Orientador: Navin Bhailalbhai Patel

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Neste trabalho, faz-se um estudo de distribuições de temperatura, portadores, densidade de corrente e ganho, na região ativa, para um laser de heteroestrutura dupla de GaAs - AlxGa1-xAs, de faixa plana. Um método de cálculo auto-consistente é utilizado na determinação das distribuições acima...

Resumo: Neste trabalho, faz-se um estudo de distribuições de temperatura, portadores, densidade de corrente e ganho, na região ativa, para um laser de heteroestrutura dupla de GaAs - AlxGa1-xAs, de faixa plana. Um método de cálculo auto-consistente é utilizado na determinação das distribuições acima mencionadas. A operação do dispositivo por injeção de corrente resulta num acréscimo de temperatura da região ativa, o que por sua vez determina novas distribuições de corrente, portadores e ganho. O processo iterativo de cálculo dessas distribuições termina quando se alcançam distribuições estacionárias. Faz-se também, um estudo da variação do índice de refração do material da região ativa, que constitue a cavidade ressonante, bem como da distribuição espacial do modo fundamental da radiação eletromagnética na cavidade, como função da distribuição final de portadores na junção em operação. O comportamento dessas distribuições no laser em operação define a corrente limiar do mesmo. A dependência da corrente limiar com a largura da faixa, espessura da camada ativa e coeficiente de difusão é também estudada. Como resultado desses cálculos, determina-se a resistência térmica do laser e estuda-se sua dependência comos vários parâmetros que caracterizam o dispositivo. Na parte experimental mede-se a variação de temperatura média da junção observando-se o espectro de emissão do dispositivo e o comportamento dos modos longitudinais da cavidade Fabry-Perot formada pelos espelhos do laser. Determina-se, experimentalmente, a resistência térmica do dispositivo por este processo e seu valor medido é comparado com o calculado. A excelente concordância entre o valor teórico e o medido da resistência térmica é um indicativo que reforça o modelo de cálculo assumido inicialmente. A variação da constante dielétrica com a temperatura é determinada medindo-se a variação térmica do comprimento de onda de um modo longitudinal em função da corrente de injeção

Abstract: In this work the temperature, carrier density, current density and gain profiles along the active region of a double-heterostructure GaAs - AlxGa1-xAs semiconductor laser have been investigated by a self-consistent iteractive rnethod developed in order to calculate these distributions....

Abstract: In this work the temperature, carrier density, current density and gain profiles along the active region of a double-heterostructure GaAs - AlxGa1-xAs semiconductor laser have been investigated by a self-consistent iteractive rnethod developed in order to calculate these distributions. Current injection results in a temperature rise at the active region, which, in turn, entails changes in the profiles for the current and carrier densities and for the laser gain. In our calculations the iteraction was carried on until stationary distributions were reached. The refractive index profile of the active region was determined as a function of the final temperature and carrier distributions. The spatial distribution of the electromagnetic radiation for the fundamental laser mode was calculated. The behavior of these distributions during laser operation defines the threshold current, which dependence on the acti ve layer thickness and stripe width was also determined. We also carried on an experimental determination of the thermal resistance of stripe-geometry DH lasers, by varying the current pulse rate up to cw condition and determining the change in the laser wavelength of a selected Fabry-Perot mode. The measured value of thermal resistance is in excelent agreement with its calculated value. We also determined the temperature dependence of the dielectric constant from the measured spectral thermal shift of each Fabry-Perot mode as function of driving current