注入区势垒厚度对THz量子级联激光器光电特性的影响
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作者:
作者单位:

(1.武汉大学 电子信息学院,湖北 武汉 430079; 2.武汉大学 印刷与包装 系,湖北 武汉 430079)

作者简介:

祁昶(1978-),女,湖北,武汉,博士,副 教授,从事新型半导体光电器件的模型建立和仿真工作.主要研究方向为集成电路CAD,一 直从事集成电路互连线及器件的建模和优化设计研究、集成电路光器件的 建模研究和物联网通信和智能控制系统的设计和开发.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(61106067,9,51371129)和武汉市应用基础(2014010101010007) 资助项目 (1.武汉大学 电子信息学院,湖北 武汉 430079; 2.武汉大学 印刷与包装系,湖北 武汉 430079)


Influence of injector barrier thickness on the photoelectric response characteristics for THz quantum cascade lasers
Author:
Affiliation:

(1.Electronic Information School,Wuhan University,Wuhan 430079,China; 2.School o f Printing and Packaging,Wuhan University,Wuhan 430079,China)

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    摘要:

    为优化多量子阱结构THz量子级联激光器(QCL,qua ntum cascade laser)有源区的结 构设计,本文运用自洽数值求解与电路建模相结合的方法研究了器件有源层注入区势垒厚度 变化 对器件光电及温度特性的影响。首先采用自洽数值求解获得注入区势垒厚为3.0~6. 8nm器件非辐射 散射时间、自激发射弛豫时间以及电子逃逸时间等描述器件有源区输运特性的重要参量;然 后运用电路建 模方法基于三能级速率方程建立了器件的等效电路模型;最后运用电路仿真工具PSPICE对注 入区势垒厚 为3.0~6.8nm器件的光电特性进行了模拟分析,并讨论了器件有源层 注入区的势垒厚度参数变化对器件阈 值电流、输出光功率和输入阻抗等性能参数的影响,分析结果与已报道的理论和实验结果一 致,证明了 通过合理优化有源区的结构参数可以进一步提高器件性能。

    Abstract:

    In this paper,a novel method is introd uced to optimize the active layer structure of the THz quantum cascade lasers (QCLs) with a multi-quantum well material,and the influence of inje ctor barrier thickness in device active layer on device performance is mainly studied by a novel equivalent circu it model.Firstly,transport characteristic parameters such as the nonradiative scattering times,radiative spontaneous relaxation time and electron escape time are obtained by a self-consistent scheme,and then an equi valent circuit model of THz QCLs is introduced by revising three level multi-mode rate equation s.Two critical model parameters of electron spontaneous emitting time and photon lifetime in the laser cavity are also prese nted.Finally,depending on the equivalent circuit model,the photoelectric responses of THz QCLs with the thickn ess of injector barrier from 3.0nm to 6.8nm are obtained by using a general circuit simulator PSPICE,and the effects of injector barrier thickness on device performance parameters such as threshold current,output opt ical power and input impedance are also discussed.Results indicate that the injector barrier thickness is a cr itical parameter for improving the device performance.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

祁昶,艾勇,石新智,叶双莉.注入区势垒厚度对THz量子级联激光器光电特性的影响[J].光电子激光,2015,26(12):2261~2266

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  • 收稿日期:2015-10-12
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  • 在线发布日期: 2016-02-29
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