GaAs-based quantum well and quantum dot light-emitting diodes and lasers for 1.3 and 1.55 um emission

• Autores: Miguel Montes Bajo
• Directores da Tese: Adrián Hierro Cano (dir. tes.)
• Lectura: Na Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2010
• Idioma: inglés
• Tribunal Cualificador da Tese: Ignacio Esquivias Moscardó (presid.), José María Ulloa Herrero (secret.), Javier Miguel Sánchez (vog.), Benjamín Gerard Pierre Damilano (vog.), Guillermo Carpintero del Barrio (vog.)
• Materias:
  • Física
    • Óptica
      • Láseres
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Dispositivos semiconductores
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumo

  • Resumen El tremendo crecimiento de Internet y de la transmisión de datos a alta velocidad están elevando los requerimientos de ancho de banda de las redes de ñbra óptica a un ritmo sin precendentes. Las ñbras ópticas han sustituido en buena medida a los cables de cobre y han pasado de ser una curiosidad a ser la tecnología dominante. El objetivo de esta tesis es la investigación de nuevos materiales para la fabricación de dispositivos emisores de luz basados en GaAs que operen en las longitudes de onda de la segunda y tercera ventanas de telecomunicaciones por ñbra óptica, alrededor de 1.3 y 1.55 |j.m, respectivamente. Para alcanzar ese objetivo se utilizan paralelamente dos estrategias basadas en heteroestructuras semiconductoras, de modo que esta tesis está dividida en dos grandes bloques. Por un lado, el primer bloque estará dedicado al estudio de dispositivos basados en pozos cuánticos de GalnNAs/GaAs. Por otro lado, el segundo bloque se centra en los dispositivos basados en puntos cuánticos de InAs cubiertos con capas de GalnNAs o GaAsSb. Dispositivos basados en pozos cuánticos de GalnNAs/GaAs. El primer bloque de la tesis está dedicado a los dispositivos basados en pozos cuánticos de GalnNAs/GaAs. Es bien sabido que la incorporación de una pequeña fracción molar de N en un cristal de InGaAs produce un fuerte desplazamiento al rojo de la longitud de onda de emisión. En este bloque se muestra una serie de diodos láser en los que, mediante la variación del contenido de N en el pozo cuántico, se consigue sintonizar la longitud de onda de emisión láser en todo el rango entre 1 y 1.5 \xm. Asimismo, se demuestra cómo el aumento de la concentración de N también provoca una degradación de las figuras de mérito de los dispositivos, concretamente, un aumento de la densidad de corriente umbral, Jth, y una disminución de la eficiencia cuántica diferencial externa, r\¿. El papel que juega el N en dicha degradación es estudiado en detalle, prestando especial atención a varias de las magnitudes implicadas en el funcionamiento del láser. Así, se encuentra que la eficiencia cuántica diferencial interna, rji, disminuye en un ~35% con la incorporación de N, aunque es prácticamente independiente de la concentración de este elemento. Esta degradación se atribuye a que los portadores no alcanzan la región del pozo cuántico donde se produce la radiación láser, posiblemente por un aumento en la recombinación en las barreras o en las capas que forman la guía de onda, o también por una distribución inhomogénea de los portadores en el pozo cuántico. Las pérdidas ópticas de la cavidad, a¿, aumentan al aumentar la concentración de N. Este aumento se atribuye a una mayor dispersión de luz en las inhomogeneidades de composición del pozo cuántico, y a una mayor absorción intrabanda de valencia a las longitudes de onda más largas. Por último, se observa que la densidad de corriente de transparencia, Jtr, aumenta con la concentración de N, efecto que se atribuye a un aumento en la fracción de portadores inyectados que acaban recombinándose no radiativamente en el pozo cuántico. Una de las características por las que los pozos cuánticos de GalnNAs/GaAs se con¬sideran una opción prometedora para obtener luz láser alrededor de 1.3 y 1.55 |j.m es la potencial baja dependencia de sus figuras de mérito de la temperatura de operación. Sin embargo, como se muestra en esta tesis, las temperaturas características de Jth y rjd, To y Ti, respectivamente, tienden a degradarse al aumentar el contenido de nitrógeno en el pozo cuántico. El posible origen de este comportamiento y, en particular, el papel que pueda jugar el escape de huecos del pozo a la barrera se analiza en detalle. Se observa que la degradación de TD se debe principalmente al aumento de j, y a la disminución tanto de la ganancia modal, r