ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

КВАНТОВЫЕ НИТИ И КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ

Из раздела 3.3 видно, что улучшение оптических характеристик, полу­чаемое при переходе от объемного полупроводника к соответствующим по­лупроводниковым гетероструктурам с КЯ, связано в основном с проявле­нием квантового ограничения, обусловленного тем, что один из размеров изготавливаемой полупроводниковой структуры оказывается сравнимым с длиной волны де Бройля. Поэтому естественно расширить такой подход

Рис. 3.30 (а) Различные пространственные конфигурации и (б) соответствующие им виды зависимости плотности состояний от энергий электронов для объемного полупроводника и полупроводниковых структур с квантовыми ямами, квантовыми нитями и квантовыми точками (с разрешения, из [19])

подпись: рис. 3.30 (а) различные пространственные конфигурации и (б) соответствующие им виды зависимости плотности состояний от энергий электронов для объемного полупроводника и полупроводниковых структур с квантовыми ямами, квантовыми нитями и квантовыми точками (с разрешения, из [19])

Квантовая

Точка

подпись: квантовая
точка
-if

Ш Е‘

Е

. Е,

Шггг-

3D -*►

Объемный

Полупроводник

Кванті

°вая

Квантовая

Нить

104

подпись: 104

2хНҐ

подпись: 2хнґ

-р J р

^a047^n053-^S/InP

Г=зоок

подпись: -р j р
^a047^n053-^s/inp
г=зоок

ЛГ = 3 х 1018 см-3 Точка [10 х 10 х 10 нм3]

подпись: лг = 3 х 1018 см-3 точка [10 х 10 х 10 нм3]

Нить [10 х 10 нм2]

подпись: нить [10 х 10 нм2]

Яма [10 нм]

подпись: яма [10 нм]

Объемный полупро­водник

подпись: объемный полупроводник

1,4 1,5 1,6

Длина волны, X [мкм]

подпись: 1,4 1,5 1,6
длина волны, x [мкм]
КВАНТОВЫЕ НИТИ И КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ

«

К

И

О)

Я

>>

Е->

И

О)

К

ЕГ

IS!

•Є*

F

&

подпись: «
к
и
о)
я
>>
е->
и
о)
к
ег
is!
•є*
f
&

/

подпись: /Рис. 3.31 Расчетные зависимости коэффициента усиления от длины волны излучения при плотности инжектированных электронов N — 3 • 1018 см-3 для объемного полупроводника Оа0,471п0>51А8 и для квантовой ямы шириной 10 нм, квантовой нити с размерами 10 нм х 10 нм и квантовой точки с размерами 10 нм х 10 нм х 10 нм в Оа0>471п0 51Аз/1пР (с разрешения, из [19])

И рассмотреть две других возможных структуры с квантовым ограниче­нием, а именно квантовых нитей (англ. quantum wires) и квантовых точек (англ. quantum dots), которые изготавливаются таким образом, что два или все три их характерных размера становятся сравнимыми с дли­ной волны де Бройля (рис. 3.30а).

Как и в случае КЯ, принципиальная разница между этими квантово-ог - раниченными структурами и объемными соединениями обусловлена различ­ным видом плотности состояний. Не входя здесь в детали (более подробное описание см. в [18]), приведем на рис. 3.306 качественный характер зависи­мости плотности состояний от энергий электронов для объемного полупро­водника и для полупроводниковых структур с квантовыми ямами, кванто­выми нитями и квантовыми точками. Используя эти разные виды плотности состояний, можно, применив тот же подход, что и в случае КЯ, рассчитать ожидаемый коэффициент усиления. Здесь этого делать не будем, а в качест­ве характерного примера ограничимся показом на рис. 3.31 зависимостей

А) Планарная линейка из квантовых нитей.

Б) Планарная матрица

Квантовая нить Квантовая точка из квантовых точек

Ожидаемого коэффициента усиления в веществе от длины волны излучения для структуры Оа0>471п0>51А8/1пР (Оа0 471п0>51А8 представляет здесь полупро­водник с квантовым ограничением). На рисунке приведены значения коэф­фициента усиления в веществе для объемного полупроводника, для кванто­вой ямы шириной 10 нм, для квантовой нити с размерами 10 нм х 10 нм и для квантовой точки с размерами 10 нм х 10 нм х 10 нм — при одной и той же кон­центрации инжектированных электронов (ТУ = 3 • 1018см_3) [19]. Расчетные концентрации прозрачности для объемного полупроводника, квантовой ямы и квантовой нити примерно одинаковы (А^г = 1,3 • 1018 см-3), тогда как для кван­товой точки эта концентрация немного выше (Л^г = 1,8 • 1018 см-3). В соответ­ствии с обсуждавшимися ранее свойствами структур с квантовыми ямами, видно, что при переходе от объемного полупроводника к квантовой яме, от квантовой ямы к квантовой нити и от квантовой нити к квантовой точке коэффициент усиления возрастает. Ширина полосы усиления при тех же переходах от структуры к структуре, наоборот, уменьшается.

В качестве активных сред лазеров структуры с квантовыми нитями и квантовыми точками будут, по-видимому, использоваться в виде планар­ных линеек и матриц — типа тех, что изображены на рис. 3.32а и 3.326. Значительные технологические проблемы (связанные с необходимостью обеспечить высокую плотность упаковки, низкий уровень размерных флук­туаций и низкий уровень плотности дефектов) пока еще затрудняют массо­вое производство структур на основе квантовых нитей и квантовых точек с хорошими оптическими характеристиками. Если эти трудности будут пре­одолены, то появятся полупроводниковые лазерные материалы с более низ­кими пороговыми характеристиками, значительно более высокими диф­ференциальными коэффициентами усиления и узкими ширинами полосы усиления.

В главе 3, по сравнению с предшествующей, посвященной простым ато­марным системам, были рассмотрены более сложные случаи молекул и по­лупроводников, свойства которых обсуждались достаточно детально. Как показывает проведенное рассмотрение, понимание оптических свойств этих веществ требует достаточно подробного описания их физических свойств. Такое описание было ограничено здесь наиболее простыми аспектами. Одна­ко с феноменологической точки зрения, как будет видно в главах 7 и 8, для предсказания поведения лазера необходимо знание только нескольких фи­зических параметров, а именно:

■ длины волны перехода и ширины полосы усиления;

■сечения перехода или, для полупроводников, дифференциального ко­эффициента усиления и концентрации носителей при условии прозрач­ности;

■времени жизни в верхнем состоянии или, для полупроводников, посто­янной времени электрон-дырочной рекомбинации.

По существу, это наиболее важные физические параметры среди тех, что обсуждались в предшествующей и настоящей главах.

ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

Лазерная резка и гравировка в Киеве

Гравировка по металлу проводится на профессиональном оборудовании. Гравировка с высокой детализацией применяется для оформления подарков, памятных вещей.

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ И ВРЕМЕННАЯ КОГЕРЕНТНОСТЬ ТЕПЛОВЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА

В данном разделе приводится краткое описание когерентных свойств света, который излучается обычной лампой (лампой накаливания или га­зонаполненной лампой). Поскольку свет в этом случае обусловлен спон­танным излучением многих атомов, по существу …

УРАВНЕНИЕ ИОНИЗАЦИОННОГО БАЛАНСА

В результате соударений частиц с электронами в объеме электрического разряда происходит постоянное образование электронов и ионов. Ударная ио­низация осуществляется присутствующими в разряде горячими электронами, т. е. теми, энергия которых больше …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.