Stimulated emission from HgCdTe quantum well heterostructures at wavelengths up to 19.5 <i>μ</i>m

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

doi:10.1063/1.4996966

Cited by 80 publications

(80 citation statements)

References 41 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: 95%

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: 95%

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

et al. 2019

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…trigonal warping) or due to many body effects such as plasmonassisted processes or additional scattering by an impurity or phonon [32][33][34][35][36][37]. A suppression of the Auger recombination has also been addressed for HgTe-based QW structures with symmetric dispersion laws in conduction and valence bands [38]. This suppression has been used to obtain band-band population inversion and stimulated THz emission, which, because of the efficient nonradiative Auger recombination, can not be achieved in conventional narrow band semiconductors.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Impact Ionization Induced by Terahertz Radiation in HgTe Quantum Wells of Critical Thickness

Hubmann

Budkin

Urban

et al. 2020

J Infrared Milli Terahz Waves

View full text Add to dashboard Cite

We report on the observation of terahertz (THz) radiation induced band-to-band impact ionization in HgTe quantum well (QW) structures of critical thickness, which are characterized by a nearly linear energy dispersion. The THz electric field drives the carriers initializing electron-hole pair generation. The carrier multiplication is observed for photon energies less than the energy gap under the condition that the product of the radiation angular frequency ω and momentum relaxation time τ l larger than unity. In this case, the charge carriers acquire high energies solely because of collisions in the presence of a high-frequency electric field. The developed microscopic theory shows that the probability of the light impact ionization is proportional to exp(−E 2 0 /E 2 ), with the radiation electric field amplitude E and the characteristic field parameter E0. As observed in experiment, it exhibits a strong frequency dependence for ωτ 1 characterized by the characteristic field E0 linearly increasing with the radiation frequency ω.

show abstract

“…включением" оже-рекомбинации вследствие роста температуры горячих носителей (см. [15]). В то же время для структуры 1, рассчитанной на длины волн около 20 мкм, гашение наступает практически сразу после преодоления порога возникновения СИ.…”

Section: результаты и обсуждениеunclassified

“…Переход к накачке с длиной волны 10.6 мкм резко уменьшает разогрев носителей, и интегральная интенсивность СИ монотонно растет с увеличением мощности накачки. Таким образом, эффект гашения СИ с ростом накачки, наблюдавшийся в [15], не является фундаментальным, а обусловлен использованием коротковолновой накачки.…”

Section: результаты и обсуждениеunclassified

“…На основе полученных результатов был сделан вывод, что оптическое усиление может быть получено при интенсивности накачки в пределах 10 кВт/см 2 [14]. В недавней работе нами было получено стимулированное излучение (СИ) в КРТ структурах с КЯ на длине волны λ = 19.5 мкм [15], в то время как ранее лазерная генерация в HgCdTe была продемонстрирована лишь в коротковолновой области среднего инфракрасного диапазона спектра (на длинах волн 2−5 мкм) [16,17].…”

Section: Introductionunclassified

See 1 more Smart Citation

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

Stimulated emission from HgCdTe quantum well heterostructures at wavelengths up to 19.5 μm

Cited by 80 publications

References 41 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

Impact Ionization Induced by Terahertz Radiation in HgTe Quantum Wells of Critical Thickness

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

Contact Info

Product

Resources

About