Вестник МГТУ. 2017, №4.

Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 4. С. 697–704. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-4-697-704 697 УДК 621.315.592 С. В. Власова, А. Б. Власов, П. Ю. Шапочкин Особенности излучения лазерных диодов в различных температурных интервалах В литературе практически отсутствуют сведения об изменении характеристик спектра излучения промышленных полупроводниковых лазерных диодов в широком интервале температур, в том числе при криогенных температурах. Тем не менее данная информация является определяющей при выборе конкретных лазерных диодов для промышленных устройств. Проведено экспериментальное исследование особенностей спектров излучения лазерных полупроводниковых диодов, изготовленных на основе твердого четверного раствора AlGaInP в области температур 50–300 К. Спектр излучения исследовался при помощи монохроматора МДР-23 с установленным CCD-детектором. Исследование показало, что температура эксплуатации лазерного диода определяет характер спектра излучения, в частности происходит преобладание вынужденного или индуцированного излучения, в том числе изменяется диапазон длин волн излучения. Полагается, что в диапазоне температур от 50 до 300 К в объеме материала лазерного диода реализуются процессы, в результате которых изменяется значение ширины запрещенной зоны, уменьшающейся примерно на 4,2–4,5 % от величины, соответствующей температуре 50 К. Расчет значения температурного коэффициента изменения ширины запрещенной зоны β показал, что в температурном интервале от 50 до 300 К значение β изменяется по абсолютной величине в 2–3 раза. В работе предложен новый экспериментальный метод определения энергий ионизации экситонных уровней, который имеет практическое применение для контроля электрофизических параметров полупроводниковых материалов, применяемых при изготовлении промышленных полупроводниковых лазеров. Достоинством предложенного метода является возможность получить качественную и количественную информацию об экситонном спектре материала лазерного диода непосредственно в области p–n перехода, в которой формируется лазерное излучение. Ключевые слова: полупроводниковые лазерные диоды, спектры излучения, ширина запрещенной зоны, влияние температуры, энергия экситонов. Введение Полупроводниковые (п/п) лазеры на основе гетероструктур используются в различных областях науки, техники, медицины. В процессе эксплуатации серийных полупроводниковых лазеров обнаруживаются некоторые особенности их эксплуатационных характеристик, которые не находят отражения в паспортных данных [1; 2]. В то же самое время эти особенности могут проявлять себя при практическом использовании п/п лазеров. В настоящее время идет поиск расширения возможностей использования полупроводниковых лазеров в различных устройствах и приборах. Одним из существенных аспектов таких исследований является изучение влияния температуры на параметры лазерного излучения. В работе изучаются характеристики излучения серийно выпускаемых полупроводниковых лазерных диодов в широкой области температур от 50 до 300 К и анализируются причины, вызывающие изменение характеристик излучения лазера. Материалы и методы В работе исследовались серийно выпускаемые полупроводниковые лазерные диоды (изготовленные на основе четверного твердого раствора AlGaInP) двух различных марок с близкими рабочими характеристиками: малая выходная мощность (порядка 5 мВт); длина волны около 635 нм; рабочее напряжение не более 2,3 В у первого лазерного диода ( L 1 ) и 2,8 В у второго ( L 2 ); ток накачки менее 23 мА ( L 1 ) и менее 35 мА ( L 2 ); рабочий ток не более 30 мА ( L 1 ) и не более 45 мА ( L 2 ). Изучалось воздействие температуры на характер спектра излучения и длину волны ߣ излучения. Стабилизация температуры осуществлялась в вакуумном гелиевом криостате замкнутого цикла Cryomech ST15. Спектр излучения исследовался при помощи монохроматора МДР-23 с установленным CCD-детектором. Результаты и обсуждение Показано, что для любой из рассмотренных температур спектр излучения является многомодовым (рис. 1), в том числе и для указанного в паспортных данных лазера рабочего интервала температур 233–313 К. Отмечено, что общий контур спектра излучения изменяется по мере изменения температуры (рис. 2). Как видно из данных рис. 2, в интервале температур 270–298 К излучение лазера является спонтанным, с понижением температуры отдельные моды подавляются, доля индуцированного излучения возрастает. Из рис. 2 можно