Файл: Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках пер. с англ.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 158
Скачиваний: 3
$ 5. Эффекты в лазерах, связанные с ловушками |
405 |
гии составляла около нескольких мегаватт на 1 см2, и излучаемые фотоны с энергией 1,48 эВ не могли поглощаться за счет междузониых переходов (через запрещенную зону GaAs0iCP 0]4 шириной 1,9 эВ). Однако их энергия, вероятно, была достаточна для
возбуждения электронов с ловушек в зону проводимости. После заполнения ловушек первым импульсом на короткое время вклю чался лазер на GaAs. Если бы происходило опустошение ловушек, второй импульс возбуждения не обеспечивал бы возникновения лазерного излучения или же излучение было бы меньшей мощно сти. Однако был обнаружен противоположный эффект: выходное
I---------- |
200нс/дел |
Ф и г. 17.13. Демонстрация оптического заполнения ловушек при использоваппп устройства, изображенного на фиг. 17.12.
Увеличение интенсивности излучения на выходе лазера на GaAs (обозначено через I )
уменьшает задержку в возникновении лазерного излучения в диоде из твердых растворов.
излучение во время второго импульса было более сильным, и это свидетельствовало о том, что излучение с энергией 1,48 эВ произво дит подзарядку ловушек путем оптического возбуждения электро нов из валентной зоны.
Результаты другого эксперимента по заполнению ловушек показаны иа фиг. 17.13. Диод на основе твердых растворов Ga (AsP) подвергался в течение 400 нс воздействию излучения лазера
на GaAs с длиной волны 8400 А, и затем через этот диод пропускал ся импульс тока.. При малом уровне возбуждения лазера на GaAs (0,5 А) задержка в возникновении лазерного излучения в диоде составляла 400 нс. Когда ток через диод увеличивался до 1,5 А, эта задержка уменьшалась до значения около 240 нс. Можно подо брать такой ток через диод, что последний будет генерировать лазерное излучение только в том случае, если лазер на GaAs будет включаться раньше него не более чем на одну миллисекунду, т. е. этот временной интервал должен быть меньше времени опу стошения ловушек. Если увеличить время оптической накачки, ловушки останутся заполненными в течение более длительного промежутка времени. Для заданного уровня оптической накачки
406 |
Глава 17. Влияние ловушек на люминесценцию |
лазером ыа GaAs изменение временной задержки в лазере из твер дых растворов пропорционально продолжительности оптической накачки. Эти эксперименты показывают, что ловушки, ответствен ные за временную^ задержку, могут быть заполнены оптически.
Из приведенной выше серии экспериментов по оптическому заполнению ловушек можно сделать заключение, что ловушки работают как насыщающийся поглотитель. Определенная часть
Ф и г . 17.14. Демонстрация случая, когда ловушки в диоде из твердых растворов могут раоотать как насыщающиеся поглотители излучения с дли-
ной волны 8400 Â.
света, генерируемого в диоде из твердых растворов, поглощается за счет переходов, приводящих к заполнению ловушек. Они оста ются заполненными около 10-3 с и в течение этого времени не могут поглощать фотоны. Таким образом, уровень потерь в веществе понижается и может возникать лазерное излучение. Поскольку ловушки могут быть заполнены также и излучением с меньшей энергией фотонов (1,48 эВ), оказывается возможным наблюдать насыщение поглощения на длине волны 8400 Â, соответствующей излучению диода-на GaAs. Это было осуществлено эксперименталь но (фиг. 17.14). Производилась регистрация излучения с длиной
§ |
5. Эффекты в лазерах, связанные с ловушками |
407 |
волны 8400 А, |
прошедшего через диод из твердых |
растворов. |
На фиг. 17.14 показано, что увеличение уровня возбуждения диода приводит к увеличению его пропускания на длине волны 8400 А.
Если пропускание излучения с длиной волны 8400 А измеряется в различные моменты времени после заполнения ловушек импуль сом тока через диод, то может быть зарегистрировано уменьшение заряда на ловушках. Можно показать, что при наблюдении возник
новения лазерного излучения (с длиной волны 6440 А) на конце
Ф и г. 17.15. Уменьшение пропускания излучения из GaAs в зависимости от времени, прошедшего после окончания импульсного возбуждения лазера на GaAsj^Pj..
— уровень пропускания, когда ловушки в диоде из твердых растворов пустые.
импульса тока ловушки оказываются уже заполненными. На фиг. 17.15 приведена форма кривой пропускания, показы вающая, что возвращение к условию незаполненных ловушек про исходит за время порядка 1 мс..
Оптическое заполнение ловушек излучением с энергией около 1,48 эВ ясно показывает, что большая часть уровней захвата лежит глубоко, по крайней мере на 0,4 эВ ниже дна зоны проводи мости (которое в свою очередь находится на 1,9 эВ выше валент ной зоны). Однако это не исключает такого случая, когда распре
деление |
состояний ловушек простирается до зоны проводи |
мости и заходить вне ее. |
|
Итак, |
инжекционные лазеры из G aAs^jP* содержат в 1 см3 |
активной области около ІО19 глубоких ловушек. Эти ловушки, природа которых неизвестна, действуют как насыщающиеся погло тители, и их заполнение происходит за счет поглощения спон танного излучения сразу после включения лазера. Время накопле ния электронов на ловушках велико (10_3 с), так что процесс запол нения ловушек может быть просуммирован в течение длительного времени, которое является временем задержки. Задержка умень шается с увеличением интенсивности излучения.