Исследование процессов когерентной генерации в многоямных наноструктурах

• Автор: Цуканов, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил

Оглавление
Введение

Глава первая

КОГЕРЕНТНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В ДВУЯМНЫХ СТРУКТУРАХ

1.1 Двуямная несимметричная структура. Описание модели

1.2 Волйовые функции и токи поляризации КЛ

1.3 Волновые функции и токи поляризации в пределе высоких барьеров

1.4 Одномодовая генерация в КЛ с накачкой моноэнергетическими электронами

1.5 Двуямная ступенчатая структура

1.6 Генерация на виртуальных уровнях ступенчатой структуры

1.7 Результаты

Глава вторая
КОГЕРЕНТНЫЙ ЛАЗЕР НА N - ЯМНОЙ СТРУКТУРЕ
2.1 Описание модели. Основные уравнения
2.2 Волновые функции и токи поляризации КЛ
2.3 Волновые функции и токи поляризации в пределе высоких барьеров
2.4 Одномодовая генерация в КЛ с накачкой моноэнергетическими электронами. ...'
2.5 Анализ уравнений генерации для N=
2.6 Результаты
Глава третья
ОПТИМИЗАЦИЯ ПО СТРУКТУРНЫМ ПАРАМЕТРАМ.
ТИПЫ ФИЛЬТРОВ
3.1 Использование структурных особенностей КЛ для повышения КПД генерации
3.2 Фильтры для одноямной структуры

3.3 Генерация в многоямной структуре с фильтром
3.4 Связь между подстройкой и мощностью генерации. Интерпретация полученного результата
3.5 Результаты
Заключение
Дополнение А
КОГЕРЕНТНЫЙ ЛАЗЕР НА ОДНОЯМНОЙ СТРУКТУРЕ
1. Волновая функция и спектр электрона в одноямной структуре.
2. КЛ на одноямной структуре
Дополнение В
ТУННЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ ЧЕРЕЗ МНОГОЯМНУЮ СТРУКТУРУ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ.
Развитие современных методов эпитаксии, которые позволяют создавать монокристаллические полупроводниковые слои и многослойные гетероструктуры с толщиной слоев 1-10 нм, сравнимой с длиной волны де Бройля носителей заряда, открывают принципиальную возможность наблюдения и использования явлений, обусловленных волновой природой электрона [1] - [3]. К ним, в частности, относится интерференция электронных волн и вызванные ей так называемые размерные квантовые эффекты, например, такие, как квантование энергии и импульса электронов в тонких слоях, резонансный характер прохождения электронов через эти слои и т.д.
Как известно, в последнее время резко возрос интерес к динамическим токовым системам, в которых происходит генерация электромагнитного излучения достаточной мощности за счет переходов между уровнями размерного квантования гетероструктуры транспортируемых через нее электронов. Эти системы, называемые квантовыми каскадными лазерами (ККЛ), имеют принципиальное отличие от других устройств, предназначенных для аналогичной цели - получения высококогерентного излучения. Так, они допускают возможность реализации широкого диапазона излучений, слабой зависимости мощности от температуры, межподзонных безиз-лучательных переходов. Наконец, само математическое описание модели ККЛ существенно отличается от аппарата, применяемого для исследования других типов лазеров.
В 1971 г. Казаринов и Сурис [4] предложили новый тип полупровод-. никового лазера, в котором излучательные переходы происходят между уровнями (подзонами) размерного квантования. Спустя почти четверть века это предложение было реализовано в наноструктурах, где основными элементами являются две квантовые ямы с рабочими уровнями (подзона-

ГЛАВА
КОГЕРЕНТНЫЙ ЛАЗЕР НА N-Я МНОЙ СТРУКТУРЕ.
2.1. Описание модели. Основные уравнения.
Изучим теперь механизм генерации в многоямной системе. Наша цель - получить уравнения генерации.
Рассмотрим одномерную структуру, которая состоит из N квантовых ям, образованных N+1 дельта - барьерами и ступенчатым потенциальным рельефом (рис.4). В каждой яме имеется по два рабочих уровня (верхний и нижний). Высота ступеней подобрана таким образом, что нижний уровень первой ямы сопряжен с верхним уровнем второй ямы и т.д. На систему наложено электромагнитное поле с частотой со, соответствующей разности энергий электрона на верхнем и нижнем уровнях в каждой яме. Слева на систему падает стационарный поток электронов с плотностью, пропорциональной q2, и энергией б, примерно равной энергии верхнего уровня в первой яме (уровня накачки). Электроны, попадая на уровень накачки, совершают под воздействием поля излучательный переход на нижний уровень первой ямы, туннелируют во вторую яму, совершают переход и т.д.

Пройдя, таким образом, всю последовательность квантовых ям, электроны
покидают структуру.
Электромагнитное поле, излучаемое при таких переходах, поляризовано перпендикулярно плоскости ямы (по оси х), а волновой вектор направлен вдоль плоскости ямы (по оси z):
Ех (z,t) - E(t) ■ sin kz ■ cos(/ + (p{t)). (2.1)