Optical gain and modal loss in AlGaN based deep UV lasers

Martin Georg Rudolf Martens, Michael Kneissl, Technische Universität Berlin, Technische Universität Berlin
2018
Das AlGaN Materialsystem ist aufgrund seiner direkten Bandlückenergie, die den ultravioletten (UV) Spektralbereich von 360 nm bis 200 nm abdeckt, ein vielversprechender Kandidat für die Realisierung von UVC Laserdioden mit Emissionswellenlängen unterhalb von 300 nm. Diese können eine kleine, kostengünstige und energiesparsame Alternative zu derzeit für diesen Spektralbereich genutzte Laserquellen wie Exzimer oder frequenzvervielfachte Halbleiterlaser darstellen. Mögliche Anwendungen umfassen
more » ... ndungen umfassen beispielsweise Gasdetektion, medizinische Anwendungen, Materialprozessierung und Wasseraufbereitung. Bisher konnten jedoch keine AlGaN-basierten Laserdioden mit Emissionswellenlängen unter 336 nm realisiert werden. Zu den kritischen Aspekten bei der Herstellung von UVC Laserdioden zählen die Materialqualität, das optische Confinement, das Ladungsträgerconfinement und die Löcherinjektion in die aktive Zone. In dieser Arbeit wird jeder dieser Themenbereiche analysiert, um die Lasereigenschaften systematisch zu verbessern und limitierende Faktoren zu identifizieren. Die Untersuchung optisch gepumpter Laserheterostrukturen ermöglicht dabei eine separate Betrachtung der optischen Eigenschaften unabhängig von elektrischen Eigenschaften. Der Einfluss der Defektdichte in den epitaktisch hergestellten Halbleiterschichten auf die Laserschwelle und den optischen Gewinn wird anhand von Mehrfachquantentopfstrukturen (engl. multiple quantum wells, MQWs) untersucht. MQWs, die auf monokristallinen AlN- und auf epitaktisch lateral überwachsenen (engl. epitaxially laterally overgrown, ELO) AlN/Saphir-Substraten mit Versetzungsdichten (threading dislocation densities, TDD) im Bereich von 10^(4) cm^(-2) beziehungsweise 5x10^(8) cm^(-2) hergestellt wurden, zeigen vergleichbare Schwelleistungsdichten. Auf planaren AlN/Saphir-Substraten gewachsene Laser mit TDDs im Bereich 10^(10) cm^(-2) dagegen erreichen selbst bei hohen Anregungsleistungsdichten von bis zu 50 MW/cm^(2) nicht die Laserschwelle, was auf das Erreichen eines kritischen Werts für ni [...]
doi:10.14279/depositonce-7512 fatcat:3ujjrskab5he3kwmpjjsvgoaxa