Квантовые каскадные лазеры

Квантовые каскадные лазеры − полупроводниковые лазеры, которые излучают в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне. В отличие от обычных полупроводниковых лазеров, которые излучают посредством вынужденных переходов между разрешенными электронными и дырочными уровнями, разделенными запрещенной зонойполупроводника, излучение квантовых каскадных лазеров возникает при переходе электронов между слоями гетероструктуры полупроводника и состоит из двух типов лучей, причем вторичный луч обладает весьма необычными свойствами и не требует больших затрат энергии.

Многие недостатки простых лазерных структур (высокая пороговая плотность тока, низкий КПД, малая долговечность) были устранены с разработкой гетеролазеров при использовании гетероструктур с односторонним (ОГС) и двухсторонним ограничением (ДГС).

Например, в лазерной структуре ДГС активный слой p-GaAs ограничен двумя широкозонными областями.

В такой структуре нет необходимости легировать полупроводник до вырождения, так как высокая концентрация носителей в активной области достигается благодаря суперинжекции. Снижение уровня легирования способствует уменьшению потерь на безизлучательную рекомбинацию и повышению квантовой эффективности h _вн. Гетеропереход препятствует проникновению избыточных носителей в широкозонные области, и они практически все сосредоточиваются в активной средней области.

В таких структурах присутствует и волноводный эффект, так как излучение будет концентрироваться в области с более высоким коэффициентом преломления, а именно в активном слое. Это явление называется эффектом удержания света.

Поскольку при использовании ДГС носители удерживаются в активном слое и эффективно взаимодействуют, можно обеспечить малую плотность тока (J@ 10³А/см²) и малое значение прямого тока. Снижению рабочих токов способствует и применение полосковых конструкций лазеров. Такие структуры позволяют создавать инжекционные лазеры, способные работать не только в импульсном, но и в непрерывном режимах.

Полупроводниковые инжекционные лазеры широко используются в различных системах связи, системах ночного видения и целеуказания, устройствах охранной сигнализации, проигрывателях компакт-дисков и др.