Статья

Название статьи ФИЗИКО-ТОПОЛОГИЧЕСКАЯ И СХЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНАЛЬНО ИНТЕГРИРОВАННЫХ ИНЖЕКЦИОННЫХ ЛАЗЕРОВ-МОДУЛЯТОРОВ
Автор Е.А. Рындин, М.А. Денисенко, А.С. Исаева
Рубрика РАЗДЕЛ I. НАНОЭЛЕКТРОНИКА
Месяц, год 09, 2015
Индекс УДК 621.373.826
DOI
Аннотация Рассмотрен метод построения функционально интегрированных инжекционных лазеров-модуляторов, объединяющих в единой наногетероструктуре инжекционный лазер и быстродействующий модулятор оптического излучения, что позволяет, с одной стороны, расширить диапазон частот модуляции до единиц терагерц, а с другой, – обеспечить высокую технологичность и возможность реализации лазеров и модуляторов на кристалле интегральной схемы в едином технологическом цикле. В цепи питания лазера-модулятора задается ток накачки, обеспечивающий инверсную заселенность при неизменном во времени суммарном числе носителей заряда в квантовых ямах гетероструктуры активной области. Амплитудная модуляция лазерного излучения осуществляется посредством изменения управляющего поля, поперечного к направлению плотности тока накачки. Изменение направления поперечного управляющего поля при неизменном токе накачки приводит к передислокации носителей заряда в пространственно смещенных квантовых областях, результатом которой является пространственное совмещение или разделение максимумов плотности электронов и дырок в квантовых ямах зоны проводимости и валентной зоны, приводящее к увеличению или уменьшению интенсивности лазерного излучения. Проведен сравнительный анализ ограничений, свойственных современным моделям инжекционных лазеров, основанным на уравнениях кинетики и уравнениях фундаментальной системы. На основе анализа фундаментальной системы уравнений полупроводника в диффузионно-дрейфовом приближении и уравнений кинетики лазеров разработаны физико-топологическая и схемотехническая модели, позволяющие с различной степенью детализации проводить численный анализ динамики процессов в инжекционных лазерах- модуляторах с учетом их принципов функционирования, режимов работы, структурно-топологических особенностей, профиля легирования, неравномерности пространственных распределений концентраций электронов, дырок и фотонов в активной области лазера, особенностей пространственного распределения плотности тока, влияния периферийных областей лазера-модулятора на его характеристики.

Скачать в PDF

Ключевые слова Инжекционный лазер; модулятор оптического излучения; модель.
Библиографический список 1. Horowitz M., Chih-Kong Ken Yang, Sidiropoulos S. High-speed electrical signaling: overview and limitations // IEEE Micro. – 1998. – No. 18 (1). – P. 12–24.
2. Miller D. Device Requirements for Optical Interconnects to Silicon Chips // Proceedings IEEE. – 2009. – No. 97 (7). – P. 1166-1185.
3. Apostolopoulos D., Bakopoulos P., Kalavrouziotis D., Giannoulis G., Kanakis G., Iliadis N., Spatharakis C., Bauwelinck J., Avramopoulos H. Photonic integration enabling new multiplexing concepts in optical board-to-board and rack-to-rack interconnects // Proceedings of SPIE. – Vol. 8991. – P. 89910D-1–89910D-15.
4. Konoplev B.G., Ryndin E.A., Denisenko M.A. Injection laser with a functionally integrated frequency modulator based on spatially shifted quantum wells // Technical Physics Letters. – 2013. – No. 39 (11). – P. 986-989.
5. Ryndin E.A., Denisenko M.A. A functionally integrated injection laser-modulator with the radiation frequency modulation // Russian Microelectronics. – 2013. – No. 42 (6). – P. 360-362.
6. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Денисенко М.А. Метод построения интегральных систем оптической коммутации многоядерных УБИС // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – С. 21-27.
7. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Денисенко М.А. Интегральный инжекционный лазер с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда. Патент РФ 2400000. 2010.
8. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Денисенко М.А. Интегральный инжекционный лазер с модуляцией частоты излучения посредством управляемой передислокации максимума амплитуды волновых функций носителей заряда. Патент РФ 2520947. 2014.
9. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Агеев О.А., Варзарев Ю.Н., Коломийцев А.С. Cверхбыстродействующие элементы интегральных схем на основе связанных квантовых областей // Наукоемкие технологии для инновационной индустрии южного макро-региона. – 2011. – С. 83-99.
10. Ozyazici M.S. The complete electrical equivalent circuit of a double heterojunction laser diode of Optoelectronics and Advanced Materials. – 2004. – Vol. 6, No. 4. – P. 1243-1253.
11. Lim D.W., Cho H.U., Sung H.K., Yi J.C., Jhon Y.M. A PSPICE circuit modeling of strained AlGaInN laser diode based on the multilevel rate equations // Journal of the Optical Society of Korea. – 2009. – Vol. 13, No. 3. – P. 386-391.
12. Tucker R.S. Large-signal circuit model for simulation of injection-laser modulation dynamics // IEE Proceedings. – 1981. – Vol. 128, No. 5. – P.180-184.
13. Абрамов И.И., Харитонов В.В. Численное моделирование элементов интегральных схем / Под ред. А.Г. Шашкова. – Минск: Выш. шк., 1990. – 224 с.
14. Бубенников А.Н., Садовников А.Д. Физико-технологическое проектирование биполярных элементов кремниевых БИС. – М.: Радио и связь, 1991. – 288 с.
15. Абрамов И.И. Проблемы и принципы физики и моделирования приборных структур микро- и наноэлектроники. Часть II. Модели полуклассического подхода // Нано- и микросистемная техника. – 2006. – № 9. – С. 26-36.
16. Zarifkar A., Ansari L., Moravvej-Farshi M.K. An equivalent circuit model for analyzing separate confinement heterostructure quantum well laser diodes including chirp and carrier transport effects // Fiber and Integrated Optics. – 2009. – No. 28. – P. 249-267.
17. Konoplev B.G., Ryndin E.A. A Study of the Transport of Charge Carriers in Coupled Quantum Regions // Semiconductors. – 2008. – Vol. 42, No. 13. – P. 1462-1468.
18. Konoplev B.G., Ryndin E.A., Denisenko M.A. Diffusion-Drift Model of the Transport of Charge Carriers and Photons in Injection Lasers // Technical Physics Letters. – 2015. – Vol. 41, No. 6. – P. 587-590.
19. Konoplev B.G., Ryndin E.A., Denisenko M.A. Numerical modeling of functionally integrated injection lasers-modulators // Proceedings of SPIE. 2014. International Conference on Micro- and Nano-Electronics. – 2014. – Vol. 9440. – P. 944014-1-944014-11.
20. Рындин Е.А., Денисенко М.А. Физико-топологическая модель инжекционных лазеров с двойной гетероструктурой // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 9 (158). – С. 32-39.

Comments are closed.