KR100532986B1 - 양자우물구조를 이용한 적외선레이저 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자우물구조를 이용한 적외선레이저에 관한 것으로, 종래에는 전위가 인가되어야 비로소 협소한 양자우물이 평평한 상태에서 다음 세트의 양자우물 쪽으로 전자가 몰리도록 기울어지므로, 다음 세트로의 전자탈출 효율이 감소되는 문제점이 있었다. 이와같은 문제점을 감안한 본 발명은 제1배리어장벽을 통해 이격된 폭이 넓은 양자우물 및 폭이 협소한 양자우물을 한 세트로 하는 여러 세트로 이루어지고, 상기 제1배리어장벽에 비해 협소한 제2배리어장벽을 통해 각 세트가 분리되고, 상기 폭이 넓은 양자우물은 전위가 인가되지 않은 상태에서 상기 폭이 협소한 양자우물 쪽으로 전자가 몰리지 않도록 일정한 경사를 갖도록 이루어져, 전위가 인가된 상태에서 상기 폭이 넓은 양자우물로부터 상기 폭이 협소한 양자우물로 전자가 이동하면서 적외선이 방출되는 양자우물구조를 이용한 적외선레이저에 있어서, 상기 폭이 협소한 양자우물은 상기 폭이 넓은 양자우물의 경사와 반대방향으로 경사를 갖도록 형성한 양자우물구조를 이용한 적외선레이저를 통해, 전위가 인가되기 전에 협소한 양자우물이 폭이 넓은 양자우물과 반대 방향으로 경사를 갖도록 형성함으로써, 문턱전압이 낮고, 보다 많은 광자를 방출시킬수 있는 적외선레이저를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

양자우물구조를 이용한 적외선레이저
본 발명은 양자우물구조를 이용한 적외선레이저에 관한 것으로, 특히 배리어장벽을 통해 이격된 2개의 양자우물을 한 세트로 하여 인가되는 전계에 따라 적외선이 방출되는 양자우물구조를 이용한 적외선레이저에 관한 것이다.
도1은 종래 양자우물구조를 이용한 적외선레이저의 전위가 인가되기 전의 에너지밴드를 보인 도로서, 이에 도시한 바와같이 전위가 인가되기 전에는 폭이 넓은 양자우물(WELL1)과 협소한 양자우물(WELL2)이 1세트를 이루며, 폭이 넓은 양자우물(WELL1)과 협소한 양자우물(WELL2)을 구분하는 배리어장벽(B1)은 각 세트를 구분하는 배리어장벽(B2)에 비해 폭이 넓게 형성되고, 폭이 넓은 양자우물(WELL1)은 협소한 양자우물(WELL2)쪽으로 전자가 넘어가지 않도록 일정한 기울기를 갖는다.
전위가 인가되기 전의 종래 적외선레이저는 폭이 넓은 양자우물(WELL1)의 기울기로 인해 광자(photon)가 방출되지 않는다.
이때, 적외선레이저에 전위가 약 50kV/cm정도로 인가되면 도2에 도시한 바와같이 폭이 넓은 양자우물(WELL1)의 기울기가 평평하게 변화하여 광자가 방출되며, 협소한 양자우물(WELL2)은 다음 세트의 양자우물 쪽으로 전자가 몰리도록 기울어지며, 그 방출되는 광자의 에너지는 폭이 넓은 양자우물(WELL1)과 협소한 양자우물(WELL2)의 그라운드 스테이트(ground state) 차이이다.
한편, 각각의 세트를 구분하는 배리어장벽(B2)는 폭이 협소하기 때문에 폭이 넓은 양자우물(WELL1)로부터 이동한 전자들이 협소한 양자우물(WELL2)에 머물지 않고, 다음 세트로 탈출하므로, 협소한 양자우물(WELL2)은 빈 상태를 유지하여 폭이 넓은 양자우물(WELL1)로부터 전자를 더욱 빨리 받아들이게 된다.
이와같은 상태에서 적외선레이저에 인가되는 전위가 더욱 증가하면, 폭이 넓은 양자우물(WELL1)은 협소한 양자우물(WELL2) 쪽으로 전자가 몰리도록 기울어지고, 이에따라 전자의 탈출은 가속화되어 레이징(rasing)이 시작된다.
그러나, 상기한 바와같은 종래의 양자우물구조를 이용한 적외선레이저는 전위가 인가되어야 비로소 협소한 양자우물이 평평한 상태에서 다음 세트의 양자우물 쪽으로 전자가 몰리도록 기울어지므로, 다음 세트로의 전자탈출 효율이 감소되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 협소한 양자우물로부터 다음 세트의 양자우물로 전자의 탈출효율을 향상시킬 수 있는 양자우물구조를 이용한 적외선레이저를 제공하는데 있다.
상기한 바와같은 본 발명의 목적은 제1배리어장벽을 통해 이격된 폭이 넓은 양자우물 및 폭이 협소한 양자우물을 한 세트로 하는 여러 세트로 이루어지고, 상기 제1배리어장벽에 비해 협소한 제2배리어장벽을 통해 각 세트가 분리되고, 상기 폭이 넓은 양자우물은 전위가 인가되지 않은 상태에서 상기 폭이 협소한 양자우물 쪽으로 전자가 몰리지 않도록 일정한 경사를 갖도록 이루어져, 전위가 인가된 상태에서 상기 폭이 넓은 양자우물로부터 상기 폭이 협소한 양자우물로 전자가 이동하면서 적외선이 방출되는 양자우물구조를 이용한 적외선레이저에 있어서, 상기 폭이 협소한 양자우물은 상기 폭이 넓은 양자우물의 경사와 반대방향으로 경사를 갖도록 형성함으로써 달성되는 것으로, 본 발명에 의한 양자우물구조를 이용한 적외선레이저를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도3은 전위가 인가되기 전의 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지밴드를 보인 도로서, 이에 도시한 바와같이 종래의 도1에 비해 협소한 양자우물(WELL2)이 폭이 넓은 양자우물(WELL1)의 반대방향으로 경사를 갖도록 각각의 세트를 형성한다.
이와같은 본 발명의 일 실시예도 종래와 동일하게 전위가 인가되기 전에는 폭이 넓은 양자우물(WELL1)의 기울기로 인해 광자(photon)가 방출되지 않는다. 단지, 협소한 양자우물(WELL2)에는 폭이 넓은 양자우물(WELL1)에 가까워질수록 전자가 존재할 가능성이 적어진다.
도4는 이와같은 협소한 양자우물(WELL2)의 전자분포를 보인 도로서, 이에 도시한 바와같이 폭이 넓은 양자우물(WELL1)에 비해 다음세트의 양자우물쪽에 전자가 존재할 확률이 높아지며, 따라서 폭이 넓은 양자우물(WELL1)로부터 전자를 받아들일 확률이 높아진다.
이는 같은 전위하에서 폭이 넓은 양자우물(WELL1)에서 협소한 양자우물(WELL2)로 전자의 천이가 빨라져 보다 많은 광자를 얻을수 있고, 따라서 문턱전압이 낮은 적외선레이저를 구현할 수 있다는 것을 의미한다.
그리고, 도5는 전위를 인가하였을때의 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지밴드를 보인 도로서, 종래 도2에 비해 협소한 양자우물(WELL2)의 경사가 급격해짐을 알수 있다.
한편, 이와같이 양자우물(WELL1,WELL2)의 폭을 서로 다르게 형성하기 위해서는 양자우물이 형성되는 층을 성장시킬 때, 두께를 서로 다르게 하고, 양자우물(WELL1,WELL2)이 기울기를 갖도록 하기 위해서는 서로 밴드갭이 다른 물질(예:InAs, GaAs)의 조성을 조금씩 변화시키며 성장시킨다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 양자우물구조를 이용한 적외선레이저는 전위가 인가되기 전에 협소한 양자우물이 폭이 넓은 양자우물과 반대 방향으로 경사를 갖도록 형성함으로써, 문턱전압이 낮고, 보다 많은 광자를 방출시킬수 있는 적외선레이저를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도1은 종래 양자우물구조를 이용한 적외선레이저의 전위가 인가되기 전의 에너지밴드를 보인 도.
도2는 도1에 있어서, 전위가 인가된 후의 에너지밴드를 보인 도.
도3은 전위가 인가되기 전의 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지밴드를 보인 도.
도4는 도3에 있어서, 협소한 양자우물의 전자분포를 보인 도.
도5는 도3에 있어서, 전위가 인가된 후의 에너지밴드를 보인 도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
WELL1,WELL2:양자우물 B1,B2:배리어장벽

Claims (1)

  1. 제1배리어장벽을 통해 이격된 폭이 넓은 양자우물 및 폭이 협소한 양자우물을 한 세트로 하는 여러 세트로 이루어지고, 상기 제1배리어장벽에 비해 협소한 제2배리어장벽을 통해 각 세트가 분리되고, 상기 폭이 넓은 양자우물은 전위가 인가되지 않은 상태에서 상기 폭이 협소한 양자우물 쪽으로 전자가 몰리지 않도록 일정한 경사를 갖도록 이루어져, 전위가 인가된 상태에서 상기 폭이 넓은 양자우물로부터 상기 폭이 협소한 양자우물로 전자가 이동하면서 적외선이 방출되는 양자우물구조를 이용한 적외선레이저에 있어서, 상기 폭이 협소한 양자우물은 상기 폭이 넓은 양자우물의 경사와 반대방향으로 경사를 갖도록 형성한 것을 특징으로 하는 양자우물구조를 이용한 적외선레이저.
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