Rot emittierende InP/GaInP Quantenpunktlaser

Riedl, Thomas Josef

In dieser Arbeit werden die weltweit ersten InP/GaInP Quantenpunktlaser vorgestellt. Die elektronische Struktur und Sättigungseffekte in diesen sichtbar emittierenden, selbstorganisierten Quantenpunkten (QP) wird mit Photolumineszenz- und optischer Verstärkungsspektroskopie analysiert. Laser mit geringer QP-Flächendichte zeigen eine starke sättigungsbedingte Blauverschiebung der Emissionsenergie mit abnehmender Resonatorlänge und/oder zunehmender Temperatur. Die temperaturabhängige Schwelle und Quantenausbeute wird mit einem Ratenmodell beschrieben. Bei T<200K ist die thermische Emission der Ladungsträger in die Benetzungsschicht der wichtigste Verlustkanal. Nahe Raumtemperatur (RT) dominieren der Elektronenleckstrom und die thermische Emission der Ladungsträger in die GaInP-Barriere. Die ermittelten Aktivierungsenergien entsprechen jeweils dem halben Einschlußpotential, erklärbar durch Paaremission der Ladungsträger aus den im Mittel neutralen QP. Gegenüber vergleichbaren Quantenfilmlasern dominieren QP-Laser bei geringen optischen Verlusten, wobei mangelnder Ladungsträgereinschluß vergleichsweise niedrige charakteristische Temperaturen nahe RT zur Folge hat. Mit einer parasitätsfreien Methode wird die Dynamik der Laser über Relaxationsoszillationen untersucht. Entgegen theoretischer Erwartungen zeigt die differentielle Verstärkung nahe RT ähnliche Werte wie bei den Quantenfilmlasern. Die Ursache dafür ist wiederum mangelnder Ladungsträgereinschluß. Die maximale Modulationsbandbreite liegt bei 9GHz. Ansätze zur Optimierung der QP-Laser werden diskutiert.

Red light emitting InP/GaInP quantum-dot (QD) lasers are demonstrated for the first time. The electronic structure and saturation phenomena in these self-assembled QDs are analysed by photoluminescence and optical gain spectroscopy. Due to saturation a small areal coverage of the QDs causes a strong blueshift in the emission energy of single layered lasers with decreasing cavity length and/or increasing temperature. The temperature dependence of threshold and quantum efficiency is modeled with rate equations. Below 200K thermal emission of carriers into the wetting layer is the chief loss channel. Near room temperature (RT) electron leakage currents and thermal emission of carriers into the GaInP barrier are the dominating mechanisms. We obtain activation energies being one half of the total confinement energy. This is explained by pair emission of carriers and charge neutrality of the QDs. Compared to quantum-well (QW) lasers emitting at similar wavelengths, QD lasers show superior threshold properties at low optical losses. However poor carrier confinement in the QDs causes relatively low characteristic temperatures near RT. An all-optical parasitic free technique is used to investigate the dynamics of the lasers via relaxation oscillations. Contrary to theoretical expectations the obtained values for the differential gain near RT are similar to that of QW lasers. This again is attributed to the lack of carrier confinement in the QDs. Maximum modulation bandwiths of 9GHz are found. Approaches to improve the QD lasers are discussed.

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Riedl, Thomas Josef: Rot emittierende InP/GaInP Quantenpunktlaser. 2002.

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