Фактор оптического ограничения и пороговые условия генерации оптически накачиваемых полупроводниковых лазеров на квантоворазмерных гетероструктурах InGaN/GaN, выращенных на кремниевых подложках

Abstract

Применение квантоворазмерных гетероструктур InGaN/GaN является перспективным для создания лазерных устройств, работающих в ультрафиолетовой — сине-зеленой области спектра. Особую актуальность это направление приобрело в связи с тем, что недавно была получена генерация в синей области спектра на квантоворазмерных гетероструктурах InGaN/GaN, выращенных на кремниевых подложках [1], что вызвало большой резонанс в научном сообществе [3-4]. В отличие от традиционных сапфировых подложек, применяеых для роста гетероструктур на основе GaN, кремниевые подложки обладают намного более низкой стоимостью, в четыре раза большей теплопроводностью, а главное отработанными технологическими приемами. Это дает возможность использовать в производстве подобных полупроводниковых лазеров и светоизлучающих структур имеющуюся технологическую базу крупных полупроводниковых предприятий не прибегая к существенной модернизации существующего про изводства. Применение кремниевых подложек для роста нитрида галлия и соединений на его основе позволит в перспективе создавать дешевые (низкая себестоимость, отсутствие проблем с созданием зеркал резонатора) и достаточно мощные (высокая теплопроводность подложки) инжекционные лазеры в ультрафиолетовой — сине-зеленой области спектра. В настоящей работе анализируются условия возникновения генерации в квантоворазмерных гетероструктурах InGaN/GaN, выращенных на кремниевых подложках. В прилижении плоских волн проведены расчеты фактора оптического ограничения и коэффициента усиления гетероструктур при фиксированных значениях усиления квантоворазмерных слоев InGaN, а также эффективного показателя преломления для мод разного порядка. Вычисления проводились для трех квантоворазмерных InGaN/GaN гетероструктур, для которых была получена генерация ТЕ поляризации при комнатной температуре.