Исходные структуры для ЛВР-1 выращивались методом молекулярно-лучевой эпитаксии на n+(001) GaAs подложках. В таблице 2 представлено послойное описание исходной лазерной структуры. Лазерные структуры содержат нелегированные активные области шириной l , включающие в себя три 8нм квантовые ямы In0.2Ga0.8As, а также зеркальные области p- и n-типа легирования, образующие лазерный резонатор и состоящие из многократно повторяемых l/4 слоев GaAs и Al0.9Ga0.1As (по 20 и 22.5 периода для p- и n-зеркала, соответственно). Инжекция носителей в активную область лазера осуществляется через p- и n-зеркала. Слои GaAs и Al0.9Ga0.1As зеркал легировались до уровня 1·1018 см-3. Для снижения омического сопротивления зеркальных областей границы GaAs - Al0.9Ga0.1As содержат 15нм вставки с градиентном по составу Al и высоким уровнем легирования (Be или Si: 5·1018 см-3). Верхнее p-зеркало заканчивается дополнительным 47нм сильнолегированным (Be: 1·1019 см-3) GaAs слоем, выполняющим функцию контактной области и обеспечивающим согласование фаз света, отраженного от Ti(2нм)/Au(120нм) металлического покрытия и полупроводниковых гетерограниц. Схема ЛВР-1 представлена на рис.7. Апертура (А) ЛВР задается внутренним диаметром AlO кольца, получаемого селективным окислением слоев AlAs. Для этой цели предусмотрен слой 66нм AlAs, расположенный вблизи активной области. Параметр A варьировался в широком интервале значений от 2 мкм до 1000 мкм. Излучение ЛВР выводится через просветленную подложку GaAs.
Спектр отражения исходной лазерной структуры содержит резонанс вблизи 965нм, положение которого совпадает с расчетным значением, а также с максимумом спектра электролюминесценции лазерной структуры. Длина волны генерации ЛВР соответствует положению резонанса лазерного резонатора.
Высокая внешняя дифференциальная квантовая эффективность hе лазера обеспечивается большим значением внутренней квантовой эффективности (экспериментальное значение hi >0.9), а также оптимальным соотношением коэффициентов отражения зеркал: верхнее зеркало характеризуется предельно высоким значением коэффициента отражения Rt близким к 1 (расчетное значение Rt =0.9992), а нижнее (выходное) зеркало – относительно невысоким Rb=0.991. В такой структуре при hi близкой к 1 может быть достигнута hе превышающая 80%.
Максимальное значение внешней дифференциальной квантовой эффективности hе на уровне 60% получено нами на ЛВР с А=4мкм, ватт-амперные зависимости которого представлены на рис.8. Снижение экспериментально достигнутого значения hе в сравнении с отмеченным выше 80% уровнем обусловлено поглощением около 20% излучения в 400мкм n-GaAs подложке. Зависимость параметра hе от апертуры ЛВР представлена на рис.9. Снижение hе при увеличении апертуры лазера может быть связано с увеличением числа дефектов лазерной структуры, а при А<4мкм снижение hе обусловлено возрастанием дифракционных потерь на оксидной апертуре малого размера.
На рис.10 приведены ватт-амперные зависимости для лазера большой апертуры А=500мкм, на котором получено рекордно высокое значение выходной мощности для ЛВР (до 10Вт при Т=300К и 20Вт при Т=250К в импульсном режиме).
Излучение всех исследованных нами ЛВР характеризуется узкой диаграммой направленности. Для ЛВР-1 с апертурой А=4мкм расходимость лазерного излучения по уровню половины мощности (полуширина на полувысоте) составляет Г»2.5о (рис.11). Примечательным является тот факт, что излучение лазеров большой апертуры, работающих в режиме высокой мощности, также характеризуется узкой диаграммой направленности. Так для ЛВР с А=500мкм при выходной мощности Р=5Вт, расходимость излучения составляет Г»3о (рис.12).
ЛВР с малой апертурой 3-4мкм демонстрируют устойчивую генерацию в одномодовом режиме (TEM002) с линейной поляризацией вдоль кристаллографических направлений типа [110] (рис.13). Лазеры с большей апертурой работают в одномодомом режиме лишь при незначительном превышении порогового тока (рис.13, ЛВР с А=5мкм), либо изначально работают в многомодовом режиме при А>5мкм.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.