ірювалися з залежностей граничної щільності струму від довжини резонатора і диференціальної ефективності від втрат на вихід. Фактор оптичного обмеження оцінювався виходячи з відомих даних електронної мікроскопії геометричних розмірів точок. Отримане значення максимального «питомої посилення» становить 1.5 Ч 10? 5 см? 1 [7], що більш ніж на порядок перевершує значення для лазерів на квантових ямах. Внаслідок лінійної залежності між посиленням і струмом, диференціальне посилення в лазерах на квантових точках зростає також більш ніж на 3 порядку [101] по відношенню до лазерів на квантових ямах і досягає величин порядку 10? 12 см 2.
Зростання посилення є прямим наслідком розмірного квантування у квантових точках. Останнє зменшує число станів, яке необхідно заповнити для досягнення певного посилення. Основними факторами, що знижують посилення при певній щільності струму, є теплової викид носіїв з квантових точок і витоку через безизлучательним рекомбінацію в матеріалі бар'єру.
Погіршення характеристик лазера на квантових точках при температурах вище 150? 180 K обумовлено недостатнім посиленням. Для збільшення посилення необхідно або підвищити однорідність масиву квантових точок, що в принципі може бути досягнуто шляхом оптимізації режимів вирощування, або шляхом збільшення концентрації точок, що досягається шляхом використання вертикально пов'язаних квантових точок (ВСКТ) [71-74]. Перевага вертикально пов'язаних КТ це - поряд з великим коефіцієнтом оптичного обмеження, можливість більш швидкої релаксації носіїв в основний стан, менший час випромінювальної рекомбінації [7] і можливість ефективного тунелювання електронів і дірок між точками в сусідніх рядах, яка відсутня у випадку рядів ізольованих КТ.
Лазери на вертикально пов'язаних квантових точках демонструють набагато більшу оптичне посилення, а насичення посилення в них відсутнє аж до коротких довжин резонатора. Вони демонструють генерацію через основний стан квантових точок до кімнатної температури, і довжина хвилі генерації слід за температурної залежністю ширини забороненої зони GaAs. Гранична щільність струму різко зменшується до величин порядку 90 А/см 2 (300 K) при збільшенні числа циклів складування до 10 (рис. 16). Даний ефект обумовлений збільшенням посилення внаслідок зростання фактора оптичного обмеження. Диференціальна ефективність також зростає зі збільшенням N , досягаючи 50% при N =10. Невисокі значення диференціальної ефективності обумовлені низькою величиною внутрішньої квантової ефективності (0.5), що означає, що істотна частина носіїв рекомбинирует безвипромінювальної, найбільш ймовірно в GaAs, покриваючому квантові точки, який осідає при низькій температурі 480? C.
Малюнок 28. Залежність щільності порогового струму від циклів осадження InAs або InGaAs для інжекційного лазера на вертикально пов'язаних квантових точках
Довжина хвилі лазерного випромінювання в залежності від температури наведена на вставці справа вгорі (рис 28). Спектр випромінювання представлений на вставці справа внизу.
Хороші динамічні характеристики лазера на КТ слідують з малих часів релаксації носіїв в основний стан і великих коефіцієнтів диференціального посилення. Прямі вимірювання частоти відсічення лазера на КТ дають величину порядку 10 ГГц [4].
Інший важливий аспект, що характеризує роботу лазера при високих частотах, - це фактор спектрального уширения лінії генерації. Всякий пік поглинання або посилення обумовлює модуляцію коефіцієнта заломлення поблизу енергії відповідного резонансу згідно співвідношенням Крамерса-Кроніга. Таким чином, довжина хвилі фотона в кристалі може змінюватися за час імпульсу струму накачування. Цей ефект описується фактором спектрального уширения лінії (б). У разі структур з квантовими ямами форма спектра поглинання або посилення є сильно асиметричною, що обумовлює велику величину б (від одиниці до двох). Навпаки, у разі структур з квантовими точками спектр поглинання і підсилення понад сімметрічені має гауссову форму. Таким чином, похідна по енергії і, відповідно, зміна коефіцієнта заломлення в області максимуму поглинання або посилення дорівнюють нулю. Експериментально виміряні величини б складають? 0.5, що пов'язано з кінцевим внеском збуджених станів КТ в спектр посилення поблизу порогу генерації, яке обумовлює деяку асиметричність профілю коефіцієнта посилення [4].
Умова прозорості в КТ реалізується тоді, коли КТ захоплює одне екситон. У цьому випадку ймовірності випроменити або поглинути квант світла з утворенням біекситона рівні. Слід, однак, відзначити, що, у загальному випадку, енергії екситонного і біекситона стану в КТ різні, і заселення КТ одним екситоном може призводити одночасно до появи лінії екситонного посилення і ліні...
