Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
генерации, т. е. не создаются условия, при которых световая волна
проходит через резонатор без затухания:
R ехр [(Г^ - a) L] = 1, (53)
или = а -J- -?~ In ) > (54)
где g - пороговый коэффициент усиления; Г - коэффициент оптического
ограничения; а - потери на излучения на единице длины \
обусловленные поглощением на свободных носителях и рассеянием
на дефектах; L - длина резонатора; R -
коэффициент отражения зеркал резонатора (при разных коэффициентах
отражения зеркал резонатора R = Из урав-
1 То есть коэффициент поглощения. 500
Прим. перев.
V
I
а
^400
$
I 300
200
5S
f 100 %
О
. баЛз * /.
Т=297К
. N^-<Vv=*'W17cm-3
| -j 1 - 1 I_. I
0 2 4 6 8 10 12 f4
Номинальная плотность тока, 103/1/^ 2-мкм)
Рис. 41. Зависимость коэффициента усиления от номинальной плотности тока.
Штриховой линией представлена линейная зависимость [56].
318
Глава 12
ЗСС 0 г
Толщина сктибнэга слал d, икн
Рис. 42. Сравнение экспериментальной и рассчитанной по уравнению [55]
зависимостей Jth от толщины активного слоя [57].
нений (51), (52) и (54) можно получить выражение для пороговой плотности
тока [57]
J о d <?ог|Г
а
L
In
т
(55)
Для снижения пороговой плотности тока можно увеличивать ц, Г, L и R, а
также уменьшать d и а. На рис. 42 приведены для сравнения
экспериментальные результаты [57 ] и теоретические кривые, рассчитанные
по уравнению (55). С уменьшением d пороговая плотность тока уменьшается,
достигает минимального значения, а затем снова возрастает. Увеличение Jth
при очень малых толщинах активного слоя обусловлено ухудшением
оптического ограничения. При заданных d уменьшение Jth с увеличением а:
(молярной доли AlAs) происходит вследствие улучшения ограничения.
Аналогичные результаты были получены для ДГ-ла-зеров на основе InP-
GaJn^ASjiV,,, - InP [58, 59]. При этом в лазерах с активным слоем из
Ga0)25In0j75As0]54P0)1(; (X = = 1,23 мкм) толщиной ~0,2 мкм минимальное
значение Jth при комнатной температуре состазляет ~1,5 кА/см2.
Светодиоды и полупроводниковые лазеры
ЗГ9
12.5. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ
12.5.1. Лазерные структуры
Низкая пороговая плотность в гетеролазерах обеспечивается двумя
факторами: 1) ограничением носителей энергетическими барьерами между
активной областью и слоем полупроводника с более широкой запрещенной
зоной и 2) оптическим ограничением за счет резкого уменьшения показателя
преломления за пределами активной области. В разд. 12.4 были рассмотрены
ДГ-лазеры, в которых ограничение обоих типов происходит внутри активного
слоя на одной и той же толщине.
Для создания гетеролазеров используются и некоторые другие
гетероструктуры [60]. На рис. 43, а показана последовательность слоев в
гетеролазере с раздельным ограничением и приведены зависимости ширины
запрещенной зоны, показателя преломления и распределение интенсивности
света в направлении, перпендикулярном плоскости перехода. Скачок Eg на
границе между GaAs и Al0,iGa0j9As достаточен для того, чтобы ограничить
число носителей внутри слоя толщиной d, в то же время скачок п на этой
ч &
ч к 1 ?
<3 •V-. 31 §
t 1- т * * \ ч.
<5. Cl с-
! ! -W-¦ 1 1 ! 11
I I II
j - 4- и_I I I
-f->) I W [ Излучение \ I I ! | | ! f '
а
ч Ч Ч 8
5? ? ?>
X Л' 1
+• 1 > -к \ %
ч <5 И:
1 1 1 1 ! 11
Ряс. 43. Энергетическая диаграмма, показатель преломления и интенсивности
света в трех типах гегеролазеров [60].
а - ДГ-лазер с раздельным ограничением; б - ДГ-лазер с расширенным
волноводом; в - четырехслойный 1етеролазер.
320
Глава 12
границе не обеспечивает оптического ограничения. Большая величина скачка
показателя преломления между Al0,3Gao,7As и Al0,iGa0)9As служит для
оптического ограничения и формирует оптический волновод толщиной W. В
такой структуре была получена низкая пороговая плотность тока Jth 500
А/см2.
Четырехслойный гетеролазер с расширенным волноводом (рис. 43, б) имеет
структуру, аналогичную структуре ДГ-лазера с раздельным ограничением, за
исключением того, что в нем в качестве волновода используется р - n-
гомопереход, который помещен между двумя гетеропереходами. Большая часть
тока, протекающего через переход, обусловлена инжекцией электронов в p-
слой, который играет роль активной области. Гетеропереход p-GaAs/p-Ala-
Ga^As обеспечивает оптическое и электронное ограничения. Преимущество
таких лазеров состоит в том, что в них в отлцчие от ДГ-лазеров увеличение
толщины оптического волновода W достигается без существенного возрастания
Jth. Поскольку в этих лазерах сечение оптического волновода может быть
увеличено, то по сравнению с ДГ-лазерами они могут излучать большую
мощность.
На рис. 43, в показан четырехслойный гетеролазер, в котором слой п-GaAs
заменен слоем "'-Al^Ga^As с у - 0,1-0,2. Эта структура может работать в
режиме генерации основной поперечной моды при сравнительно низкой
плотности Jth, имеет высокую выходную мощность и относительно небольшую
расходимость луча.
Большинство гетеролазеров имеет полосковую геометрию, аналогичную той,
