Фликкерный шум тока утечки в наноразмерных полупроводниковых ЛАЗЕРАХ
А.В. Беляков, А.В. Клюев, А.В. Якимов
Нижегородский госуниверситет
В работе исследуются фликкерные (1/f) электрические и оптические шумы лазеров на In0,2Ga0,8As/GaAs/InGaP квантовых ямах (КЯ), изготовленных в Научно-исследовательском физико-техническом институте ННГУ [1].
Полный ток I через лазерный диод состоит из двух основных компонент I =Ir + Il, здесь Ir – рекомбинационный ток, Il – ток утечки [2]. В исследуемых образцах в роли основной компоненты выступает ток рекомбинации через КЯ.
При анализе вольт-амперных характеристик у всех образцов в дополнение к току, обусловленному рекомбинацией носителей через КЯ, обнаружено наличие тока утечки. В большинстве приборов утечка имеет нелинейный характер.
При исследовании токовых зависимостей спектров 1/f шумового напряжения показано, что наблюдаемый шум обусловлен флуктуациями тока утечки. Замечено, что ток утечки и спектр его фликкерного шума существенно различаются даже для образцов, имеющих одинаковую структуру.
На рис. 1 приведена ВАХ лазера №1. Точками показаны экспериментальные данные. Обнаружено, что экспериментальные данные удовлетворительно описываются двумя компонентами тока: рекомбинационной компонентой и компонентой тока утечки (выделены пунктиром).
Экспериментальные данные для спектра шумового напряжения (на частоте f=100 Гц) лазера №1 в зависимости от полного тока I через образец показаны точками на рис. 2.
Для объяснения этой зависимости учтены шумы тока утечки (сплошная линия). Экспериментальные данные удовлетворительно описываются шумом тока утечки. Установлено, что электрические шумы тока утечки лазерного диода являются основным источником флуктуаций интенсивности спонтанного излучения.
Перейдем к анализу флуктуаций интенсивности излучения лазеров на квантовых ямах и их корреляции с электрическими шумами.
Рис. 1
Рис. 2
Для удобства анализа используется функция когерентности
 (1)
Здесь Svp(f) – оценка взаимного спектра двух шумовых сигналов, электрического v(t) и оптического p(t):
 (2)
Рис. 3
Использовалось БПФ – 2048, дающее M 500.
На рис. 3 представлена частотная зависимость функции когерентности для лазера №1. Очевидно наличие существенной корреляции шумов. Это означает, что шум тока утечки трансформируется в шум интенсивности излучения.
Работа выполнена по программе НАТО «Наука ради мира», проект SfP-973799 Semiconductors и поддержана грантом РФФИ 04-02-16708-а, грантом Роснауки НШ-1729.2003.2 (Ведущие научные школы) и проектом 4616 научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» Федерального агентства по образованию.
Клюев А.В., Якимов А.В. // X Нижегородская сессия молодых ученых. Естественно-научные дисциплины: Тез. докл. Н. Новгород, 2005. С.42.
Нанавати Р.П. Введение в полупроводниковую электронику. М.: Связь, 1965. 342 с.
|
