поля
GaAs - AlGaAs-лазера [49]. Сплошными и штриховыми линиями представлены
кривые расходимости излучения основной моды, вычисленные из уравнения
(36). Часть кривых, изображенных штриховой линией, соответствует толщине
активного слоя, при которой возможны моды более высокого порядка.
Экспериментальные результаты и данные расчета находятся в хорошем
согласии. Для типичного значения толщины активного слоя 0,2 мкм ДГ-лазера
на основе GaAs - Al0,3Ga0>7As угол 0± составляет 50°.
На рис. 36 изображена базовая структура лазера с плоским волноводом, в
котором излучающей является вся площадь перехода. Следует, однако,
отметить, что гетеролазеры в основном имеют полосковую геометрию; на рис.
36 показаны две структуры
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
311
воль (ppamffa# проволока 0 /2 мкм
Металл
юны
п~или р-6а/Г$ (Активный слой) n-/ttTOahx /Js
Окисе.
р+-6аА
.р~Л1хОв!-Х
Подложке
а
S
Рис. 36. ДГ-лааеры с полосковой геометрией [50].
а - с использованием окисной изоляции; б - с использованием протонной
