用分级接口建模:用于理解和设计创纪录的高功率和高效的中红外量子级联激光器的工具

科学领域:

• 光电学和光子学的光电子和光子学.
• 半导体物理 半导体物理
• 量子工程是量子工程中的一部分.

背景情况:

• 量子级联激光器 (QCL) 对中红外应用至关重要.
• 接口粗度 (IFR) 散射显著影响QCL性能.
• 准确的IFR建模对于优化QCL设计至关重要.

研究的目的:

• 开发和验证中红外 QCL 的分级接口模型.
• 准确地复制和理解高性能QCLs的电光特性.
• 利用该模型设计下一代QCL,以提高效率.

主要方法:

• 接口粗度 (IFR) 散射的通用形式主义.
• 修改中红外发射量子级联激光器 (QCL) 的IFR模型.
• 原子探头扫描分析用于IFR参数提取.
• 使用分级接口模型设计和模拟设备.

主要成果:

• 准确地复制了已发表的记录性能QCL的电光特征.
• 确定高性能关键因素:直接注射和光子诱导的载体运输.
• 定量化高规范泄漏电流密度由于IFR触发的分流式泄漏.
• 设计了一种8.1微米发射的QCL,具有抑制载体泄漏和创纪录的墙体插头效率 (22.2%).

结论:

• 分级接口模型是QCL设计和优化的强大工具.
• 抑制载体泄漏和优化注射对于高效QCLs至关重要.
• 开发的模型有助于设计接近基本性能限制的QCL.