Влияние возбужденных и волноводных энергетических состояний на характеристики лазеров с квантоворазмерной активной областью

Зубов, Федор Иванович

Влияние возбужденных и волноводных энергетических состояний на характеристики лазеров с квантоворазмерной активной областью тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Зубов, Федор Иванович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Влияние возбужденных и волноводных энергетических состояний на характеристики лазеров с квантоворазмерной активной областью»

Автореферат диссертации на тему "Влияние возбужденных и волноводных энергетических состояний на характеристики лазеров с квантоворазмерной активной областью"

На правах рукописи

ЗУБОВ Федор Иванович

ВЛИЯНИЕ ВОЗБУЖДЕННЫХ И ВОЛНОВОДНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ С КВАНТОВОРАЗМЕРНОЙ АКТИВНОЙ ОБЛАСТЬЮ

01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

10 ОКТ 2013

Санкт-Петербург 2013

005534331

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении высшего профессионального образования и науки Санкт-Петербургском Академическом университете - научно-образовательном центре нанотехнологий Российской академии наук (СПб АУ НОЦНТ РАН)

Научный руководитель:

д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН Жуков Алексей Евгеньевич Официальные оппоненты:

Мамаев Юрий Алексеевич, д.ф.-м.н., проф. СПбГПУ

Пихтин Никита Александрович, к.ф.-м.н., с.н.с. ФТИ им. А.Ф. Иоффе

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет

информационных технологий, механики и оптики».

Защита состоится «8» ноября 2013 г. в 16— на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 002.269.01, созданного на базе Федерального государственного бюджетного учреждения высшего профессионального образования и науки Санкт-Петербургского Академического университета — научно-образовательного центра нанотехнологий Российской академии наук (СПб АУ НОЦНТ РАН) по адресу 194021, Санкт-Петербург, ул. Хлопина д. 8, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПб АУ НОЦНТ РАН.

Отзывы на диссертацию и автореферат в 2 экземплярах заверенные печатью направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан « 30 » А_2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н.

А.А. Богданов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Полупроводниковые лазеры находят множество практических применений, среди которых наиболее важным является передача информации по оптическому волокну, обработка материалов сфокусированным лазерным лучом, накачка твердотельных лазеров и различные медицинские приложения, такие как оптическая когерентная томография и лазерная хирургия [1]. Преимущества полупроводниковых лазеров по сравнению с лазерами другого типа обусловлены их компактностью, сравнительно невысокой стоимостью и высоким КПД. К тому же ввиду большого разнообразия полупроводниковых материалов лазерное излучение может быть получено в широком спектральном диапазоне, в зависимости от той или иной прикладной задачи.

В последнее время прогресс в области полупроводниковых лазеров связан с использованием квантоворазмерной активной области, особенности плотности состояний которой позволяют улучшить основные параметры приборов. Так использование квантовых точек (КТ) в качестве активной области позволило достичь рекордно низкой пороговой плотности тока [2] и температурно-независимых ватт-амперных характеристик при температурах близких к комнатной [3]. В связи с этим в качестве объекта исследования были выбраны полупроводниковые инжекционные лазеры с квантоворазмерной активной областью (квантовыми ямами (КЯ) и самоорганизующимися КТ).

На начальном этапе развития лазеров с КЯ и КТ основные усилия были направлены на исследование процессов, протекающих непосредственно в активной области, и оптимизацию режимов ее формирования с целью подавления каналов безызлучательной рекомбинации, управления длиной волны излучения, увеличения оптического усиления и т.д. Благодаря достигнутым успехам, важную роль для оптимизации лазерных характеристик начинают играть физические процессы, затрагивающие состояния матрицы (волноводного слоя) и состояния возбужденных уровней активной области. В частности, подавление рекомбинации носителей заряда, заселяющих состояния волновода, позволило бы снизить пороговую плотность тока и улучшить его температурную стабильность, в особенности в случае коротковолновых и мощных лазеров [4, 5].

Другим примером, когда высокоэнергетические состояния играют определяющую роль, является влияние возбужденных уровней КТ на фактор уширения спектральной линии (а-фактор) в лазерах на квантовых точках (ЛКТ). Этот важный параметр определяет, помимо уширения спектральной линии одночастотных лазеров, такие свойства лазера, как паразитная частотная модуляция, образование отдельных каналов генерации, нестабильность частоты следования импульсов в лазерах с синхронизацией мод и срыв когерентности лазерного излучения, связанный с паразитной оптической обратной связью [6]. Для подавления этих нежелательных эффектов необходимо иметь а-фактор близким к нулю. В том случае, если бы КТ имели единственный (основной)

оптический переход с гауссовым распределением энергетических состояний, фактор уширения линии был бы равен или близок к нулю вследствие симметрии спектра усиления относительно своего максимума. Однако, наличие возбужденных состояний в реальной лазерной структуре на основе самоорганизующихся КТ приводит к нарушению симметрии спектра усиления и, как следствие, нежелательному увеличению а-фактора [6].

Также возбужденные состояния непосредственно связаны с компрессией усиления в полупроводниковом лазере - зависимостью оптического усиления от плотности фотонов в лазерном резонаторе. Данный эффект обусловлен конечным временем захвата носителей заряда на основное состояние активной области с возбужденных состояний. Компрессия усиления особенно сильно проявляется в ЛКТ, что необходимо учитывать, в частности, при рассмотрении динамических свойств таких лазеров [7].

С учетом вышесказанного целью работы было исследование влияния возбужденных состояний и состояний волновода на основные характеристики лазеров на КЯ и КТ, а также их оптимизация на основе обнаруженных особенностей.

Для достижения указанной цели решались следующие основные задачи:

- разработка конструкции и создание полупроводниковых лазеров с асимметричными барьерными слоями, позволяющими подавить паразитную рекомбинацию носителей заряда в волноводном слое вне квантоворазмерной активной области;

- исследование влияния возбужденных состояний в лазерах на основе КТ 1пАз на фактор уширения спектральной линии и определение путей снижения а-фактора; исследование зависимости а-фактора в таких лазерах от накачки и температуры, а также его спектральной зависимости;

- исследование влияния процессов обмена носителями между основным и возбужденным уровнями КТ на коэффициент компрессии усиления в лазерах на основе КТ 1пАз; исследование зависимости коэффициента компрессии усиления от мощности лазерного излучения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые созданы и исследованы характеристики полупроводниковых лазеров нового типа - лазеров с асимметричными барьерными слоями. Экспериментально показано, что использование асимметричных барьерных слоев по обе стороны квантоворазмерной активной области позволяет снизить паразитную рекомбинацию в волноводе;

- впервые получено аналитическое выражение для фактора уширения спектральной линии лазера на основе КТ 1пАз, позволяющее в явном виде описать экспериментально наблюдаемые зависимости от оптических потерь и плотности фотонов;

- впервые для лазеров на основе КТ ГпАв экспериментально установлена зависимость спектров фактора уширения спектральной линии от температуры до порога возникновения лазерной генерации;

- впервые теоретически и экспериментально исследована зависимость коэффициента компрессии усиления в зависимости от выходной мощности в лазерах на основе КТ ШАб.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы для оптимизации пороговых и иных характеристик полупроводниковых лазеров. Найдены химические составы слоев в системе материалов АНпСаАвР на подложке СаАв, которые позволяют сформировать асимметричные потенциальных барьеры для носителей заряда обоих типов. Использование асимметричных потенциальных барьеров по обе стороны активной области полупроводникового лазера позволяет улучшить основные параметры прибора, а именно понизить пороговый ток, увеличить дифференциальную эффективность, уменьшить внутренние оптические потери, а также повысить температурную стабильность этих параметров. Показано, что величина а-фактора может быть уменьшена за счет снижения величины отношения оптических потерь к максимальному усилению на основном оптическом переходе, а также увеличения энергетического разделения между основным и возбужденным переходами. Уменьшение фактора уширения линии с ростом температуры на фиксированной длине волны в спектральном диапазоне основного оптического перехода может быть использовано для достижения равного или близкого нулю значения а-фактора в одночастотных лазерах.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. В лазерных структурах в системе материалов АПпОзАбР на подложке ОаАя возможно эпитаксиальное формирование асимметричных барьерных слоев и подавление с их помощью паразитной рекомбинации, обусловленной биполярным заселением волновода электронами и дырками.

2. В лазерах на основе квантовых точек ЫАв зависимость фактора уширения спектральной линии от тока в основном определяется ростом концентрации носителей на первом возбужденном уровне квантовых точек.

3. В лазерах на основе квантовых точек [пАя значение а-фактора (фактора уширения спектральной линии) возрастает с ростом длины волны в спектральном диапазоне основного оптического перехода, а температурная зависимость спектра а-фактора определяется температурной зависимостью ширины запрещенной зоны активной области.

4. В лазерах на основе квантовых точек 1пАз коэффициент компрессии усиления уменьшается с ростом мощности лазерного излучения и определяется временем релаксации носителей заряда на основное состояние квантовых точек.

физике полупроводников (Нижний Новгород, 2011); Международном симпозиуме «Days of Russian Science» (Варшава, Польша, 2011); XXIII всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург,

2011); 15-и международной конференции «Laser Optics» (Санкт-Петербург,

2012); 20-м и 21-м Международных симпозиумах "Nanostructures: Physics and Technology" (Нижний Новгород, 2012 г., Санкт-Петербург, 2013 г.); Российской молодёжной конференция по физике и астрономии (Санкт-Петербург, 2012); 3-м Всероссийском симпозиуме «Полупроводниковые лазеры: физика и технология» (Санкт-Петербург, 2012); Симпозиуме Международного общества оптики и фотоники (SPIE) «SPIE Photonics Asia» (Пекин, Китай, 2012 г.); Международной конференции по нелинейной оптике, лазерным применениям и технологии «ICONO/LAT» (Москва, 2013).

Публикации. Основные результаты, содержащиеся в диссертации, опубликованы в 20 печатных работах, в том числе в 12 научных статьях (из них 8 в российских и 4 в иностранных научных журналах, входящих в перечень ВАК) и в материалах 8 научных конференций.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, а также списка цитируемой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель работы, показана се научная новизна, приведены положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В разделе 1.1 обсуждаются ранее реализованные подходы к увеличению температурной стабильности характеристик полупроводниковых лазеров - уменьшение размерности активной области, метод р-легирования KT, использование барьера, блокирующего транспорт одного типа носителей. Описаны ограничения и недостатки этих методов. В разделе 1.2 обсуждается состояние исследований а-фактора лазеров с KT InAs на момент начала настоящей работы. Отмечается большой разброс опубликованных значений фактора уширения спектральной линии и противоречивость данных по его спектральной зависимости. В разделе 1.3 представлены данные по измерению коэффициента компрессии усиления в лазерах с KT InAs различными методами. Рассмотрена модель компрессии усиления в полупроводниковых лазерах, основанная на выгорании спектральных провалов в результате обмена носителей заряда между ямой и барьером.

Во второй главе приведено описание экспериментальных методик, использованных в диссертационной работе. В разделе 2.1 представлено описание методики эпитаксиального роста лазерных структур, изготовления

лазеров полосковой конструкции и измерения их пороговых характеристик при различных температурах. В разделе 2.2 представлено описание методики определения а-фактора, основанной на измерении спектра усиления методом Хакки-Паоли. В разделе 2.3 изложен оригинальный метод определения коэффициента компрессии усиления с помощью измерения отношения коэффициентов частотной и амплитудной модуляции при высокочастотной токовой модуляции. Показано, что этот метод, в отличие от других измерительных методик, позволяет установить зависимость коэффициента компрессии усиления от мощности.

Третья глава посвящена исследованию полупроводниковых лазеров с асимметричными барьерными слоям (ЛАБС). В разделе 3.1 обсуждается концепция ЛАБС, которая была предложена ранее в теоретической работе [8]. Асимметричный барьер (АБ) со стороны л-эмиттера блокирует распространение дырок в ту часть волноводной области, в которую инжектируются электроны, а АБ со стороны р-эмиттера блокирует распространение электронов в ту часть волноводной области, в которую инжектируются дырки (рис. 1 а). В идеале, рекомбинация носителей возможна только в активной области, тогда как паразитная рекомбинация в волноводе подавлена. Приведены результаты выполненных в работе расчетов разрыва зон на границе различных полупроводниковых соединений, которые могут быть синтезированы на подложке ваЛв в системе материалов АЮаТпАвРБЬ. На основе расчетов произведен выбор твердых растворов, с помощью которых

Рис. 1. (а) - энергетическая диаграмма лазерной гетероструктуры, иллюстрирующая концепцию ЛАБС; (б) - диаграмма, отображающая составы (закрашенная область) твердого раствора СаДп^РуАэ^у, пригодные для создания АБ в ваАв волноводе со стороны «-эмиттера согласно критериям: несущественный барьер для электронов ДЕс < 25 мэВ, большой барьер для дырок Д£У>50мэВ и рассогласование постоянных решеток волновода и АБ

а)

б)

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Мольная доля галлия

|5| < 1.5%

возможно реализовать АБ, как со стороны я-эмиттера, так и со стороны р-эмиттера, в структурах на подложках СаАэ с выполнением условий псевдоморфного роста (рис. 1 б). Представлены варианты лазерных гетероструктуры с предложенными АБ, рассчитанные на длину волны лазерной генерации 0.94 и 0.78 мкм, с волноводом СэАб и Al0.2Ga0.sAs, соответственно. В структуре с волноводом ОаАв для создания АБ со стороны /г(р)-эмиттера предлагается использовать слой Сао51пп5Р,и,А5о4 (Alo.2Gao.8Asn.93Sbo.07) толщиной 5 нм, образующий энергетический барьер для дырок 117 (3) мэВ, а для электронов 0 (97) мэВ. В качестве АБ со стороны «(р)-эмиттера для структуры с волноводом Al0.2Ga0.KAs предложен слой твердого раствора Gao.55Ino.45P (Alo.42Gao.36lno.22As) толщиной 5 нм, образующий энергетический барьер для дырок 240 (25) мэВ, а для электронов менее 1 (69) мэВ. Для предложенных лазерных гетероструктур с АБ проведен расчет пороговых характеристик и показано, что использование АБ может повысить температурную стабильность порогового тока и снизить его величину.

В Разделе 3.2 приведены результаты исследования характеристик впервые созданного ЛАБС спектрального диапазона 0.83 мкм на основе КЯ ОаАв толщиной 5 нм, помещенной в волноводный слой Alo.2Gao.8As, и содержащего АБ со стороны я(р)-эмиттера из твердого раствора Gao.55Ino.45P (Alo.42Gao.36lno.22As) толщиной 5 нм (рис. 2 а). Также приведены характеристики реперного лазера без АБ. Показано, что использованные АБ не влияют на спектральные и вольт-амперные характеристики лазера. Продемонстрировано, что использование АБ, приводит к снижению порогового тока лазера и его температурной чувствительности в диапазоне температур 20-100°С (рис. 2 6). Наибольшая разница в характеристической температуре составила 44 К (143 К

а)

0-Змкм

5нм 5им

5нм 5нм | <1мэВ__ 5.н|У>~*Г5169мэВ

\ \

^Г я в® ^Г я

о о "^о а о ^ о

4 4 $ШГз 4

25мэВ

Температура, "С

Рис. 2. (а) - энергетическая диаграмма впервые созданного ЛАБС; (б) -зависимость пороговой плотности тока и характеристической температуры от температуры теплоотвода созданного ЛАБС и реперного лазера без АБ (длина резонатора 0.5 мм).

для ЛАБС против 99 К для реперного лазера), достигнутая при 20°С.

Установлено, что ЛАБС обладает большей дифференциальной эффективностью при всех исследованных температурах (от 20 до 100°С) и длинах резонатора (от 250 до 2000 мкм) по сравнению с реперным лазером без АБ. Так при 20°С и длине 2 мм ЛАБС имеет дифференциальную эффективность 0.48, а реперный лазер - 0.42. Обнаружено уменьшение внутренних потерь и их температурной зависимости в структуре с АБ. В ЛАБС внутренние потери составили 2.4±0.1 см"', как при 20°С, так и при 100°С, а в реперном лазере они возрастают с 3.4±0.1 см"1 до 3.8±0.1 см"1 при увеличении температуры от 20°С до 100°С. Перечисленные улучшения объясняются тем, что предложенные АБ позволяют уменьшить паразитную рекомбинацию в волноводных слоях лазера.

а)

а 24

а, 22 ■

Реперный лалер

с. «

20 •

600

б) *

500

а.

£ а а.

125

400

300

т а

рч

о а.

•л

40 60 80 Температура, "С

100

200

100

О р

о с; С

X 50

ЛАБС

Реперным .члчер

30 40

Обратили длина реншагора, см"'

Рис. 3. Зависимость параметра усиления и плотности тока прозрачности от температуры (а), а также экспериментальные (символы) и расчетные (линии) зависимости характеристической температуры от обратной длины резонатора (б) для ЛАБС и реперных лазеров без АБ.

Далее в этом разделе приводятся экспериментальные данные по зависимости модового усиления от плотности порогового тока при повышенных температурах. На основе анализа экспериментальных данных показано, что температурные зависимости параметра усиления и плотности тока прозрачности в ЛАБС выражены в меньшей степени по сравнению с реперной структурой (рис. 3 а). Проведен анализ факторов, влияющих на характеристическую температуру ЛАБС и её зависимость от оптических потерь (рис. 3 б). Показано, что влияние температурного роста внутренних потерь на характеристическую температуру пренебрежимо мало, а её увеличение в ЛАБС по сравнению с реперным лазером преимущественно связано со снижением температурной чувствительности плотности тока прозрачности в структуре с барьерами.

Четвертая глава посвящена исследованию фактора уширения спектральной линии ЛКТ. В разделе 4.1 приведены результаты расчетов а-фактора, а также изложена развитая в работе модель, позволяющая в аналитическом виде описать зависимость а-фактора от оптических потерь, плотности фотонов в резонаторе, числа рядов КТ и других параметров активной области. Показано, что на величину а-фактора оказывают влияние уширение оптических переходов и энергетическое разделение между основным и первым возбужденным уровнями КТ, тогда как другие особенности плотности состояний КТ, включая наличие иных вышележащих переходов (в том числе смачивающего слоя), несущественно. Модель предсказывает снижение а-фактора с уменьшением величины отношения оптических потерь к максимальному усилению на основном оптическом переходе, как на пороге (рис. 4 а), так и за порогом генерации (рис. 4 б). Снижение а-фактора также возможно за счет роста энергетического разделения между первым возбужденным и основным переходами (вставка к рис. 4 а), а также за счет уменьшения спектральной ширины оптического перехода.

Нормированные оптические потери Нормированная концентрация фотонов

Рис. 4. (а) - зависимость а-фактора на пороге генерации от с/о - оптических потерь, нормированных на насыщенное усиление основного оптического перехода (расчет для энергетического разделения между основным и возбужденным переходом А = 75 мэВ); на вставке - зависимость а-фактора от Д (расчет для с/п — 0.7); (б) - зависимость а-фактора за порогом генерации от нормированной концентрации фотонов 5 в резонаторе для различных значений Чо-

В разделе 4.2 приведены результаты исследования фактора уширения спектральной линии в лазерах с КТ 1пАз, выполненные в широком спектральном диапазоне при различных токах накачки и температурах с помощью анализа измеренных спектров усиленного спонтанного излучения.

Показано, что с увеличением длины волны вблизи полосы основного перехода в широком диапазоне токов накачки имеет место монотонный рост фактора уширения линии (рис. 5 а). При этом в лазере с одним слоем КТ происходит значительный рост а-фактора с увеличением накачки во всем исследованном спектральном диапазоне, тогда как в лазере на основе 10 рядов КТ фактор уширения линии практически не меняется с током. Впервые для лазеров с КТ ЫАв экспериментально установлена зависимость спектров а-фактора от температуры до порога возникновения лазерной генерации (вставка к рис. 5 а). При помощи расчета с использованием модельной плотности состояний показано, что основной причиной изменения фактора уширения линии с температурой является изменение ширины запрещенной зоны активной области.

а> 5

о. 3

с Ё

•I.2 »

1230 1240 1250 1260 1270 1280 0 5 10 15

Длина волны, нм Выходная мощность, мВт

Рис. 5. (а) - спектры а-фактора лазеров с одним и десятью слоями КТ вблизи полосы основного перехода при 20°С при различной накачке; на вставке -эволюция спектра а-фактора с температурой для лазеров с десятью слоями КТ; (б) - экспериментально определенная зависимость коэффициента компрессии усиления от оптической мощности при 20°С и результат расчета.

Пятая глава посвящена исследованию явления компрессии усиления в лазерах с КТ ГпАб. Представлены результаты определения коэффициента компрессии усиления при различных температурах предложенным нами методом, основанным на измерении отношения коэффициентов частотной и амплитудной модуляции при высокочастотной токовой модуляции. Экспериментально показано, что при 25 (рис. 5 б) и 85°С коэффициент компрессии усиления, измеренный в КТ-лазере с распределенной обратной связью, снижается от 510"6 до МО"16 см3 (3-10"16 до 1-10"16 см3) с ростом выходной оптической мощности от 1 до 14 мВт (1 до 11 мВт), тогда как ранее он полагался неизменным. Изложена развитая в работе теоретическая модель для описания компрессии усиления в ЛКТ. Модель учитывает изменение

заселенности возбужденного уровня КТ при изменении накачки в процессе лазерной генерации, а также влияние заселенностей основного и возбужденного уровней на динамику обмена носителями заряда между ними. Получено аналитическое выражение для коэффициента компрессии усиления, которое в явном виде демонстрирует его зависимость от числа фотонов в резонаторе (оптической мощности). Достигнуто хорошее согласие данных эксперимента и результатов, полученных на основе представленной модели.

В заключении приведены основные результаты работы, которые состоят в следующем.

- Показано, что с помощью твердых растворов АЮа1пА$Р на подложке СаАя могут быть созданы слои АБ - слои, которые для одного типа носителей создают энергетический барьер, существенно препятствующий их транспорту, тогда как для другого типа носителей препятствие практически отсутствует. Синтез предложенных АБ может быть выполнен в псевдоморфном режиме.

- Впервые были созданы ЛАБС и исследованы их характеристики. Показано, что использованные АБ позволяют подавить паразитную рекомбинацию в волноводе, что приводит к снижению порогового тока, повышению дифференциальной эффективности, уменьшению внутренних потерь, а также улучшению температурной стабильности этих параметров по сравнению с лазерами без АБ.

- Получено аналитическое выражение для а-фактора ЛКТ, в явном виде устанавливающее его зависимость от оптических потерь и числа фотонов в резонаторе (оптической мощности). Показано, что фактор уширения спектральной линии, как на пороге, так и свыше порога генерации, может быть уменьшен за счет снижения оптических потерь, увеличения насыщенного усиления на основном переходе и увеличения энергетического разделения между возбужденным и основным переходами.

- Экспериментально установлено, что вблизи полосы основного перехода в широком диапазоне токов накачки до порога генерации с увеличением длины волны наблюдается монотонный рост фактора уширения спектральной линии лазеров с КТ 1пАб.

- Впервые для лазеров с КТ 1пАз экспериментально установлена зависимость спектров а-фактора от температуры, и показано, что основной причиной изменения фактора уширения линии с температурой является изменение ширины запрещенной зоны активной области.

- Обнаружена сильная зависимость коэффициента компрессии усиления от выходной оптической мощности в лазерах с КТ 1пАз. Предложена модель, объясняющая наблюдавшийся спад коэффициента компрессии усиления с ростом оптической мощности, и получено аналитическое выражение, в явном виде демонстрирующее его зависимость от числа фотонов в резонаторе.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Жуков, А.Е. Полупроводниковый лазер с асимметричными барьерными слоями: высокая температурная стабильность / А.Е. Жуков, Н.В. Крыжановская, М.В. Максимов, А.Ю. Егоров, М.М. Павлов, Ф.И. Зубов, Л.В. Асрян // ФТП. - 2011. - Т. 45, №4. - С. 540-546.

2. Жуков, А.Е. Влияние нелинейного насыщения усиления на предельную частоту модуляции в лазерах на основе самоорганизующихся квантовых точек / А.Е. Жуков, Е.М. Аракчеева, Н.Ю. Гордеев, Ф.И. Зубов, Н.В. Крыжановская, М.В. Максимов, A.B. Савельев // ФТП. - 2011. - Т. 45, №7.-С. 996-1000.

3. Жуков, А.Е. Влияние возбужденного оптического перехода на фактор уширения спектральной линии лазеров на квантовых точках / А.Е. Жуков, A.B. Савельев, М.В. Максимов, Ю.М. Шерняков, Е.М. Аракчеева, Ф.И. Зубов, A.A. Красивичев, Н.В. Крыжановская // ФТП. - 2012. - Т. 46, №2.-С. 235-240.

4. Жуков, А.Е. Особенности одновременной генерации через основное и возбужденное состояния в лазерах на квантовых точках / А.Е. Жуков, М.В. Максимов, Ю.М. Шерняков, Д.А. Лившиц, A.B. Савельев, Ф.И. Зубов, В.В. Клименко // ФТП. - 2012. - Т. 46, №2. - С. 241-246.

5. Zhukov, А.Е. Improvement of temperature-stability in a quantum well laser with asymmetric barrier layers / A.E. Zhukov, N.V. Kryzhanovskaya, F.I. Zubov, Y.M. Shernyakov, M.V. Maximov, E.S. Semenova, К. Yvind, L.V. Asryan // Appl. Phys. Lett. - 2012. - V. 100, №2. - P. 021107.

6. Жуков, А.Е. Влияние асимметричных барьерных слоев в волноводной области на температурные характеристики лазеров на квантовой яме / А.Е. Жуков, Л.В. Асрян, Ю.М. Шерняков, М.В. Максимов, Ф.И. Зубов, Н.В. Крыжановская, К. Yvind, Е.С. Семёнова // ФТП. - 2012. - Т. 46, №8. -С. 1049-1053.

7. Шерняков, Ю.М. Влияние модулированного легирования активной области на одновременную генерации через основное и возбужденное состояния в лазерах на квантовых точках / Ю.М. Шерняков, М.В. Максимов, А. Е. Жуков, A.B. Савельев, В.В. Коренев, Ф.И. Зубов, Н.Ю. Гордеев, Д.А. Лившиц // ФТП. - 2012. - Т. 46, №10. - С. 1353-1356.

8. Zhukov, А.Е. Quantum dot lasers and relevant nanoheterostructures / A.E. Zhukov, N.V. Kryzhanovskaya, A.V. Savelyev, A.M. Nadtochiy, E.M. Arakcheeva, F.I. Zubov, V.V. Korenev, M.V. Maximov, Yu.M. Shernyakov, M.M. Kulagina, I.A. Slovinskiy, D.A. Livshits, A. Kapsalis, Ch. Mesaritakis, D. Syvridis, A. Mintairov // Proc. of SPIE -2012.-V. 8552.-P. 855202.

9. Жуков, A.E. Оптимизация конструкции и режима работы лазера на квантовых точках для снижения тепловых потерь при переключении / А.Е. Жуков, A.B. Савельев, М.В. Максимов, Н.В. Крыжановская, Н.Ю. Гордеев, Ю.М. Шерняков, A.C. Паюсов, A.M. Надточий, Ф.И. Зубов, В.В. Коренев // ФТП. - 2013. - Т. 47, №8. - С. 1102-1108.

lO.Zhukov, A.E. Gain compression and its dependence on output power in quantum dot lasers / A.E. Zhukov, M.V. Maximov, A.V. Savelyev, Yu.M. Shernyakov, F.I. Zubov, V.V. Korenev, A. Martinez, A. Ramdane, J.-

G. Provost, D.A. Livshits // J. Appl. Phys. - 2013. - V. 113, №23. - P. 233103.

П.Зубов, Ф.И. Спектральная зависимость фактора уширения линии в

лазерах на квантовых точках / Ф.И. Зубов, Ю.М. Шерняков, М.В. Максимов, А.Е. Жуков, Д.А. Лившиц, A.C. Паюсов, A.M. Надточий, A.B. Савельев, Н.В. Крыжановская, Н.Ю. Гордеев // ФТП. - 2013. - Т. 47, №12.-С. 1681-1686.

12.Maximov, M.V. The influence of p-doping on two-state lasing in InAs/InGaAs quantum dot lasers / M.V. Maximov, Yu.M. Shernyakov, F.I. Zubov, A.E. Zhukov, N.Yu. Gordeev, V.V. Korenev, A.V. Savelyev, D.A. Livshits // Semicond. Sei. Technol. - 2013. - V. 28, №10. - 105016.

13.Зубов, Ф.И. Высокая температурная стабильность полупроводниковых лазеров с асимметричными барьерными слоями / Ф.И. Зубов, А.Е. Жуков, Л.В. Асрян, М.В. Максимов, Н.В. Крыжановская // Сборник трудов XV международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 14-18 марта 2011 г.) - 2011. - Т. 2. -С. 480-481.

14.Жуков, А.Е. Учет компрессии усиления для описания предельной частоты модуляции лазеров на квантовых точках / А.Е. Жуков, Е.М. Аракчеева, Н.Ю. Гордеев, Ф.И. Зубов, Н.В. Крыжановская, М.В. Максимов, A.B. Савельев // Сборник трудов X Российской конференции по физике полупроводников «Полупроводники-2011» (Нижний Новгород, 19-23 сентября 2011 г.) - 2011. - С. 230.

15.Зубов, Ф.И. Особенности двухполосной генерации лазеров на квантовых точках / Ф.И. Зубов, А.Е. Жуков // Сборник трудов XXIII всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 21-25 ноября 2011 г.)-2011.-С. 91.

16. Zhukov, А.Е. Peculiarities of two-state lasing in quantum-dot lasers / A.E. Zhukov, Yu.M. Shernyakov, D.A. Livshits, M.V. Maximov, A.V. Savelyev, F.I. Zubov, V.V. Korenev // Proc. of 20th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" (Nyzhny Novgorod, Russia, June 24-30, 2012) - 2012. - P. 175-176.

17. Зубов, Ф.И. Лазер с асимметричными барьерами: первое экспериментальное исследование / Ф.И. Зубов, А.Е. Жуков,

H.В. Крыжановская, Ю.М. Шерняков, М.В. Максимов, Е.С. Семёнова, К. Ювинд, Л.В. Асрян // Сборник трудов российской молодёжной конференции по физике и астрономии (Санкт-Петербург, 24-25 октября 2012 г.)-2012.-С. 90.

18.Зубов, Ф.И. Влияние асимметричных барьерных слоев на основные приборные характеристики лазеров с квантоворазмерной активной областью / Ф.И. Зубов, А.Е. Жуков, Л.В. Асрян, Ю.М. Шерняков,

М.В. Максимов, Н.В. Крыжановская, K.Yvind, Е.С. Семёнова // Сборник трудов третьего всероссийского симпозиума «Полупроводниковые лазеры: физика и технология» (Санкт-Петербург, 13-16 ноября 2012 г.) -2012.-С. 58.

19.Максимов, М.В. Подавление генерации через возбужденное состояние в лазерах на квантовых точках путем модулированного легирования активной области / М.В. Максимов, Ю.М. Шерняков, А.Е. Жуков, А.В. Савельев, В.В. Коренев, Ф.И. Зубов, Н.Ю. Гордеев, Д.А. Лившиц // Сборник трудов третьего всероссийского симпозиума «Полупроводниковые лазеры: физика и технология» (Санкт-Петербург, 13-16 ноября 2012 г.) - 2012. - С. 24.

20.Zhukov, А.Е. Minimization of heat-to-bitrate ratio in edge-emitting quantum dot lasers / A.E. Zhukov, A.V. Savelyev, M.V. Maximov, F.I. Zubov, V.V. Korenev // Proc. of 21th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" (Saint Petersburg, Russia, June 24-28, 2013) - 2013. - P. 21-22.

Цитированная литература:

[1]Overton, G. Laser markets rise above global headwinds / G. Overton, A. Nogee, D.A. Belforte, C. Holton // Laser Focus World - 2013. - V. 49, №1. -P. 36-47.

[2] Deppe, D.G. Quantum dot laser diode with low threshold and low internal loss / D.G. Deppe, K. Shavritranuruk, G. Ozgur, H. Chen, S. Freisem // Electron. Lett. - 2009. - V. 45, №1. - P. 54- 56.

[3]Tanaka, Y. 25 Gbps direct modulation in 1.3-цт InAs/GaAs high-density quantum dot lasers / Y. Tanaka, M. Ishida, K. Takada, T. Yamamoto, H.-Z. Song, Y. Nakata, M. Yamaguchi, K. Nishi, M. Sugawara, Y. Arakawa // Proc. of Conf. on Lasers and Electro-Optics (San Jose, USA, May 16-21, 2010) - 2010. - CTuZ 1. DOI: 10.13 64/CLE0.2010.CTuZ 1

[4] Asryan, L.V. Threshold characteristics of InGaAsP/InP multiple quantum well lasers / L.V. Asryan, N.A. Gun'ko, A.S. Polkovnikov, G.G. Zegrya, R.A. Suris, P.-K. Lau, T. Makino // Semicond. Sci. Technol. - 2000. - V. 15, №12. - P. 1131-1140.

[5] Lee, J.J. MOCVD growth of asymmetric 980 nm InGaAs/InGaAsP broad-waveguide diode lasers for high power applications / J.J. Lee, L.J. Mawst, D. Botez // J. Cryst. Growth - 2003. - V. 249, №1-2. - P. 100-105.

[6] Жуков, А.Е. Приборные характеристики длинноволновых лазеров на основе самоорганизующихся квантовых точек / А.Е. Жуков, М.В. Максимов, А.Р. Ковш // ФТП. - 2012. - Т. 46, №10. - С. 1249-1273.

[7]Su, Н. Dynamic properties of quantum dot distributed feedback lasers: high speed, linewidth and chirp / H. Su, L.F. Lester // J. Phys. D - 2005. - V. 38, №13. - P. 2112-2118.

[8] Asryan, L.V. Temperature-insensitive semiconductor quantum dot laser / L.V. Asryan, S. Luryi // Sol. St. Electron. - 2003. - V. 47, №2. - P. 205-212.

Подписано в печать 26.09.2013. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 11045b.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

Текст научной работы диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Зубов, Федор Иванович, Санкт-Петербург

Федеральное государственное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования и науки Санкт-Петербургский Академический университет -научно-образовательный центр нанотехнологий Российской академии наук

На правах рукописи

ЗУБОВ Федор Иванович

01.04.10 - физика полупроводников

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН А.Е. Жуков

Санкт-Петербург 2013

Оглавление

Введение...................................................................................................................4

Глава 1. Обзор литературы...............................................................................10

1.1. Методы повышения температурной стабильности полупроводниковых лазеров.................................................................................................................10

1.2. Фактор уширения спектральной линии в лазерах на квантовых точках ..............................................................................................................................15

1.3. Компрессия усиления в лазерах на квантовых точках............................19

Выводы по Главе 1.............................................................................................24

Глава 2. Экспериментальные методы.............................................................25

2.1. Методы создания образцов лазерных диодов и исследования их основных характеристик...................................................................................26

2.1.1. Методы эпитаксиального синтеза лазерных гетероструктур.....26

2.1.2. Методы, используемые для изготовления лазерных диодов............32

2.1.3. Методы исследования основных характеристик лазерных диодов38

2.2. Определение фактора уширения спектральной линии с помощью анализа спектров усиленного спонтанного излучения..................................41

2.3. Определение коэффициента компрессии усиления с помощью анализа

амплитудно-частотных характеристик лазера................................................44

Выводы по Главе 2.............................................................................................47

Глава 3. Исследование полупроводниковых лазеров с асимметричными

барьерными слоями............................................................................................48

3.1. Разработка конструкции лазерной гетероструктуры с асимметричными барьерными слоями............................................................................................49

3.1.1. Структура и принцип действия лазера с асимметричными барьерными слоями.........................................................................................49

3.1.2. Выбор полупроводниковых материалов для практической реализации лазера с асимметричными барьерными слоями......................52

3.1.3. Плотность порогового тока и характеристическая температура

лазера с асимметричными барьерными слоями..........................................57

3.2. Исследование впервые созданных лазеров с асимметричными барьерными слоями............................................................................................63

3.2.1. Эксперимент.........................................................................................63

3.2.2. Анализ факторов, определяющих характеристическую температуру исследуемых лазеров..............................................................74

Выводы по Главе 3.............................................................................................78

Глава 4. Исследование фактора уширения спектральной линии в лазерах с квантовыми точками........................................................................80

4.1. Влияние возбужденного оптического перехода на фактор уширения спектральной линии лазеров с квантовыми точками.....................................81

4.1.1. Основные выражения для нахождения а-фактора..........................81

4.1.2. Модельная плотность состояний......................................................82

4.1.3. Приближенное выражение для расчета показателя преломления 87

4.1.4. Приближенное выражение для а-фактора.......................................88

4.2. Исследование спектральной зависимости фактора уширения

спектральной линии в лазерах с квантовыми точками..................................94

Выводы по Главе 4...........................................................................................104

Глава 5. Исследование компрессии усиления в лазерах с квантовыми точками................................................................................................................106

5.1. Экспериментальное определение коэффициента компрессии усиления ............................................................................................................................107

5.2. Аналитическое описание компрессии усиления в лазерах на квантовых

точках.................................................................................................................114

Выводы по Главе 5...........................................................................................120

Заключение.........................................................................................................121

Список литературы...........................................................................................128

Введение

Полупроводниковые лазеры находят множество практических применений, среди которых наиболее важными являются передача информации по оптическому волокну, обработка материалов сфокусированным лазерным лучом, накачка твердотельных лазеров и различные медицинские приложения, такие как оптическая когерентная томография и лазерная хирургия [1]. Преимущества полупроводниковых лазеров по сравнению с лазерами другого типа обусловлены их компактностью, сравнительно невысокой стоимостью и высоким КПД. К тому же ввиду большого разнообразия полупроводниковых материалов лазерное излучение может быть получено в различных спектральных диапазонах в зависимости от той или иной прикладной задачи.

В последнее время прогресс в области полупроводниковых лазеров связан с использованием квантоворазмерной активной области [квантовых ям (КЯ) или квантовых точек (КТ)], особенности плотности состояний которой позволяют улучшить основные параметры приборов. Лазеры с КЯ (ЛКЯ) получили широкое распространение. С их помощью достигнуты рекордные значения выходной оптической мощности и КПД [2-5]. Использование в качестве активной области КТ позволило достичь рекордно низкой пороговой плотности тока [6] и температурно-независимых ватт-амперных характеристик при температурах близких к комнатной [7]. В связи с этим в качестве объекта исследования были выбраны полупроводниковые инжекционные лазеры с квантоворазмерной активной областью (с КЯ и самоорганизующимися КТ).

волны излучения, увеличения оптического усиления и т.д. Благодаря достигнутым успехам, важную роль для дальнейшего развития полупроводниковых лазеров и оптимизации их характеристик начинают играть физические процессы, затрагивающие состояния матрицы (волноводного слоя) и возбужденные уровни активной области, т.е. состояния высокоэнергетические по отношению к уровням размерного квантования активной области, непосредственно участвующих в лазерной генерации.

В частности, подавление рекомбинации носителей заряда, заселяющих состояния волновода, позволило бы снизить пороговую плотность тока и улучшить его температурную стабильность, в особенности в случае коротковолновых и мощных лазеров [8, 9]. Другим примером, когда высокоэнергетические состояния играют определяющую роль, является влияние возбужденных уровней КТ на фактор уширения спектральной линии (а-фактор) в лазерах на квантовых точках (ЛКТ). Этот важный параметр, помимо, собственно, уширения спектральной линии одночастотных лазеров, определяет такие свойства лазера, как паразитная частотная модуляция [10], образование отдельных каналов генерации (филаментация) [11], нестабильность частоты следования импульсов в лазерах с синхронизацией мод [12] и срыв когерентности лазерного излучения, связанный с паразитной оптической обратной связью [10]. Для подавления этих нежелательных эффектов необходимо иметь а-фактор близким к нулю. В том случае, если бы КТ имели единственный (основной) оптический переход с гауссовым распределением состояний по энергии, фактор уширения линии был бы равен или близок к нулю вследствие симметрии спектра усиления относительно своего максимума [13]. Однако, наличие возбужденных состояний в реальной лазерной структуре на основе самоорганизующихся КТ приводит к нарушению симметрии спектра усиления и, как следствие, нежелательному увеличению а-фактора [14].

Также возбужденные состояния непосредственно связаны с компрессией усиления в полупроводниковом лазере - явлением, проявляющим себя в зависимости оптического усиления от плотности фотонов в лазерном резонаторе. Данный эффект обусловлен конечным временем захвата носителей заряда на основные состояния активной области с возбужденных состояний. Компрессия усиления особенно сильно проявляется в ЛКТ, что необходимо учитывать, в частности, при рассмотрении динамических свойств таких лазеров [15].

С учетом вышесказанного целью работы было исследование влияния возбужденных состояний и состояний волновода на основные характеристики лазеров с КЯ и КТ, а также их оптимизация на основе обнаруженных особенностей.

Для достижения указанной цели решались следующие основные задачи:

- исследование влияния процессов обмена носителями между основным и возбужденным уровнями КТ на коэффициент компрессии усиления в лазерах на основе КТ 1пАб; исследование зависимости коэффициента компрессии усиления от мощности лазерного излучения.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней:

- впервые получено аналитическое выражение для фактора уширения спектральной линии лазера на основе КТ ¡пАб, позволяющее в явном виде описать экспериментально наблюдаемые зависимости от оптических потерь и плотности фотонов;

- впервые для лазеров на основе КТ 1пАб экспериментально установлена зависимость спектров фактора уширения спектральной линии от температуры до порога возникновения лазерной генерации;

- впервые теоретически и экспериментально исследована зависимость коэффициента компрессии усиления в зависимости от выходной мощности в лазерах на основе КТ 1пАб.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы для оптимизации пороговых и иных характеристик полупроводниковых лазеров. Найдены химические составы слоев в системе материалов АПпваАзР на подложке ваАэ, которые позволяют сформировать асимметричные потенциальные барьеры для носителей заряда обоих типов. Использование асимметричных потенциальных барьеров по обе стороны активной области полупроводникового лазера позволяет улучшить основные параметры прибора, а именно понизить пороговый ток, увеличить дифференциальную эффективность, уменьшить внутренние оптические потери, а также повысить температурную стабильность этих параметров. Показано, что величина а-фактора может быть уменьшена за счет снижения величины отношения оптических потерь к насыщенному усилению основного оптического

перехода, а также за счет увеличения энергетического разделения между основным и возбужденным переходами. Уменьшение фактора уширения линии с ростом температуры на фиксированной длине волны в спектральном диапазоне основного оптического перехода может быть использовано для достижения равного или близкого нулю значения а-фактора в одночастотных лазерах.

Научные положения, выносимые на защиту;

1. В лазерных структурах в системе материалов AlInGaAsP на подложке GaAs возможно эпитаксиальное формирование асимметричных барьерных слоев и подавление с их помощью паразитной рекомбинации, обусловленной биполярным заселением волновода электронами и дырками.

2. В лазерах на основе квантовых точек InAs зависимость фактора уширения спектральной линии от тока в основном определяется ростом концентрации носителей на первом возбужденном уровне квантовых точек.

3. В лазерах на основе квантовых точек InAs значение а-фактора (фактора уширения спектральной линии) возрастает с ростом длины волны в спектральном диапазоне основного оптического перехода, а температурная зависимость спектра а-фактора определяется температурной зависимостью ширины запрещенной зоны активной области.

4. В лазерах на основе квантовых точек InAs коэффициент компрессии усиления уменьшается с ростом мощности лазерного излучения и определяется временем релаксации носителей заряда на основное состояние квантовых точек.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XV международном симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 2011); X Российской конференции по физике полупроводников (Нижний Новгород, 2011); Международном симпозиуме «Days of Russian Science» (Варшава, Польша,

2011); XXIII всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2011); 15-й международной конференции «Laser Optics» (Санкт-Петербург, 2012); 20-м и 21-м Международных симпозиумах "Nanostructures: Physics and Technology" (Нижний Новгород, 2012 г., Санкт-Петербург, 2013 г.); Российской молодёжной конференция по физике и астрономии (Санкт-Петербург, 2012); 3-м Всероссийском симпозиуме «Полупроводниковые лазеры: физика и технология» (Санкт-Петербург, 2012); Симпозиуме Международного общества оптики и фотоники (SPIE) «SPIE Photonics Asia» (Пекин, Китай, 2012 г.); Международной конференции по нелинейной оптике, лазерным применениям и технологии «ICONO/LAT» (Москва, 2013).

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Методы

повышения

температурной стабильности

полупроводниковых лазеров

Достижение высокой температурной стабильности порогового тока представляет собой одну из важнейших целей исследований и разработок в области полупроводниковых инжекционных лазеров [16]. Снижение температурной чувствительности порогового тока позволило бы повысить предельную рабочую температуру лазеров, что открыло бы новые перспективы их использования. Кроме того, это позволило бы обеспечить стабильную работу прибора при меняющихся окружающих условиях, а также минимизировать влияние саморазогрева активной области, проявляющегося при высоких выходных оптических мощностях. Для компенсации температурной нестабильности обычно используют вспомогательное оборудование (теплоотвод, элемент Пельтье, термоконтроллер и др.), суммарная стоимость которого может быть сравнима или даже превышать стоимость самого лазерного диода. Повышение температурной стабильности существенно снизило бы требования к системам температурной стабилизации лазерных диодов, приводя к упрощению их конструкции и удешевлению производства.

Обычно для описания стабильности порогового тока в некотором температурном диапазоне от Г до Т + А Т используется характеристическая температура Т0, которая по определению является экспоненциальным коэффициентом в температурной зависимости порога генерации [17]:

V 'о ;

Легко видеть, что в соответствии с (1) характеристическая температура может быть определена как обратная логарифмическая производная плотности порогового тока по температуре:

( АТ

Ль(Г + АГ) = ль(Г)ехр —

(1)

т =

-'о

Лпу,

л.

(2)

<ЛТ

Чем выше Г0, тем выше температурная стабильность. В пределе бесконечно высокой характеристической температуры пороговые характеристики лазера являются температурно-независимыми.

Понижение размерности активной области может быть использовано для уменьшения температурной чувствительность порогового тока. Уменьшение размерности активной области связано с соответствующим уменьшением плотности «паразитных» состояний, не участвующих в лазерной генерации, в результате чего пороговая плотность тока в меньшей степени изменяется с ростом температуры, что и обуславливает увеличение характеристической температуры. Так теоретически было показано [18], что в идеальном случае характеристическая температура лазера с активной областью на основе КЯ может быть равна рабочей температуре лазера, Г0 = Г, т.е. может быть весьма вы�