Физические принципы увеличения мощности излучения инжекционных лазеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Подавление генерации поперечных мод высокого порядка.

1.2. Увеличение мощности

1.3. Отвод тепла

1.4. Снижение пороговой плотности тока полупроводникового лазера.

1.5. Увеличение внешней дифференциальной эффективности и КПД лазерного диода.

1.6. Методы исследования распределения потенциала в полупроводниковых гетероструктурах.

1.7. Выводы из обзора литературы:

Глава 2. Селекция мод.

2.1. Способ расчета профиля мод для диэлектрического волновода с произвольным профилем показателя преломления.

2.2. Волновод с обратным градиентом показателя преломления.

2 з Лазеры с наклонными зеркалами.

2.4. Результаты численных расчетов коэффициентов отражения мод в лазерах с наклонными зеркалами.

2.5. Результаты измерений лазеров с наклонными зеркалами.

Глава 3. Способы увеличения максимальной оптической мощности лазерных диодов.

3.1. Связь пороговой плотности тока и дифференциальной эффективности лазерных диодов.

3.2. Выбор длины резонатора лазерного диода.

3.3. Снижение плотности мощности на зеркалах полупроводниковых лазеров.

3.4. Увеличение плотности мощности катастрофической оптической деградации зеркал.

3.5. Применение сканирующей микроскопии электростатических сил для наблюдения распределения полей в полупроводниковых лазерных диодах.

Глава 4. Фундаментальные физические ограничения на максимальную выходную мощность полупроводниковых инжекционных лазеров.

С тех пор как впервые были высказаны идеи, лежащие в основе полупроводниковых лазеров [1], и получено экспериментальное подтверждение этих идей [2], предложены полупроводниковые гетеролазеры [3] и лазеры с раздельным ограничением [4], были достигнуты значительные успехи в изготовлении и изучении таких лазеров.

Полупроводниковые лазерные диоды находят все более широкое применение в различных областях науки и техники. Одной из основных характеристик лазерных диодов является выходная оптическая мощность. К моменту начала работы над диссертацией в 1989 году максимально возможная выходная мощность лазера со ЮОмкм полоском в непрерывном режиме генерации составляла 1Вт. Считалось, что при больших мощностях излучения будет превышен предел лучевой прочности материала лазерного диода. За прошедшее время точка зрения на основные факторы, ограничивающие мощность излучения лазерного диода, изменилась. В настоящее время лучшие значения мощности излучения лазеров со 1 ООмкм полоском превышают 10Вт [5] в непрерывном режиме, и ограничены перегревом лазерного диода и катастрофической оптической деградацией зеркал.

До настоящего времени нет экспериментальных и теоретических оценок - возможно ли дальнейшее увеличение мощности лазерных диодов. Таким образом, работа по исследованию полупроводниковых лазеров остается актуальной и в настоящее время. Работа, результаты которой представлены здесь, была посвящена ответу на следующий вопрос: возможно ли в рамках существующих технологий увеличить мощность излучения полупроводниковых лазеров, какие механизмы и физические процессы могут ограничивать эту мощность, и какие изменения необходимо внести в конструкцию лазерных диодов, чтобы добиться увеличения мощности излучения лазерных диодов. Для исследований были выбраны наиболее распространенные полупроводниковые 1пОаАз/ОаАз/АЮаАз квантоворазмерные лазерные диоды на двойной гетероструктуре с раздельным ограничением для носителей и света (РО-ДГС-КЯ).

Структура работы продиктована темой. В первой главе приведен обзор статей по темам, касающимся предмета диссертации:

- удержание генерации полупроводниковых лазеров на нулевой поперечной моде;

- способы увеличения максимальной мощности излучения полупроводниковых лазеров;

- отвод тепла от активной области лазерного диода;

- снижение пороговой плотности тока лазерного диода;

- увеличение внешней дифференциальной квантовой эффективности и КПД лазерного диода.

В конце главы приведены выводы из обзора литературы:

- максимальная оптическая мощность может быть получена в лазерах с раздельным электронным и оптическим ограничением на двойной гетероструктуре с квантоворазмерной активной областью (РО-ДГС-КЯ).

- основными причинами, ограничивающими мощность излучения полупроводниковых лазеров, в настоящее время, являются катастрофическая оптическая деградация зеркал и перегрев лазерной гетероструктуры.

Во второй главе представлены результаты исследований различных конструкций резонатора лазерных диодов, позволяющих сохранить генерацию в нулевой поперечной моде в широком диапазоне токов накачки.

Моды высокого порядка имеют меньшую дифференциальную эффективность из-за меньшего фактора оптического ограничения в активной области и больших потерь в эмиттерных слоях. Кроме того, при одинаковой мощности излучения яркость нулевой моды выше яркости всех мод высокого порядка. Таким образом, для получения высоких мощностей излучения больше всего подходят лазерные диоды, работающие на нулевой поперечной моде.

В современных полупроводниковых РО-ДГС-КЯ лазерах большой мощности для снижения плотности мощности на зеркалах используют волноводы как можно большей толщины. Экспериментальные данные, опубликованные в литературе, и результаты исследований, представленные в этой главе, показывают, что максимальные значения толщин волноводов ограничены возникновением генерации поперечных мод высокого порядка. С целью подавления генерации этих мод в диссертации предложена конструкция РО-ДГС-КЯ гетероструктуры для мощных полупроводниковых лазерных диодов. Особенностью предложенной РО-ДГС-КЯ гетероструктуры является волновод с обратным градиентом показателя преломления (Я-СЯНМ волновод). В таком волноводе появляются дополнительные селективные потери для мод высокого порядка.

Во второй части главы 2 предложена и исследована конструкция резонатора РО-ДГС-КЯ лазерных диодов с наклонными зеркалами. Эти лазерные диоды отличаются от традиционных тем, что их зеркала расположены не перпендикулярно, а под углом к эпитаксиальным слоям гетероструктуры.

Угол падения поперечных мод на зеркало резонатора монотонно зависит от номера моды. Это легло в основу предположения, что за счет наклона зеркал резонатора, можно подавить генерацию поперечных мод высокого порядка в мощных РО-ДГС-КЯ лазерных диодах с широким волноводом.

С целью проверки эффективности наклонных зеркал для подавления генерации мод высокого порядка был использован оригинальный экспериментальный подход. Для изготовления лазеров с обычным и наклонным зеркалом была использована подложка GaAs (001), разориентированная на угол 6 градусов в сторону [111]. Лазерные диоды с обычными и наклонными зеркалами выкалывались из этой эпитаксиальной структуры в двух взаимно перпендикулярных направлениях так, что у первых зеркало было перпендикулярно слоям, а у вторых - наклонено на угол разориентации подложки.

Сравнение дальних полей лазеров с обычными и наклонными зеркалами, показало, что в излучении лазера с обычным зеркалом присутствуют моды высокого порядка. В излучении лазеров с наклонными зеркалами моды высокого порядка либо вообще не проявляются, либо возникают при очень больших токах накачки.

В конце главы сформулированы основные результаты применения способов управления модовым составом излучения РО-ДГС-КЯ лазеров: конструкция гетероструктуры с обратным градиентом показателя преломления позволяет использовать волноводы большей толщины, при сохранении генерации на нулевой поперечной моде; выбор угла наклона и степени просветления зеркал резонатора позволяет подавить генерацию мод высокого порядка в лазерных диодах с большой толщиной волновода.

Третья глава посвящена увеличению предельной выходной мощности лазерных диодов. В первой части главы изучается влияние длины резонатора и степени просветления зеркал на внешнюю дифференциальную квантовую эффективность и коэффициент полезного действия лазерного диода. По результатам исследований предложен 7 способ выбора оптимальной длины резонатора и степени просветления зеркал для получения максимальных значений внешней дифференциальной квантовой эффективности и КПД.

Во второй части третьей главы исследуются способы увеличения предельной непрерывной оптической мощности РО-ДГС-КЯ ТпОаАзЛЗаАз лазерных диодов.

Максимальная мощность современных РО-ДГС-КЯ лазерных диодов ограничена либо катастрофической оптической деградацией зеркал, либо насыщением ватт-амперной характеристики, вызванным перегревом активной области. Увеличения мощности можно достичь за счет снижения плотности мощности на зеркале лазерного диода и за счет улучшения условий отвода тепла от активной области.

Исследование влияния профиля волновода на значение плотности оптической мощности показало, что для снижения плотности мощности на зеркале лазерного диода может быть использован Я-ОВДЫ волновод. Результаты приведенных расчетов показывают, что плотность мощности на зеркале лазера может быть уменьшена в 1.2 раза по сравнению со случаем обычного плоского волновода. Сравнение ватт-амперных характеристик лазеров с различной конструкцией волноводов подтверждает, что предельная мощность лазеров с Я-СШЫ волноводом больше, чем у аналогичных лазеров с плоским волноводом.

Основным источником тепла в РО-ДГС-КЯ лазере является активная область, поэтому основное внимание уделено организации отвода тепла от активной области лазера через волновод, эмиттер и контактный слой.

Для улучшения теплоотвода предложено использовать волновод, выполненный из короткопериодной бинарной сверхрешетки А1А8ЛЗаА8, туннельно-прозрачной для носителей заряда. Коэффициенты теплопроводности бинарных материалов значительно больше 8 коэффициента теплопроводности твердого раствора АЮаАз. По литературным данным, большое количество гетерограниц в сверхрешетке, из которой выполнен волновод, могло бы свести на нет выигрыш от применения бинарных составов с высокой теплопроводностью. Для сравнения эффективности теплоотвода в таких волноводах были изготовлены две серии лазеров с одинаковыми толщинами и средними составами слоев. В первой серии лазеров волновод был изготовлен из твердого раствора, а во второй - из сверхрешетки. Несмотря на то, что пороговый ток и дифференциальная эффективность у этих лазеров близки, мощность РО-ДГС-КЯ лазера с волноводом из твердого раствора насыщается при значительно меньшем значении тока накачки. Сумма экспериментальных данных показала, что разница ватт-амперных характеристик обусловлена большей теплопроводностью волновода, сделанного из короткопериодной бинарной сверхрешетки.

Мощность катастрофической деградации лазерных диодов, изготовленных с бинарной сверхрешеткой в волноводе, была больше, чем у лазеров с обычным волноводом.

Все описанные механизмы оптической деградации зеркал РО-ДГС-КЯ лазеров связаны с увеличением температуры призеркальной части активной области. Использование в волноводе материалов с высокой теплопроводностью позволяет выровнять температуру вдоль активной области и значительно повысить порог катастрофической оптической деградации зеркал.

Исследования зеркал РО-ДГС-КЯ лазеров после деградации методом атомно-силовой микроскопии показали, что деградационный процесс может развиваться как внутри, так и вдали от волновода. Для исследования причин деградации был необходим способ визуализации распределения потенциала в лазерных диодах в рабочих режимах. 9

Далее в третьей главе изложены результаты исследования распределения потенциала на поверхности зеркала полупроводникового лазера методом сканирующей микроскопии электростатических сил. Этот метод позволяет с нанометровым разрешением получать картину распределения потенциала на зеркале лазерного диода при прямом, обратном смещении и в режиме генерации. Картина распределения потенциала может быть совмещена с изображением поверхности зеркала лазера, полученным в режиме атомно-силового микроскопа. Такой подход дает возможность детально изучать картину распределения потенциала в слоях лазерной гетероструктуры.

Исследования показали, что если разрушение зеркала происходит вне волновода лазерного диода, то место разрушения совпадает с положением особенности в распределении потенциала, полученном методом микроскопии электростатических сил. Деградация зеркал вызвана электрическим разогревом приповерхностной зоны в области скачка потенциала и, по сути, является катастрофической неоптической деградацией зеркал.

Практическим результатом исследований, описанных в третьей главе, явилось изготовление лазерных диодов с рекордной для АЮаАзАЗаАз л

ДГС-РО-КЯ лазеров плотностью мощности на зеркале - 40МВт/см .

В четвертой главе представлены результаты исследования ватт-амперных характеристик РО-ДГС-КЯ лазеров. Измерения проводились при возбуждении лазеров импульсами с высокой скважностью, с целью избежать разогрева решетки. Температурный режим лазера контролировался по спектру сопутствующей спонтанной люминесценции активной области. Излучение спонтанной люминесценции регистрировалось через специально изготовленное окно в контактах лазерных диодов. Исследование особенностей спектров сопутствующей

10 спонтанной люминесценции показало, что при выбранных условиях накачки отсутствует разогрев решетки полупроводника и электронно-дырочного газа. Однако ватт-амперные характеристики лазеров имели сублинейный участок при больших плотностях тока накачки. Насыщение ватт-амперных характеристик наблюдалось на образцах с малой длиной резонатора (ЗООмкм) и высокой пороговой плотностью тока, и сопровождалось уширением спектра генерации в обе стороны от максимума.

Сумма полученных экспериментальных данных позволяет утверждать, что насыщение ватт-амперных характеристик при высоких уровнях накачки вызвано деформацией функции распределения Ферми в сильных оптических полях при больших концентрациях неравновесных носителей.

В заключении суммированы основные результаты работы и приведен список научных работ автора.

На защиту выносятся следующие положения:

Положение 1. Использование волновода с обратным градиентом показателя преломления позволяет снизить плотность оптической мощности на зеркале лазерного диода.

Положение 2. Выбор угла наклона и просветления зеркал резонатора позволяет повысить максимальную мощность излучения нулевой поперечной моды лазерного диода с уширенным волноводом.

Положение 3. Использование метода электростатических сил позволяет получать детальную (Ах~15пш) картину распределения электрических полей в полупроводниковых лазерах в режиме генерации.

Положение 4. Применение бинарных (А^/ваЛв) сверхрешеток в волноводе лазерного диода обеспечивает эффективный отвод тепла от активной области лазера и позволяет увеличить порог катастрофической оптической деградации зеркал лазера.

Положение 5. В отсутствие разогрева электронного газа и кристаллической решетки, рост мощности полупроводникового лазера ограничен и сопровождается появлением провала в функции распределения носителей заряда.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1) Детально исследованы ватт-амперные и вольт-амперные характеристики лазерных диодов с волноводами, выполненными в виде короткопериодной сверхрешетки.

2) Показана эффективность применения бинарных сверхрешеточных волноводов для снижения температуры перегрева зеркал в мощных РО-ДГС-КЯ лазерных диодах.

3) Для ОаАз/АЮаАзЯпАз лазерных диодов на квантовых ямах получено рекордное значение плотности мощности катастрофической оптической деградации 40МВт/см2.

4) Приведен способ совместной оптимизации длины резонатора и коэффициентов отражения зеркал для достижения максимальной внешней дифференциальной квантовой эффективности и максимального КПД лазерного диода.

5) Предложена и экспериментально проверена конструкция волновода полупроводникового лазера с обратным градиентом показателя преломления, позволяющая снизить плотность оптической мощности на зеркале лазерного диода и подавить генерацию мод высокого порядка в лазерных диодах с широким волноводом.

6) Предложена конструкция резонатора РО-ДГС-КЯ лазерного диода с наклонными зеркалами, позволяющая подавить генерацию поперечных мод высокого порядка в широком диапазоне токов накачки.

7) Экспериментально доказана эффективность резонатора с наклонными зеркалами для подавления генерации мод высокого порядка.

8) Предложен и экспериментально апробирован способ визуализации распределения потенциала в лазерных диодах в режиме генерации.

9) Обнаружено насыщение ватт-амперной характеристики лазерных диодов в отсутствии разогрева кристаллической решетки и электронного газа, сопровождаемое выжиганием спектрального провала в функции распределения носителей заряда по энергии.

Работа выполнена в лаборатории полупроводниковой люминесценции и инжекционных излучателей Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1.N. Panev, М.-Е. Pistol, S. Jeppesen V.P. Evtikhiev, A.A. Katznelson, E.Yu. Kotelnikov "Spectroscopic studies of random telegraph noise in InAs quantum dots in GaAs" Journal of Applied Physics v92, nl2 (2002)

2. В.П. Евтихиев, O.B. Константинов, Е.Ю. Котельников, A.B. Матвеенцев, A.H. Титков, A.C. Школьник. "Исследование квантовых точек InAs на вицинальной поверхности кристалла GaAs методом атомно-силовой микроскопии." Писма в ЖТФ, том 28, вып.4 стр 28-34, (2002)

3. О.В. Константинов, Е.Ю. Котельников, А.В. Матвеенцев, А.Е. Романов., "Введение феноменологического параметра релаксации напряжений, вызванных несоответствием постоянных решетки на гетерогранице",-Письма в ЖТФ, том 27, вып. 16 стр 40-46, (2001)

4. A.Ankudinov, V.Marushchak, A.Titkov, V.Evtikhiev, E.Kotelnikov, A.Egorov, H.Riechert, H.Huhtinen, R.Laiho, "Fine structure of the inner electric field in semiconductor laser diodes studied by EFM." Phys. Low-Dim. Struct. 3/4, 9 (2001).

5. А.В. Анкудинов, Е.Ю. Котельников, А.А. Кацнельсон, В.П. Евтихиев, А.Н. Титков., "Микроскопия электростатических сил на сколах полупроводниковых лазерных диодов." Физика и техника полупроводников, том 35, вып.7 874-880, (2001)

6. Ankudinov, A Titkov, V. Evtikhiev, Е. Kotelnikov, D. Livshiz, I. Tarasov, A. Egorov, H. Riechert, H. Huhtinen and R. Laiho, "Electrostatic force microscopy study of the electric field distribution in semiconductor laser diodes under applied biases." 9th International symposium Nanostructures Physics and technology SPb (2001),

7. A.Ankudinov, V.Marushchak, A.Titkov, V.Evtikhiev, E.Kotelnikov, A.Egorov, H.Riechert, H.Huhtinen, and R.Laiho, "Fine Structure of the Inner Electric Field in Semiconductor Laser Diodes Studied by EFM" Physics of Low-Dimensional Structures Volumes 3/4 2001 Proceedings of the Scanning Probe Microscopy-2001 (SPM-2001) Workshop 26 February-1 March 2001, Nizhny Novgorod, Russia,- p9 (2001)

8.A.S. Shkolnik, E.V. Dogonkin, V.P. Evtikhiev, E.Yu. Kotelnikov, I.V. Kudryashov, V.G. Talalaev, B.V. Novikov, J.W. Tomm and G. Gobsh. "Photolumenescence decay time measurements from self organized InAs/GaAs quantum dots grown on misoriented substrates.", Nanotechnology 12 512-514, (2001)

9. V.P. Evtikhiev, I.V. Kudryashov, E.Yu. Kotel'nikov, A.S. Shkolnik, A.N. Titkov, "InAs Quantum Dots Heterostructures Mbe Grown On The Vicinal GaAs(OOl) Surfaces Misoriented to the [010] Direction.", Symposium Semiconductor Quantum Dots November 27 - 30, (2000)

10. Е.Ю. Котельников И.В. Кудряшов, М.Г. Растегаева, А.А. Кацнельсон, А.С. Школьник, В.П. Евтихиев., "Лазерный волновод с обратным градиентом показателя преломления" Физика и техника полупроводников, том 34, вып. 11 стр 1391-1393 (2000)

88

11. Е.Ю. Котельников А.А. Кацнельсон, И.В. Кудряшов, М.Г. Растегаева, В. Рихтер, В.П. Евтихиев И.С. Тарасов Ж.И. Алферов., "Плотность мощности оптической деградации зеркал InGaAs/AlGaAs/GaAs-лазерных диодов.", Физика и техника полупроводников, том 34, вып. 11 стр. 1394-1395 (2000)

12. Е. Yu. Kotelnikov, A. A. Katsnelson, D. A. Livshits, W. Richter, V. P. Evtikhiev, I. S. Tarasov and Zh. I. Alferov, "The power of catastrophic optical mirror degradation in InGaAs/AlGaAs/GaAs QW laser diodes." 8th International symposium Nanostructures: Physics and Technology (2000)

13. V.P.Evtikhiev, I.V.Kudryashov, E.Yu.Kotel'nikov, A.K.Kryganovskii, A.S.Shkolnik, A.N.Titkov and V.E.Tokranov "Effect of GaAs (001) surface misorientation on the emission from MBE grown InAs quantum dots", Proceedings of 7th Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology", St Petersburg, p.50. (1999)

14. Irina A. Kostko, Vadim P. Evtikhiev, Eugeny Yu. Kotelnikov and Georgy

G. Zegrya, "Power rise in broad-waveguide diode laser with inclined facet", Applied Physics Letters - Volume 74, Issue 7, pp. 905-907 (1999)

15. A. Kostko, V. P. Evtikhiev, E. Y. Kotelnikov, G. G. Zegrya, "Fundamental-mode laser power rise by means of facet inclination.", Photonics West Technical Conference, Proceedings of SPIE Vol. 3628 (1999)

16. В.П.Евтихиев, Е.Ю .Котельников, И.В.Кудряшов, В.Е. Токранов,

H.Н.Фалеев, "Связь надежности лазерных диодов с кристаллическим совершенством эпитаксиальных слоев, оцениваемым методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии." ФТП, т.ЗЗ, N 5, с.634-640. (1999)

17. И.А. Костко, В.П. Евтихиев, Е.Ю. Котельников, Г.Г. Зегря, "Повышение мощности лазеров с широким волноводом посредством дополнительной селекции поперечных мод.", Физика и техника полупроводников, том 33, вып. 6 стр. 752-758 (1999)

18. I.V. Kudryashov, V.P. Evtikhiev, V.E. Tokranov, E.Yu. Kotel'nikov, A.K. Kryganovskii, A.N. Titkov, "Effect of GaAs (001) surface misorientation on the emission from MBE grown InAs quantum dots.", Journal of Crystal Growth 201/202 pp. 1158-1160 (1999)

19. В.П.Евтихиев, И.В.Кудряшов, Е.Ю.Котельников, В.Е. Токранов А.Н.Титков, И.С.Тарасов, Ж.И.Алферов, "Непрерывная генерация при 293 К РО ДГС лазеров с одним слоем InAs квантовых точек в активной области, выращенных на вицинальных поверхностях GaAs (001), разориентированных в направлении [010]" ФТП, т. 32, N 12, с. 14821486. (1998)

20. V.E.Tokranov, V.P.Evtikhiev, E.Yu. Kotelnikov, I.V. Kudryashov, N.N.Faleev, "Degradation of SCH QW and GRIN SCH QW with short period superlattices GaAs/AlGaAs lasers grown by MBE", Proceedings of 5th Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology", St Petersburg, p.278. (1997)

21. А.М.Георгиевский, А.Я.Шик, В.А.Соловьев, Б.С.Рывкин, Н.А.Стругов, В.Е.Токранов, Е.Ю.Котельников, "Исследование транспорта носителей в системе нелегированных квантовых ям при импульсном возбуждении.", ФТП, т. 31, N 4, с.444-450. (1997)

22. V.P.Evtikhiev, I.V.Kudryashov, V.E.Tokranov E.J.Kotelnikov, "Performance of 980 nm pump laser diodes with GaAs/AlAs graded short period superlattice waveguides", IEEE Laser and Electro-Optics Society 1995 Annual Meeting, conference proceedings v. 1, p.255.

23. V.P.Evtikhiev, A.B.Komissarov, I.V.Kudryashov, E.Y. Kotelnikov, V. Melechin, V.E.Tokranov N.N. Faleev, "AlAs/GaAs superlattices grown on

GaAs vicinal surfaces", Twelfth International Vacuum Congress, Hague, 12-160ct, 1992, conference proceedings p.483.

24. Semiconductors — November 1990 — Volume 24, Issue 11, pp. 12301233 Detection of a new metastable level of a DX center in thin Si-doped AlxGaixAs films P. N. Brunkov, V. P. Evtikhiev, S. G. Konnikov, E. Yu. Kotel'nikov, M. G. Papentsev, and M. M. Sobolev

25. D.Z.Garbuzov, V.P.Evtikhiev, S.N.Zhigulin, A.B.Komissarov, E.J.Kotelnikov, V.P.Kochereshko, I.V.Kudriashov, V.E.Tokranov, D.R.Yakovlev " AlGaAs/GaAs CW quantum-well lasers fabricated with home - made MBE installation" Third International Symposium of Molecular Beam Epitaxy, 2-7 Oct, 1989, Velico Tarnovo, Programme and Abstracts, p.87

Работа выполнена в лаборатории полупроводниковой люминесценции и инжекционных излучателей Физико-технического института им.

A.Ф.Иоффе РАН.

От души благодарю моего научного руководителя В.П. Евтихиева, зав. лаб. И.С. Тарасова и моих коллег по работе за поддержку и помощь при написании этой работы.

Приношу глубокую благодарность В.Б. Халфину и Г.Г. Зегря за обсуждение результатов работы и помощь в теоретических расчетах,

B.Е Токранову, А.Б. Комиссарову и И.В. Кудряшову за предоставленные образцы полупроводниковых гетероструктур и активное участие в обсуждении полученных результатов.

1. Басов Н.Г., Крохин О.Н., Попов Ю.М., «Получение состояний с отрицательной температурой в р-n переходах вырожденных полупроводников», ЖЭТФ, 1961, т.40 с. 1879 1880

2. Наследов Д.Н. Рогачев А.А. Рывкин С.М. Царенков Б.В., «Рекомбинационное излучение арсенида галлия», ФТТ, 1962 т.4 с. 10621065.

3. Алферов Ж.И. Андреев В.М. Корольков В.М. и др., «Когерентное излучение в эпитаксиальных структурах с гетеропереходами в системе AlAs-GaAs», ФТП, 1968 т.2 №10 с.1545-1548.

4. Казаринов Р.Ф., Сурис Р.А., «Сверхинжекция носителей в варизонных р-n-структурах», ФТП, 1975, т.9 №1 с. 13.

5. A. Al-Muhanna, L.J. Mawst, D. Botez, D.Z. Garbuzov, R.U. Martinelli, J.C. Conolly, "High-power (>10W) continous wave-operation from 100-fj.m-aperture 0.97-jim-emitting Al-free diode lasers", Appl. Phys. Lett. Vol.73, pp. 1182-1184, 1998.

6. N.N. Ablyazov, D.Z. Garbuzov, and V.B. Khalfin, "Possibility of increasing the maximum radiation intensity in heterolasers with a wide waveguide", Sov. J. Quantum Electron. 20, 1320 (1990)

7. Gutz Erbert, Arthur Вorwolff, Jirgen Sebastian, and Jens Tomm,"High-Power Diode Lasers", Topics Appl. Phys. 78, pp. 173 223 (2000)

8. E.H. Sargent, "Semiconductor Lasers For Planar Integrated Optoelectronics", Solid-State Electronics v44 n.l pp. 147-173, (2000)

9. J.M. Kubica, B. Mroziewicz, M. Szymanski, P. Szczepanski, "A Theory Of Broad-Area Semiconductor Lasers With Modal Reflectors", Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 30 n. 8 pp 1181-1189 (1997)

10. T. Ikegami, "Reflectivity of mode at facet and oscillation mode in double-heterostructure injection lasers" IEEE Journal of quantum electronics v QE-8 n6 (1972).

11. D.Z. Garbuzov, N.Y. Antonishkis, A.D. Bondarev, A.B. Gulakov, A.B. Shigulin. A.V. Kochergin, N.I. Katsavets, and E.U. Rafailov, "High-power 0.8|ш1 InGaAsP-GaAs SCH SQW Lasers", IEEE J. Quantum Electron. , vol. 27, pp. 1531-1536, 1991

12. Ж.И. Алферов, M.A. Иванов, Ю.В. Ильин, A.B. Лютецкий, H.A. Пихтин, И.С. Тарасов, "О селекции поперечных мод в InGaAsP лазерах с диэлектрическим покрытием зеркал", Письма в ЖТФ т.21, вып. 5, 195-197, 1995.

13. W.Streifer, D.R.Scifres, R.D.Burnham, "Coupling coefficients for distributed feedback single- and double-heterostructure diode lasers", IEEE Journal of Quantum Electronics 11, 176 (1975)

14. StreiferW., BurnhamR.D., ScifersD.R., "TM-mode coupling coefficients in guided-wave distributed feedback lasers", IEEE J Quantum Electron., 12, 177(1976)

15. Звонков Н.Б., Звонков Б.Н., Ершов А.В., Ускова Е.А., Максимов Г.А., "Полупроводниковые лазеры на длину волны 0.98 мкм с выходом излучения через подложку" Квантовая электроника, 25, 622 (1998)

16. ШвейкинВ.И., Богатов А.П., Дракин А.Е., КурнявкоЮ.В. "Диаграмма направленности излучения квантоворазмерных лазеров InGaAs/GaAs, работающих на "вытекающей" моде", Квантовая электроника, 26 33 (1999).

17. P. W. Epperlein, P. Buchmann, J. Jakubowicz, "Lattice disorder, facet heating and catastrophic optical mirror damage of AlGaAs quantum well lasers", Appl. Phys. Lett. 62, 455-457, 1993.

18. K. Kondo, O. Ueda, S. Isozumi, S. Yamakoshi, K. Akita, and T. Kotani, "Positive feedback Model of defect formation in gradually degraded GaAlAs light emitting devices", IEEE Trans. Electron. Devices ED-30, 321-326, 1983.

19. A.R. Goodwin, P.A. Kirkby, I.G.A. Davies, R.S. Baulcomb, "The effects of processing stresses on residual degradation in long-lived GaxAli.xAs laser", Appl. Phys. Lett., vol. 34, no. 10, p. 647-649, 1979;

20. J.K.Wade, L.J.Mawst, D.Botez, and J.A. Morris, "8.8W CW power from broad-waweguide Al-free active region (X=805nm) diode laser", Electronics Letters 34, 1100(1998)

21. D.Botez, "Design consideration and analytical approximations for high continuous-wave power, broad-waveguide diode lasers", Applied Physics Letters v.74 no.21 24 may 1999.

22. D. Botez, "Limit of output power in semiconductor lasers", IEEE Conf. Proc. Lasers and Electro-Optics Society 1998 Ann. Mtg., Orlando, FL 1-4 December 1998, pp. 274-275.

23. J.S. Yoo, H.H. Lee, and P.S. Zory, "Enhancement of output intensity limit of semiconductor lasers by chemical passivation of mirror facets", IEEE Photonics Technology Letters 3, pp.202-203 (1991)

24. J.S. Yoo, H.H. Lee, and P.S. Zory, "On surface recombination velocity and output intensity limit of pulsed semiconductor lasers", IEEE Photonics Technol. Lett. 3, 594 (1991).

25. Toshiro Hayakawa, "Facet temperature distribution in broad stripe high power laser diodes", Appl. Phis. Lett, v.75 N10, pp.1467-1469 (1999).

26. W.T. Tsang, "A graded index waveguide separate confinement laser with very low threshold and a narrow Gaussian beam", Appl. Phys. Lett., vol. 39, p. 134-137, 1981.

27. Robert J. Lang, Nils W. Carlson, Eckhard Beyer, and Minoru Obara, Introduction to the issue on high-power and high-brightness lasers //IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics August 2000 vol 6 n4 pp. 561-563

28. G. Beister, G. Erbert, A. Knauer, J. Maege, P. Ressel, J. Sebastian, R. Staske and H. Wenzel, "High-power and high temperature long-term stability of Alfree 950nm laser structures on GaAs", Electron. Lett. Vol.35 pp. 1641-1643, 1999

29. D. Botez, "Design considerations and analytical approximations for high continous-wave power, broad waveguide diode lasers" Appl. Phys. Lett. Vol.74, p. 3102-3104,(1999)

30. H. Yang, L.J. Mawst, M. Nesnidal, J. Lopez, D. Bhattacharya, A. Botez, "10 W near-diffraction-limited peak pulsed power from A1 free, 0.98 mm-emitting phase locked antiguided arrays", Electronics Letters, vol. 33, No.2, p. 136-137, 1997;

31. D. Botez, "Simple dessign rules for single lobe operation (evenescently coupled) index-guided phase-locked arrays of diode lasers", IEEE J. Quantum Electronics 24, 2034(1988).

32. S.Rusli, A.Al-Muhanna, T.Earles and L.J.Mawst, "1W CW reliable l=730nm aluminium-free active layer diode laser", Electr. Lett. v36 n7 (2000).

33. J.K.Wade, L.J.Mawst, D.Botez and J.A.Morris, "8.8W CW power from broad-waveguide Al-free active-region (1 = 805nm) diode lasers", Electr. Lett. v34 nl 1 (1998)

34. A.Al-Muhanna L.J.Mawst, D.Botez, D.Z.Garbuzov, R.U.Martinelli, and J.C.Connolly, "High-power (>10 W) continuous-wave operation from 100-|im-aperture 0.97- |iim-emitting Al-free diode lasers", APL v73, n9 (1998).

35. Кейси X., Паниш M. Лазеры на гетеростуктурах (М., Мир, 1981)

36. С.О.Слипченко, А.В.Лютецкий, Н.А.Пихтин, Н.В.Фетисова, А.Ю.Лешко, Ю.А.Рябоштан, Е.Г.Голикова, И.С.Тарасов, "Низкопороговые лазерные диоды на основе AlInGaAs/InP гетероструктур (А=1.2-1.5 мкм)", ПЖТФ, 2003, том 29, вып. 3.

37. Т. Fukunaga, М. Wada and Т. Hayakawa, "High-Power 0.8mm InGaAsP/InGaP/AlGaAs Single Quantum Well Lasers with Tensile-Strained InGaP Barriers" Jpn. J. Appl. Phys. vol. 38 pp. L387-L389 (1999)

38. D.Z. Garbuzov, Н. Lee, V. Khalfin, R. Martinelli, J.C.Connolly, and

39. G.L. Belenky, "2.3-2.7- m Room Temperature CWOperation of InGaAsSb-AlGaAsSb BroadWaveguide SCH-QW Diode Lasers", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 11, No. 7, pp.794-796 (1999)

40. М.В.Максимов, Н.Ю.Гордеев, С.В.Зайцев, П.С.Копьев, И.В.Кочнев,

41. H.Н.Леденцов, А.В.Лунев, С.С.Рувимов, А.В.Сахаров, А.Ф.Цацульников, Ю.М.Шерняков, Ж.И.Алферов, D.Bimberg, "Инжекционный гетеролазерна квантовых точках со сверхвысокой температурной стабильностью порогового тока до 50°С", ФТП, 1997, том 31, вып. 2.

42. Голикова Е.Г., Курешов В.А., Лешко А.Ю., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Рябоштан Ю.А., Скрынников Г.А., Тарасов И.С., Алферов Ж.И., "Свойства гетеролазеров на основе InGaAsP/InP с широким мезаполосковым контактом", сс. ФТП, том 34, вып. 7 886-890 (2000).

43. G.O.Campbell, E.A.Estes, C.V.Hassapis, and M.M.Sherman, "Semiconductor laser array cooler development", AIP Conference Proceedings March 1, 1996 - vol. 361, iss. 1, pp. 933-938

44. D. O'Brien, J.G. Mclnerney, J. K. White, J. Evans, and A. J. Spring, "Temperature performance of AlGalnAs semiconductor lasers", Phis. Ref. Lett. vol. 82 pp. 239-241 (1999)

45. Y. Arakawa and H. Sakaki, "Multidimensional quantum well laser and temperature dependence of its threshold current", Appl. Phys. Lett. 40, pp. 939941 (1982).

46. G. Wurtz, R. Bachelota, and P. Royer, "Imaging a GaAlAs laser diode in operation using aperturelessscanning near-field optical microscopy" Eur. Phys. J. v.5, 269-275 (1999)

47. H. Hirayama, Y. Miyake, M. Asada, "Analysis of Current Injection Efficiency of Separate-Confinement-Heterostructure Quantum-Film Lasers", IEEE J. of Quant. El., vol. 28, no.l, p. 68-74, 1992;

48. L.V. Asryan and R.A. Suris., "Inhomogeneous Line Broadening and the Threshold Current Density of a Semiconductor Quantum Dot Laser." -Semicond. Sci. Technol., vol. 11, no. 4, pp. 554-567, Apr. 1996.

49. Jun Wang, Barry Smith, Xiaomin Xie, xinqiao Wang, and Geofferey T. Burnham, "High-efficiency diode lasers at high output power." Appl. Phys. Lett. 1999, Vol 74, Issll pp. 1525-1527

50. Скрынников Г.В., Зегря Г.Г., Пихтин H.A., Слипченко С.О., Шамахов В.В., Тарасов И.С., "О внутреннем квантовом выходе стимулированного излучения InGaAsP/InP-гетеролазеров (Х=1.55 мкм)", ФТП, том 37, вып. 2 сс. 243-248 (2003).

51. A. Haug, "Theory of the Temperature Dependence of the Threshold Current of an InGaAsP Laser", IEEE J. Quantum Electron., 1985, QE-21, 716-718.

52. Beall, James R. "Electron Beam-Induced Current Application Techniques." 3rd edition. Materials Park, OH: ASM International, 1993. 145-151.

53. Maksirnov S.K., Ziegler M., Khodos I.I., Snigireva I.I., Shikhsaidov M.Sh., "High resolution electron microscopical investigation of dislocations in deformed GaAs single crystals doped with Те", Phys, stat. sol. (a), 1984, v.84, p.79-86.

54. Reimer, L. "Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis." 2nd edition. Germany: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1998.

55. R.Shikler, T.Meoded, N.Fried and Y.Rosenwaks, "Potential imaging of operating light-emitting devices using Kelvin force microscopy", Appl. Phys. Lett, v.74 n.20 (1999)

56. Маркузе Д., "Оптические волноводы" М.: Мир, (1974)

57. Унгер Х.Г., "Планарные и волоконные оптические волноводы", М.: Мир, (1980)

58. Адаме М., "Введение в теорию оптических волноводов" М.: Мир, (1984)

59. Agrawal, G. P., andN. К. Dutta, 1993: Semiconductor1.sers, 2nd Ed., Van Nostrand Reinhold, New York

60. S. Terry E. Shoup, "Applied Numerical Methods for the microcomputer", Prentice Hall, Inc. (1984)

61. G.P. Agraval, N.K. Dutta, "Semiconductor lasers" 2nd edition International Thomson Publishing company New York NY10003 (1993).

62. Е.Ю. Котельников И.В. Кудряшов, М.Г. Растегаева, А.А. Кацнельсон, А.С. Школьник, В.П. Евтихиев., "Лазерный волновод с обратным градиентом показателя преломления" ФТП том 34, вып. 11 стр. 1391-1393 (2000)

63. Irina A. Kostko, Vadim P. Evtikhiev, Eugeny Yu. Kotelnikov, and Georgy G. Zegrya, "Power rise in broad-waveguide diode laser with inclined facet", Appl. Phys. Lett, vol 74, iss 7, pp.905-907 (1999).

64. И.А. Костко, В.П. Евтихиев, Е.Ю. Котельников, Г.Г. Зегря., "Повышение мощности лазеров с широким волноводом посредством дополнительной селекции поперечных мод." ФТП, том 33, вып. 6 стр. 752-758 (1999).

65. Shin-ichiro Tamura, Yukihiro Tanaka and Humphrey J. Maris, "Phonon group velocity and thermal conduction in superlattices", Phys.Rev.B vol. 60, num 4 pp.2627-2630. (1999)

66. M.V. Simkin and G.D. Mahan, "Umklapp Scattering and Heat Conductivity of Superlattices", Phys. Rev. Lett. 84, 927 (2000).

67. J.-C. Cheng, F.-H. Li, L. Guo, S. Y. Zhang, "Theoretical study of thermal diffusivity of superlattices in measurements using "mirage" technique", Appl.Phys.A: v61 Iss.4 (1995) pp 441-446

68. W.S. Capinski, M. Cardona, D.S. Katzer, H.J. Maris, K. Ploog, T. Ruf, "Thermal conductivity of GaAs/AlAs superlattices" Physica В pp263-264 (1999)

69. R.Venkatasubramanian, "Thermal Conductivity Reduction in Semiconductor Superlattice Structures" Meeting of the APS, 18-22 March 1996, St. Louis, MO.

70. Megan Bader, David Clarke, Chongyang Luo, "Use of the Third Harmonic Technique for Measuring Thermal Conductivity" National Nanofabrication Users Network (1999) pp. 82-83.

71. W.W.Chow, H.C.Schneider, S.W.Koch, C-H.Chang, L.Chrostowski, C.J. Chang-Hasnain, "Nonequilibrium Model for Semiconductor Laser Modulation Response", IEEE J. QE, v38, n4, (2002) pp402-409.

72. G.E.Shtengel, R.F. Kazarinov, G.L. Belenky, and C.L.Reynolds, "Wavelength Chirp and Dependence of Carrier Temperature on Current in MQW InGaAsP-InP Lasers" IEEE J. QE, v33 n8 (1997) pp 1396-1402.

73. B.M. Галицкий и В.Ф. Елесин, "Резонансное взаимодействие электромагнитных полей в полупроводниках" Москва, 1986.российская государственная;/ БИБЛИОТЕК//