m-Plane GaN共振声波特拉赫兹量子级联激光器的实际实施
Shiran Levy1, Nathalie Lander Gower1, Piotr Mensz1
1Faculty of Engineering and Institute of Nanotechnology and advanced materials, Bar-Ilan University, Ramat Gan, 5290002, Israel.
Scientific reports
|August 21, 2025
概括
这项研究引入了一种新型的化 (GaN) 太赫兹量子级联激光器 (THz QCL),其性能得到了改进,运行电流更低. 该设计显示了接近室温的运行和扩展频率覆盖的潜力.
科学领域:
- 固态物理
- 量子电子
- 材料科学
背景情况:
- 太赫兹量子级联激光器 (THz QCL) 对各种应用至关重要,但在实现高温操作和广泛频率覆盖方面仍然存在挑战.
- 现有的设计,如双井 (TW) GaN THz QCL,在操作电流和实验可行性方面面临限制.
- 化 (GaN) 由于其材料特性,具有高级THz QCL的潜力.
研究的目的:
- 分析使用共振声排放方案的新型m平面GaN Terahertz量子级联激光器 (THz QCL).
- 与以前的设计相比,评估性能改进,包括减少运行电流和提高实验可行性.
- 调查拟议的GaN THz QCL在高温和广频范围内运行的潜力.
主要方法:
- 使用非平衡格林函数 (NEGF) 方法进行理论分析.
- 模拟了一种新的m-plane GaN THz QCL结构,并增加了一个用于改善载体封闭的额外屏障.
- 模拟设备性能,包括在不同温度下达到峰值增强和运行特性.
主要成果:
- 新的 GaN THz QCL 设计显示了较低的操作电流,降低了热损伤风险.
- 一个额外的屏障有效地减少了泄漏到连续和激发状态.
- 在低温下观察到的峰值增益为~76 cm−1,在300 K下降到~24 cm−1,表明适用于室温附近的应用.
- 预测有希望的高温运行在6.5THz,超过基于GaAs的THz QCL的频率覆盖.
结论:
- 开发的m-平面GaN THz QCL与共振声波脱离是特拉赫兹技术的实用和有前途的替代方案.
- 该设计使基于GaN的THz QCL实现了强大的室温性能.
- 这项工作有助于扩大THz QCL的频率覆盖范围,超出目前基于GaAs的限制.
