Orientador: Navin B. Patel

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: A existência de pouquíssimos dados experimentais sobre recombinações radiativas em laser de heteroestrutura dupla de semicondutor com a variação da temperatura nos levou a empreender este trabalho. Os lasers modernos de heteroestrutura dupla (HD), que apresentam densidade de corrente. Limiar...

Resumo: A existência de pouquíssimos dados experimentais sobre recombinações radiativas em laser de heteroestrutura dupla de semicondutor com a variação da temperatura nos levou a empreender este trabalho. Os lasers modernos de heteroestrutura dupla (HD), que apresentam densidade de corrente. Limiar (Jth) pequena, comparado com os lasers de homoestrutura e heteroestrutura simples (HS), não tem sido estudados o suficiente de maneira que existem poucos dados experimentais de perdas (a) e densidade de corrente limiar a baixas temperaturas. A observação destes e outros dados experimentais como: tempo de vida médio do elétron (Ts) e eficiência quântica externa (h) é de grande interesse para cálculos teóricos que possam vir a explicar o comportamento das recombinações radiativas nos lasers de semicondutor. Neste trabalho apresentamos um comportamento de Jth versus temperatura não muito comum e valores de Jth nunca antes observados para laser de HD a baixas temperaturas (80A/cm2 a 10K). A curva Jth x T apresenta-se decrescendo exponencialmente a baixas temperaturas, contrario ao que se observa comumente para lasers de homojunção, heteroestrutura simples e os primeiros lasers de HD que foram fabricados (1970a.d). Comumente se observa saturação de Jth a baixas temperaturas (menor que 50 Kelvin). Vários tipos de experiências complementares foram executadas na tentativa de explicar o comportamento de Jth x T. Estas experiências nos levaram ao cálculo de Ts, h e a dos lasers em várias temperaturas. As conclusões a que chegamos são: a) O mecanismo de recombinação radiativa é banda a banda. pelo menos para temperaturas acima de 80K, b) As perdas internas dependem fortemente da temperatura, c) A eficiência quântica interna diferencial é constante e aproximadamente igual a 1 para temperaturas de 10 a 300K e d) A saturação de Jth a baixas temperaturas para certos tipos de lasers, depende do comprimento de difusão do portador minoritário na região ativa. A parte inicial deste trabalho apresenta algumas características e alguns aspectos do desenvolvimento do laser de semicondutor. (*) Os resultados deste trabalho foram aceitos para apresentação na: V IEEE - Conferência Internacional de Laser de Semicondutor - Japão - setembro de 1976

Abstract: There is a lack of experimental data about radiative recombination mechanisms in double heterostructure (DH) semiconductor lasers with variation of temperature. The modern DH lasers which show low threshold current densities compared with earlier lasers (1970a,d), have not been studied...

Abstract: There is a lack of experimental data about radiative recombination mechanisms in double heterostructure (DH) semiconductor lasers with variation of temperature. The modern DH lasers which show low threshold current densities compared with earlier lasers (1970a,d), have not been studied sufficiently and hence there is little experimental data about loss (a) and threshold current density (Jth) at low temperatures. The observation of these and other experimental data like: electron lifetime (Ts) and quantum efficiency (h) have great importance in theoretical calculations. This work shows a Jth x T relationship not very common and, at low temperature, a Jth value never observed before (80 A/cm2 at 10K) for DH lasers. The threshold current density continues to decrease exponentially to the lowest temperature studied (10 K), contrary to the observed in SH, homojunction and earlier DH lasers. The common behaviour is the saturation of Jth at low temperatures. Several types of complementary experiments were done to explain the Jth x T behaviour. These experiments gave us values of Ts, h and a for our lasers. The conclusions are: a) The radiative recombination mechanism is band to band at least for temperatures above 80K degrees. b)The internal loss depends strongly on temperature. c) The differential internal quantum efficiency is constant and approximately equal to 1 for all temperatures between 10 to 300K degrees and d)The Jth saturation at low temperatures depends on the diffusion length of minority carriers in active region, and the width of the latter. In the initial part of this work we present a resume of GaAs lasers development