文本内容:
太赫兹量子级联激光器和其它重要的半导体源曹俊诚封松林中国科学院上海微系统与信息技术研究所,信息功能材料国家重点实验室太赫兹[]技术涉及电磁学、光电子学、半导体物理学、THz
1.3材料科学以及通信等多个学科它在信息科学、生物学、医学、天文学、环境科学等领域有重要的应用价值振荡源则是频段应用的关键器件研制可以产THz THz生连续波发射的固态半导体振荡源是技术研究中最前沿的问题之一基于半导THz体的辐射源有体积小、易集成等优点本文简单介绍了量子级联激光器、THz THz负有效质量振荡器以及半导体超品格振荡器等源的工作原理及其研究进展等THz量子级联激光器传统的半导体激光器是基于带间跃迁过程THz其辐射频率由材料导带和价带的带隙决定,因此不利于实现长波长的激射然而,对于子带间激光器,电子跃迁发生在半导体量子限制的导带子带之间其跃迁的初态和终态具有相似的色散关系,激射频率取决于子带间能级差子带间距可通过半导体“能带工程”进行调节,如改变量子阱或垒的厚度,材料的组分,外加偏压等基于子带间跃迁的半导体量子级联激光器是实现太赫兹辐射的重要器件和发展方向年报道了由意大利和英国合作研制的世界上第一个太赫兹量子级联激2002Nature光器[]其激射频率为在温度为时,器件的输出功率可以达到4,
4.4THz,8K2mW,对应的阈值电流为美国的[]等于年报道了290A/cm2o MITQ.Hu
520033.4THz的量子级联激光器中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室与加拿大国家研究院微结构研究所合作,采用半导体共振光学声子设计和双面金属波导结构于年研制成功了激射频率为的量子级联激光器[
20042.9THz6,]目前,基于共振声子散射的太疯遨量子级联激光器脉冲工作温度已经可以达7到而连续工作温度也已经达到137K,97Ko负有效质量振荡器理论上已证明利用型半导体空穴负有效质P量区域可以产生振荡[]由于型半导体空穴的迁移速度随电场变化的关THz8o p系中存在负微分电导区域,而这一负微分电导区域可以产生频率达到范围的电THz振荡它产生电振荡的机理与传统的耿氏器件非常相似,但由于它不需要利用能谷间的散射,所以可以有效的提高电振荡的频率进一步的研究表明,利用宽禁带材料比如的能带结构中的负有效质量区域,避免驰豫时间较长的能谷间散射,也GaN可以产生频率达到范围的电振荡[]THz9半导体超晶格振荡器利用半导体微带超晶格中由于布喇格散射引起的负微分漂移速度特性实现超晶格振荡源成为最基本的想法在外加直流电场作用下,微带THz超晶格在合适的掺杂条件下形成运动的偶极电场畴甩场畴在超晶格中的周期性运动引起了自维持电流振荡实验表明,利用含有个周期的
1204.4nm/
0.9nm的超晶格则制成了振荡频率高达发射功率的超晶InGaAs/InAlAs147GHz,80uW格振荡器[]这些振荡器都是基于偶极电场畴运动激发电流振荡10
[1]B.Ferguson,X.C.Zhang,Nature Materials,1,
262002.
[2]P.H.Siegel,IEEE Trans.Micro-wave TheoryTech,50,
9102002.
[3]J.C.Cao,Phys.Rev.Lett.91,
2374012003.
[4]R.Kohler etal,A.Tredicucci,F.Beltram,H.E.Beere,E.H.Linfield,A.G.Davies,D.A.Ritchie,R.C.lotti,and F.Rossi,Nature417,
1562002.
[5]B.S.Williams,S.Kumar,H.Callebaut,Q.Hu,and J.L.Reno Appl.PhysoLett.83,
21242003.
[6]H.C.Liu,M.Wachter,D.Ban,Z.R.Wasilewski,M.Buchanan,G C.Aers,J.C.Cao,S.L.Feng,B.S.Williams,and Q.Hu,Appl.Phys.Lett.87,
1411022005.
[7]X.Y He,J.C.Cao,J.T.Ll,and S.L.Feng,Chinese PhysicsLetters22,
31632005.
[8]J.C.Cao,H.C.Liu,and X.L.Lei,J.Appl.Phys.,87,
28672000.
[9]J.T.Lu andJ.C.Cao,Semicond.Sci.TechnOl.,19,
4512004.
[10]E.Schomburg,M.Henini,J.M.Chamberlain,D.P.Steenson,S.Brandl,K.Hofbeck,K.F.Renk,and W.Wegscheider,Appl.Phys.Lett.74,
21791999.。