Alto Guadagno e Bassa Corrente di soglia in Laser a Punti Quantici di InAs/InGaAs/GaAs Operante a 1300 nm Laura Fortunato, Abdelmajid Salhi, Luigi Martiradonna,

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1 Alto Guadagno e Bassa Corrente di soglia in Laser a Punti Quantici di InAs/InGaAs/GaAs Operante a 1300 nm Laura Fortunato, Abdelmajid Salhi, Luigi Martiradonna, Giuseppe Visimberga, Maria Teresa Todaro, Roberto Cingolani, Adriana Passaseo e Massimo De Vittorio Consiglio Nazionale delle Ricerche, National Nanotechnology Laboratory of CNR-INFM Via Arnesano 73100 Lecce, Italy Via Arnesano 73100 Lecce, Italy

2 Vantaggi dei QD Vantaggi dei QD Ottimizzazione della regione attiva Ottimizzazione della regione attiva -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 dot Caratteristiche del laser a quantum dot Conclusioni Conclusioni Outline Outline I Quantum Dot (QD) I Quantum Dot (QD) Crescita dei Campioni Crescita dei Campioni Ottimizzazione della Ottimizzazione della Regione Attiva Regione Attiva Dispositivo Laser Dispositivo Laser Conclusioni Conclusioni Outline

3 I quantum dot Isole tridimensionali di InAs immerse in una matrice a bandgap maggiore Isole tridimensionali di InAs immerse in una matrice a bandgap maggiore Densità degli stati a δ di Dirac Densità degli stati a δ di Dirac Bassa densità di corrente di trasparenza Alta temperatura caratteristica Alto guadagno ed alta efficienza quantica differenziale Outline Outline I Quantum Dot (QD) I Quantum Dot (QD) Crescita dei Campioni Crescita dei Campioni Ottimizzazione della Ottimizzazione della Regione Attiva Regione Attiva Dispositivo Laser Dispositivo Laser Conclusioni Conclusioni S S DB 10nm

4 Campioni cresciti con Campioni cresciti con MBE (Riber Compact21) MBE (Riber Compact21) Parametri crescita dei dot Parametri crescita dei dot T substrato ~ 540 °C, 2.8 MLs of InAs 2.8 MLs of InAs Velocità di crescita : 0.04 ML/s Velocità di crescita : 0.04 ML/s Formazione dei QD controllata tramite RHEED Formazione dei QD controllata tramite RHEED Alta densità ed alta uniformità dei QD Outline Outline I Quantum Dot (QD) I Quantum Dot (QD) Crescita dei Campioni Crescita dei Campioni Ottimizzazione della Ottimizzazione della Regione Attiva Regione Attiva Dispositivo Laser Dispositivo Laser Conclusioni Conclusioni Crescita dei Campioni ρ = 3.2x10 10 dots/cm 2 h = 5 ± 1 nm d = 40 ± 5 nm

5 Variazione dello spessore dello strato Spacer Variazione dello spessore dello strato Spacer - Da 5 a 65 nm, spessore ottimale 40 nm - Da 5 a 65 nm, spessore ottimale 40 nm Outline Outline I Quantum Dot (QD) I Quantum Dot (QD) Crescita dei Campioni Crescita dei Campioni Ottimizzazione della Ottimizzazione della Regione Attiva Regione Attiva Dispositivo Laser Dispositivo Laser Conclusioni Conclusioni Ottimizzazione della Regione Attiva Effetto dellimpilamento dei layer di QD Effetto dellimpilamento dei layer di QD - 3 campioni con 3,5,7 layer di QD - 3 campioni con 3,5,7 layer di QD Incremento 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 In - 18% di contenuto di In

6 J th 3layers = 42 A/cm 2 (L=4 mm) J th 3layers = 42 A/cm 2 (L=4 mm) Cavità infinita J th =28 A/cm 2 Cavità infinita J th =28 A/cm 2 ~ 9 A/cm 2 per QD layer ~ 9 A/cm 2 per QD layer J tr /QD layer ~6.5 A/cm 2 J tr /QD layer ~6.5 A/cm 2 Outline Outline I Quantum Dot (QD) I Quantum Dot (QD) Crescita dei Campioni Crescita dei Campioni Ottimizzazione della Ottimizzazione della Regione Attiva Regione Attiva Dispositivo Laser Dispositivo Laser Conclusioni Conclusioni Dispositivo Laser Struttura laser epitassiale Lasing dallo stato fondamentale di una cavità con 7 layer di QD lunga 360 μm!

7 Outline Outline I Quantum Dot (QD) I Quantum Dot (QD) Crescita dei Campioni Crescita dei Campioni Ottimizzazione della Ottimizzazione della Regione Attiva Regione Attiva Dispositivo Laser Dispositivo Laser Conclusioni Conclusioni Dispositivo Laser Realizzazione del dispositivo Realizzazione del dispositivo Stripe spesse 0.5-3.5μm con lunghezza variabile da 0.2 a 4 mm Montaggio del dispositivo su un dissipatore termico in rame

8 Outline Outline I Quantum Dot (QD) I Quantum Dot (QD) Crescita dei Campioni Crescita dei Campioni Ottimizzazione della Ottimizzazione della Regione Attiva Regione Attiva Dispositivo Laser Dispositivo Laser Conclusioni Conclusioni Dispositivo Laser 10Ghz ER=4.5dB Alta temperatura caratteristica T 0 = 107K Frequenza di modulazione di 10 Gbit/s anche ad alte T 7.5Ghz ER=6.73dB

9 Azione laser a temperatura ambiente con bassa densità di corrente di soglia Azione laser a temperatura ambiente con bassa densità di corrente di soglia Cavità infinita J th =28 A/cm 2 - Cavità infinita J th =28 A/cm 2 J tr /QD layer = 6.5 A/cm 2 - J tr /QD layer = 6.5 A/cm 2 Lasing dallo stato fondamentale da una cavità lunga 360 m Lasing dallo stato fondamentale da una cavità lunga 360 m Alto guadagno modale di 41 cm -1 per 7 layers di QD Alto guadagno modale di 41 cm -1 per 7 layers di QD Alta temperatura caratteristica T 0 = 107K e una frequenza di modulazione di 10 Gbit/s Alta temperatura caratteristica T 0 = 107K e una frequenza di modulazione di 10 Gbit/s Conclusioni Outline Outline I Quantum Dot (QD) I Quantum Dot (QD) Crescita dei Campioni Crescita dei Campioni Ottimizzazione della Ottimizzazione della Regione Attiva Regione Attiva Dispositivo Laser Dispositivo Laser Conclusioni Conclusioni