Wykorzystanie metody Monte Carlo do modelowania transportu nośników w strukturach kwantowych laserów kaskadowych

• Autorzy: Borowik P. , Adamowicz L. , Thobel J-L.

Warianty tytułu

EN

Application of the Monte Carlo method to modeling of carrier transport in quantum cascade laser structure

• Konferencja: Krajowa Konferencja Elektroniki. 10 ; 05-09.06.2011 ; Darłówko Wschodnie, Polska
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opis zjawisk fizycznych występujących w urządzeniach mikroelektronicznych jest nie tylko ciekawym zagadnieniem teoretycznym, ale też może być przydatny w praktyce konstrukcji przyrządów. Wytwarzanie struktur kwantowych laserów kaskadowych (QCL) w Instytucie Technologii Elektronowej w Warszawie zachęca nas do rozwoju metod obliczeniowych pozwalających na modelowanie transportu elektronowego w tego typu urządzeniach. Większość zjawisk fizycznych odpowiedzialnych za działanie takich laserów, przystosowanych do emisji promieniowania w obszarze średniej podczerwieni, może być opisane z użyciem teorii nawiązującej do równania transportu Boltzmanna bez uciekania się do bardziej zaawansowanych teorii transportu kwantowego. Jedną z najbardziej rozpowszechnionych metod używanych do rozwiązywania tego typu zagadnień jest metoda Monte Carlo (MC). W pracy przedstawione są wyniki symulacji MC dla struktury lasera działającego w obszarze średniej podczerwieni, pierwotnie zaproponowanej przez H. Page i in. Wyznaczone zostaną populacje elektronów w poszczególnych poziomach energetycznych lasera w zależności od poziomu domieszkowania struktury i wynikającej stąd gęstości elektronów swobodnych. W przypadku struktur wytwarzanych w praktyce, konieczne jest włączenie do modelowania samouzgodnionych obliczeń uwzględniających nierównowagowy rozkład ładunku w strukturze i wynikające z tego powodu modyfikacje potencjału elektrycznego, a stąd położeń poziomów energetycznych oraz kształtu funkcji falowych elektronów.

EN

Description of the physical phenomena in microelectronic devices is not only an interesting theoretical challenge, but can also be used for practical design of such components. Fabrication of quantum cascade lasers devices (QCL) in the Institute of Electron Technology in Warsaw encourages our work on computational methods used for the modeling of electron transport in QCLs. Most of the physical phenomena responsible for the operation of these devices, designed to emit in the mid-infrared, can be described by the Boltzmann Transport Equations theory. One of the most common methods used to solve such problems is the Monte Carlo method (MC). Presented paper reports the results of MC simulations of the QCL structure, originally proposed by H. Page et al. Electron populations on the structure energy sub-bands are presented as the function of the structure doping and resulting electron sheet density. Presented results indicate the necessity to include in the simulation algorithm the self-consistent calculations of non-equilibrium electric charge distribution in the device, then the resulting modifications of the electrical potential, and hence the modification of energy levels positions as well as the shapes of the electron wave functions.

Słowa kluczowe

PL

kwantowe lasery kaskadowe; Monte Carlo; modelowanie; transport elektronów

EN

quantum cascade laser; QCL; Monte Carlo; simulations; electron transport

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 52, nr 10
• Strony: 43--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., wykr.

Twórcy

autor

Borowik P.

autor

Adamowicz L.

autor

Thobel J-L.

• Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki

Bibliografia

• [1] Faist J., F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A. Y. Cho: Science, 264, 553 (1993).
• [2] Lotti R. C., and F. Rossi: Appl. Phys. Lett. 76, 2265 (2000).
• [3] R. C. Lotti, and F. Rossi, Physica E 13, 715 (2002).
• [4] Campagnone F., M. Maneti, A. Di Carlo, and P. Lugli: Physica B, 314, 336 (2002).
• [5] Bonno O., J. L Thobel, and F. Dessenne: J. Appl. Phys. 97, 043702 (2005).
• [6] Borowik P., J. L. Thobel, and L. Adamowicz: J. Appl. Phys. 108, 073106(2010).
• [7] Gao X., D. Botez, and I. Knezevic: Appl. Phys. Lett. 89, 191119 (2006).
• [8] Gao X., D. Botez, and I. Knezevic: J. Appl. Phys. 101, 063101 (2007).
• [9] Page H., C. Becker, A. Robertson, G. Glastre, V. Ortiz, and C. Sirtori: Appl. Phys. Lett. 78, 3529 (2001).
• [10] Harrison P.: Appl. Phys. Lett. 75, 2800 (1999).
• [11] Indjin D., P. Harrison, R. W. Kelsall, and Z. Ikonie: J. Appl. Phys. 91, 9091 (2002).
• [12] Donovan K., P. Harrison, and R. W. Kelsall: J. Appl. Phys, 89, 3084 (2001).
• [13] Jovanović V. D., D. Indjin, N. Vukmirović, Z. Ikonie, P. Harrison, E. H. Linfield, H. Page, X. Marcadet, C. Sirtori, C. Worrall, H. E. Beere, and D. A. Ritchie: Appl. Phys. Lett. 86, 211117 (2005).
• [14] Jovanović V. D., S. Hófling, D. Indjin, N. Vukmirović, Z. Ikonć, P. Har­rison, J. P. Reithmaier, and A. Forchel: J. Appl. Phys. 99, 103106 (2006).
• [15] Hófling S., D. Indjin, V. D. Jovanović, A. Mircetić, J. P. Reithmeier, A. Forchel, Z. Ikonie, N. Vukmirović, P. Harrison, and V. Milanović: Phys. Stat. Sol. (c)3, 411 (2006).
• [16] Höfling S., V. D. Jovanović, D. Indjin, J. P. Reithmeier, A. Forchel, Z. Ikonić, N. Vukmirović, P. Harrison, A. Mircetić, and V. Milanović: Appl. Phys. Lett. 88, 251109(2006).