рів з активною областю на основі 3 шарів квантових точок (QD) InAs/InGaAs [14] і 2 квантових ям (QW) InGaAsN [16]
У порівнянні зі структурами на основі КТ InAs/InGaAs, в структурах з КЯ InGaAsN досягаються більші значення оптичного посилення [6] (рис. 33). Залежність величини модового оптичного посилення g mod від щільності струму інжекції J для структур з КЯ можна апроксимувати виразом:
, (25)
де J tr - щільність струму прозорості, g 0 - чисельний параметр.
Для лазерних структур з двома КЯ InGaAsN ( n - і p -еміттери Al0.3Ga0.7As, GaAs-хвилевід товщиною 0.4 мкм, товщина КЯ 6.5 нм, Г z ? 0.014 і K =2.15 · 104 см? 1) виміряні значення складають g 0=30 см? 1 і J tr =290 А/см2 при внутрішніх оптичних втратах (7.0 ± 0.5) см? 1 [16].
Розглянемо стандартну конструкцію ВІЛ з верхнім і нижнім РБО AlAs/GaAs і GaAs-резонатором товщиною L c GaAs=л c / n GaAs, точно в центрі якого вміщено тонкий активний шар (тут nGaAs - коефіцієнт заломлення GaAs на резонансній довжині хвилі л c =1300 нм). Розрахункове розподіл квадрата амплітуди оптичного поля для такої структури представлено на рис. 32. При обчисленні ефективної довжини резонатора скористаємося наближеним співвідношенням для глибини проникнення оптичного поля в РБО [4]
, (26)
де n high, n low - показники оптичного заломлення шарів утворюють РБО; h high=л c n high, h low=л c /< i> n low. У разі РБО AlAs/GaAs ( n nigh= n GaAs=3.44, n low= n AlAs=2.91 для л c =1300 нм) ефективна довжина резонатора
Lc eff=Lc GaAs + 2Lpen=377,6 + 2 · 617,3? 1600 нм
Використовуючи співвідношення (24) і припускаючи нульові внутрішні втрати, одержуємо, що в разі активної області на основі трьох шарів КТ InAs/InGaAs (о? 1.85, максимальне Модовая посилення 12 см? 1 при K =3.4 · 104 см? 1) для початку лазерної генерації необхідно мати R gt; 0.9994. При величині внутрішніх втрат 2 см? 1 потрібно вже значення R gt; 0.9997, що відповідає коефіцієнтам відображення дзеркал (при симетричних верхньому і нижньому РБО) не менше 0.9998. Оцінка для активного шару на основі двох КЯ InGaAsN дає необхідні значення R gt; 0.994 (нульові внутрішні втрати) і R gt; 0.995 (при внутрішніх втратах 2 см? 1). Тут при розрахунках посилення передбачалася порогова щільність струму 3 кА/см2. Таким чином, більш високий оптичний посилення для структур з КЯ InGaAsN дозволяє дещо знизити вимоги до якості мікрорезонатора. Проте в обох випадках для отримання лазерної генерації потрібні дуже високі коефіцієнти віддзеркалення дзеркал.
Можливість використання традиційної конструкції ВІЛ з верхнім і нижнім контактами долегованим дзеркалам n - і p -типу провідності. Один з основних механізмів втрат для дзеркал на основі AlGaAs/GaAs обумовлений поглинанням в шарах p -GaAs (як на вільних носіях, так і в результаті межподзонних переходів у валентній зоні). Максимально можливий коефіцієнт відбиття РБО можна обчислити за формулою [15]
, (27)
де б - коефіцієнт поглинання на вільних носіях. Розрахунки та експериментальні дослідження показують, що для РБО p -GaAs/ p -AlAs при середньому рівні легування (1? 2) · 1018 см? 3 максимальний рівень відображення обмежений значенням 0.995. Менші рівні легування ведуть до різкого зростання послідовного опору приладу через додаткового падіння напруги на гетерограніц [4]. Недавні дослідження показали, що і для РБО n -AlAs/ n -GaAs при рівнях легування? 1 018 см? 3 максимальне значення коефіцієнта відбиття не перевищує 0.997 [18].
Таким чином, експериментальна реалізація довгохвильових ВІЛ на підкладках GaAs в традиційній конструкції представляється проблематичним. Аналіз показав, що найбільш оптимальною для реалізації довгохвильових ВІЛ на підкладках GaAs є конструкція з верхнім і нижнім нелегованої РБО AlAs/GaAs або AlxOy/GaAs. Дзеркала другого типу можна отримати селективним оксидуванням шарів AlGaAs в атмосфері, насиченій парами води [19]. Велика відмінність у величинах показників заломлення шарів для оксидованих дзеркал ( n GaAs=3.44, n Al x O y = 1.61 для л=1300 нм) забезпечує широку спектральну область з високими значеннями коефіцієнта оптичного відбиття і в результаті знижує чутливість до погрішностей калібрування. У той же час використання непровідних дзеркал призводить до деякого ускладнення технології виготовлення приладів через необхідність формування p - і n -Контакт долегованим верствам, розташованим всередині резонатора, а т...
