Alto Guadagno e Bassa Corrente di soglia in
Laser a Punti Quantici di InAs/InGaAs/GaAs
Operante a 1300 nm
Laura Fortunato, Abdelmajid Salhi, Luigi Martiradonna,
Giuseppe Visimberga, Maria Teresa Todaro, Roberto Cingolani,
Adriana Passaseo e Massimo De Vittorio
Consiglio Nazionale delle Ricerche, National Nanotechnology Laboratory of CNR-INFM
Via Arnesano 73100 Lecce, Italy
Outline
 Outline
 I Quantum Dot (QD)
 Crescita dei Campioni
 Ottimizzazione della
Regione Attiva
 Dispositivo Laser
 Conclusioni
 Vantaggi dei QD
 Ottimizzazione della regione attiva
-ricoprimento dei quantum dot
-impilamento dei quantum dot
 “Design” e fabbricazione del dispositivo
 Caratteristiche del laser a quantum dot
 Conclusioni
I quantum dot
 Outline
 Isole tridimensionali di InAs immerse in una
matrice a bandgap maggiore
 I Quantum Dot (QD)
S
 Crescita dei Campioni
S  DB  10nm
 Ottimizzazione della
Regione Attiva
 Dispositivo Laser
 Conclusioni
 Densità degli stati a δ di Dirac
Bassa densità di corrente di trasparenza
Alta temperatura caratteristica
Alto guadagno ed alta efficienza quantica
differenziale
Crescita dei Campioni
 Outline
 I Quantum Dot (QD)
 Crescita dei Campioni
 Ottimizzazione della
Regione Attiva
 Campioni cresciti con
MBE (Riber Compact21)
 Parametri crescita dei dot
Tsubstrato ~ 540 °C,
2.8 MLs of InAs
Velocità di crescita : 0.04 ML/s
 Formazione dei QD controllata tramite RHEED
 Dispositivo Laser
 Conclusioni
ρ = 3.2x1010dots/cm2
h = 5 ± 1 nm
d = 40 ± 5 nm
Alta densità ed alta uniformità dei QD
Ottimizzazione della Regione Attiva
 Outline
 I Quantum Dot (QD)
Ricoprimento dei dot con InGaAs avente:
- 4nm di spessore
- 18% di contenuto di In
 Crescita dei Campioni Variazione dello spessore dello strato Spacer
 Ottimizzazione della
- Da 5 a 65 nm, spessore ottimale 40 nm
Regione Attiva
4
 Dispositivo Laser
 Conclusioni
Effetto dell’impilamento dei
layer di QD
- 3 campioni con 3,5,7 layer di QD
LAPL intensity (a.u)
3,5x10
RT
4
3,0x10
3 layers
5 layers
7 layers
4
2,5x10
4
2,0x10
4
1,5x10
4
1,0x10
3
5,0x10
Incremento lineare intensità di PL
0,0
0,9
1,0
1,1
Energy (eV)
1,2
1,3
Dispositivo Laser
 Outline
 I Quantum Dot (QD)
 Crescita dei Campioni
RT, 2s,0.2%
400 360
m
LLW===
m
120m
W = 120 m
RT, pulsed regime
2,0
30
1,5
25
1,0
200,5
150,0
1295
1300
1305
1310
1315
Wavelength (nm)
10
5
0
0
100
200
300
400
500
-1
Modal gain at threshold (cm )
Current (mA)
 Ottimizzazione della
Regione Attiva
 Dispositivo Laser
 Conclusioni
Output power (nW)
Struttura laser epitassiale
Output power (mW)
352,5
 Jth3layers = 42 A/cm2 (L=4 mm)
Cavità infinita Jth =28 A/cm2
~ 9 A/cm2 per QD layer
Jtr/QD layer ~6.5
A/cm2
50
Excited state lasing
312 m
45
40
35
30
gsat = 41.77 cm
 = 0.53
2
Jtr = 91 A/cm
25
20
15
-1
10
5
0
0
250
500
750
1000 1250 1500 1750 2000
2
Threshold current density (A/cm )
Lasing dallo stato fondamentale
di una cavità con 7 layer di QD
lunga 360 μm!
Dispositivo Laser
 Outline
Realizzazione del dispositivo
 I Quantum Dot (QD)
 Crescita dei Campioni
 Ottimizzazione della
Regione Attiva
 Dispositivo Laser
 Conclusioni
Montaggio del dispositivo su
un dissipatore termico in
rame
Stripe spesse 0.5-3.5μm con
lunghezza variabile da 0.2 a
4 mm
Dispositivo Laser
Power vs. current @ variable temperature
10Ghz
10
15°C
20°C
25°C
30°C
35°C
40°C
45°C
50°C
55°C
60°C
65°C
70°C
75°C
80°C
85°C
9
 Outline
7
Optical power [mW]
 I Quantum Dot (QD)
8
6
5
4
3
 Crescita dei Campioni
2
1
 Ottimizzazione della
Regione Attiva
 Dispositivo Laser
0
0
10
20
30
40
50
60
Current [mA]
70
80
90
100
Alta temperatura
caratteristica T0= 107K
 Conclusioni
Frequenza di modulazione
di 10 Gbit/s anche ad alte T
ER=4.5dB
7.5Ghz
ER=6.73dB
Conclusioni
 Outline
 I Quantum Dot (QD)
 Crescita dei Campioni
 Ottimizzazione della
Azione laser a temperatura ambiente con bassa
densità di corrente di soglia
-Cavità infinita Jth =28 A/cm2
-Jtr/QD layer = 6.5 A/cm2
Lasing dallo stato fondamentale da una cavità
lunga 360 m
Regione Attiva
 Dispositivo Laser
 Conclusioni
Alto guadagno modale di 41 cm-1 per 7 layers di
QD
Alta temperatura caratteristica T0= 107K e una
frequenza di modulazione di 10 Gbit/s