ї біекситона поглинання. Якщо неоднорідне розширення ліній менше, ніж енергетична різниця між енергіями екситона і біекситона в КТ, то можливий чисто екситонні механізм посилення. Слід також відзначити важливість вкладу заряджених екситонів в спектр посилення [10].
Якщо можливість транспорту носіїв між сусідніми КТ відсутній (що типово при низьких температурах), тоді ймовірність захоплення екситонів і носіїв в КТ не залежить від температури. При високих температурах термічний викид носіїв з більш дрібних КТ може призводити до переважного заселенню глибших КТ. Поведінка спектрів посилення різному в цих двох випадках: у першому випадку максимум посилення не змінює свого положення при збільшенні струму накачування, у другому випадку він зміщується в бік великих енергій [11].
Поверхнево випромінюючі лазери на КТ, що працюють при оптичному збудженні при низьких температурах через основний стан КТ, були отримані в роботі. Інжекційні лазери на вертикально складованих ізольованих КТ були реалізовані в роботі. Гранична щільність струму при кімнатній температурі склала? 500 А/см 2, а генерація здійснювалася через порушені стану КТ. При використанні структур з 7-мікронної апертурою в окисле AlO для зменшення областей струмового інжекції в роботі був реалізований режим генерації через основний стан КТ при кімнатній температурі (300 K), щільності струму? 1000 А/см 2 і пороговому струмі 0.5 мА [4].
Малюнок 29 Схема лазера, випромінюючого з поверхні, на вертикально пов'язаних квантових точках InGaAs в матриці GaAs
На рис. 29 наведені для порівняння спектри оптичного підсилення для структури з квантовими ямами і для структури з квантовими точками. На рис. 30 приведено поперечний переріз активної області лазера.
Малюнок 30. Залежності вихідної потужності і ккд лазера на вертикально пов'язаних квантових точках InGaAs в матриці GaAs від струму інжекції. Суцільні лінії - потужність лазера; короткий пунктир - ккд лазера, довгий пунктир - вольтамперная характеристика
4.4 Порівняльний аналіз вертикальних лазерів на квантових точках
Умовою початку лазерної генерації є баланс між оптичним посиленням і сумарними оптичними втратами, що включають втрати на висновок випромінювання і внутрішні втрати в лазерній структурі. У загальному випадку для кожної оптичної моди цю умову можна представити в такій формі:
, (19)
де g th - оптичне посилення активного матеріалу на порозі генерації, (б i ) - внутрішні оптичні втрати для даної моди, б m - втрати на висновок оптичного випромінювання через дзеркала, Г - тривимірний фактор оптичного обмеження світлової хвилі, що характеризує взаємодію електромагнітного поля розглянутої моди з активною (посилюючої) середовищем. Твір Г g th визначає величину модового оптичного посилення на порозі генерації.
У традиційних полоскових лазерах дзеркала обмежують оптичний резонатор Фабрі-Перо, утворені торцевими гранями структури, а сам резонатор, як правило, має велику довжину в порівнянні з періодом стоячої хвилі оптичного поля (рис. 31, a ). При цьому оптична хвиля поширюється в площині активного шару і довжина активної (посилюючої) області зазвичай збігається з довжиною резонатора L c , що дорівнює в даному випадку геометричній відстані між сколеними дзеркалами. Тривимірний фактор оптичного обмеження можна представити у вигляді добутку фактора оптичного обмеження в напрямку z , що збігається з напрямком росту епітаксіальній структури, (Г z ) і фактора оптичного обмеження в площині xy , паралельній поверхні структури, (Г xy ) [4]. Для традиційного лазера при ширині смужка в кілька десятків мкм і довжині в сотні мкм Г xy ? 1. У цьому випадку умова (1) прийнято записувати у формі:
, (20)
де R 1, R 2 - коефіцієнти відображення переднього (вивідного) і заднього дзеркал.
a - традиційний смуга лазер
b - вертикально-випромінюючий лазер
Малюнок 31. Схематичне зображення лазерних структур
Якщо активний шар дуже тонкий (як у випадку КЯ або КТ) і розташований в центрі волноводного шару з симетричними еміттерними шарами, фактор оптичного обмеження для нульової моди наближено можна обчислити за формулою:
(3)
Тут E - амплітуда оптичної хвилі, E max - її максимальне значення в середині волноводного шару, L act - товщина активного шару, < i> n act - показник заломлення активного шару, n eff - ефективний показник заломлення для розглянутої м...
