Modelowanie i optymalizacja antymonkowych laserów typu VCSEL

• Autorzy: Piskorski Ł. , Walczak J. , Dems M. , Beling P. , Sarzała R.. P.

Warianty tytułu

EN

Modelling and optimisation of the antimonide-based VCSELs

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy zaprezentowano wyniki komputerowej symulacji progowej pracy antymonkowego lasera o emisji powierzchniowej z pionową wnęką rezonansową z wykorzystaniem samouzgodnionego modelu lasera opisującego zjawiska elektryczne, termiczne, rekombinacyjne i optyczne. Obliczenia wykonano dla struktury dostosowanej do emisji promieniowania o długości fali 2,6 μm. Pokazane zostały zalety wprowadzenia ograniczenia dla rozpływu prądu w postaci złącza tunelowego oraz zbadano wpływ przesunięcia warstw powstałego na skutek jego wytworzenia na ograniczanie wzbudzania się modów wyższego rzędu. Zmniejszanie przesunięcia, o wartości początkowej wynoszącej 55 nm, o 35 nm spowodowało wzrost strat dla modów LP11 i LP21 odpowiednio 7 i 25 razy przy wzroście prądu progowego jedynie o 10%. Dalsza redukcja przesunięcia przyczynia się do wyraźnego wzrostu prądu progowego: 20% dla 40 nm oraz 50% dla 45 nm.

EN

In this work results of the threshold operation of antimonide-based vertical-cavity surface-emitting laser have been presented with the aid of the comprehensive fully self-consistent optical-electrical-thermal-recombination numerical model. Calculations have been carried out for the structure emitting at 2.6 μm. The advantages of incorporating the tunnel junction for current confinement have been shown and the influence of a layer shift caused by presence of the tunnel junction on the mode selectivity has been examined. It was shown that reducing the layer shift, with initial height equal to 55 nm, by the 35 nm leads to 7 and 25 times higher mode losses for LP11 and LP21 modes, respectively, and only 10% higher threshold current for the LP01 mode. Further reduction of the layer shift leads to high increment of the threshold current value: 20% for 40 nm reduction and 50% for 45 nm one.

Słowa kluczowe

PL

przyrząd półprzewodnikowy; laser VCSEL; model numeryczny; obszar czynny GaN/AlGaN; średnia podczerwień

EN

semiconductor devices; VCSELs; numerical model; GalnAs/GaAs QW; active region; mid-infrared radiation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 91, nr 9
• Strony: 150--153
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Piskorski Ł.

• Politechnika Łódzka, Instytut Fizyki, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź

autor

Walczak J.

• Politechnika Łódzka, Instytut Fizyki, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź

autor

Dems M.

• Politechnika Łódzka, Instytut Fizyki, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź

autor

Beling P.

• Politechnika Łódzka, Instytut Fizyki, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź

autor

Sarzała R.. P.

• Politechnika Łódzka, Instytut Fizyki, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź

Bibliografia

• [1] Werle P., Slemr F., Maurer K., Kormann R., Mücke R., Jänker B., Near- and mid-infrared laser-optical sensors for gas analysis, Opt. Lasers Eng., vol. 37, 101-114, 2002
• [2] Arafin S., Bachmann A., Vizbaras K., Amann M.-C., Largeaperture 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), 47-48, 2010
• [3] Sarzała R.P., Czyszanowski T., Wasiak M., Dems M., Piskorski Ł., Nakwaski W., Panajotov K., Numerical self-consistent analysis of VCSELs, Adv. Opt. Tech., vol. 2012, id. 689519, 17 pp., 2012
• [4] Piskorski Ł., Frasunkiewicz L., Sokół A.K., Sarzała R.P., A possibility to achieve emission in the mid-infrared wavelength range from semiconductor laser active regions, Conference Proceedings of the 16th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), 6–10 July 2014, Graz (Austria), paper We.P.9, 4 pp., 2014
• [5] Arafin S., Bachmann A., Kashani-Shirazi K., Amann M.-Ch., 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, 2009
• [6] Adachi S., Properties of Semiconductor Alloys: Group-IV, III-V and II-VI Semiconductors, John Wiley & Sons, Chichester, 2009
• [7] Chandola A., Pino R., Dutta P.S., Below bandgap optical absorption in tellurium-doped GaSb, Semicond. Sci. Technol., vol. 20, 886-893, 2005
• [8] Joullié A., Christol P., Baranov A.N., Vicet A., Mid-Infrared 2—5 μm Heterojunction Laser Diodes, Top. Appl. Phys., vol. 89, 1-61, 2003
• [9] Vurgaftman I., Meyer J.R., Ram-Mohan L.R., Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys, J. Appl. Phys., vol. 89, 5815-5875, 2001
• [10] Prineas J.P., Reddy M., Olesberg J.T., Cao C., Veerasamy S., Flatté M.E., Koerperick E., Boggess T.F., Santilli M.R., Olafsen L.J., Quaternary GaInAsSb 2.0-2.5 micron back-illuminated focal plane array for blood glucose monitoring, Proc. SPIE, vol. 5726, 113-121, 2005