Numerische Berechnung der elektronischen ... - SAM - ETH Zürich

Kapitel 8
Vorhersagen für die
optoelektronischen
Eigenschaften
8.1 Optische Verstärkung
Für die zwei quantisierten Strukturen (A) und (C) - siehe Seite 79 - wurde der Einfluß
des Bandstruktur- Berechnungsmodells auf die optische Verstärkung bei Raumtemperatur
untersucht. Die Ladungsträgerdichten wurden mit n = 1, 6 · 10 18 cm −3
und p = 1 · 10 18 cm −3 gewählt. Sie entsprechen Werten oberhalb der Laserschwelle
aus LASER-DESSIS-Simulationen.
Untersucht wurden
(A) das einfache Modell mit ungekoppeltem Leitungsband und ungekoppelten Valenzbändern,
(B) das Modell mit gekoppeltem Leitungsband und ungekoppelten Valenzbändern,
(C) das Modell mit gekoppeltem Leitungsband und Kopplung der schweren und
leichten Löcher sowie
(D) das Modell mit gekoppeltem Leitungsband und Kopplung von HH-, LH- und
SO-Löchern.
Die Ergebnisse für den Al 0,2 Ga 0,8 As-GaAs-Quantum-Well sind in Abbildung
8.1 dargestellt. Die lokale optische Verstärkung wird bei allen Modellen in derselben
Größenordnung berechnet. Je einfacher das Modell, desto höher wird die
optische Verstärkung berechnet. Das Maximum der Gainkurve in TE-Richtung beträgt
für das Modell (d) 761 cm −1 , für das Modell (c) 926 cm −1 , für das Modell (b)
1286 cm −1 und für das einfache, ungekoppelte Modell (a) 1577cm −1 (siehe Tabelle
8.1). Die Photonenenergie und damit die Wellenlänge der maximal verstärkten TE-
Mode werden auf 0,5 % genau berechnet. In TM-Richtung betragen die maximalen
Verstärkungen 514 cm −1 für (d), 1002 cm −1 für (c), 1317 cm −1 für (b) und 1665
cm −1 für (a). Photonenenergie und Wellenlänge der maximal verstärkten TM-Mode
werden auf 2,5 % genau berechnet.
Für die TE-Richtung ist das Modell mit gekoppeltem Leitungsband und Kopplung
der schweren und leichten Löcher eine gute Näherung. In TM-Richtung sollte
das Modell aus gekoppeltem Leitungsband und gekoppelten HH-, LH- und SO-
Valenzbändern verwendet werden.
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