بررسي اثر اندازه بر خواص گسيلندگي ليزرهاي نقطه كوآنتومي مخروطي-شكل InGaAs/GaAs

Investigation size effect on the emission properties of InAs/GaAs conical-shaped quantum dot lasers

در اين مقاله، اثر اندازه بر خواص گسيلي ليزرهاي نقطه كوآنتومي مخروطي‌‌ـ‌شكل InAs/GaAs با لايه خيس بررسي شد. ابتدا با استفاده از روش محاسباتي اجزاي محدود و بهره‌گيري از تقريب جرم موثر، معادله شرودينگر براي دو دسته نقطه كوآنتومي مخروطي‌‌ـ‌شكل با لايه خيس حل شد و توابع پوش و ترازهاي انرژي حالت پايه، برانگيخته اول و تراز لايه خيس به‌دست آمدند. سپس با استفاده از تابع پوش الكترون، دوقطبي هاي گذار و زمان گذار خودبه‌خودي محاسبه شدند و وابستگي آن‌ها به اندازه مشخص شدند. در نهايت با حل معادلات آهنگ ليزر، ويژه ليزرهاي نيم‌رسانا، به بررسي و محاسبه توان خروجي پرداختيم. نتايج نشان مي‌دهند كه با افزايش اندازه نقاط، مقادير ويژه انرژي الكترون كاهش مي يابند. همچنين افزايش ابعاد، زمان گذار خودبه‌خودي را نيز كاهش مي‌دهد. نهايتاً با افزايش ابعاد نقطه، توان خروجي ليزر افزايش مي‌يابد. به علت وابستگي فركانس گذار به اندازه نقطه كوآنتومي، فركانس گسيل نيز تابع اندازه نقطه كوآنتومي است.

In this study, the effect of size on the emission properties of InAs/GaAs conical-shaped quantum dot (QD) lasers coupled to wetting layer was investigated. At first, by using the numerical method of finite element and effective mass approximation, the Schrodinger equation for two types of QDs were solved and the envelop functions for the ground state, first excited state, and wetting layer state were obtained. Then, using the envelop functions, the transition dipole moments and spontaneous lifetimes were calculated and their dependence on size was investigated. Later, the output power of QD laser was calculated by using semiconductor laser rate equations. The results showed that by increasing the QD size, the energy eigenvalues as well as the spontaneous lifetime decreases noticeably. We found out that the laser output decreases with increasing the size of QD. As the transition frequencies are also dependent on the size, the output frequency is revealed to shift by changing the QD size.