Plenarvorträge - DPG-Tagungen

Halbleiterphysik Donnerstag
HL 38.7 Do 11:45 H14
THz Silizium Laser — •Heinz-Wilhelm Hübers 1 , Pavlov Sergey
1 , Hovenier Niels 2 , Klaassen Tjeerd 2 , Riemann Helge 3 ,
Orlova Ekatarina 4 , Zhukavin Roman 4 und Shastin Valery 4 —
1 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Rutherfordstr. 2, 12489
Berlin — 2 Technische Universität Delft, P.O. Box 5046, 2600 GA Delft,
Niederlande — 3 Institut für Kristallzüchtung, Max-Born-Str. 2, 12489
Berlin — 4 Institut für Physik der Mikrostrukturen, Russische Akademie
der Wissenschaften, 603600 Nizhni-Novgorod, Russland
Ein Silizium Laser für den Terahertz (THz) Spektralbereich wird vorgestellt.
Besetzungsinversion kann zwischen Energieniveaus von Donatoren
der Gruppe V (P,As, Sb,Bi) in Silizium bei Temperaturen unterhalb von
ca. 30 K erzeugt werden. Die Anregung erfolgt durch Photoionisation der
Donatoren vom Grundzustand in das Leitungsband (z.B. mit einem CO2-
Laser) oder durch direkte otpische Anregung (z.B. mit einem FEL)in die
oberen Energieniveaus der Donatoren. Die angeregten Elektronen verlieren
Energie durch Emission von optischen und akustischen Phononen.
Dieser kaskadenartige Prozess führt zu Besetzungsinversion zwischen für
die jeweilige Donatorenart spezifischen Energieniveaus. Auf diese Weise
können Laser mit Emissionfrequenzen zwischen 1.3 THz und 6.3 THz
realisiert werden. Es werden die verschiedenen Lasermechanismen dargestellt
und ihre Eigenschaften diskutiert. Insbesondere werden Ergebnisse
zum Einfluss von Dotierung, Kompensationsgrad, Temperatur, externem
Magnetfeld und externem Druck präsentiert.
HL 38.8 Do 12:00 H14
Erhöhung der direkten Modulationsbandbreite durch Mehrsektionshalbleiterlaser
— •Wolfgang Kaiser 1 , Lars Bach 1 , Johann
Peter Reithmaier 1 , Alfred Forchel 1 , Tommy W. Berg 2 und
Biarne Tromborg 2 — 1 Technische Physik, Universität Würzburg, Am
Hubland, D-97074 Würzburg — 2 COM, Technical University of Denmark,
DK-2800 Lyngby, Denmark
Im Halbleiterlaser ist die direkte Modulationsbandbreite durch die
Rekombinationszeit der Ladungsträger begrenzt. Durch Ausnutzung
höherer Resonanzen in Laserkavitäten kann die Modulationsbandbreite
signifikant erhöht werden. Diese Resonanzen treten zusätzlich zur
Elektron-Photon-Resonanz in der Modulationstransferfunktion auf. Aufbauend
auf diesem Effekt wurde das CCIG (Coupled Cavity Injection
Grating)-Laserkonzept entwickelt. Bei diesem Mehrsektionskonzept kann
man diese Resonanzen durch Anpassung der Phase und der Kopplungsstärke
und somit auch die Modulationsbandbreite gezielt kontrollieren.
Für einen CCIG-Laser konnte mit einer direkten Modulationsbandbreite
von 37 GHz der derzeitige Rekordwert auf GaInAsP/InP-Material bei
einer Wellenlänge von 1,5 µm erreicht werden.
HL 38.9 Do 12:15 H14
1.3 µm InAs/InGaAs-Laser mit asymmetrisch eingebauten
Quantenpunkten — •Stefan Deubert, Roland Krebs, Johann
Peter Reithmaier und Alfred Forchel — Technische Physik,
Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg
Der Einbau von InAs-Quantenpunkten in eine InGaAs-
Quantenfilmstruktur erlaubt es Laser für den 1.3 µm Wellenlängenbereich
auf GaAs-Substraten zu realisieren. Durch Variation der Quantenfilmdicke,
und somit einen asymmetrischen Einbau der Quantenpunkte, konnten
die optischen Eigenschaften von 1.3 µm Lasern signifikant verbessert
werden. Es konnten mit Hilfe dieser asymmetrischen aktiven Schicht die
Schwellenströme halbiert und die Effizienzen um 30% gesteigert werden,
so dass 400 µm lange RWG-Laser mit Schwellenströmen von nur 2 mA
realisiert werden konnten. Gleichzeitig führt der asymmetrische Einbau
der Quantenpunkte zu einer Erhöhung der Temperaturstabilität und charakteristischen
Temperaturen von 130 K. Auch monomodige DFB-Laser
die auf dieser Struktur basieren zeigen geringere Schwellenströme und
gleichzeitig verbesserte Hochfreqenzeigenschaften mit Modulationsbandbreiten
von 7.5 GHz.
HL 38.10 Do 12:30 H14
Entwicklung von InGaAsP/InP-Lasern hoher Brillanz bei 1.4 -
1.5 µm — •Senta Kallenbach, Marc Tibor Kelemen, Jürgen
Weber, Rolf Aidam, Rainer Lösch, Gudrun Kaufel und Michael
Mikulla — Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik,
Tullastr. 72, D-79108 Freiburg
InP-basierte Hochleistungslaser mit hoher Strahlqualität bei 1.4 -
1.5 µm finden Anwendung als Pumplaser in erbiumdotierten Faserverstärkern
und Ramanverstärkern. Im Gegensatz zu bisher verwendeten
Ridge- oder Buried-Heterostructure-Designs, die eine Ausgangsleistung
von maximal einigen 100 mW zulassen, verfolgen wir das Konzept des
Ridge-Trapezlasers, das eine hohe Brillanz ermöglicht, d.h. hohe Leistungen
(> 1 W) mit hoher Strahlqualität vereint. Die hier vorgestellten
Schichtstrukturen wurden überwiegend mittels Feststoffquellen-MBE
epitaxiert. Wellenführung und aktive Zone bestehen aus InGaAsP, wobei
die Quantentöpfe 1 % kompressive Verspannung aufweisen. Variationen
in der Vertikalstruktur wurden anhand von Breitstreifenlasern untersucht,
um Einflüsse durch das Lateral- und Longitudinaldesign separat
analysieren zu können. Abstrahlwinkel, Verluste und Schwellstromdichten
wurden für Wellenleiterbreiten zwischen 0.3 und 1.6 µm sowie
Füllfaktoren von 1.4 bis 2.5 % hinsichtlich einer optimierten Vertikalstruktur
für Trapezlaser untersucht.
HL 38.11 Do 12:45 H14
Monomodige GaAs/AlGaAs Quantenkaskadenlaser mit monolithisch
integrierten Halbleiter-Luft Bragg-Spiegeln — •Sven
Höfling 1 , Marc Fischer 2 , Jochen Seufert 2 , Adriana Wolf 1 ,
Monika Emmerling 1 , Johann-Peter Reithmaier 1 und Alfred
Forchel 1 — 1 Technische Physik, Universität Würzburg, Würzburg —
2 Nanoplus, Nanosystems und Technology GmbH, Gerbrunn
Monomodige GaAs/AlGaAs-basierende Quantenkaskadenlaser wurden
realisiert durch die monolithische Integration von Bragg-Spiegeln mit einer
photonischen Bandlücke nahe der Emissionswellenlänge (λ ≈ 10 µm).
Die Bragg-Spiegel auf beiden Seiten der Kavität bestehen aus tiefgeätzten
Halbleiter-Luft Gittern.
Bauelemente mit einer Resonatorlänge von 365 µm zeigen einen
Schwellenstrom von 1,0 A (80 K) und können bis 260 K betrieben werden.
Dies ist eine signifikant höhere Betriebstemperatur im Vergleich
zu einem 1000 µm langen Referenzlaser mit Spaltfacetten (200 K).
Zudem konnten mit diesem Verfahren die bisher kürzesten Quantenkaskadenlaser
mit 180 µm Resonatorlänge hergestellt werden. Bei diesen
Lasern ist wegen ihres großen freien Spektralbereichs und der begrenzten
Verstärkungsbandbreite monomodiger Betrieb ohne zusätzliches
Rückkopplungsgitter möglich.
HL 38.12 Do 13:00 H14
Ridge-Trapezlaser hoher Brillanz — •Marc Kelemen, Jürgen
Weber und Michael Mikulla — Fraunhofer Institut für Angewandte
Festkörperphysik, Tullastr. 72, D-79108 Freiburg
Hochleistungslaser hoher Brillanz, d.h. bei gleichzeitig hoher Ausgangsleistung
und hoher Strahlqualität, gewinnen zunehmend für die Spektroskopie,
die Frequenzverdopplung und in der Drucktechnik an Bedeutung.
Das aussichtsreichste Konzept bietet hier im Moment das Konzept
des Ridge-Trapezlasers, der im Moment nahezu beugungsbegrenzte Ausgangsleistungen
von bis zu 2 W bietet.
In dieser Arbeit werden BPM-Simulationen und experimentelle Ergebnisse
vorgestellt, um erstmals nahezu beugungsbegrenzte Ausgangsleistungen
von bis zu 5 W bei einer Wellenlänge von 980 nm zu erreichen.
Dazu werden der Einfluß von Montage- und Designparametern auf
die Leistungs- und Strahleigenschaften von Trapezlasern mittels BPM-
Simulationen untersucht. Experimentell werden die Trapezlängen zwischen
1.5 und 3 mm variiert. Die verschiedenen Trapezdesigns werden
einerseits elektro-optisch und bezüglich ihres Temperaturverhaltens untersucht.
Zusätzlich wird die Strahlqualität durch Nahfelder, Fernfelder
und Messungen von M2 experimentell charakterisiert.