Um die Erw¨armung der Probe durch die optische Anregung zu ermitteln, wurde zu-n¨achst der Einfluß des Choppers auf die Laseremission untersucht. In Bild 9.11 ist ein Vergleich der Emissionsleistung und -energie der asymmetrischen Probe mit und ohne Chopper dargestellt. Links im Bild ist zu erkennen, daß ohne Verwendung eines Choppers die Laseremission bei steigender Anregungsleistung schon fr¨uher einsetzt und st¨arker ansteigt, aber dann ab etwa 0,24 W schnell wieder abf¨allt. Allgemein zeigt sich, daß ohne Chopper die Laseremission deutlich weniger stabil gegen¨uber ¨Anderungen der Anregungsparameter ist, was sich beispielsweise im Bild links durch den Einbruch bei 0,22 W ¨außert.
mit Chopper ohne Chopper
PL-Signal bei 10 µW
PL-Energie [eV]
1.560 1.565 1.570 1.575
Anregungsleistung [W]
0 0.1 0.2 0.3
mitChopper
ohneChopper
maximale Emissionsleistung
Anregungsleistung [W]
0 0.1 0.2 0.3
D060831A-27 (asymm.) - mit/ohne Chopper
Bild 9.11: Leistung und Photonenenergie der Laseremission in Abh¨angigkeit von der Anre-gungsleistung mit und ohne Verwendung eines Choppers (fChp = 98 Hz, DCChp = 17,8 %) beiλexc= 755 nm und einer nominellen Temperatur vonT = 8,5 K. Rechts ist zus¨atzlich die Position des QWR-PL-Signals bei 10µW, also einer vergleichsweise sehr kleinen Anregungs-leistung eingezeichnet.
Der Verlauf der Emissionsleistung ohne Chopper scheint auf eine niedrigere Laser-schwelle und eine unter Umst¨anden h¨ohere Emissionsleistung hinzuweisen. Dies bedeu-tet jedoch nicht, daß sich der Einsatz des Choppers nachteilig auswirkt. Tats¨achlich l¨aßt sich dieses Verhalten dadurch erkl¨aren, daß sich die Probe ohne Verwendung des Choppers signifikant erw¨armt und bei erh¨ohten Temperaturen bessere Lasereigenschaf-ten aufweist, wie unLasereigenschaf-ten anhand von Bild9.13 gezeigt wird.
Die Photonenenergie der Emission nimmt ohne Einsatz des Choppers mit steigender Anregungsleistung wesentlich st¨arker ab als mit Chopper. Dies l¨aßt darauf schließen, daß sich die Probe ohne Chopper deutlich erw¨armt, da eine Erw¨armung der Probe zu einer Verringerung der Bandl¨ucke f¨uhrt. Im Prinzip l¨aßt sich mit der Varshni-Formel (3.32) die Erw¨armung aus der Energieverschiebung berechnen. Tats¨achlich kann man allerdings bei der Laseremission nicht die Bandl¨ucke direkt messen, sondern nur das Ma-ximum des Verst¨arkungsspektrums, das jedoch noch von weiteren temperaturabh¨ angi-gen Gr¨oßen abh¨angt. Daher l¨aßt sich die Erw¨armung in der Praxis nur grob absch¨atzen.
Durch einen Vergleich dieser Messungen mit den Bildern8.3,9.13 und 9.14 ergibt sich ohne Chopper eine zus¨atzliche Temperaturerh¨ohung von 35 K (±12 K) bei 0,21 W und 56 K (±13 K) bei 0,30 W.
Der Einfluß des Tastverh¨altnisses des Choppers ist in Bild9.12f¨ur eine Anregungs-leistung von 200 mW gezeigt. Es ist zu erkennen, daß bereits ein Tastverh¨altnis von
PL-Energie [eV]
Bild 9.12: Variation des Tast-verh¨altnisses des Choppers bei Pexc = 0,2W, fChp = 200 Hz, λexc= 755 nm und T = 8,5 K.
Man beachte die Teilung der Achsen.
50 % gegen¨uber der Messung ohne Chopper (100 %) eine deutliche Erh¨ohung der Emis-sionsenergie um 4,0 meV bewirkt. Eine weitere Verringerung des Tastverh¨altnisses wirkt sich dann nur noch vergleichsweise geringf¨ugig aus (bis zu 0,6 meV). Dieses Verhalten l¨aßt sich verstehen, wenn man davon ausgeht, daß die K¨uhlleistung des K¨altefingers im Kryostat etwa 100 mW betr¨agt. Bei kleineren mittleren Anregungsleistungen (al-so Tastverh¨altnissen von unter 50 %) kann die eingestrahlte W¨arme effektiv abgef¨uhrt werden und die Probe wird nur geringf¨ugig erw¨armt. Bei gr¨oßeren mittleren Leistungen kommt es zum W¨armestau in der Probe und somit zu deutlich h¨oheren Temperaturen.
F¨ur die Messungen im Rahmen dieser Arbeit wurden daher Tastverh¨altnisse im Bereich von 2 bis 18 % verwendet.
Die Temperaturabh¨angigkeit des Laserverhaltens ist in den Bildern 9.13 und 9.14 f¨ur beide untersuchten Proben dargestellt. Wie oben erl¨autert ist damit zu rechnen, daß die Proben durch die Anregungsstrahlung erw¨armt werden. Da die tats¨achliche Probentemperatur schwierig zu messen ist, beziehen sich alle folgenden Aussagen auf die nominelle Temperatur, die wahrscheinlich geringer ist. Durch die Verwendung des Choppers ist diese Temperaturabweichung vermutlich im Bereich von weniger als 10 K, k¨onnte jedoch wie in Abschnitt 9.2 beschrieben auch bis zu 50 K betragen.
Bei der symmetrischen Probe weist die Emissionsleistung ein Maximum bei etwa 16 K auf und f¨allt bei h¨oheren Temperaturen ab. Oberhalb von 40 K findet bei dieser Probe keine Lichtverst¨arkung mehr statt. Bei der asymmetrischen Probe erreicht die Laseremission die maximale Leistung hingegen erst bei 38 K. Bei h¨oheren Temperatu-ren f¨allt die Emissionsleistung bei dieser Probe ebenfalls ab, jedoch findet selbst bei 65 K noch Laserbetrieb statt. Die Temperaturabh¨angigkeit der Photonenenergie der Emission zeigt bei beiden Proben einen der Varshni-Formel ¨ahnlichen Verlauf, was auf
integrierte Emissionsleistung
Temperatur [K]
0 10 20 30 40 50 60 70 D060831A-27 (asymm.)
integrierte Emissionsleistung
Temperatur [K]
0 10 20 30 40 50 60 70 D060831B-18 (symm.)
Bild 9.13:Temperaturabh¨angigkeit der Emissionsleistung f¨ur beide untersuchten verg¨uteten Proben (D060831B-18:λexc= 773 nm,Pexc= 0,32 mW,fChp= 405 Hz undDCChp= 2,5 %, D060831A-27: λexc = 757 nm, Pexc = 0,18 mW, fChp = 15 Hz und DCChp = 9,2 %). Bei diesen Messungen war nach jeder Temperatur¨anderung aufgrund der L¨angenausdehnung ei-ne Nachjustage n¨otig, was zu einer gr¨oßeren Streuung der Meßwerte f¨uhrt. Die tats¨achliche Temperatur der Proben kann aufgrund der Anregungsleistung h¨oher sein als die hier ange-gebene nominelle Temperatur.
PL-Energie [eV]
1.550 1.552 1.554 1.556 1.558
Temperatur [K]
0 10 20 30 40 50 60 70 D060831B-18 (symm.)
PL-Energie [meV]
1.564 1.566 1.568 1.570 1.572 1.574
Temperatur [K]
0 20 40 60 80
D060831A-27 (asymm.)
Bild 9.14: Temperaturabh¨angigkeit der Photonenenergie der Emission f¨ur beide untersuch-ten verg¨uteten Proben. Auch hier kann die tats¨achliche Temperatur der Proben h¨oher sein als die angegebene nominelle Temperatur. Die Graphen basieren auf den gleichen Messungen wie in Bild9.13.