Физика полупроводниковых приборов

Оптимизация дизайна гетероструктуры InGaAsP/InP мощных лазерных диодов, излучающих на длине волны 1.55 мкм

А. Э. Ризаев, А. А. Подоскин, И. В. Шушканов, В. А. Капитонов, И. С. Шашкин, Л. С. Вавилова, С. О. Слипченко, Н. А. Пихтин

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия

Аннотация: Исследование направлено на оптимизацию дизайна гетероструктуры полупроводниковых лазеров на основе гетероструктур InGaAsP/InP, излучающих в безопасном для глаз диапазоне на длине волны 1.55 мкм в импульсном режиме. Исследования проводились в рамках разработанной двумерной модели лазерного диода, учитывающей дрейф-диффузионный транспорт носителей заряда в направлении, перпендикулярном слоям гетероструктуры и неоднородное распределение фотонов вдоль оси резонатора. Для модельных лазерных диодов с шириной излучающей апертуры 100 мкм исследовались основные механизмы потерь, а также их влияние на выходную оптическую мощность при импульсном токе накачки 150 А. В работе проводилась многопараметрическая оптимизация, учитывающая влияние ширины запрещенной зоны и толщины волновода, а также положение активной области в волноводном слое. Установлена сильная зависимость оптимальной ширины волновода от его ширины запрещенной зоны, а также оптимальная ширина запрещенной зоны, обеспечивающая баланс между основными механизмами ограничения мощности. Показано, что независимо от прочих параметров предпочтительно расположение активной области вблизи $p$-эмиттера.

Ключевые слова: полупроводниковый лазер, ток утечки, потери на свободных носителях заряда, дрейф-диффузионный транспорт, лазерный диод.

Поступила в редакцию: 22.04.2025
Исправленный вариант: 05.05.2025
Принята в печать: 03.06.2025

DOI: 10.61011/FTP.2025.03.61097.7867