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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019年6月23日至27日)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - I类中红外激光二极管中的激活俄歇过程及其波长依赖性

DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872666 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 基于GaSb材料体系的一类量子阱（QW）激光器在中红外波段[1]展现出优异特性。然而当波长（λ）处于2-4微米范围时，由于俄歇复合效应增强[2]，其性能开始下降。在俄歇过程中，电子-空穴复合释放的能量会转移至第三个载流子。为制定抑制俄歇复合的策略，关键在于理解主导俄歇复合路径的强度与本质，及其对工作波长λ和温度（T）的依赖关系。量子阱结构中可发生两种本质不同的俄歇过程[3]：激活型俄歇过程中，初始与末态载流子均局域于量子阱平面内，该过程的复合速率因受能量与动量守恒导致的激活能影响而呈指数型温度依赖；无阈值俄歇过程中，初始载流子态可存在于带边附近（导带/价带底部），第三个载流子则沿垂直于阱平面的方向被激发至非束缚态连续区。由于无需激活能，无阈值俄歇过程仅呈现微弱温度依赖性。 本研究报道了工作波长1.95-3.2微米范围内一类量子阱器件阈值电流密度（Jth）的温度与波长依赖性。通过变温测量发现：从低温至转折温度点[4]，辐射复合占主导地位；超过该转折点后Jth的温度敏感性急剧上升，表明强温度敏感的激活型俄歇过程开始显现。利用静水压调节激光器工作波长以探究俄歇系数的λ依赖性。通过建模激光器的增益与损耗特性确定了阈值载流子浓度（nth）。鉴于载流子浓度计算对阈值增益高度敏感，我们采用分段接触法实验测定光学损耗。通过提取实验测得的Jth辐射分量并假设剩余非辐射电流（(cid:1836)(cid:1866)(cid:1870)=(cid:1829)(cid:1866)(cid:1872)?），计算得出系数C及其波长依赖性——尽管分析同时表明该依赖关系并非严格立方关系（即C受nth影响）。
作者： Timothy D. Eales，Markus-C. Amann，Igor P. Marko，Barnabas A. Ikyo，Alf R. Adams，Alexander Andrejew，Kristijonas Vizbaras，Leon Shterengas，Gregory Belenky，Igor Vurgaftman，Jerry R. Meyer，Stephen J. Sweeney
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研究概述 实验方案

研究目的

研究I类中红外激光二极管中俄歇复合的波长和温度依赖性，以制定抑制策略。

研究成果

该研究确定了I类量子阱激光器在突破点温度以上会出现对温度高度敏感的激活俄歇过程。通过静水压探测俄歇系数的波长依赖性，发现其并非严格遵循立方关系。这些发现对制定抑制中红外激光二极管俄歇复合的策略至关重要。

研究不足

该研究仅限于基于GaSb材料体系、工作于1.95-3.2微米中红外波段的I型量子阱激光器。分析表明，俄歇系数对载流子密度的依赖关系并非严格的立方关系，这意味着模型未能完全涵盖俄歇复合过程中的潜在复杂因素。

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