Elektronipeilien kehittäminen lyhyen aallonpituuden laserdiodeihin

Abstract

Lyhyen aallonpituuden puolijohdelaserdiodeilla tarkoitetaan näkyvän valon tai sitä pienemmällä aallonpituudella säteileviä valolähteitä. Noin 20 vuotta sitten kehitettiin ensimmäinen huoneenlämmössä jatkuvatoimisesti säteilevä kvanttikaivolaseri, jonka aallonpituus oli 670 nm ja jonka materiaalina oli AlGaInP. Nykyään kyseisellä aallonpituudella toimivien laserien sovelluskohteita on esimerkiksi cd- ja dvd-soittimien tallennus- ja lukulaitteissa sekä lääketieteellisissä instrumenteissa. Näkyvän spektrin pidemmillä aallonpituuksilla AlGaInP-materiaaleista valmistetut laserit toimivat luotettavasti suurillakin valotehoilla. Pienemmillä aallonpituuksilla lähestyttäessä oranssia aallonpituutta varauksenkuljettajien heikko rajoittuminen aktiiviselle alueelle kuitenkin aiheuttaa lämpöherkkyyttä ja korkeita kynnysvirrantiheyksiä. Tämä puolestaan johtaa siihen, että laserointikynnyksen saavuttaminen vaikeutuu ja komponenttien elinikä laskee paljon. Tämän työn tavoitteena oli tutkia pystytäänkö AlGaInP-laserien, joiden aallonpituus on pienempi tai yhtä kuin 630 nm, ominaisuuksia parantamaa elektronipeilillä (MQB), joka on sijoitettuna p-kuorikerroksen alkuun. Lisäksi tavoitteena oli tutkia siirtomatriisimenetelmään perustuvalla laskennallisella mallilla, voidaanko GaAs/AlGaAs-laserrakenteille kehitettyä elektronipeilin mallia soveltaa myös GaInP/ALGaInP-lasereille. Työn kokeellinen tutkimus tehtiin molekyylisuihkuepitaksialla (MBE). Teoreettinen tarkastelu pohjautui siirtomatriisimenetelmällä toteutettuun tietokonesimulaatioon, jonka avulla voitiin arvioida erilaisten elektronipeilien kykyä heijastaa elektronit takaisin aktiiviselle alueelle.