Лазеры с вертикальным резонатором на основе квантовых ям, страница 8

       Малые оптические потери и высокая добротность лазерного резонатора ЛВР-2 определяются следующей совокупностью факторов. Микрорезонатор лазера образован высокоэффективными низколегированными (выходное зеркало) и нелегированными (верхнее зеркало) отражателями, что значительно снижает оптические потери на поглощение свободными носителями заряда. С целью уменьшения оптических потерь все без исключения высоколегированные слои (контактные, апертурные, туннельные) располагаются в узлах стоячей волны, положение квантовой ямы совпадает с максимумом стоячей волны (см. рис.17). Верхнее зеркало, образованное GaAs/Al0.95Ga0.05Ox слоями и слоями Ti/Au, характеризуется очень высоким коэффициентом отражения в широком спектральном диапазоне (700 – 1200нм). В центре этого диапазона вблизи рабочей длины волны ЛВР расчетное значение коэффициента отражения зеркала составляет 0.9999. Выходное GaAs/AlAs зеркало также характеризуется высоким значением коэффициента отражения, на рабочей длине волны расчетное значение коэффициента отражения (полученное с учетом поглощения на свободных электронах) составляет 0.9989. Спектры отражения для верхнего GaAs/Al0.95Ga0.05Ox и нижнего GaAs/AlAs зеркал приведены на рис.19.  На рис.20 представлен расчетный спектр отражения лазерной структуры ЛВР-2 (рассматривается отражение от нижнего зеркала полностью сформированной лазерной структуры, содержащей четвертьволновые Al0.95Ga0.05Ox оксидные слои в верхнем зеркале и слои Ti/Au металлизации на поверхности верхнего зеркала). Спектр содержит резкий резонанс на рабочей длине волны l=930нм. На вставке рис.20 приведен фрагмент спектра отражения в большем масштабе. Полуширина резонанса составляет  Dl=0.038нм  и расчетное значение добротности лазерного резонатора  Q =l/Dl = 2.4·104.

       Как отмечалось, конструкция ЛВР-2 оптимизирована для работы при криогенных  температурах (T»80K). При комнатной температуре максимум полосы усиления In0.2Ga0.8As квантовой ямы, используемой в ЛВР-2,  находится на l»980нм. Спектр электролюминесценции лазерной структуры, записанный при Т=300К, представлен на рис.21. При Т=300К резонанс ЛВР-2 находится на длине волны ~930нм (рис.20). Несмотря на большое рассогласование положения резонанса с максимумом полосы усиления (~50нм) при Т=300К, ЛВР-2 выходит в режим генерации при плотности тока накачки jth»950А/см2. Длина волны генерации ЛВР-2 при Т=300К составляет 933нм (рис.21), что хорошо соответствует расчетному значению резонансной длины волны ЛВР-2 (930нм, рис.20). Ватт-амперная зависимость ЛВР-2 с апертурой размером А=8мкм, работающего в режиме непрерывной накачки при Т=300К, представлена на рис.22. Лазер демонстрирует пороговый ток Ith=0.6мА и  внешнюю квантовую эффективность hе = 6% .

       При снижении температуры происходит увеличение коэффициента квантового усиления, а также происходит смещение положения максимума полосы квантового усиления и положения резонанса лазера в коротковолновую область. Максимум полосы усиления смещается в коротковолновую область за счет увеличения ширины запрещенной зоны  InGaAs материала. Положение резонанса ЛВР смещается в коротковолновую область с уменьшением температуры за счет уменьшения значений показателей преломления материалов образующих лазерный резонатор. При снижении температуры до Т=80К расчетное значение максимума полосы квантового усиления составляет 916нм и расчетное значение резонансной длины волны лазера составляет 918нм. Таким образом, при Т=80К резонансная длина волны ЛВР хорошо совпадает с максимумом полосы квантового усиления в InGaAs квантовой яме. Длина волны генерации ЛВР-2 при Т=80К составляет 918нм (рис.21), что соответствует расчетному значению резонансной длины волны ЛВР-2 для этой температуры.  Ватт-амперная зависимость ЛВР-2 с апертурой А=8мкм, работающего в режиме непрерывной накачки при Т=80К, представлена на рис.22. Лазер демонстрирует сверхмалый пороговый ток Ith=30мкА, плотность порогового тока составляет jth=47А/см2. Дифференциальная  внешняя  квантовая  эффективность ЛВР hе = 31% .