InAs/GaAs-Quantenpunkt-Dual-Mode-Laser mit verteilter Rückkopplung für einen großen Abstimmbereich für Dauerstrich-Terahertz-Anwendungen

Hintergrund

Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB) sind aufgrund ihres schmalen Emissionsspektrums und ihrer stabilisierten Emissionswellenlänge für ihr breites Anwendungsspektrum in der faseroptischen Fernkommunikation und Terahertz-(THz)-Strahlung von technologischer Bedeutung [1,2,3]. In den letzten zehn Jahren wurden große Anstrengungen und verschiedene Versuche unternommen, um Hochleistungs-DFB-Laser zu entwickeln, und Quantenpunkt-(QD)-basierte DFB-Laser haben vorteilhafte Leistungen gezeigt, wie z Hochtemperaturstabilität gegenüber kommerziellen Quantentrog-basierten Geräten [4,5,6]. Die Modulation p-Dotierung in Quantenpunktlaserstrukturen hat sich als wirksame Methode zur weiteren Verbesserung der QD-Laserleistung einschließlich der Temperaturstabilität [7] und der Hochgeschwindigkeitsmodulationseigenschaften [8] aufgrund des deutlich verbesserten Grundzustands (GS) erwiesen. gewinnen. Darüber hinaus wurde auch festgestellt, dass Rapid Thermal Annealing (RTA) ein weiterer effizienter Weg ist, um die Materialqualität und die optischen Eigenschaften der QD-Baugruppen zu optimieren, da Punktdefekte und Versetzungen, die während des Epitaxiewachstums entstehen, reduziert werden. Der konventionelle Herstellungsprozess eines DFB-Lasers erfordert normalerweise zwei Schritte des qualitativ hochwertigen epitaktischen Wachstums [9]. Stubenrauchet al. berichteten über die Herstellung eines 1,3-μm-QD-DFB-Lasers, der eine hohe statische und dynamische Leistung aufweist; nach der Herstellung einer Bragg-Gitterstruktur und dem epitaktischen Wachstum der unteren Mantelschicht und des aktiven Bereichs ist jedoch ein epitaktischer Schritt des erneuten Aufwachsens durch metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD) erforderlich, um die gesamte Laserstruktur zu vervollständigen, was zu vielen komplexen und unsicheren Faktoren führt [ 1]. Um den Neuwachstumsprozess zu vermeiden, haben Goshima et al. schlugen eine QD-basierte Laserstruktur mit lateral gekoppelter verteilter Rückkopplung (LC-DFB) vor, die durch tiefes vertikales Ätzen des Gitters in den Rippenwellenleiter realisiert wurde, jedoch geringe Steigungseffizienzen unter 0,03 W/A und ein kleines Seitenmoden-Unterdrückungsverhältnis (SMSR) von 20 dB wurden aufgrund großer Wellenleiterverluste beobachtet [10]. Die Wellenleiterverluste stammen hauptsächlich aus dem Tiefätzprozess, bei dem die hochwertige und gleichmäßige Gitterstruktur aufgrund der technischen Probleme des hohen Aspektverhältnisses (normalerweise 20:1) sowohl beim Trockenätzen als auch beim Nassätzen sehr schwierig zu realisieren ist [11]. Um einen superhochleistungsfähigen DFB-Laser zu realisieren, ist es also notwendig, einen Weg zu finden, den optimierten aktiven QD-Bereich mit einer verbesserten Wellenleiterstruktur des Geräts zu kombinieren.

Terahertz-(THz)-Frequenz-Strahlungsquellen haben aufgrund ihrer erfolgreichen Medizin-, Landwirtschafts-, Umwelt- und Sicherheitsanwendungen [12, 13] und des frequenzabstimmbaren Dauerstrichbetriebs (CW) der THz-Strahlungsquelle mit kompakter Größe und niedrigem Kosten besonders erwünscht. Kürzlich wurden verschiedene Halbleiter-Dual-Mode-Laser mit dem Ziel untersucht, eine optische Schwebungsquelle für die THz-Photomischung zu entwickeln. Eine breite Frequenzabstimmung wurde durch die Verwendung von Lasern mit externer Kavität demonstriert, die gleichzeitig zwei Linien unterschiedlicher Wellenlänge emittieren [14, 15]. Die mechanisch beweglichen Teile in dem Lasersystem mit externem Resonator sind jedoch weder praktisch noch stabil für die Wellenlängenabstimmung. CW-THz-Signale können auch erzeugt werden, indem zwei unabhängige DFB-Laserstrahlen mit leicht unterschiedlichen Frequenzen verwendet werden. Diese Technik hat sich als ausgezeichnete Wahl zur Erzeugung von THz-Strahlung erwiesen, die vom sehr schmalen Emissionsspektrum und der stabilisierten Emissionswellenlänge von DFB-Laserdioden profitiert [3, 16, 17, 18]. Neben den beschriebenen Konfigurationen für THz-Photomixing ist die gleichzeitige Emission zweier abstimmbarer Laserlinien aus einer einzigen DFB-Laserkavität aufgrund ihrer Kompaktheit, Hochtemperaturstabilität und hohen spektralen Qualität sehr attraktiv [3, 19].

In dieser Arbeit wurden die multiplen InAs/GaAs-QD-Laserstrukturen durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) gezüchtet und die p-Typ-Modulationsdotierung wurde auf den aktiven QD-Bereich aufgebracht. Nach dem Epitaxie-Wachstum wurden die QD-Proben durch einen Nachwachstums-Annealing-Prozess behandelt. Um den Überwachsungsschritt zu vermeiden und das Aspektverhältnis beim Gitterätzen zu reduzieren, wurde der LC-DFB-Laser mit flachgeätzten Gittern hergestellt. Die flachgeätzten LC-DFB-Laser auf Basis der p-dotierten QDs weisen eine hohe Differenzeffizienz von 0,2 W/A, einen großen SMSR von 47 dB und eine hohe thermische Stabilität dλ/dT von 0,092 nm/K auf. Darüber hinaus wurde mit den LC-DFB-Lasern erfolgreich Dual-Mode-Lasern erzielt, indem zwei Sätze von Gittern mit unterschiedlichen Perioden hergestellt wurden, und die Laserwellenlängen können einfach durch feinfühliges Modifizieren der Gitterperioden manipuliert werden, was eine Abstimmung der Frequenz über einen großen Bereich ermöglicht Unterschied der beiden Lasermodi von 0,10 bis 14 THz. Unsere Arbeit zeigt die vielversprechenden Anwendungen von QD-basierten LC-DFB-Lasern für die faseroptische Fernkommunikation und CW-THz-Strahlungsquellen.

Methoden

Vorbereitung und Charakterisierung von Materialien

Die InAs/GaAs-QD-Laserstrukturen wurden auf Si-dotierten GaAs (100)-Substraten durch ein MBE-System aufgewachsen. Der aktive Bereich der Laserstruktur besteht aus acht Stapeln einer QD-Schicht, die durch GaAs-Barrieren mit einer Dicke von 33 nm getrennt sind. Jede QD-Schicht umfasst 2,7 ML InAs, die mit einer 6 nm dicken spannungsreduzierenden InGaAs-Schicht bedeckt sind. Und der gesamte aktive Bereich ist von den Mantelschichten des unteren ~ 2800 nm n-Al_0,3 . eingeschlossen Ga_0,7 As und der obere ~ 1800 nm p-Al_0,3 Ga_0,7 Wie. Die Abscheidung des InAs bei einer Wachstumstemperatur von 510 °C und einer Wachstumsrate von 0,01 ML/s. Die Modulations-p-Dotierung mit Be wurde in einer 6-nm-Schicht durchgeführt, die sich in der GaAs-Abstandsschicht 10 nm unter jeder QD-Schicht befand, und die Dotierungskonzentration wurde auf 25 Akzeptoren pro Punkt gesteuert. Das Querschnittsbild der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) der InGa/GaAs-QD-Schichten ist in Abb. 1a gezeigt. Die Dichte der InAs/GaAs-QDs wird mit 4 × 10 ¹⁰ . bestimmt cm ⁻² durch Rasterkraftmikroskop-Messung. Die RTA-Behandlung wurde in einem N₂ . durchgeführt Umgebungstemperatur von 700 °C für 45 s. Die QD-Proben wurden während des Temperprozesses durch eine GaAs-Proximity-Cap geschützt.

Schematische Darstellung und Morphologie der InAs/GaAs QDs LC-DFB Laserstruktur. a Schematische Darstellung der InAs/GaAs QD LC-DFB Laserstruktur. Einschub:TEM-Querschnittsbild der aktiven QD-Schichtstruktur. b Die Draufsicht auf das REM-Bild einer LC-DFB-Laserstruktur mit Gitter erster Ordnung. Einschub:vergrößerter REM-Bildfokus auf die Verbindungsstelle zwischen Gitter und Stegwellenleiter

Design, Herstellung und Charakterisierung von LC-DFB

Das schematische Diagramm der entworfenen LC-DFB-Laserstruktur ist in Abb. 1a gezeigt. Dieser Entwurfsansatz ermöglicht die Herstellung von LC-DFB-Lasern mit nur einem einzigen epitaktischen Wachstum und reduziert das Aspektverhältnis beim Ätzen optischer Gitter. Die Bildung des schmalen Rippenwellenleiters und seiner lateral gekoppelten Gitterstruktur wird in zwei Verarbeitungsschritte unterteilt, was sich von dem traditionellen definierenden Lithographieprozess unterscheidet [1, 9, 10]. Die Herstellung des seitlich gekoppelten Gitters erfordert ein flaches Ätzen, und das reduziert das hohe Seitenverhältnis beim Trockenätzen, das durch den traditionellen Ansatz des tiefen Ätzens gefordert wird. Darüber hinaus ermöglicht das Ätzen der Gitter von nur über hundert Nanometern in den Halbleiter die einfache Realisierung der Gitterstruktur mit sehr kleinen Strukturgrößen wie das Gitter erster Ordnung und bietet somit eine neue Möglichkeit, eine ausgeklügelte Bauelementstruktur für THz-Anwendungen zu entwickeln.

Bezüglich des Kopplungsprinzips von LC-DFB ist bekannt, dass die Nähe der Gitter zum Grat ein Schlüsselfaktor ist, der die Laserleistung stark beeinflusst [20]. Im Herstellungsprozess weist die Probe für die Elektronenstrahllithographie (EBL) nach der ersten Definition des Stegwellenleiters einen Höhenunterschied in Bezug auf den Wellenleiter auf, und der Fotolack stapelt sich während der EBL an der Seitenwand, was die Herstellung erschwert die Bildung von Gittern neben dem Grat. Um das Problem der ungleichmäßigen Photoresistbeschichtung zu lösen und ein hochwertiges, durch EBL strukturiertes Gitter zu bilden, wurde die Dicke des Polymethylmethacrylat (PMMA)-Resists sorgfältig auf nur 75 nm gewählt, was auf die Gitterqualität optimiert ist um ihre Gleichgewichtspunkte zu erreichen. Der LC-DFB-Laser wurde durch die folgenden Verfahren hergestellt. Zuerst ein 75-nm-SiO₂ Schicht wurde auf der Epitaxiestruktur unter Verwendung von plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) abgeschieden, die als Ätzschutzschicht für das flache Ätzen von Gittern dient. Die Rippenwellenleiterstruktur wurde mit optischer Lithographie strukturiert und mit der Technik des induktiv gekoppelten Plasmas (ICP) mit einer Gasmischung aus Cl₂ . bis zu einer Tiefe von etwa 1,75 μm geätzt und BCl₃ . Nachdem die Wellenleiterstruktur definiert war, wurde die obere p-seitige AlGaAs-Mantelschicht weiter durch Nassätzen geätzt, das bei ~ 280 nm über den aktiven QD-Bereichen gestoppt wurde. Danach wurde die Probe mit PMMA-Resist (Molekulargewicht 950 K und Dicke 75 nm) schleuderbeschichtet und 90 s bei 180 °C gebrannt. Das Gitter erster Ordnung wurde neben dem Rippenwellenleiter durch EBL definiert, und dann wurde das Resistbild durch ICP-Trockenätzen in das AlGaAs übertragen. Die Ätzraten von PMMA-Resist und AlGaAs betrugen ungefähr 5 nm/s bzw. 10 nm/s. Ein Rasterelektronenmikroskop (REM)-Bild der hergestellten LC-DFB-Struktur ist in Abb. 1b gezeigt. Dank der sorgfältigen Wahl der EBL-Belichtungsdosis und der stark verringerten Photoresiststapelung aufgrund des dünnen Resists sind die Gitter eng mit dem Laserstegwellenleiter verbunden, wie aus dem Einschub in Abb. 1b hervorgeht. Die Ätztiefe des Gitters beträgt 135 nm und die Gitterperiode beträgt 194 nm. Um ein präzises und weit abgestimmtes Dual-Wellenlängen-Lasern zu erreichen, wurden zwei verschiedene Bragg-Perioden für seitliche Gitter an den beiden Seiten des Stegwellenleiters hergestellt. Die ohmsche Kontaktschicht auf dem Stegwellenleiter wurde vollständig durch das 75 nm dicke SiO₂ . geschützt Schutzschicht, um sicherzustellen, dass der ohmsche Kontakt während des ICP-Ätzprozesses überlebt. Das flach geätzte Gitter wurde so gesteuert, dass es 150 nm über dem aktiven QD-Bereich lag, um eine gute Kopplung mit Licht zu bilden. Zur Isolierung und Planarisierung wird eine weitere Schicht aus SiO₂ wurde nach dem Ätzen der Gitter mit PECVD auf der Probe abgeschieden. Schließlich wurde ein Trockenätzen mit reaktivem Ionenätzen (RIE) verwendet, um ein Kontaktfenster in SiO₂ . zu öffnen . Ti/Au und Au/Ge/Ni/Au wurden dann abgeschieden, um die oberen bzw. unteren ohmschen Kontakte zu bilden. Die Substrate wurden auf etwa 80 μm verdünnt, um den Selbsterwärmungseffekt zu minimieren. Die Laserhohlräume mit einer Länge von 1 und 0,45 mm wurden hergestellt und die emittierenden Facetten wurden nicht beschichtet. Die Laserbarren wurden mit der p-Seite nach oben auf einem Kupferkühlkörper montiert und alle Messungen wurden im CW-Betrieb durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Abbildung 2a zeigt eine typische Leistungs-Strom-Spannungs-Kennlinie (P-I-V) des fabrikfertigen LC-DFB-Lasers basierend auf einer p-dotierten QD-Struktur mit Mehrfachmodulation. Der Laser zeigt eine offensichtlich hohe Steilheitseffizienz von 0,20 W/A und einen niedrigen Schwellenwert von 33 mA, was die hohe Materialqualität und den hohen optischen Gewinn der QD-Struktur offenbart. Die Schwellenstromdichte und die Steigungseffizienz in Bezug auf die Temperatur für einen undotierten und einen p-dotierten QD-LC-DFB-Laser sind in Fig. 2b bzw. c dargestellt. Die charakteristische Temperatur für die Schwellenstromdichte (T ₀ ) von 52,3 K wird für den undotierten QD-LC-DFB-Laser berechnet, wie in Abb. 2b gezeigt, während T ₀ für p-dotierte QD-LC-DFB-Laser hat einen deutlichen Anstieg, insbesondere im Temperaturbereich von 15 bis 50 °C, in dem ein unendliches T ₀ wird beobachtet. Darüber hinaus zeigt die Steigungseffizienz in diesem Temperaturbereich fast keine Verschlechterung (2,6% Verschlechterung für den undotierten QD-LC-DFB-Laser), was auf eine unendliche charakteristische Temperatur für die Steigungseffizienz (T ₁ ) auch für p-dotierte LC-DFB-Laser. Der große Unterschied der beiden T ₀ und T ₁ zwischen den undotierten und p-dotierten LC-DFB-Lasern wird hauptsächlich auf die Effekte zurückgeführt, die durch die eingebauten überschüssigen Löcher aufgrund der Modulations-p-Dotierung induziert werden, die die thermische Verbreiterung der Löcher in den eng beieinander liegenden Energieniveaus signifikant hemmen kann [21, 22 ]. Basierend auf den obigen Ergebnissen wurde der p-dotierte QD LC-DFB Laser für die weitere Charakterisierung der Laserspektren ausgewählt.

P–I–V- und Temperaturabhängigkeitscharakteristik des LC-DFB-Lasers. a P–I–V-Charakteristik des p-dotierten LC-DFB-Lasers bei RT. b Temperaturabhängigkeiten der Schwellenstromdichte für undotierte und p-dotierte LC-DFB-Laser. c Temperaturabhängigkeit der Steigungseffizienz für undotierte und p-dotierte LC-DFB-Laser

Der Einschub von Fig. 3 zeigt ein Emissionsspektrum des p-dotierten LC-DFB-Lasers von 1 mm Hohlraumlänge, gemessen unter I . = 2Ich _te Injektionsniveau bei Raumtemperatur (RT) und ein einzelner Longitudinalmode-Laser bei 1292,4 nm mit einem sehr großen SMSR von 47 dB beobachtet werden. Abbildung 3 zeigt die Emissionswellenlänge als Funktion der Betriebstemperatur des p-dotierten LC-DFB-Lasers, die eine Variationsrate von nur 0,092 nm/K zeigt. Die Hochtemperaturstabilität der Laserwellenlänge stimmt gut mit dem Temperaturkoeffizienten des Brechungsindex überein, der etwa fünfmal niedriger ist als der der Materialverstärkungsverschiebung.

Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge. Einschub:Emissionsspektrum des p-dotierten LC-DFB-Lasers gemessen bei 2I _te

Kürzlich haben Goshima et al. [10] berichteten über einen 1,3-μm-InAs/GaAs-QD-LC-DFB-Laser, der durch tiefe Gitter hergestellt wurde, die vertikal in die Rippenwellenleiterstruktur geätzt wurden, und eine geringe Steigungseffizienz unter 0,03 W/A und eine kleine SMSR von 20 dB beobachtet wurden, die hauptsächlich aufgrund der großen Wellenleiterverluste, die durch den Tiefätzprozess verursacht werden. Mit einer flach geätzten Gitterstruktur haben Briggs et al. [23] haben erfolgreich GaSb-basierte LC-DFB-Laser mit einem größeren SMSR von 25 dB hergestellt. Eine weitere Verbesserung wurde jedoch durch den geringeren Kopplungskoeffizienten aufgrund des großen Abstands zwischen den Gittern und dem Stegwellenleiter begrenzt, der für die Leistung eines LC-DFB-Lasers entscheidend ist. In unserer Arbeit wurden der schmale Rippenwellenleiter und die Gitterstrukturen getrennt hergestellt, was zu einer sehr scharfen und glatten Seitenwand des Rippenwellenleiters und damit zu geringen Wellenleiterverlusten führte. Das in unseren Experimenten verwendete flache Ätzverfahren für die Gitterherstellung kann das Aspektverhältnis der geätzten Gitter stark reduzieren und die Herstellung der hochwertigen Gitterstruktur erster Ordnung ermöglichen, die eine gute Lichtkopplung gewährleistet. Durch sorgfältiges Steuern der Dicke des PMMA-Resists und der EBL-Lithographieparameter wurden die Stapelphänomene des Photoresists neben der Seitenwand der Rippen effektiv gemildert, was zur Bildung von Gittern führt, die eng an den Laserrippenwellenleiter angrenzen. Darüber hinaus ist die hohe Punktdichte von ~ 4.3 × 10 ¹⁰ cm ⁻² durch Optimierung der MBE-Epitaxie-Wachstumsparameter und die hohe Verstärkung der QD-Baugruppen, die durch die Modulations-p-Dotierung und die Glühbehandlung nach dem Wachstum erzielt werden, können für die großen 47 dB SMSR unseres LC-DFB-Lasers verantwortlich sein.

Neben den weit verbreiteten Anwendungen, die aufgrund der überlegenen Eigenschaften des schmalen Emissionsspektrums und der hohen thermischen Stabilität bereits in optischen Langstreckenübertragungs- und Wellenlängenmultiplexsystemen (WDM) demonstriert wurden, haben die LC-DFB-Laser auch Vorteile bei der Erzeugung von CW-THz-Strahlung gezeigt. Verglichen mit der traditionellen Methode zur Erzeugung von THz-Strahlung durch Verwendung zweier unabhängiger Diodenlaser [24,25,26] sind LC-DFB-Laser mit gleichzeitiger Emission von zwei Moden aufgrund der Kosteneffizienz, Kompaktheit, hohe Stabilität und hohe spektrale Qualität. Im Gegensatz zu Quantentopf(QW)-Lasern sind QD-basierte Emitter aufgrund zweier einzigartiger Eigenschaften von QD-Strukturen gut für abstimmbare Breitbandquellen geeignet. Erstens führt die geringe Zustandsdichte zu einer leichten Sättigung der GS-Niveaus, was zu einer weiteren Besetzung der angeregten Zustände (ES) führt. Zweitens kann die Punktgrößenvariation genutzt werden, um den Abstimmbereich zu erweitern, da die breite Größenverteilung des selbstorganisierten QD-Ensembles zu einem breiten Spektrum der Lichtemission führt, das durch den Quantengrößeneffekt bestimmt wird.

Die LC-DFB-Struktur, die aus unabhängig hergestellten seitlichen Gittern besteht, ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Definition der entworfenen Bragg-Wellenlänge. Dual-Wellenlängen-Lasern kann durch die Herstellung von zwei Sätzen von Gittern mit unterschiedlichen Bragg-Perioden erreicht werden Ʌ ₁ und Ʌ ₂ die zwei verschiedene Wellenlängen ermöglichen λ ₁ und λ ₂ . Das hier beschriebene Verfahren beinhaltet das Definieren von zwei verschiedenen Gitterperioden für jede Seite der Gitter. Die Dual-Wellenlängen-Lasermessungen wurden unter CW-Bedingungen durchgeführt. Es wurde ein stabiler Dual-Wellenlängen-Laser mit einer SMSR von etwa 40 dB beobachtet. Wie in Fig. 4a veranschaulicht, weisen die dunklen cyan-blauen, blauen, roten und schwarzen Linien Laserspektren mit zwei unterschiedlichen Laserwellenlängen auf. Für einen 1-mm-LC-DFB-Laser mit Gitterperiodendifferenz Ʌ ₁ − Ʌ₂ = 0,10 nm, die beiden Laserwellenlängen sind 1292,40 bzw. 1292,90 nm, was einen Wellenlängenabstand von 0,50 nm entsprechend der Frequenzdifferenz von ~ 0,10 THz ergibt. Durch Einstellen der Gitterperiodendifferenz auf 0,64 nm kann der Doppelwellenlängenabstand auf 4,1 nm erweitert werden, was einer Schwebungsfrequenz von 0,74 THz entspricht.

Das Spektrum des Dual-Mode LC-DFB Lasers. a Emissionsspektren des Dual-Wellenlängen LC-DFB Lasers mit unterschiedlicher Gitterperiode. b Großer Abstand der Dual-Mode-Laserspektren des LC-DFB-Lasers mit einer ultrakurzen Resonatorlänge von 450 μm

Um einen größeren Abstimmbereich des Dual-Mode-Lasers zu erhalten, wurde die Resonatorlänge von LC-DFB-Lasern sorgfältig auf 450 μm verkürzt, was aufgrund des Effekts der GS-Verstärkungssättigung und einer erhöhten Besetzung der . zu gleichzeitigem GS- und ES-Lasern führt ES. Die LC-DFB-Laserstruktur besteht aus zwei unterschiedlichen Bragg-Perioden von 182 bzw. 194 nm, was ähnlich dem ist, was in früheren Berichten beschrieben wurde [27, 28]. Wie in Abb. 4b gezeigt, weisen die beiden Longitudinalmoden einen großen Wellenlängenabstand von 73,4 nm auf, was der Frequenzdifferenz von 14 THz entspricht. Durch die Implementierung von zwei unterschiedlichen Periodengittern seitlich an einem Rippenwellenleiter und die feine Verkürzung der Resonatorlänge, um ES-Lasern zu ermöglichen, könnten die InAs/GaAs-QD-basierten Laserdioden zwei Laserlinien mit einem sehr breiten abstimmbaren Wellenlängenabstand von 0,5 bis 73,4 nm entsprechend 0,10 emittieren –14 THz-Frequenzunterschied. Verglichen mit anderen vorgeschlagenen Schemata der THz-Photomischung basierend auf zwei separaten Lasern bietet unser Gerät die Vorteile einer einfachen Struktur, kompakten Größe, geringen Herstellungskosten und eines sehr breiten Abstimmbereichs.

Schlussfolgerungen

Es wurde ein 1,3-μm-QD-LC-DFB-Laser mit flachgeätzten Gittern hergestellt, bei dem die Komplexität des Überwachsens und die Schwierigkeiten von Tiefätzprozessen im allgemeinen Herstellungsprozess von DFB-Lasern erfolgreich vermieden werden. Das Gerät profitiert von der hohen Materialverstärkung von QD-Proben, die mit Modulations-p-Dotierung, RTA-Behandlung und optimierter LC-DFB-Laserwellenleiterstruktur hergestellt wurden, und weist einen großen SMSR von 47 dB und eine hohe thermische Stabilität dλ/dT von 0,092 nm/K . auf . Durch das Definieren zweier unterschiedlicher Perioden für die Gitter an jeder Seite des schmalen Rippenwellenleiters oder das Verkürzen der Laserhohlraumlänge können zwei Laserlinien gleichzeitig erhalten werden und der Abstand zwischen den beiden Laserwellenlängen kann flexibel und weitgehend abgestimmt werden, was von 0,5 bis 73,4 nm geändert werden, was der Frequenzdifferenz von 0,10 bis 14 THz entspricht. Es ist bemerkenswert, dass dieser breite Abstimmbereich in einem einzigen Lasergerät realisiert wird, was bisher noch nicht beschrieben wurde. Diese Ergebnisse zeigen die vielversprechende Anwendung von LC-DFB-Lasern zur Erzeugung von CW-THZ-Strahlung.

Abkürzungen

KW:

Dauerstrich

DFB:

Verteiltes Feedback

EBL:

Elektronenstrahllithographie

ES:

Aufgeregte Zustände

GS:

Grundzustand

ICP:

Induktiv gekoppeltes Plasma

LC-DFB:

Lateral gekoppeltes verteiltes Feedback

MOCVD:

Metallorganische Gasphasenabscheidung

PECVD:

Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung

P–I–V:

Leistung–Strom–Spannung

PMMA:

Polymethylmethacrylat

QD:

Quantenpunkt

QW:

Quantenbrunnen

RT:

Raumtemperatur

RTA:

Schnelles thermisches Glühen

SEM:

Rasterelektronenmikroskopie

SMSR:

Seitenmodus-Unterdrückungsverhältnis

TEM:

Transmissionselektronenmikroskopie

WDM:

Wellenlängen-Multiplex