Создание и исследование полупроводниковых лазеров с нестандартными волноводами : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / научный руководитель А. А. Афоненко

Abstract

Объектом исследования являются полупроводниковые лазеры. Целью работы является управление свойствами излучения квантоворазмерных полупроводниковых лазеров (диаграммой направленности, мощностью и динамикой излучения) с помощью использования специальных конструкций волноводов и резонаторов; развитие методов создания волноводов и резонаторов полупроводниковых лазерных диодов, в том числе с вертикальным выводом излучения и узкой диаграммой направленности. Методы исследования: теоретический анализ и компьютерное моделирование. В результате проведенной работы развита динамическая распределенная диффузионно-дрейфовая модель лазерных гетероструктур, учитывающая процессы захвата носителей в квантовые ямы. Проведены расчеты токов утечек в режиме генерации в различных лазерных структурах без широкозонных эмиттеров. Развита модель расчета мощностных характеристик лазерных структур с учетом неоднородного возбуждение квантовых ям, процессов рекомбинации в барьерных областях и эффектов нелинейного усиления. Показано, что для структур Ga 0.8 In 0.2 As/GaAs/InGaP в широком диапазоне токов инжекции оптимальное количество квантовых ям составляет 5±1. Неоднородность возбуждения квантовых ям растет с увеличением тока инжекции и приводит к снижению мощности генерации по сравнению с однородным возбуждением. Разработана модель для расчета пространственного распределения и времени затухания электромагнитных мод в лазерных структурах с диэлектрической или металлической дифракционной решеткой, расположенной параллельно активному слою. Выполнен самосогласованный расчет эффективности вертикального вывода излучения с учетом обратного рассеяния и взаимодействия рассеянных волн с модами подложки. Полученные результаты могут быть использованы при разработке полупроводниковых лазерных излучателей большой мощности и узкой диаграммой направленности.