{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:779"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:779","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Infrarot-Diodenlaser auf der Basis der III-V-Antimonide","abstract":"Die Arbeit beschäftigt sich mit Halbleiter-Diodenlasern im Wellenlängenbereich zwischen 1.8µm und 2.4µm, die mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie in dem bisher wenig untersuchten (AlGaIn)(AsSb)-Materialsystem realisiert wurden. Durch die Untersuchung der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften dieser GaSb-basierenden Laserstrukturen sowie begleitender Modellrechnungen konnten Rückschlüsse auf die grundlegenden physikalischen Laserprozesse in diesem Materialsystem gezogen werden:
Die elektrischen Verluste in den Quantentöpfen werden bei Lasern mit einer Emissionswellenlänge von 2µm durch die defektassistierte Rekombination dominiert. Dieser Effekt bestimmt daher die Höhe und Temperaturabhängigkeit des Schwellenstromes bis zur Raumtemperatur, erst bei höheren Temperaturen bewirkt der stärker werdende Einfluss der thermischen Leckströme einen weiteren Anstieg des Schwellenstromes.
Die internen optischen Verluste der Laserstruktur werden wesentlich durch die Absorption durch freie Ladungsträger in der p-dotierten Mantelschicht bestimmt, die optischen Verluste in den n-dotierten Bereichen sind dahingegen zu vernachlässigen.
Durch ein hier vorgestelltes elektro-optisch-thermisches Modell können die Auswirkungen der internen Aufheizung der Laser im Dauerstrichbetrieb auf die Kennlinien in guter Übereinstimmung mit den Messungen simuliert werden.
Breitstreifenlaser mit einer Wellenlänge von 2.0µm zeigten eine maximale Ausgangsleistung von 1.7 W im Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur, sowie eine Ausgangsleistung größer als 9 W im Pulsbetrieb.
Die Anwendungstauglichkeit dieser Laser wurde anhand zweier Beispiele demonstriert: Rippenwellenleiter-Laser mit einer Emissionswellenlänge um 2.3µm wurden in der Gasspektroskopie zur Detektion von Methan eingesetzt und Breitstreifen-Leistungslaser bei 2µm wurden erfolgreich als Pumpquelle für einen Cr2+:ZnSe Festkörperlaser verwendet.","abstract_html":"Die Arbeit beschäftigt sich mit Halbleiter-Diodenlasern im Wellenlängenbereich zwischen 1.8µm und 2.4µm, die mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie in dem bisher wenig untersuchten (AlGaIn)(AsSb)-Materialsystem realisiert wurden. Durch die Untersuchung der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften dieser GaSb-basierenden Laserstrukturen sowie begleitender Modellrechnungen konnten Rückschlüsse auf die grundlegenden physikalischen Laserprozesse in diesem Materialsystem gezogen werden: <br> <br>Die elektrischen Verluste in den Quantentöpfen werden bei Lasern mit einer Emissionswellenlänge von 2µm durch die defektassistierte Rekombination dominiert. Dieser Effekt bestimmt daher die Höhe und Temperaturabhängigkeit des Schwellenstromes bis zur Raumtemperatur, erst bei höheren Temperaturen bewirkt der stärker werdende Einfluss der thermischen Leckströme einen weiteren Anstieg des Schwellenstromes. <br> <br>Die internen optischen Verluste der Laserstruktur werden wesentlich durch die Absorption durch freie Ladungsträger in der p-dotierten Mantelschicht bestimmt, die optischen Verluste in den n-dotierten Bereichen sind dahingegen zu vernachlässigen. <br> <br>Durch ein hier vorgestelltes elektro-optisch-thermisches Modell können die Auswirkungen der internen Aufheizung der Laser im Dauerstrichbetrieb auf die Kennlinien in guter Übereinstimmung mit den Messungen simuliert werden. <br> <br>Breitstreifenlaser mit einer Wellenlänge von 2.0µm zeigten eine maximale Ausgangsleistung von 1.7 W im Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur, sowie eine Ausgangsleistung größer als 9 W im Pulsbetrieb. <br> <br>Die Anwendungstauglichkeit dieser Laser wurde anhand zweier Beispiele demonstriert: Rippenwellenleiter-Laser mit einer Emissionswellenlänge um 2.3µm wurden in der Gasspektroskopie zur Detektion von Methan eingesetzt und Breitstreifen-Leistungslaser bei 2µm wurden erfolgreich als Pumpquelle für einen Cr2+:ZnSe Festkörperlaser verwendet.","abstract_has_math":false,"creators":["Rattunde, Marcel"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":["Wagner, Joachim"],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":null,"date_issued":"","date_published":null,"updated_at":"2026-07-24T02:21:58Z","subjects":["GaSb","GaInAsSb","thermisches Modell","Modenstruktur","Gasspektroskopie","thermal model","high power diode laser","absorption spectroscopy"],"languages":[],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[]},"links":{"outbound_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/data/779","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"source_url"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:contributor","label":"Contributor","values":["Wagner, Joachim"]},{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["Rattunde, Marcel"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["DoctoralThesis"]}]},{"id":"subjects_keywords","label":"Subjects and Keywords","entries":[{"key":"dc:subject","label":"Dc Subject","values":["GaSb","GaInAsSb","thermisches Modell","Modenstruktur","Gasspektroskopie","thermal model","high power diode laser","absorption spectroscopy"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description.abstract","label":"Abstract","values":["Die Arbeit beschäftigt sich mit Halbleiter-Diodenlasern im Wellenlängenbereich zwischen 1.8µm und 2.4µm, die mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie in dem bisher wenig untersuchten (AlGaIn)(AsSb)-Materialsystem realisiert wurden. Durch die Untersuchung der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften dieser GaSb-basierenden Laserstrukturen sowie begleitender Modellrechnungen konnten Rückschlüsse auf die grundlegenden physikalischen Laserprozesse in diesem Materialsystem gezogen werden:
Die elektrischen Verluste in den Quantentöpfen werden bei Lasern mit einer Emissionswellenlänge von 2µm durch die defektassistierte Rekombination dominiert. Dieser Effekt bestimmt daher die Höhe und Temperaturabhängigkeit des Schwellenstromes bis zur Raumtemperatur, erst bei höheren Temperaturen bewirkt der stärker werdende Einfluss der thermischen Leckströme einen weiteren Anstieg des Schwellenstromes.
Die internen optischen Verluste der Laserstruktur werden wesentlich durch die Absorption durch freie Ladungsträger in der p-dotierten Mantelschicht bestimmt, die optischen Verluste in den n-dotierten Bereichen sind dahingegen zu vernachlässigen.
Durch ein hier vorgestelltes elektro-optisch-thermisches Modell können die Auswirkungen der internen Aufheizung der Laser im Dauerstrichbetrieb auf die Kennlinien in guter Übereinstimmung mit den Messungen simuliert werden.
Breitstreifenlaser mit einer Wellenlänge von 2.0µm zeigten eine maximale Ausgangsleistung von 1.7 W im Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur, sowie eine Ausgangsleistung größer als 9 W im Pulsbetrieb.
Die Anwendungstauglichkeit dieser Laser wurde anhand zweier Beispiele demonstriert: Rippenwellenleiter-Laser mit einer Emissionswellenlänge um 2.3µm wurden in der Gasspektroskopie zur Detektion von Methan eingesetzt und Breitstreifen-Leistungslaser bei 2µm wurden erfolgreich als Pumpquelle für einen Cr2+:ZnSe Festkörperlaser verwendet.","GaSb-based semiconductor diode lasers, emitting in the 1.8µm to 2.4µm spectral range, are investigated regarding their electrical, optical and thermal properties. Molecular Beam Epitaxy was used for the fabrication of these (AlGaIn)(AsSb)-structures. From the experimental investigations and concomitant device simulations conclusions could be drawn concerning the fundamental laser processes:
The electrical losses in the quantum-wells of the active region are dominated by defect assisted recombination. Therefore, this mechanism defines the magnitude and temperature sensitivity of the threshold current up to room temperature. At higher temperatures, thermal leakage currents lead to a further decrease of the temperature stability.
The internal optical losses in the laser structure are dominated by the absorption due to free holes in the p-doped cladding layer. In comparison, the losses in the n-doped layers are negligible.
As the heating of active region limits the CW-performance of these devices, a quantitative model is derived to simulate the characteristics of these lasers including thermal effects. Good agreement is found between calculated data and the measurements for different laser geometries and mounting techniques.
Broad-area lasers, emitting at 2.0µm wavelength, showed a maximum output power of 1.7W in CW-operation at room temperature and a peak power of 9W in pulsed operation, demonstrating the high-power capability of lasers from this relatively new materials family.
Two applications have been realized, using the above described GaSb-based diode lasers. Ridge-waveguide lasers, emitting at 2.3µm, have been used for the detection of methane in a tunable diode lasers absorption spectroscopy (TDLAS) experiment. Additionally, broad-area high-power 2.0µm diode lasers were tested successfully as a pump source for a Cr2+:ZnSe solid state lasers."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Infrarot-Diodenlaser auf der Basis der III-V-Antimonide","Infrared diode lasers based on group III-antimonides"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Wagner, Joachim"],"dc:creator":["Rattunde, Marcel"],"dc:description.abstract":["Die Arbeit beschäftigt sich mit Halbleiter-Diodenlasern im Wellenlängenbereich zwischen 1.8µm und 2.4µm, die mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie in dem bisher wenig untersuchten (AlGaIn)(AsSb)-Materialsystem realisiert wurden. Durch die Untersuchung der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften dieser GaSb-basierenden Laserstrukturen sowie begleitender Modellrechnungen konnten Rückschlüsse auf die grundlegenden physikalischen Laserprozesse in diesem Materialsystem gezogen werden:
Die elektrischen Verluste in den Quantentöpfen werden bei Lasern mit einer Emissionswellenlänge von 2µm durch die defektassistierte Rekombination dominiert. Dieser Effekt bestimmt daher die Höhe und Temperaturabhängigkeit des Schwellenstromes bis zur Raumtemperatur, erst bei höheren Temperaturen bewirkt der stärker werdende Einfluss der thermischen Leckströme einen weiteren Anstieg des Schwellenstromes.
Die internen optischen Verluste der Laserstruktur werden wesentlich durch die Absorption durch freie Ladungsträger in der p-dotierten Mantelschicht bestimmt, die optischen Verluste in den n-dotierten Bereichen sind dahingegen zu vernachlässigen.
Durch ein hier vorgestelltes elektro-optisch-thermisches Modell können die Auswirkungen der internen Aufheizung der Laser im Dauerstrichbetrieb auf die Kennlinien in guter Übereinstimmung mit den Messungen simuliert werden.
Breitstreifenlaser mit einer Wellenlänge von 2.0µm zeigten eine maximale Ausgangsleistung von 1.7 W im Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur, sowie eine Ausgangsleistung größer als 9 W im Pulsbetrieb.
Die Anwendungstauglichkeit dieser Laser wurde anhand zweier Beispiele demonstriert: Rippenwellenleiter-Laser mit einer Emissionswellenlänge um 2.3µm wurden in der Gasspektroskopie zur Detektion von Methan eingesetzt und Breitstreifen-Leistungslaser bei 2µm wurden erfolgreich als Pumpquelle für einen Cr2+:ZnSe Festkörperlaser verwendet.","GaSb-based semiconductor diode lasers, emitting in the 1.8µm to 2.4µm spectral range, are investigated regarding their electrical, optical and thermal properties. Molecular Beam Epitaxy was used for the fabrication of these (AlGaIn)(AsSb)-structures. From the experimental investigations and concomitant device simulations conclusions could be drawn concerning the fundamental laser processes:
The electrical losses in the quantum-wells of the active region are dominated by defect assisted recombination. Therefore, this mechanism defines the magnitude and temperature sensitivity of the threshold current up to room temperature. At higher temperatures, thermal leakage currents lead to a further decrease of the temperature stability.
The internal optical losses in the laser structure are dominated by the absorption due to free holes in the p-doped cladding layer. In comparison, the losses in the n-doped layers are negligible.
As the heating of active region limits the CW-performance of these devices, a quantitative model is derived to simulate the characteristics of these lasers including thermal effects. Good agreement is found between calculated data and the measurements for different laser geometries and mounting techniques.
Broad-area lasers, emitting at 2.0µm wavelength, showed a maximum output power of 1.7W in CW-operation at room temperature and a peak power of 9W in pulsed operation, demonstrating the high-power capability of lasers from this relatively new materials family.
Two applications have been realized, using the above described GaSb-based diode lasers. Ridge-waveguide lasers, emitting at 2.3µm, have been used for the detection of methane in a tunable diode lasers absorption spectroscopy (TDLAS) experiment. Additionally, broad-area high-power 2.0µm diode lasers were tested successfully as a pump source for a Cr2+:ZnSe solid state lasers."],"dc:format.medium":["application/pdf"],"dc:subject":["GaSb","GaInAsSb","thermisches Modell","Modenstruktur","Gasspektroskopie","thermal model","high power diode laser","absorption spectroscopy"],"dc:title":["Infrarot-Diodenlaser auf der Basis der III-V-Antimonide","Infrared diode lasers based on group III-antimonides"],"dc:type":["DoctoralThesis"]},"updated_at":"2026-07-24T02:21:58Z"}