Long wavelength stimulated emission up to 9.5 <i>μ</i>m from HgCdTe quantum well heterostructures

Morozov, S. V.; Rumyantsev, V. V.; Kadykov, A. M.; Дубинов, А. Е.; Kudryavtsev, K. E.; Антонов, А. В.; Михайлов, Н. Н.; Дворецкий, С. А.; Гавриленко, В. И.

doi:10.1063/1.4943087

Cited by 44 publications

(34 citation statements)

References 35 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…A quasi-relativistic electron-hole dispersion is realized therein as a result of hybridization between topological states at two adjacent CdyHg1−yTe/HgTe interfaces. 22 We argue that Auger suppression due to "diracness" of electron-hole bands has driven the recently achieved long-wavelength (up to λ ∼ 20 µm) stimulated emission in narrow QWs, [23][24][25] and the lasing wavelength can further reach up to ∼ 50 µm at liquid nitrogen temperature. This possibility was overlooked during half-a-century history of CdHgTe photonics, as most laser studies focused either on wide wells 26,27 or wells with large Cd fraction.…”

mentioning

confidence: 93%

Fundamental Limits to Far-Infrared Lasing in Auger-Suppressed HgCdTe Quantum Wells

et al. 2019

View full text Add to dashboard Cite

A challenge of bridging the terahertz gap with semiconductor lasers faces an inevitable problem of enhanced non-radiative Auger recombination with reduction of photon energy. We show that this problem can be mitigated in mercury-cadmium-telluride quantum wells (HgCdTe QWs) wherein the Auger process is suppressed due to formation of quasi-relativistic electron-hole dispersion imposing strong energy-momentum restrictions on recombining carriers. Such dispersion is formed upon interaction of topological states at the two QW interfaces. We characterize the lasing properties of HgCdTe QWs quantitatively by constructing a microscopic theory for recombination, absorption, and gain, and show the feasibility of lasing down to ∼ 50 µm at liquid nitrogen temperature with threshold currents two orders of magnitude lower than in existing lasers. Our findings comply with recent experimental data on stimulated far-infrared emission from HgCdTe QWs and show the directions toward achievement of maximum possible lasing wavelength.

show abstract

mentioning

confidence: 93%

Fundamental Limits to Far-Infrared Lasing in Auger-Suppressed HgCdTe Quantum Wells

et al. 2019

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…(i) титан-сапфировый лазер " Tsunami" (длина волны 0.9 мкм, средняя мощность 400 мВт). Этот источник использовался при измерениях ФЛ с помощью модуляционной методики, описанной в работах [11,20]; XXII Международный симпозиум " Нанофизика и наноэлектроника" 1265 (ii) лазерный комплекс Solar OPO с возможностью генерации излучения с длинами волн 1.94−2.3 мкм (блок КТР ОРО, энергия в импульсе до 5 мДж), длительностью импульса 10 нс и частотой повторения 10 Гц (за деталями эксперимента можно обратиться к работе [21]);…”

Section: методика экспериментаunclassified

Влияние особенностей зонного спектра на характеристики стимулированного излучения в узкозонных гетероструктурах с квантовыми ямами на основе HgCdTe

Rumiantsev¹,

Куликов²,

Kadykov³

et al. 2018

Физика И Техника Полупроводников

View full text Add to dashboard Cite

В квантовых ямах на основе HgCdTe, помещенных в диэлектрический волновод из широкозонного твердого раствора CdHgTe, получено стимулированное излучение в диапазоне длин волн 20.3−17.4 мкм на межзонных переходах при T = 8−50 K. Гетероструктуры с квантовыми ямами на основе HgCdTe представляют интерес для создания длинноволновых лазеров на диапазон длин волн 25−60 мкм, к настоящему времени недоступный для квантовых каскадных лазеров. Показано, что максимальная температура, до которой возможно получение стимулированного излучения, определяется положением " боковых" максимумов на дисперсионных зависимостях в первой валентной подзоне квантовой ямы, и обсуждаются способы подавления безызлучательной рекомбинации в структурах с квантовыми ямами на основе HgCdTe.

show abstract

“…За деталя-ми эксперимента можно обратиться к работам [28,29]. Для накачки использовался Nd : YAG лазер, сопряжен-ный с параметрическим генератором света фирмы Solar (Минск, Беларусь).…”

Section: методика экспериментаunclassified

Исследования волноводных структур с квантовыми ямами на основе HgCdTe для получения длинноволнового стимулированного излучения

Rumiantsev¹,

Kadykov²,

Fadeev³

et al. 2017

Физика И Техника Полупроводников

View full text Add to dashboard Cite

Исследуются фотолюминесценция и стимулированное излучение на межзонных переходах в квантовых ямах на основе HgCdTe, помещенных в диэлектрический волновод из широкозонного твердого раствора CdHgTe. Гетероструктуры с квантовыми ямами на основе HgCdTe представляют интерес для создания длин-новолновых лазеров на диапазон 25−60 мкм, к настоящему времени недоступный для квантово-каскадных лазеров. В работе обсуждаются оптимальные дизайны квантовых ям для достижения длинноволнового стимулированного излучения при оптической накачке. Показано, что узкие квантовые ямы из чистого HgTe оказываются перспективнее для длинноволновых лазеров по сравнению с широкими (потенциальными) ямами из твердого раствора за счет подавления оже-рекомбинации. Продемонстрировано, что технология молекулярно-лучевой эпитаксии позволяет получать структуры для локализации излучения с длиной волны вплоть до 25 мкм при высокой скорости роста. Получено стимулированное излучение на длинах волн 14−6 мкм с пороговой интенсивностью накачки в диапазоне 100−500 Вт/см 2 при 20 K.DOI: 10.21883/FTP.2017.12.45174.37 ВведениеВ настоящее время разработка компактных полу-проводниковых лазеров для спектроскопии в дальнем инфракрасном (ИК) и терагерцовом диапазонax остает-ся актуальной задачей. В среднем ИК диапазоне наи-лучшие характеристики демонстрируют униполярные квантово-каскадные лазеры (ККЛ): в диапазоне длин волн 5−16 мкм данные приборы способны обеспечивать генерацию в непрерывном режиме даже при комнатной температуре [1]. Активно развиваются и терагерцовые ККЛ [2]. Тем не менее существует достаточно широкий спектральный диапазон (длины волн 20−60 мкм, часто-ты 5−15 ТГц), который до сих пор остается недоступ-ным для ККЛ ввиду сильного решеточного поглощения в материалах GaAs и InP, которые обычно используются для изготовления ККЛ, в этом диапазоне. Использование ККЛ на основе InAs [3,4] позволило достичь длин волн ∼ 20 мкм при комнатной температуре, однако в более длинноволновой области 20−25 мкм на данный момент существуют ККЛ лишь для отдельных частот, отвечаю-щих минимумам фононного поглощения в соответству-ющих материалах [5][6][7]. Таким образом, спектральный диапазон 25−60 мкм в настоящее время перекрыт толь-ко инжекционными лазерами на основе халькогенидов свинца PbSnSe(Te), которые обеспечивают генерацию на длинах волн до 46.5 мкм [8,9], однако характеризуются низкой выходной мощностью и рабочей температурой ниже температуры жидкого азота.Как и твердые растворы на основе халькогенидов свинца и олова, твердый раствор HgCdTe (кадмий− ртуть−теллур, КРТ) обладает возможностью изменения ширины запрещенной зоны и достаточно низкими часто-тами оптических фононов для создания длинноволновых лазеров (энергия CdTe-подобных оптических фононов в узкозонных составах КРТ лежит вблизи 20 мэВ, а HgTe-подобных -около 15 мэВ [10]). Преимуществом материалов на основе HgCdTe по сравнению со струк-турами на основе PbSnSe(Te) является более развитая технология роста. На настоящий момент молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) позволяет получать высо-кокачественные эпитакси...

show abstract

Long wavelength stimulated emission up to 9.5 μm from HgCdTe quantum well heterostructures

Cited by 44 publications

References 35 publications

Fundamental Limits to Far-Infrared Lasing in Auger-Suppressed HgCdTe Quantum Wells

Fundamental Limits to Far-Infrared Lasing in Auger-Suppressed HgCdTe Quantum Wells

Влияние особенностей зонного спектра на характеристики стимулированного излучения в узкозонных гетероструктурах с квантовыми ямами на основе HgCdTe

Исследования волноводных структур с квантовыми ямами на основе HgCdTe для получения длинноволнового стимулированного излучения

Contact Info

Product

Resources

About