Modelowanie zjawisk fizycznych w laserach typu VCSEL emitujących promieniowanie o długości fali 1.3 μm

Celem niniejszej pracy było zbadanie fizycznych właściwości wybranych laserów typu VCSEL (ang. Vertical Cavity Surface Emitting Laser - laser o emisji powierzchniowej z pionowym rezonatorem) oraz optymalizacja ich struktur pod kątem oferowanych charakterystyk ekspoloatacyjnych. Szczególnie istotne było otrzymanie pracy laserów z falą ciągła (CW - ang. Continuous Wave) na modzie podstawowym LP01 w szerokim zakresie zmian temperatury ich obszarów czynnych, wywołanych np. zmianami temperatury otoczenia, w której pracował dany przyrząd. Wspólną cechą przyrządów objętych tą analizą jest zdolność do generowania promieniowania o długości fali 1.3 μm związanej z drugim oknem optycznym dla systemów telekomunikacyjnych bazujących na światłowodach wykonanych ze szkła kwarcowego. W szczególności przeanalizowane lasery, których obszary czynne wykonane były w postaci studni kwantowych InGaAsP/InGaAsp,InAsP/InGaAsP oraz AlGaInAs/AlGaInAs. Rozpatrywane rozwiązania konstrukcyjno-materiałowe stanowią naturalne rozszerzenie i uzupełnienie badań prowadzonych w Zespole Fotoniki Instytutu Fizyki Politechniki Łódzkiej poświęconych laserom komunikacyjnym. W celu realizacji powyższych celów opracowany został numeryczny model lasera VCSEL zawierający wszystkie niezbędne dane materiałowo-konstrukcyjne oraz równania określające przebieg rozpatrywanych zjawisk fizycznych (elektrycznych, cieplnych, optycznych i rekombinacyjnych) oraz ich wzajemne powiązania

Numerical Investigation of the Impact of ITO, AlInN, Plasmonic GaN and Top Gold Metalization on Semipolar Green EELs

In this paper, we present the results of a computational analysis of continuous-wave (CW) room-temperature (RT) semipolar InGaN/GaN edge-emitting lasers (EELs) operating in the green spectral region. In our calculations, we focused on the most promising materials and design solutions for the cladding layers, in terms of enhancing optical mode confinement. The structural modifications included optimization of top gold metalization, partial replacement of p-type GaN cladding layers with ITO and introducing low refractive index lattice-matched AlInN or plasmonic GaN regions. Based on our numerical findings, we show that by employing new material modifications to green EELs operating at around 540 nm it is possible to decrease their CW RT threshold current densities from over 11 kA/cm2 to less than 7 kA/cm2