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Titel: Mikroskopische Analyse optoelektronischer Eigenschaften von Halbleiterverstärkungsmedien für Laseranwendungen
Autor: Bückers, Christina
Weitere Beteiligte: Koch, Stephan W. (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr: 2011
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2011/0046
DOI: https://doi.org/10.17192/z2011.0046
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2011-00466
DDC: Physik
Titel(trans.): Microscopic analysis of the optoelectronic properties of semiconductor gain media for laser applications

Dokument

Schlagwörter:
Optischer Gewinn, AlGaInAs, GaNAsP, Auger-recombination, Semiconductor laser modelling, Optical gain, GaAsBi, Modellierung, Auger-Rekombination, Modulationsspektroskopie, Luminescence, Lumineszenz, AlGaInAsSb, Modulation spectroscopy, Halbleiterlaser

Zusammenfassung:
Eine mikroskopische Vielteilchentheorie wird auf verschiedenste Materialsysteme angewendet, die als Verstärkungselement den Grundbaustein von Halbleiterlasersystemen bilden. Das Verständnis der mikroskopischen Prozesse und ihre Modellierung ermöglichen die Analyse und quantitative Prognose optoelektronischer Eigenschaften, die das Laserverhalten maßgeblich bestimmen. Mit dem Modell lassen sich Materialeigenschaften treffend simulieren, wie umfassende Theorie-Experiment-Vergleiche zeigen. Die Untersuchung von Absorption, optischer Verstärkung, Lumineszenz und intrinsischen Ladungsträgerverlusten durch strahlende sowie Auger-Rekombination bildet den Leitfaden zur Charakterisierung verschiedenster Halbleiterverstärkungsmedien. Darauf aufbauend werden nicht nur Lasereigenschaften wie Emissionswellenlängen und Schwellenverhalten berechenbar, sondern es lassen sich auch unbekannte und experimentell schwer zugängliche Strukturparameter bestimmen. So können Konzepte erarbeitet werden, mit denen Laserdesigns mit Blick auf die Anforderungen spezifischer Anwendungen hin optimiert und weiterentwickelt werden können, und mit denen neuartige Lasersysteme auf ihr Anwendungspotential hin eingeschätzt und bewertet werden können.

Summary:
A microscopic many-particle theory is applied to model a wide range of semiconductor laser gain materials. The fundamental understanding of the gain medium and the underlying carrier interaction processes allow for the quantitative prediction of the optoelectronic properties governing the laser performance. Detailed theory-experiment-comparisons are shown for a variety of structures demonstrating the application capabilities of the theoretical approach. The microscopically calculated material properties, in particular absorption, optical gain, luminescence and the intrinsic carrier losses due to radiative and Auger-recombination, constitute the critical input to analyse and design laser structures. On this basis, important system features such as laser wavelength or threshold behaviour become predictable. However, the theory is also used in a diagnostic fashion, e.g. to extract otherwise poorly known structural parameter. Thus, novel concepts for the optimisation of laser designs may be developed with regard to the requirements of specific applications. Moreover, the approach allows for the systematic exploration and assessment of completely novel material systems and their application potential.


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