Влияние насыщения усиления и квантово-размерных эффектов на пороговые характеристики лазеров с супертонкими активными областями

Выполнены расчеты зависимости усиления от тока для двойных гетероструктур с супертонкими узкозонными активными областями (${50\div200}$ Å), заключенными между широкозонными эмиттерами. Расчеты проведены в рамках модели изотропных параболических зон для прямых межзонных переходов с учетом сохранения правил отбора по квазиимпульсу. Учтено релаксационное размытие состояний, участвующих в рекомбинационных переходах носителей, что сводится к усреднению спектров усиления с лоренцовской весовой функцией ширины $h/\tau$, где $\tau$ — время релаксации. Проведено сравнение результатов для объемного материала и квантово-размерных структур, для которых изучено влияние на усиление эффектов пространственного квантования в активной области. Установлена сублинейная зависимость усиления от тока при больших плотностях накачки и исследованы особенности насыщения в двумерном и трехмерном случаях.
На основе полученных результатов изучена зависимость порогового тока гетеролазеров с раздельным ограничением от толщины активной области и длины резонатора. Установлено, что в наиболее низкопороговых лазерах с малыми внешними потерями (большая длина резонатора) влияние квантово-размерных эффектов приводит к возрастанию пороговых плотностей тока по сравнению с гипотетическим объемным материалом той же толщины. При средних потерях, что отвечает длинам резонатора ${\sim0.5}$ мм, квантово-размерные эффекты снижают пороговый ток в 1.5$-$2 раза. В случае же малых длин резонатора пороговый ток лазеров с тонкими активными областями резко возрастает, что является следствием насыщения усиления.
Проведено сравнение с экспериментальными данными для лазеров на основе AlGaAs/GaAs-гетероструктур.