ЛАЗЕРЫ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ РЕЗОНАТОРОМ НА ОСНОВЕ In0.2Ga0.8As КВАНТОВЫХ ЯМ
В.А.Гайслер, А.И.Торопов
Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск, 630090, Россия
В работе приведен краткий обзор характеристик полупроводниковых лазеров с вертикальным резонатором (ЛВР), в частности коммерческих ЛВР на основе GaAs квантовых ям, используемых в быстродействующих волоконно-оптических линиях связи. Представлены также результаты исследования генерационных характеристик двух модификаций полупроводниковых лазеров с вертикальным резонатором на основе InGaAs квантовых ям, разработанных и изготовленных в Институте физики полупроводников СО РАН. Первый тип лазеров, параметры которых оптимизированы для достижения высокой внешней квантовой эффективности, демонстрирует в импульсном режиме выходную мощность до 10Вт при Т=300К и 20Вт при Т=250К. Второй тип лазеров, параметры которых оптимизированы для достижения высокой добротности микрорезонатора и работы при пониженных температурах, демонстрирует сверхмалую плотность порогового тока 47А/см2 и рекордно низкий пороговый ток 15мкА в режиме непрерывной накачки при Т=80К.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы популярные журналы по микроэлектронике и оптоэлектронике не скупятся на красочные метафоры в адрес полупроводниковых лазеров с вертикальным резонатором. Используя одну из них, можно сказать, что разработка лазеров с вертикальным резонатором обеспечивает уверенный «вертикальный взлет» наших представлений о предельных возможностях полупроводниковых излучателей. Уже сейчас лазерам данного типа принадлежит ряд абсолютных мировых рекордов в области всей, а не только полупроводниковой, лазерной техники. К числу этих рекордов относится минимальный пороговый ток лазерной генерации – единицы мкА. Лазеры с вертикальным резонатором – самые миниатюрные лазеры разработанные к настоящему моменту времени. К числу мировых достижений относится и рекордно высокая частота токовой модуляции лазерного излучения – десятки ГГц, что имеет первостепенной значение при разработке быстродействующих волоконно-оптических систем связи.
Не исключено, что используя когерентно связанные матрицы ЛВР, удастся устранить один из главных недостатков полосковых полупроводниковых лазеров – большую расходимость выходного излучения, и создать компактные и мощные лазерные излучатели с малой расходимостью излучения, присущей газовым и твердотельным лазерам с большой длиной резонатора.
Не исключено, что именно конфигурация лазеров с вертикальным резонатором будет являться основой для создания полупроводниковых однофотонных излучателей, которые могут использоваться в квантовых вычислениях и квантовой криптографии.
Эти два вопроса прояснятся в предстоящие десять лет, прошедшие же десять лет явились периодом становления и бурного развития ЛВР. За десять лет лазеры с вертикальным резонатором из научно-исследовательского объекта превратились в коммерческую продукцию и успешно используются в настоящее время в быстродействующих локальных волоконно-оптических системах связи длиной до нескольких сотен метров (как правило, ЛВР с длиной волны 850нм). На повестке дня создание и внедрение в системы городских волоконно-оптических линий связи (километры и десятки километров) ЛВР с длиной волны генерации 1300нм и 1550нм.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ РЕЗОНАТОРОМ.
Принцип работы полупроводниковых ЛВР тот же, что и у обычных полосковых полупроводниковых лазеров: в обоих типах лазеров используется резонатор Фабри-Перо и квантовое усиление в активной области достигается за счет инжекции и рекомбинации электронов и дырок в этой области. Принципиальное отличие лазеров заключается в способе формирования лазерного резонатора. Полупроводниковый полосковый лазер содержит резонатор Фабри-Перо, образованный двумя зеркалами, получаемыми путем скола полупроводниковой пластины вдоль кристаллографических направлений [110]. Таким образом, ось резонатора лежит в плоскости полупроводниковой пластины и излучение лазера также параллельно плоскости исходной пластины. В полупроводниковом ЛВР резонатор Фабри-Перо образован двумя брэгговскими зеркалами, которые формируются в едином технологическом процессе роста лазерной структуры или же в пост-ростовых технологических процессах. Слои брэгговских зеркал расположены параллельно исходной подложке, а ось резонатора и направление излучения перпендикулярны (вертикальны) по отношению к плоскости полупроводниковой пластины, что и определяет название лазеров - лазер с вертикальным резонатором. В англоязычной литературе наиболее распространены два варианта названия лазеров данного типа: vertical-cavity surface-emitting laser или vertical-cavity laser, общепринятые аббревиатуры, соответственно: VCSEL или VCL.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
