Al组分对AlGaN/GaN量子级联激光器性能的影响

通过对激光器一个周期单元的一维薛定谔方程与泊松方程进行自洽求解,得到了能带与电子波函数的分布情况,并且计算了在近共振条件下偶极跃迁元与垒层Al组分的关系,得到了Al组分的优化结果。结果表明,垒层材料的Al组分大约等于0.15时激光器的偶极跃迁元最大,此时激光器处于垂直跃迁工作状态。     

GaN量子点层厚度对太赫兹量子点级联激光器有源区优化设计的影响

近年来,随着太赫兹科学技术的兴起,Ga N基量子级联激光器成为进一步提高太赫兹源工作温度潜力的研究方向之一。半导体量子点由于其优越的量子限制效应对改善光电器件的特性有重要的作用。本文系统研究了引入Ga N量子点后,Ga N量子点层厚度对双阱结构周期的Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN太赫兹量子点级联激光器的有源区结构优化设计的影响,并考虑了各种不同掩埋量子点的阱层厚度的影响。发现该结构中量子点层厚度越小,跃迁发光能级的能量间隔越小,且处于太赫兹光能量范围内;反之量子点层厚度越大,明显超出了太赫兹范围,尤其超过2 nm后压电极化效应使量子点左侧的阱中的三角形势垒抬高,更加不利于发光跃迁的进行。因此量子点级联激光器要产生太赫兹波段的辐射需要量子点层厚度足够小,对该结构来说应小于等于1 nm。此外还发现总体上跃迁发光的能级间隔几乎不受掩埋量子点的阱层厚度的影响。这些研究结果可为引入Ga N量子点的Al_xGa_1-xN/Al_yGa_...     

InP基高功率短波长量子级联激光器设计

阐述了InP基高功率短波长量子级联激光器(QCL)的设计原理和设计方案。从有源区设计模型出发,介绍了器件的理想和实际载流子传输路径,进而指出有源区设计的发展趋势和方法。根据器件的发展进程,综述了双声子共振设计,非共振抽取式设计,超强耦合设计,深阱设计,浅阱设计,短注入区设计等先进设计方案,这些设计方案使得QCL在低温下的电光转换效率在50%以上,最大室温连续输出功率超过3 W,而器件的特征温度T₀和T₁的最大值分别达到383 K和645 K。针对量子级联激光器的短波长高功率提供的先进设计方案扩大了QCL在民用与军用领域的应用前景,该设计方案亦可为其它波段量子级联激光器实现室温高功率的设计提供借鉴。     

Si/SiGe量子级联激光器研究进展

Si／SiGe量子级联激光器是一种新型的带内跃迁的红外光源，突破了Si基材料间接带隙特性对光跃迁的限制。Si/SiGe量子级联激光器的开发将为实现太赫兹有源器件的硅基集成产生深远影响。文章介绍了Si/SiGe量子级联激光器的工作原理，以及这类激光器在能带设计、材料生长和波导制作方面的最新进展。     

Si/SiGe量子级联激光器研究进展

Si/SiGe量子级联激光器是一种新型的带内跃迁的红外光源,突破了Si基材料间接带隙特性对光跃迁的限制.Si/SiGe量子级联激光器的开发将为实现太赫兹有源器件的硅基集成产生深远影响.文章介绍了Si/SiGe量子级联激光器的工作原理,以及这类激光器在能带设计、材料生长和波导制作方面的最新进展.     

Si/SiGe量子级联激光器的能带设计

详细论述Si/SiGe量子级联激光器的工作原理，通过对比找到一组合适的Si，Ge和SiGe合金的能带参数，进而应用6×6 k·p方法计算了不同阱宽、不同Ge组分Si/Si_1-xGe_x/Si量子阱价带量子化的空穴能级本征值及其色散关系，分析Si/Si_1-xGe_x/Si量子阱空穴态能级间距随阱宽和组分的变化规律，最后应用计算结果讨论了Si/SiGe量子级联激光器有源区的能带设计，有益于优化Si /SiGe量子级联激光器结构. 关键词： 硅锗材料 量子级联激光器 子带跃迁 k·p方法')" href="#">k·p方法     

太赫兹量子级联激光器中有源区上激发态电子向高能级泄漏的研究

利用热力学统计理论和激光器输出特性理论,建立了太赫兹量子级联激光器(THz QCL)有源区中上激发态电子往更高能级电子态泄漏的计算模型,以输出功率度量电子泄漏程度研究分析了晶格温度和量子阱势垒高度对电子泄漏的影响.数值仿真结果表明,晶格温度上升会加剧电子泄漏,并且电子从上激发态泄漏到束缚态的数量大于泄漏到阱外连续态,同时温度的上升也会降低激光输出功率.增加量子阱势垒高度能抑制电子泄漏,并且有源区量子阱结构中存在一个最优量子阱势垒高度. THz QCL经过最优量子阱势垒高度优化后,工作温度得到提升,其输出功率相比于以往的结果也有所提高.研究结果对优化THz QCL有源区结构、抑制电子泄漏和改善激光器输出特性有指导作用.     

自发辐射对量子级联激光器发光噪声的影响

为得到量子级联激光器特有的光噪声特性,通过在速率方程中引入Langevin噪声源以及自发辐射因子的方法,在单模与线性增益的情况下讨论了自发辐射因子及与偏置电流等参数与光噪声的强度及带宽等特性之间的关系,计算结果表明,增大自发辐射因子能降低光噪声的强度,增宽光噪声的3-dB截止频率,进一步的研究也表明,自发辐射因子对光噪声的影响与激光器的偏置电流有密切关系,这种影响在偏置电流较小时比较明显,但当偏置电流很大时自发辐射因子对光噪声的影响将变得很弱。     

量子级联激光器调制特性的电路模拟

量子级联激光器(QCL)是波长范围在中远红外的一类新型激光器,到目前为此,对于它的脉冲响应及调制响应等动态特性了解并不是很深入,为此以贝尔实验室在1994年发明的量子级联激光器器件模型为基础,通过分析量子级联激光器中的电子在多量子阱间输运及跃迁的单极行为,得到它的速率方程。以此为基础,通过用电路元素对方程进行改造,建立起其相应的等效电路模型,利用PSPICE电路模拟软件进行模拟仿真,得到了它的调制响应特性,对可能影响其调制特性的一些因素如各阱之间的弛豫时间进行了讨论,并与其它类型激光器作了比较,发现量子级联激光器的动态性能并不优良,而这一点应缘于其独特的激射能级结构。     

量子级联激光器有源核中界面声子的特性研究

研究了量子级联激光器有源核中界面声子的色散关系和静电势分布. 根据有源核内部的平移不变性导出了界面声子的色散关系. 计算显示有源核中的界面声子可以分为体声子和表面声子模式. 体声子的色散曲线构成一系列准连续的声子子带，其静电势分布于整个有源核并呈现出Bloch波的特征. 表面声子的色散曲线位于各体声子子带的带隙内，其静电势局域在有源核一侧. 这些结果将有助于量子级联激光器和子带跃迁激光器的优化设计.     

光栅耦合外谐振腔调谐的半导体量子级连激光器

本文研究了由InGaAs/InAlAs材料组成,波长为4.6和5.1微米的量子级连中红外半导体激光器的光栅外耦合谐振腔的特性。在温度是80K时波长可调制宽度是激光中心波长的1.5%左右。对于这两个激光器而言,它们的波长可调制宽度随温度升高而减低。被调制的单模激光器的输出光功率是几个毫瓦,激光的谱线宽度是1到2个微米。激光阈值电流随波长缓慢变化,然而激光输出效率在短波长时更加优化。     

光电耦合对InGaN/GaN量子阱光学性能的影响

围绕高性能GaN基垂直腔面发射激光器(VCSELs),设计了两种具有不同光电耦合强度的InGaN/GaN量子阱(QWs)样品,研究了它们的光学性质。样品A在腔模的两个波腹处各放置两个InGaN耦合量子阱,而样品B在腔模的一个波腹处放置5个InGaN耦合量子阱。计算表明样品A具有较大的相对光限制因子1.79,而样品B为1.47。光学测试发现样品A有着更高的内量子效率(IQE)和更高的辐射复合效率。使用两种样品制作了光泵VCSEL结构,在光激发下实现激射,其中基于样品A的VCSEL有着更低的激射阈值。结果表明有源区结构会显著影响量子阱与光场的耦合作用、外延片的内量子效率、辐射复合寿命和VCSEL激射阈值,同时也说明样品A的有源区结构更有利于制作低阈值的VCSEL器件。     

界面电偶极子对GaN/AlGaN/GaN光电探测器紫外/太阳光选择比的影响

在GaN/AlGaN/GaN倒置异质结光电二极管（IHP）中，存在于AlGaN/GaN异质结界面处强烈的极化效应对器件的紫外/太阳光(UV/Solar)选择比产生了重要的影响.将极化效应总的影响分为两部分：电偶极子和极化项，在建立的GaN/AlGaN/GaN结构IHP模型的基础上，对电偶极子 对器件UV/Solar选择比的影响进行了分析.分析结果表明，只有在考虑电偶极子的影响时， 光电探测器的UV/Solar选择比在10³数量级左右，与实验结果符合较好.因此， 在IHP中必须考虑电偶极子的影响. 关键词： 紫外/太阳光选择比 太阳盲区探测器 极化 电偶极子     

AlGaN/GaN异质结构中极化与势垒层掺杂对二维电子气的影响

从Ⅲ族氮化物中压电极化对应变弛豫度的依赖关系出发，通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,分别研究了自发极化、压电极化和AlGaN势垒层掺杂对AlxGa1-xN/GaN异质结构二维电子气的浓度、分布、面密度以及子带分布等性质的影响.结果表明：二维电子气性质强烈依赖于极化效应,不考虑AlGaN势垒层掺杂，当Al组分为0.3时，由极化导致的二维电子气浓度达1.6×10--13cm-2,其中压电极化对二维电子气贡献为0.7×10-13cm-2，略小于自发极化的贡献(0.9×10-13cm-2)，但为同一数量级，因而通过控制AlGaN层应变而改变极化对于提高二维电子气浓度至关重要. AlGaN势垒层掺杂对二维电子气的影响较弱, 当掺杂浓度从1×10-17增加到1×10-18cm-3时，二维电子气面密度增加0.2×10-13cm-2. 关键词： AlxGa1-xN/GaN 异质结构 二维电子气 自发极化 压电极化     

太赫兹量子级联激光器光束特性分析

用有限元法计算太赫兹量子级联激光器激光模式的阈值增益.结果表明:接触层厚度和掺杂浓度对阈值增益的影响远远大于波导宽度和激射波长;接触层厚度较小(大)和掺杂浓度较低(高)时,TM₁(TM₀)模的阈值增益较小.在此基础上,用矢量衍射理论分析岀射光束的远场特性,得到光束的远场光斑基本是椭圆;x方向的远场散射角随波导宽度或激射波长的增加分别线性减小或增加,尽管对应的接触层厚度和掺杂浓度不同,但TM₀和TM₁模x方向的远场散射角相同;另外,还得到y方向远场散射角不受波导宽度或少受激射波长的影响.在阈值增益和光束质量方面,TM₁模都优于TM₀模.     

单量子点微腔激光器的研究

研究一个三能级量子点耦合到单模光学腔组成的系统,该单量子点激光器的泵浦阈值较小,激光能较快地达到稳定输出,当量子点和腔模耦合强度增强时,其泵浦阈值更小,激光达到稳定输出的速度更快。     

极化效应对InGaN/GaN多量子阱结构光电特性的影响

通过求解修正的基于k·p方法的有效质量哈密顿方程并与泊松方程进行自洽,得到在极化效应影响下InGaN/GaN多量子阱的能带结构和自发辐射谱.计算结果表明,极化效应使InGaN/GaN多量子阱结构的带边由方形势变成三角形势,使导带和价带间的带隙宽度减小导致发光峰值波长红移,并使电子和空穴的分布产生空间分离从而减小发光效率...     

Temperature dependence of electron transport in GaN/AlGaN quantum cascade detectors

In this work we investigate the influence of extractor design and temperature on transport properties of quantum cascade detector. For this purpose we realize numerical calculation of electron lifetimes considering electron–phonon and electron impurities scattering. Electron–phonon interactions are treated using Fermi Golden Rule which allows to calculate lifetime of carriers with temperature and structure design taking into account. Transport characteristics of the quantum cascade detectors have been computed using density matrix theory. As a result, we have obtained the system of ordinary differential equations describing dynamics of electron distribution functions and intersubband correlations. Managing carrier lifetime in quantum wells gives us possibility to make device response faster. Also carrier lifetime is the relevant characteristic, allows us to calculate a lot of parameters such as quantum efficiency and photocurrent.