Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2016 - zeszyt 7

Obliczenia parametrów transportowych kwantowego lasera kaskadowego z wykorzystaniem sond Büttikera

10.15199/48.2016.07.41

Mariusz MĄCZKA

nr katalogowy: 99588
10.15199/48.2016.07.41

W pracy zaprezentowano nowy, efektywny sposób obliczeń parametrów transportowych, kwantowych laserów kaskadowych, z wykorzystaniem sond Büttikera. Obliczenia przeprowadzono dla modelu nieskończonego supersieci półprzewodnikowej, wykorzystującego właściwości funkcji Wanniera. Zastosowanie formalizmu nierównowagowych funkcji Greena oraz dwóch baz stanów kwantowych: bazy Wanniera i bazy Wanniera - Starka pozwoliło na dokładną ocenę poprawności i efektywności uzyskiwanych rezultatów w odniesieniu do publikowanych wcześniej prac prezentujących inne metody symulacji laserów kaskadowych. Abstract. In the paper an efficient method of quantum cascade laser (QCL) simulation is presented. The calculations of selected QCL parameters are realized by using Büttiker probes. The numerical study were made for the infinite model of semiconductor superlattices using properties of Wannier functions. Formalism of non-equilibrium Green's functions (NEGF) is used in order to determine the transport parameters in the researched device. The density of states and occupation functions as well as the current-voltage characteristic are presented, as the results of simulations for the typical structure of terahertz laser. Calculations of the QCL transport parameters using Büttiker probes Słowa kluczowe: Kwantowy laser kaskadowy, formalizm NEGF, sondy Büttikera, funkcje Wanniera. Keywords: Quantum cascade laser, NEGF formalism, Bütttiker probes, Wannier functions. Wstęp Kwantowe lasery kaskadowe to jedne z najnowszych, a jednocześnie jedne z najbardziej dynamicznie rozwijających się kwantowych przyrządów półprzewodnikowych. Swoją dużą popularność wśród naukowców i inżynierów zawdzięczają możliwości emitowania spójnej wiązki światła w szerokim spektrum częstotliwości w połączeniu z jej stosunkowo dużą mocą. Dlatego choć od czasu jak po raz pierwszy zaprezentowano działający laser tego typu, minęło dwadzieścia lat [1], to przeglądając czasopisma naukowotechniczne moż[...]

Bibliografia

[1] Faist J., Capasso F., Sivco D. L., Hutchinson A. L., Chu S-N. G., Cho A. Y.: "Short wavelength (λ ~3.4 μm) quantum cascade laser based on strained compensated InGaAs/AlInAs." Appl. Phys. Lett.72, pp. 680-684, (1998).
[2] Colombelli R., Capasso F., Gmachl C., Hutchinson A. L., Sivco D. L., Tredicucci A., Wanke M. C., Sergent A. M., Cho A. Y.: "Far infrared surface-plasmno quantum-cascade lasers at 21.5 μm and 24 μm wavelenglengths", Appl. Phys. Lett., vol. 78: pp. 2620 - 2622, (2001).
[3] Kosiel K., Bugajski M., Szerling A., Kubacka-Traczyk J., Karbownik P., Pruszyńska-Karbownik E., Muszalski J., Łaszcz A., Romanowski P., Wasiak M., Nakwaski W., Makarowa I., Perlin P.: "77 K Operation o AlGaAs/GaAs Quantum Cascade Laser at 9 μm", Photonics Letters of Poland, vol.1, no. 1, pp. 16-18 , (2009).
[4] Bugajski M., Pierściński K., Pierścińska D., Szerling A., Kosiel K.: "Multimode Instabilities in Mid-Infrared Quantum Cascade Lasers", Photonics Letters of Poland, vol. 5, nr. 3, str. 85-87 (2013). A C B D 196 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 92 NR 7/2016
[5] Karbownik P., Trajnerowicz A., Szerling A., Wójcik-Jedlińska A., Wasiak M., Pruszyńska-Karbownik E., Kosiel K., Gronowska I., Sarzała R.P., Bugajski M.: "Direct Au-Au Bonding Technology for High Performance GaAs/AlGaAs Quantum Cascade Lasers", Optical and Quantum Electronics, vol. 47, nr. 4, str. 893-899 (2015) .
[6] Sarzała R., Wasiak M., Nakwaski W., "Temperature increase within quantum-cascade lasers originating from their incomplete soldering", Photonics Letters of Poland, vol. 3, no. 2, pp. 52-54, June 2011.
[7] Bielecki Z., Wojtas J., Stacewicz T., "Zastosowanie laserów kaskadowych w układach do detekcji śladowych ilości gazów", Elektronika-Konstrukcje-Technologie-Zastosowania, nr.11- 2014, str. 44.
[8] Miczuga M, Kopczyński K., Pietrzak J., "Wysokoczuły system wykrywania i monitorowania zanieczyszczeń gazowych atmosfery", Elektronika-Konstrukcje-Technologie-Zastosowania, nr. 11-2014, str. 47.
[9] Kolek A., "Modelowanie transportu elektronów w kwantowych laserach kaskadowych", Elektronika-Konstrukcje-Technologie- Zastosowania, nr. 11-2014, str. 18.
[10] Bellotti E., Driscoll K., Moustakas T. D. and Paiella R., “Monte Carlo Simulation of Terahertz Quantum Cascade Laser Structures Based on Wide-Bandgap Semiconductors," Journal of Applied Physics, vol. 105, no. 11, (2009).
[11] Wacker A.,"Semiconductor superlattices: a model system for nonlinear transport", Physics Reports, vol. 357, pp. 1-111, (2002).
[12] Lee S.-C. and Wacker A., “Nonequilibrium Green’s function theory for transport and gain properties of quantum cascade structures", Phys. Rev. B, vol. 66, 245314 (2002).
[13] Kubis T., Yeh C., and Vogl P., “Theory of nonequilibrium quantum transport and energy dissipation in terahertz quantum cascade lasers," Phys. Rev. B, vol. 79, no. 19, pp. 195323-1- 195323-10, May 2009.
[14] Hałdaś G., Kolek A., and Tralle I., "Modeling of Mid-Infrared Quantum Cascade Laser by Means of Nonequilibrium Green’s Functions", Journal of Quantum Electronics, vol. 47, no. 6, (2011).
[15] Kolek A., Hałdaś G., Bugajski M.: "Nonthermal Carrier Distributions in the Subbands of 2-Phonon Resonance Mid- Infrared Quantum Cascade Laser", Appl. Phys. Lett., vol. 101, 061110, (2012).
[16] Mączka M., Pawłowski S., Plewako J.: "Comparative analysis of selected models of semiconductor superlattices", Przegląd Elektrotechniczny, nr 8, str. 93, (2011).
[17 Machowska-Podsiadło E., Mączka M., Bugajski M., "3D selfconsistent solution of Poisson and Schrodinger equations for electrostatically formed quantum dot", Bulletin of the Polish Academy of Sciences-Technical Sciences, vol. 55, No. 2, pp. 245-249, 2007.
[18] Mączka M., Pawłowski S.: "Wannier function applied to quantum cascade lasers modelling", Przegląd Elektrotechniczny, nr 12, str. 245, (2013).
[19] Pawłowski S., Mączka M.: "Konstruowanie stanów kwantowych w strukturze lasera kaskadowego z wykorzystaniem skończonego i nieskończonego modelu supersieci półprzewodnikowych", Przegląd Elektrotechniczny, nr 11/2013, str. 322-327.
[20] Mączka M., Pawłowski S., " Modelowanie wybranych właściwości lasera kaskadowego w oparciu o formalizm NEGF w reprezentacji energetycznej", Elektronika-Konstrukcje- Technologie-Zastosowania, nr. 11-2014, str. 187.
[21] Callebaut H. and Hu Q., J. Appl. Phys.,vol. 98, 104505 (2005).
[22] Datta S., Phys. Rev. B, vol. 40, 5830, (1989).
[23] Datta S., J. Phys. Condens. Matter,vol. 2, 8023, (1990).
[24] Keldysh L. V., “Diagram technique for non-equilibrium processes," Sov. Phys. JETP, vol. 20, no. 4, pp. 1018-1026, 1965.
[25] Venugopal R., M. Paulsson, S. Goasguen, S. Datta, and M. Lundstrom, "A simple quantum mechanical treatment of scattering in nanoscale transistors", J. Appl. Phys., vol. 93, pp.5613 2003.
[26] Lee S.-C., Banit F., Woerner M., and Wacker A., "Quantummechanical wavepacket transport in quantum cascade laser structures", Phys. Rev. B, vol. 73, 245320, (2006).

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


e-Publikacja (format pdf) - nr 99588 "Obliczenia parametrów tra..." licencja: Osobista Produkt cyfrowy	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - e-zeszyt (pdf) 2016-7 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	55.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2016-7

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma