Infrarot-Diodenlaser auf der Basis der III-V-Antimonide
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, GaInAsSb, thermisches Modell, Modenstruktur, Gasspektroskopie, thermal model, high power diode laser, absorption spectroscopy
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