Nonlinear behavior of the emission in the periodic structure of InAs monolayers embedded in a GaAs matrix

Abstract

We report time‐resolved photoluminescence (TRPL) measurements performed at different temperatures for the Bragg structure containing 60 InAs monolayer‐based quantum wells (QWs) periodically arranged in a GaAs matrix. TRPL data reveal an appearance of the additional superradiant (SR) mode originated from coherent collective interaction of QWs. The SR mode is not manifested in the case if a small number of QWs is excited, then only an exciton emission related to the InAs QWs dominates the PL spectrum. The SR mode demonstrates a superlinear dependence of the intensity and radiative decay rate on the excitation power and its intensity increases at elevated temperatures compared to the excitonic emission. The photoluminescence delay time is much shorter for the SR mode indicating that the relaxation of hot excitons can occur via stimulated scattering processes. The specific behavior of the SR emission can have a strong potential for different applications such as optical logic devices, superluminescent diodes, optical switches, and low‐threshold lasers. Time‐resolved photoluminescence image at low temperature for the Bragg structure consisting of InAs monolayer‐based quantum wells (inset).

Purcell Effect and Nonlinear Behavior of the Emission in a Periodic Structure Composed of InAs Monolayers Embedded in a GaAs Matrix

“…Fabrication of a heterostructure using only binary compounds has several advantages, such as the absence of fluctuations in chemical composition and reduced strain, which results in high crystalline quality for the grown samples. The fabrication parameters for the structure under study (though it is a different sample) are identical to the sample investigated previously . There are three exciton resonances in this structure with energies of 1.471, 1.482, and 1.491 eV as measured by reflectivity.…”

Эффект Парселла В Одномерных Разупорядоченных Фотонных Кристаллах

“…Периодическая модуляция показателя преломления в фотонных кристаллах может приводить к существенно-му изменению вероятности спонтанной эмиссии [31,32]: для частот внутри ФЗЗ вероятность спонтанной эмиссии снижается, а для локализованных мод (краевых состоя-ний и собственных мод микрорезонатора) может быть существенно увеличена, и интересно исследовать влия-ние разупорядочения на скорость спонтанной эмиссии излучения.…”

Исследование спонтанной эмиссии в брэгговских монослойных квантовых ямах InAs

“…Ряд интересных эффектов, например резонансное отражение света брэгговскими структурами, был предсказан более 20 лет назад [5], однако экспериментально данный эффект получен сравнительно недавно [8]. Кроме этого, недавно был показан эффект усиления спонтанной эмиссии света и появления сверхизлучательной моды в брэгговских монослойных квантовых ямах (BMQW) [9,10]. Интересно отметить, что в [9] дополнительная сверхизлучательная мода обладала наибольшей интенсивностью для значений угла эмиссии в интервале от 40 до 50 • .…”

“…Таким образом, помимо брэгговского условия (1) существует некоторое дополнительное условие, определяющее интенсивность сверхизлучательной моды. Эффект сверхизлучения, теоретически предсказанный Dicke [11], заключается в том, что одинаковые эмиттеры излучают не независимо, а взаимодействуют через электромагнитное поле, что может приводить, в частности, к эффекту суперлюминесценции, характеризуемому квадратичной зависимостью интенсивности излучения I от накачки P. Сверхлинейная зависимость интенсивности излучения от накачки, обнаруженная в [9,10], позволила авторам этих работ предположить, что дополнительные линии в спектре, появляюшиеся при больших интенсивностях накачки, являются сверхизлучательными модами. Вместе с тем, чтобы сделать однозначный вывод о наличии сверхизлучения, необходимо исключить другие объяснения сверхлинейной зависимости I(P).…”

“…Вместе с тем, чтобы сделать однозначный вывод о наличии сверхизлучения, необходимо исключить другие объяснения сверхлинейной зависимости I(P). В частности нужно показать, что наблюдаемая сверхлинейность не является следствием релаксации носителей заряда через возбужденные состояния (в [9,10]…”