Obliczenia parametrów transportowych kwantowego lasera kaskadowego z wykorzystaniem sond Büttikera

• Autorzy: Mączka M.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.07.41

Warianty tytułu

EN

Calculations of the QCL transport parameters using Büttiker probes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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.

EN

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.

Słowa kluczowe

PL

kwantowy laser kaskadowy; formalizm; sonda Büttikera; funkcja Wanniera

EN

quantum cascade laser; NEGF formalism; Bütttiker probe; Wannier function

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 7
• Strony: 190--196
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Mączka M.

• Politechnika Rzeszowska, Zakład Podstaw Elektroniki, ul. W. Pola 2a, 35-959 Rzeszów

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).
• [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).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.