Emissionseigenschaften und Hochfrequenzverhalten von Halbleiterlasern mit Vertikalresonator für die optische Verbindungstechnik:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| adam_text | Titel: Emissionseigenschaften und Hochfrequenzverhalten von Halbleiterlasern mit Vertikalresonator für die
Autor: Moeller, Bernd
Jahr: 1995
_v_ Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung..............................1 1.1 Halbleiterlaser mit Vertikalresonator.................2 1.2 Gliederung der Arbeit .......................3 2 Halbleiterlaser mit Vertikalresonator ................5 2.1 Das AlGaAs-InGaAs Materialsystem ................6 2.1.1 InGaAs-Quantenfilme ....................7 2.1.2 Brechungsindex von AlGaAs .................9 2.2 Reflektoren für Vertikalresonator-Laserdioden............ 11 2.2.1 Bragg-Reflektoren..................... 11 2.2.2 Bragg-Spiegel mit zusätzlicher Goldschicht.......... 13 2.3 Laserresonator ......................... 14 2.3.1 Feldverteilung im optischen Resonator............ 14 2.3.2 Resonanzbedingung.................... 16 2.3.3 Schwellstrom....................... 18 3 Halbleitertechnologie ....................... 20 3.1 Schichtwachstum mit der Molekularstrahlepitaxie.......... 20 3.2 Strukturierung der Proben.................... 21 3.2.1 Standard-Photolithographie ................ 21 3.2.2 Drei-Lagen-Photolackprozeß ................ 21 3.2.3 Lift-off Prozeß ...................... 22 3.3 Protonenimplantation ...................... 23 4 Protonenimplantierte Laserdioden ................24 4.1 Herstellung der Bauelemente ................... 24 4.1.1 Epitaktischer Schichtaufbau ................ 24 4.1.2 Laterale Strukturierung .................. 25 4.2 Meßanordnung zur Laser-Charakterisierung............. 25 4.3 Ausgangscharakteristik ..................... 26 4.4 Aufgelötete Laserdioden ..................... 29
VI Inhaltsverzeichnis 4.5 Laserdiodenarrays........................ dz 4.5.1 Aufbau und Struktur ................... 32 4.5.2 Ausgangscharakteristik .................. 33 4.6 Spontane Rekombinationslebensdauer ............... 34 4.6.1 Meßverfahren....................... 35 4.6.2 Meßergebnisse ...................... 37 4.7 Transparenzstromdichte ..................... 38 4.7.1 Versuchsaufbau...................... 39 4.7.2 Meßergebnisse ...................... 40 4.8 Reflektivität der Bragg-Spiegel .................. 41 5 Emissionseigenschaften................... 44 5.1 Wellenführung der Moden .................... 44 5.1.1 Ladungsträgerverteilung.................. 45 5.1.2 Thermische Eigenschaften ................. 48 5.2 Laguerre-Gaußsche Moden.................... 52 5.3 ABCD-Matrizen ........................ 54 5.3.1 ABCD-Matrizen wichtiger optischer Elemente ........ 55 5.3.2 Selbstkonsistente Lösung für die Resonatormoden....... 56 5.4 Unters chung der Emissionseigenschaften ............. 59 5.4.1 Emissionsspektren..................... 59 5.4.2 Fernfeld-Messungen.................... 61 5.5 Transversalmoden........................ 64 5.5.1 Emissionseigenschaften von höheren Transversalmoden..... 65 5.5.2 Fernfeld-Messungen.................... 67 6 Linienbreite............................71 6.1 Theoretische Grundlagen..................... 71 6.2 Meßanordnung zur Bestimmung der Linienbreite .......... 76 6.2.1 Linienbreite der Grundmode ................ 77 6.2.2 Linienbreite höherer transversaler Moden........... 79 6.3 Linienverbreiterungsfaktor.................... 81 6.3.1 Modulationsmethode zur Bestimmung des a-Faktors...... 81 6.3.2 Meßergebnisse ...................... 83
Inhaltsverzeichnis VII 6.3.3 Bestimmung des a-Faktors aus der Linienbreite........ 85 7 Hochfrequenzeigenschaften ........ 87 7.1 Theoretische Grundlagen..................... 87 7.1.1 Ratengleichungen..................... 89 7.1.2 Relatives Intensitätsrauschen................ 92 7.2 Messung des Intensitätsrauschens................. 94 7.2.1 RIN-Messungen...................... 94 7.2.2 Resonanzfrequenz und Dämpfungskonstante ......... 96 7.3 Kleinsignalmodulation...................... 98 7.3.1 Kleinsignalersatzschaltbild eines Lasermoduls......... 98 7.3.2 Kleinsignalverhalten des Laserdiodenarrays..........100 7.3.3 Übersprechen.......................101 7.4 Modulationsverhalten aufgelöteter Laser..............103 7.4.1 Kleinsignalmodulationscharakteristik ............103 7.4.2 Großsignalmodulationsverhalten ..............105 7.5 Intrinsische Modulationsantwort .................107 7.5.1 Laserstruktur.......................107 7.5.2 Versuchsaufbau zur Gewinnschaltung ............109 7.5.3 Meßergebnisse ......................110 7.5.4 Erzeugung hoher Datenraten................113 8 Zusammenfassung und Schlußbemerkung.............115 Anhang A: Schichtaufbau der Laserdioden....... 118 Anhang B: Modifizierte Bessel- und Hankeifunktionen......120 Anhang C: Laguerresche Polynome................121 Anhang D: Entwicklung der Ausbreitungskonstante........122 Verzeichnis wichtiger Formelzeichen .................123 Literaturverzeichnis 129
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