Stimulated emission in the 28–35 μm wavelength range from Peltier cooled HgTe/CdHgTe quantum well heterostructures

Abstract

We report stimulated emission in the 2.8-3.5 μm wavelength range from HgTe/CdHgTe quantum well (QW) heterostructures at temperatures available with thermoelectric cooling. The structures were designed to suppress the Auger recombination by implementing narrow (1.5 - 2 nm wide) QWs. We conclude that Peltier cooled operation is feasible in lasers based on such structures, making them of interest for spectroscopy applications in the atmospheric transparency window from 3 to 5 μm.

Определение профиля состава квантовых ям HgTe/Cd-=SUB=-x-=/SUB=-Hg-=SUB=-1-x-=/SUB=-Te методом одноволновой эллипсометрии

“…Важно отметить, что во всех выращенных КЯ наблюдается воспроизводимое изменение состава: средний статистический разброс для фиксированной координаты оказывается δx ≈ 0.02. Этот результат имеет принципиальное значение для получения эффекта стимулированного излучения и создания лазерных структур, что и наблюдалось в работах [11][12][13]. Обнаруженное размытие гетерограниц связано с конструктивными особенностями установки МЛЭ, и это следует принимать во внимание при выращивании КЯ малой толщины, когда размер переходной области становится сравнимым с толщиной КЯ.…”

“…Наноструктуры на основе твердых растворов теллуридов кадмия и ртути (КРТ) представляют большой интерес для фундаментальных исследований физических явлений в низкоразмерных системах, таких как 2D-и 3D-топологические изоляторы [1][2][3][4], двойные и множественные квантовых ямы (КЯ) [5][6][7][8][9], лазерные структуры [10][11][12][13]. Полученные данные с успехом могут быть использованы и для практических приложений, например, для создания лазеров, работающих в инфракрасном диапазоне 3−5 µm при температурах 200 K, в терагерцовом диапазоне 30−60 µm.…”

Исследование пороговой энергии оже-рекомбинации в волноводных структурах с квантовыми ямами HgTe/Cd-=SUB=-0.7-=/SUB=-Hg-=SUB=-0.3-=/SUB=-Te в области 14 мкм

“…Поэтому в узких КЯ нужной ширины запрещенной зоны при более высоких температурах можно добиться либо уменьшением содержания Cd в яме, либо увеличением ее толщины. Ранее было теоретически предсказано [10] и экспериментально продемонстрировано [11], что в КЯ из чистого HgTe наблюдается подавление скорости оже-рекомбинации, поэтому в настоящей работе была теоретически исследована серия из шести HgCdTe-гетероструктур с КЯ с содержанием Cd 0% и толщиной ям от 3.8 до 6.4 нм, разделенных барьерами с 70-процентным содержанием Cd. Каждая рассмотренная структура имела ширину запрещенной зоны, равную 90 мэВ при определенной температуре T 90 , специфичной для каждой структуры и лежащей в диапазоне от 8 до 300 K. Здесь и далее под T 90 исследуемой структуры понимается температура, при которой ширина запрещенной зоны данной конкретной структуры равна 90 мэВ.…”

Исследование стимулированного излучения в гетероструктурах с квантовыми ямами HgTe/CdHgTe в окне прозрачности атмосферы 3-5 мкм

“…Подобные структуры с КЯ Hg x Cd 1−x Te/Cd y Hg 1−y Te возможно выращивать с использованием современной технологии молекулярнопучковой эпитаксии (МПЭ) соединений на основе HgCdTe, развитой в ИФП СО РАН [17,18]. Гетерострук-XXIV Международный симпозиум " Нанофизика и наноэлектроника" туры с узкими КЯ оказываются предпочтительными (по сравнению с однородными эпитаксиальными пленками HgCdTe и гетероструктурами с потенциальными ямами HgCdTe) при построении лазерных структур [19][20][21][22], что обусловлено намного большей пороговой энергией оже-рекомбинации в узких КЯ HgTe/CdHgTe за счет локально симметричных законов в окрестности k = 0 дисперсии для электронов и дырок. В работе [21] было установлено, что стимулированное излучение (СИ) вблизи длины волны 3 мкм может быть получено в структурах с узкими КЯ при температурах до 265 K. Значительное повышение рабочей температуры в сравнении с предшествующими результатами хорошо согласуется с теоретическими оценками работы [16].…”

“…Гетерострук-XXIV Международный симпозиум " Нанофизика и наноэлектроника" туры с узкими КЯ оказываются предпочтительными (по сравнению с однородными эпитаксиальными пленками HgCdTe и гетероструктурами с потенциальными ямами HgCdTe) при построении лазерных структур [19][20][21][22], что обусловлено намного большей пороговой энергией оже-рекомбинации в узких КЯ HgTe/CdHgTe за счет локально симметричных законов в окрестности k = 0 дисперсии для электронов и дырок. В работе [21] было установлено, что стимулированное излучение (СИ) вблизи длины волны 3 мкм может быть получено в структурах с узкими КЯ при температурах до 265 K. Значительное повышение рабочей температуры в сравнении с предшествующими результатами хорошо согласуется с теоретическими оценками работы [16]. Отметим, что температуры > 205 K могут быть получены с помощью термоэлектрического охлаждения Пельтье, что определяет возможность практического применения лазерных гетероструктур с КЯ HgTe/CdHgTe.…”