laura fortunato, abdelmajid salhi, luigi martiradonna,

Alto Guadagno e Bassa Corrente di Alto Guadagno e Bassa Corrente di soglia in Laser a Punti Quantici di soglia in Laser a Punti Quantici di

InAs/InGaAs/GaAs Operante a 1300 InAs/InGaAs/GaAs Operante a 1300 nmnm

Laura Fortunato,Laura Fortunato, Abdelmajid Salhi, Luigi Martiradonna, Abdelmajid Salhi, Luigi Martiradonna, Giuseppe Visimberga, Maria Teresa Todaro, Roberto Cingolani, Giuseppe Visimberga, Maria Teresa Todaro, Roberto Cingolani,

Adriana Passaseo e Massimo De VittorioAdriana Passaseo e Massimo De Vittorio

Consiglio Nazionale delle Ricerche, National Nanotechnology Laboratory of CNR-INFMConsiglio Nazionale delle Ricerche, National Nanotechnology Laboratory of CNR-INFMVia Arnesano 73100 Lecce, ItalyVia Arnesano 73100 Lecce, Italy

Vantaggi dei QDVantaggi dei QD

Ottimizzazione della regione attivaOttimizzazione della regione attiva-ricoprimento dei quantum dot-ricoprimento dei quantum dot

-impilamento dei quantum dot-impilamento dei quantum dot

“ “Design” e fabbricazione del dispositivo Design” e fabbricazione del dispositivo

Caratteristiche del laser a quantum dotCaratteristiche del laser a quantum dot

ConclusioniConclusioni

OutlineOutline

I Quantum Dot (QD)I Quantum Dot (QD)

Crescita dei CampioniCrescita dei Campioni

Ottimizzazione dellaOttimizzazione della Regione AttivaRegione Attiva

Dispositivo LaserDispositivo Laser


OutlineOutline

I quantum dotI quantum dot

Isole tridimensionali di InAs immerse in una Isole tridimensionali di InAs immerse in una matrice a bandgap maggiorematrice a bandgap maggiore

Densità degli stati a Densità degli stati a δδ di Dirac di Dirac

Bassa densità di corrente di trasparenzaBassa densità di corrente di trasparenzaAlta temperatura caratteristicaAlta temperatura caratteristicaAlto guadagno ed alta efficienza Alto guadagno ed alta efficienza

quantica quantica differenzialedifferenziale

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S

S S DB DB 10nm10nm

Campioni cresciti con Campioni cresciti con MBE (Riber Compact21)MBE (Riber Compact21)

Parametri crescita dei dot Parametri crescita dei dot TTsubstratosubstrato ~~ 540 °C, 540 °C,

2.8 MLs of InAs 2.8 MLs of InAs Velocità di crescita : 0.04 ML/sVelocità di crescita : 0.04 ML/s

Formazione dei QD controllata tramite RHEEDFormazione dei QD controllata tramite RHEED

Alta densità ed alta uniformità dei QDAlta densità ed alta uniformità dei QD

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ρ = 3.2x1010dots/cm2

h = 5 ± 1 nm d = 40 ± 5 nm

Variazione dello spessore dello strato SpacerVariazione dello spessore dello strato Spacer - - DDa 5 a 65 nm, spessore ottimale 40 nma 5 a 65 nm, spessore ottimale 40 nm

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Ottimizzazione della Regione AttivaOttimizzazione della Regione Attiva

Effetto dell’impilamento dei Effetto dell’impilamento dei layer di QDlayer di QD - - 3 campioni con 3,5,7 layer di QD3 campioni con 3,5,7 layer di QD

Incremento lineare intensità di PLIncremento lineare intensità di PL

Ricoprimento dei dot con InGaAs avente:Ricoprimento dei dot con InGaAs avente: - 4nm di spessore- 4nm di spessore - - 18% di contenuto di In18% di contenuto di In

JJthth3layers 3layers = 42 A/cm= 42 A/cm2 2 (L=4 mm)(L=4 mm)

Cavità infinita JCavità infinita Jthth =28 A/cm =28 A/cm22

~ 9 A/cm~ 9 A/cm22 per QD layer per QD layer

JJtrtr/QD layer ~6.5 A/cm/QD layer ~6.5 A/cm22

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Struttura laser epitassialeStruttura laser epitassiale

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 20000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Excited state lasing 312 m

Threshold current density (A/cm2)

Mod

al g

ain

at th

resh

old

(cm

-1)

gsat = 41.77 cm-1

= 0.53

Jtr = 91 A/cm2

Lasing dallo stato fondamentale Lasing dallo stato fondamentale di una cavità con 7 layer di QD di una cavità con 7 layer di QD lunga lunga 360 360 μμmm!!

0 100 200 300 400 5000

5

10

15

20

25

30

35

1295 1300 1305 1310 13150,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Out

put p

ower

(nW

)

Wavelength (nm)

RT, 2s,0.2%L = 400 mW = 120m

Out

put p

ower

(m

W)

Current (mA)

L = 360 mW = 120 mRT, pulsed regime

OutlineOutline







Realizzazione del dispositivoRealizzazione del dispositivo

Stripe spesse 0.5-3.5Stripe spesse 0.5-3.5μμm con m con lunghezza variabile da 0.2 a 4 lunghezza variabile da 0.2 a 4 mmmm

Montaggio del dispositivo su Montaggio del dispositivo su un dissipatore termico in un dissipatore termico in rame rame

OutlineOutline







0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Power vs. current @ variable temperature

Current [mA]

Op

tica

l p

ow

er [

mW

]

15°C20°C

25°C

30°C35°C

40°C

45°C50°C

55°C

60°C

65°C70°C

75°C

80°C85°C

10Ghz

ER=4.5dB

Alta temperatura Alta temperatura caratteristica caratteristica TT00= 107K= 107K

Frequenza di modulazione Frequenza di modulazione di 10 Gbit/s anche ad alte Tdi 10 Gbit/s anche ad alte T

7.5Ghz ER=6.73dB

Azione laser a temperatura ambiente con bassa Azione laser a temperatura ambiente con bassa densità di corrente di sogliadensità di corrente di soglia -Cavità infinita JCavità infinita Jthth =28 A/cm =28 A/cm22

-JJtrtr/QD layer = 6.5 A/cm/QD layer = 6.5 A/cm22

Lasing dallo stato fondamentale da una cavità Lasing dallo stato fondamentale da una cavità lunga 360 lunga 360 mm

Alto guadagno modale di 41 cmAlto guadagno modale di 41 cm-1 -1 per 7 layers di per 7 layers di QDQD

Alta temperatura caratteristica TAlta temperatura caratteristica T00= 107K e una = 107K e una

frequenza di modulazione di 10 Gbit/sfrequenza di modulazione di 10 Gbit/s


OutlineOutline






laura fortunato, abdelmajid salhi, luigi martiradonna,

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