Роль дислокаций в процессе деградации полупроводниковых лазеров с электронным накачиванием энергии. Экспериментальное исследование
https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-6-507-511
Аннотация
Световое саморазрушение-деградация второго типа наблюдалось в образцах полупроводниковых лазеров с электронным накачиванием энергии с высокой оптической однородностью и хорошим качеством обработки поверхности. В этих образцах появлялись повреждения в виде шнуров, перпендикулярных торцам резонатора. Согласно имеющимся представлениям о прохождении мощных световых потоков через различные среды, возникновение узких световых каналов обусловлено явлением самофокусировки. Оно относится к фундаментальным физическим механизмам распространения лазерного излучения и обусловлено нелинейными явлениями, возникающими в среде под воздействием мощного лазерного излучения. Физическая причина самофокусировки – возрастание показателя преломления n в сильном световом поле. Тепловая самофокусировка – наиболее вероятная причина перераспределения излучения в активной области кристалла. Однако не исключено, что на начальном этапе возникновения световых каналов определенную роль играет рост интенсивности излучения в отдельных участках кристалла из-за нестабильности генерации либо небольших флуктуаций плотности тока накачки. Далее процесс приобретает лавинный характер, поскольку локализация луча в канале увеличивает плотность светового излучения, что может приводить к перегреву вещества и включению механизма тепловой самофокусировки. Выполненные исследования показали, что максимальной устойчивостью к процессам деградации обладают оптически однородные кристаллы. В них величина критической мощности светового разрушения определяется порогом самофокусировки излучения в материале. Поскольку нелинейная добавка к показателю преломления Δn = n2E2 на пороге самофокусировки определяется изменением концентрации неравновесных носителей ΔN(E2), то сама величина максимальной флуктуации ΔNmax пропорциональна значению концентрации неравновесных носителей на пороге генерации ΔNпор и относительному превышению порога генерации J = (j – jn)/jn. Таким образом, низкая пороговая концентрация неравновесных носителей является одним из условий увеличения устойчивости материала к процессам деградации. В легированных кристаллах ΔNпор меньше, чем в собственных материалах. Это, возможно, и объясняет достаточно большие значение Pкр в оптимально легированном однородном n-GaAs. Меньшие значения Pкр в образцах р-типа, легированных цинком, могут быть связаны не только с неоднородностью этих кристаллов, но и с большими порогами генерации. Кроме того, сечение поглощения излучения дырками примерно в 3–4 раза больше, чем электронами, что также может снижать порог саморазрушения лазеров. При Т = 300 К пороги генерации выше, что, естественно, снижает величину порога самофокусировки.
Об авторах
А. С. ГаркавенкоГермания
Доктор физико-математических наук
г. Корнвестхайм
В. А. Мокрицкий
Украина
Доктор технических наук, профессор
Адрес для переписки: Мокрицкий Вадим Анатольевич – Одесский национальный политехнический университет, просп. Шевченко, 1, 65044, г. Одесса, Украина. Тел.: +38 048 734-86-36
mokrickiy37@gmail.com
О. В. Маслов
Украина
Доктор технических наук, доцент
г. Одесса
А. В. Соколов
Украина
Кандидат технических наук
г. Одесса
Список литературы
1. Природа деградации полупроводниковых лазеров с электронным накачиванием энергии. Теоретические предпосылки / А. С. Гаркавенко [и др.] // Наука и техника. 2020. Т. 19, № 4. С. 311–319. https://doi.org/10. 21122/2227-1031-2020-19-4-311-319.
2. Богданкевич, О. В. Полупроводниковые лазеры / О. В. Богданкевич, С. А. Дарзнек, П. Г. Елисеев. М.: Наука, 1976. 243 с.
3. Грибковский, В. П. Полупроводниковые лазеры / В. П. Грибковский. Минск: Университетское, 1988. 240 с.
4. Напiвпровiдниковi лазери з електронным накачуванням / О. С. Гаркавенко [и др.]. Одеса: Полiграф, 2006. Т. 1. Механiзм генерацiϊ. Властивостi випромiнювання. 320 с.
5. Напiвпровiдниковi лазери з електронным накачуванням / О. С. Гаркавенко [и др.]. Одеса: Полiграф, 2006. Т. 2. Активнi середовища. Розробка приладiв. 360 с.
6. Гаркавенко, А. С. Радиационная модификация физических свойств широкозонных полупроводников и создание на их основе лазеров большой мощности / А. С. Гаркавенко. Львов: ЗУКЦ, 2012. 257 с.
7. Радиационное легирование сульфида кадмия и арсенида галлия / В. А. Мокрицкий [и др.] // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2002. № 7. С. 15–18.
8. Гаркавенко, А. С. О деградации полупроводниковых лазеров / А. С. Гаркавенко // Теоретический и научно-практический журнал радиосвязи, радиовещания и телевидения: тр. УНИИРТ. 2000. Т. 1, № 21. С. 65–68.
9. Влияние легирования на пластическую деформацию монокристаллов арсенида галлия / Н. П. Сажин [и др.] // Физика твердого тела. 1966. Т. 3, № 5. С. 1539–1544.
10. Эффект увеличения мощности и оптической прочности лазеров на сильно легированном антимониде галлия / Э. П. Бочкарев [и др.] // Письма ЭТФ. 1981. Т. 7, № 23. С. 1455–1458.
11. Халл, Д. Введение в дислокации / Д. Халл. М.: Атомиздат, 1968. 260 с.
12. Ионизационный отжиг полупроводниковых кристаллов. Часть первая. Теоретические предпосылки / А. С. Гаркавенко [и др.] // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2014. № 4. С. 50–55.
13. Ионизационный отжиг полупроводниковых кристаллов. Часть вторая. Эксперимент / А. С. Гаркавенко [и др.] // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2014. № 5–6.– С. 51–56. https://doi.org/10.15222/ТКЕА2014.2.51.
Рецензия
Для цитирования:
Гаркавенко А.С., Мокрицкий В.А., Маслов О.В., Соколов А.В. Роль дислокаций в процессе деградации полупроводниковых лазеров с электронным накачиванием энергии. Экспериментальное исследование. НАУКА и ТЕХНИКА. 2020;19(6):507-511. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-6-507-511
For citation:
Garkavenko A.S., Mokritsky V.A., Maslov O.V., Sokolov A.V. Role of Dislocations in the Process of Degradation of Semiconductor Lasers with Electronic Energy Pumping. Experimental Research. Science & Technique. 2020;19(6):507-511. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-6-507-511