Один из перспективных подходов к решению проблемы повышения эффективности межэлементных соединений - использование интегральных систем оптической коммутации, основными элементами которых являются инжекционные лазеры с функционально-интегрированными модуляторами оптического излучения. Инжекционные лазеры обеспечивают возможность модуляции лазерного излучения субпикосекундными управляющими импульсами при неизменном во времени токе накачки и реализацию источников и модуляторов оптического излучения в единой наногетероструктуре AB с гетеропереходами второго типа. В работе исследован транспорт носителей заряда в функционально-интегрированном лазере-модуляторе с внутренней частотной модуляцией генерируемого оптического излучения с использованием двухмерной диффузионно-дрейфовой модели и методики численного моделирования. Полученные результаты численного моделирования процессов транспорта носителей заряда в лазере-модуляторе при включении тока накачки и импульсном изменении управляющего напряжения учитывают структурные особенности, транспортные эффекты, механизмы стимулированной и спонтанной излучательной рекомбинации, а также время жизни фотонов. Показано, что максимальная частота модуляции лазерного излучения определяется субпикосекундным временем управляемой передислокации максимумов плотности носителей заряда в квантовых областях лазера-модулятора и временем жизни фотонов в резонаторе и соответствует терагерцовому диапазону. Для повышения максимальной частоты модуляции необходимо уменьшать время жизни фотонов в активной области лазера-модулятора до значений менее 3 пс, изменяя соответствующим образом параметры резонатора. Предложенные модель и методика численного моделирования позволяют оптимизировать параметры функционально интегрированного лазера-модулятора и обеспечить требуемое соотношение максимальной частоты модуляции оптического излучения, коэффициента модуляции и пороговой плотности тока накачки.
1. Electrically pumped hybrid AlGaInAs-silicon evanescent laser / A.W. Fang, H. Park, O. Cohen et al. // Optics Express. – 2006. – Vol. 14. – No. 20. – P. 9203–9210.
2. Болховитянов Ю.Б., Пчеляков О.П. Эпитаксия GaAs на кремниевых подложках: современное состояние исследований и разработок // Успехи физических наук. – 2008. – Т. 178. – № 5. – С. 459–480.
3. Ozyazici M.S. The complete electrical equivalent circuit of a double heterojunction laser diode using scattering parameters // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. – 2004. – Vol. 6. – No. 4. – P. 1243–1253.
4. Малышев В.А. Основы квантовой электроники и лазерной техники. – М.: Высшая школа, 2005. – 543 с.
5. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Денисенко М.А. Метод построения интегральных систем оптической коммутации многоядерных УБИС // Изв. ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4(117). – С. 21 – 27.
6. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Денисенко М.А. Интегральный инжекционный лазер с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда // Вестник Южного научного центра РАН. – 2010. – Т. 6. – № 3. – С. 5–11.
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. – Бюл. № 26. – 8 с.
8. Konoplev B.G., Ryndin E.A., Denisenko M.A. Components of integrated microwave circuits based on complementary coupled quantum regions // Russian Microelectronics. – 2015. – Vol. 44. – No. 3. – P. 190–196.
9. 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. – Vol. 39. – No. 11. – P. 986–989.
10. Ryndin E.A., Denisenko M.A. A Functionally integrated injection laser-modulator with the radiation frequency modulation // Russian Microelectronics. – 2013. – Vol. 42. – No. 6. – P. 360–362.
11. 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. – Бюл. № 18. – 10 с.
12. Горбацевич А.А., Капаев В.В., Копаев Ю.В., Кремлев В.Я. Квантовые приборы на основе передислокации волновых функций в гетероструктурах // Микроэлектроника. – 1994. – Т. 23. – № 5. – С. 17–26.
13. Gorbatsevich A.A., Kapaev V.V., Kopaev Yu.V., Kremlev V.Ya. Wave-function-rearrangement quantum devices // Phys. Low-Dim. Struct. – 1994. – No. 4/5. – P. 57–62.
14. 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.
15. Рындин Е.А., Денисенко М.А. Модель функционально-интегрированных инжекционных лазеров-модуляторов для интегральных систем оптической коммутации // Изв. вузов. Электроника. – 2012. – № 6 (98). – С. 26–35.
16. Минкин В.И. Бистабильные органические, металлоорганические и координационные соединения для молекулярной электроники и спинтроники // Изв. АН. Серия химическая. – 2008. – № 4. – C. 673–703.
17. 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.
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. 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.
20. Palankovski V., Quay R. Analysis and simulation of heterostructure devices. – Wien: Springer-Verlag, 2004. – 289 p.