Effects of the strain on the threshold current density in InGaAs/InGaAsP multiple quantum well lasers

InGaAs/InGaAsP 다중양자우물 레이저에서 변형이 문턱전류밀도에 미치는 효과

  • 김동철 (경희대학교 물리학과 및 기초과학연구소) ;
  • 유건호 (경희대학교 물리학과 및 기초과학연구소) ;
  • 주흥로 (한국전자통신연구원 광전자연구실) ;
  • 김형문 (한국전자통신연구원 광전자연구실) ;
  • 김태환 (광운대학교 물리학과)
  • Published : 1998.04.01

Abstract

Thirteen InGaAs/InGaAsP separate-confinement heterostructure multiple quantum well lasers were designed such that the strain in the active layer from 0.9% compressive strain to 1.4% tensile, and their threshold current density was caluculated to see the effects of strain on the threshold current density. The well width was adjusted such that the bandgap of the quantum well is 1.55 ${\mu}{\textrm}{m}$, For the calculation of the band structure and transition matrix element needed for the gain calculation, a block diagonalized 8$\times$8 second-order $\to{k}.\to{p}$ Hamiltonian was used to incorporate the conduction band nonparabolicity and the valence band mixing. The threshold current density shows discontinuity at 0.4% tensile strain where the first heavy-hole subband and the first light-hole subband cross and at 0.5% tensile strain where the second conduction subband begins to exist. The threshold current density at room temperature has a maximum around these 0.4-0.5% tensile strains, and as strain varies in either direction it decreases first and then increases a little after a local minimum. This calculated trend is consistent with the other reported experimental results. We discussed the results of this calculation in comparison with other theoretical or experimental papers on the effect of strain.

활성층의 변형이 0.9%의 압축변형에서 1.4%의 인장변형에 이르는 13개의 InGaAs/InGaAsP 따로가둠 이종접합 다중양자우물 레이저의 문턱전류밀도 값을 계산하여, 변형이 문턱전류밀도에 미치는 영향을 살펴보았다. 양자우물의 띠간격이 1.55.mu.m가 되도록 양자우물의 두께를 정하였고, 레이저의 이득계산을 위한 띠구조 및 전이행렬요소의 계산에는 블록대각화된 8 * 8 이차 $k^{\rarw}$ * $p^{\rarw}$ 해밀토니안을 사용하여 전도띠의 비포물선형 효과 및 원자가띠의 섞임을 모두 고려하였다. 실온의 문턴전류밀도는 중양공띠와 경양공띠가 교차하는 0.4% 인장변형의 값과 두번째 전도부띠가 생기기 시작하는 0.5% 인장변형의 값에서 불연속점을 가졌다. 실온의 문턱전류밀도는 이 0.4-0.5% 인장변형 부근에서 극대가 되고, 양쪽으로 변형값이 달라지면서 감소하였다가 극소점을 거쳐 다시 약간 증가하는 모습을 보였는데, 이는 실험결과와 대체로 일치한다. 이 계산결과를 변형의 효과에 관한 다른 여러 이론적 혹은 실험적인 논문들과 비교 토론하였다.

Keywords

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