계단형태의 활성영역을 가진 고출력 양자폭포레이저 특성 연구 = Study of the Characteristics of Quantum Cascade Lasers Employing a Tapered-active Region

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Conventional quantum cascade lasers (QCLs) are composed of a superlattice structure with identical compositions of quantum wells and barriers. In this structure, the energy difference between the upper laser state and the upper energy states leads to a significant leakage current from the upper laser state to the continuum band at room temperature. As a result, the operating characteristics ($i.e.$, T$_{0}$ and T$_{1}$) of QCLs at roon temperature are poor. In order to suppress carrier leakage in the active region, we suggest a QCL structure employing a tapered-active region (TA). Importantly, the alloy composition of the quantum wells and barriers are varied in this structure. In order to compare the operating characteristics of conventional QCL’s at room temperature with those of TA QCLs, we have examined the leakage current density at various temperatures by using a K$\cdot$P simulation. A significant reduction in the carrier leakage is found for the TA QCL structure. The reduction in the carrier leakage may improve the output power and the wallplug efficiency of the QCL during room-temperature, continuous-wave

국문 초록 (Abstract)

기존의 양자폭포레이저는 동일한 조성비의 양자우물과 장벽이 연속적으로 적층된 구조 (초격자 구조)를 가지고 있다. 이러한 구조에서는 상위 에너지 준위간의 작은 에너지 차로 인해 상온에서 다량의 누설전류가 발생하므로 양자폭포레이저의 상온동작특성이 크게 떨어지게 된다. 본 논문에서는 상온동작 시 누설전류를 억제하기 위하여 양자우물과 장벽의 조성비를 변화하여 계단형태의 활성영역을 가지는 양자폭포레이저 구조를 제안하였다. 기존의 양자폭포레이저와 계단형태의 활성영역을 가진 양자폭포레이저의 상온동작특성에 대해 비교하기 위해 K$\cdot$P 시뮬레이션을 통하여 온도에 따른 누설전류 및 이를 고려한 문턱전류밀도에 대하여 살펴보았다. 계단형태의 활성영역을 가진 구조를 통한 전체 문턱전류밀도 대비 누설전류밀도의 감소는 상온 연속동작 시 양자폭포레이저의 광출력(output power) 및 월플러그 효율(wall-plug efficiency) 특성을 크게 향상 시킬 수 있다.

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