Antymonkowe lasery typu VCSEL emitujące promieniowanie o długości fali z zakresu 2,6−2,8 μm

• Autorzy: Piskorski Ł. , Walczak J. , Beling P.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2016.9.10

Warianty tytułu

EN

Antimonide-based VCSELs emitting in the 2.6–2.8 μm wavelength range

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji komputerowej przeprowadzonej dla laserów półprzewodnikowych o emisji powierzchniowej z pionowym rezonatorem z obszarem czynnym GaInAsSb/GaSb emitujących promieniowanie o długości fali z zakresu 2,6–2,8 μm otrzymane za pomocą samouzgodnionego trójwymiarowego modelu obejmującego zjawiska elektryczne, termiczne, rekombinacyjne i optyczne. Przeprowadzone obliczenia pokazały, że wraz ze wzrostem długości fali emitowanego promieniowania coraz trudniej jest uzyskać stabilną pracę lasera na modzie podstawowym. Wyraźnemu zawężeniu ulega nie tylko przedział temperatur pracy przyrządu, ale także możliwość wyboru poprzecznych rozmiarów złącza tunelowego. Już dla lasera zaprojektowanego do emisji promieniowania o długości fali około 2,7 μm stosowanie złącza tunelowego o średnicy powyżej 4 μm sprawia, że preferowany jest mod LP₁₁, natomiast w skrajnym przypadku, dla długości fali około 2,8 μm, praca na modzie LP₀₁ występuje jedynie dla złącza tunelowego o średnicy 2 μm.

EN

In this work results of the computer simulation of semiconductor-based vertical-cavity surface-emitting lasers with GaInAsSb/GaSb active region and emission in the 2.6–2.8 μm wavelength range obtained with the use of comprehensive fully self-consistent optical-electrical-thermal -recombination numerical model have been presented. The resulting calculations showed that with the increasing emission wavelength the stable fundamental mode operation becomes more difficult to achieve due to reduction of the temperature operation range. Furthermore, the range of the lateral dimensions of the tunnel junction for which the LP01 mode operation can be obtained is also decreased. In the case of laser designed for 2.7-μm operation, using the tunnel junction with diameter wider than 4 μm leads to the situation when the LP₁₁ mode is the preferred one. For the emission wavelength around 2.8 μm, the LP₀₁ mode operation is limitted only to devices with tunnel junction with diameter equal to 2 μm.

Słowa kluczowe

PL

przyrządy półprzewodnikowe; lasery typu VCSEL; model numeryczny; obszar czynny GaInAsSb/GaSb; średnia podczerwień

EN

semiconductor devices; VCSELs; numerical model; GaInAsSb/GaSb active region; mid-infrared radiation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 57, nr 9
• Strony: 43--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., wykr.

Twórcy

autor

Piskorski Ł.

• Politechnika Łódzka, Instytut Fizyki

autor

Walczak J.

• JWS, Łódź
• Politechnika Łódzka, Instytut Fizyki

autor

Beling P.

• Wydział Matematyki i Informatyki Uniwersytetu Łódzkiego
• Politechnika Łódzka, Instytut Fizyki

Bibliografia

• [1] P. Werle, F. Slemr, K. Maurer, R. Kormann, R. Mücke, B. Jänker, 2002: „Near- and mid-infrared laser-optical sensors for gas analysis”, Opt. Lasers Eng., vol. 37, no. 2–3, pp. 101–114.
• [2] S. Arafin, A. Bachmann, K. Vizbaras, M.-C. Amann, 2010: „Large-aperture single-mode GaSb-based BTJ-VCSELs at 2.62 µm”, Proceedings of the 22nd IEEE International Semiconductor Laser Conference (ISLC), 26–30 Sept. 2010, Kyoto (Japan), pp. 47–48.
• [3] S. Arafin, A. Bachmann, K. Kashani-Shirazi, M.-C. Amann, 2009: „Continuous-wave single-mode electrically-pumped GaSbbased VCSELs at 2.5 μm”, Proceedings of the 8th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO/Pacific Rim), 31 Aug. – 3 Sep. 2009, Shanghai, China, 2 pp.
• [4] S. Arafin, A. Bachmann, K. Kashani-Shirazi, M.-Ch. Amann, 2009: „Continuous-wave electrically-pumped GaSb-based VCSELs at ~ 2.6 µm operating up to 50°C”, Proceedings of the 22nd Annual Meeting of the IEEE Photonics Society (LEOS), 4–8 Oct. 2009, Belek-Antalya, Turkey, pp. 837–838.
• [5] Ł. Piskorski, R. P. Sarzała, W. Nakwaski, 2007: „Self-Consistent Model of 650 nm GaInP/AlGaInP Quantum-Well Vertical-Cavity Surface-Emitting Diode Lasers”, Semicond.Sci.Technol., vol. 22, pp. 593–600.
• [6] D. Xu, C. Tong, S. F. Yoon, W. Fan, D. H. Zhang, M. Wasiak, Ł. Piskorski, K. Gutowski, R. P. Sarzała, W. Nakwaski, 2009: „Room-Temperature Continuous-Wave Operation of the In(Ga) As/GaAs Quantum-Dot VCSELs for the 1.3 μm Optical-Fibre Communication”, Semicond.Sci.Technol., vol. 24, p. 055003.
• [7] Ł. Piskorski, 2010: „A Comparative Study of Temperature Sensitivity of 1.3-μm In(Ga)AsP/InGaAsP Multiple Quantum-Well Vertical-Cavity Surface-Emitting Diode Lasers”, 12th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 27 June – 1 July, 2010, Munich (Germany), Conf. Proc.
• [8] Ł. Piskorski, R. P. Sarzała, W. Nakwaski, 2011: „Investigation of Temperature Characteristics of Modern InAsP/InGaAsP Multi-Quantum-Well TJ-VCSELs for Optical Fibre Communication”, Opto-Electron. Rev., vol. 19, pp. 320–326.
• [9] Ł. Piskorski, 2011: „Computer Simulation of an Operation of the 1.3-µm Phosphide-Based MQW TJ-VCSELs: Excitation of Various Transverse LPij Modes”, 13th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 26–30 June, 2011, Stockholm (Sweden), Conference Proceedings, paper We.P.20.
• [10] R. P. Sarzała, W. Nakwaski, 2004: „Optimisation of the 1.3-mm GaAs-Based Oxide-Confined (GaIn)(NAs) Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers for Their Low-Threshold Room-Temperature Operation”, J. Phys. Condens. Matter, vol. 16, pp. S3121-S3140.
• [11] Ł. Piskorski, L. Frasunkiewicz, R. P. Sarzała, 2015: „Comparative analysis of GaAs- and GaSb-based active regions”, Bull. Pol. Ac.: Tech., vol. 63, pp. 597–603.
• [12] Ł. Piskorski, R. P. Sarzała, „Material parameters of antimonides and amorphousmaterials for modelling the mid-infrared lasers”, Opt. Appl. (in print).
• [13] Ł. Piskorski, J. Walczak, M. Dems, P. Beling, R. P. Sarzała, 2015: „Modelowanie i optymalizacja antymonkowych laserów typu VCSEL”, Przegl. Elektr., vol. 91, pp. 150–153.

Uwagi

PL

Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC-2012/07/D/ST7/02581.