Численный расчет энергетического спектра носителей многослойных квантоворазмерных гетероструктур

Abstract

В последнее время ведутся интенсивные исследования по созданию полупроводниковых лазеров инфракрасного диапазона. Одним из направлений в получении излучения среднего инфракрасного диапазона является разработка лазеров на основе квантово-каскадных сверхрешеточных структур. Квантово-каскадные лазеры являются униполярными полупроводниковыми приборами, в которых оптические переходы осуществляются между подзонами одной энергетической зоны (зоны проводимости). Каскадное расположение активных слоев позволяет после достижения порога каждому инжектируемому электрону при прохождении структуры создавать N лазерных фотонов, где N - число каскадов. Длина волны генерации определяется квантовым ограничением, т.е. толщинами квантоворазмерных слоев в активной области, а не шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. Первые квантово-каскадные лазеры , созданные в 1994 г., использовали излучательные переходы между состояниями в двойных квантовых ямах, а в качестве механизма накачки выступало резонансное туннелирование электронов. Инверсия населенностей между состояниями, участвующими в вынужденных переходах, достигалась уменьшением времени жизни конечных состояний с помощью резонансного испускания оптических фононов и увеличением времени жизни начальных состояний при подавлении туннелирования с этих уровней с помощью электронного брегговского отражателя.