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Erschienen in: Optical and Quantum Electronics 10/2018

01.10.2018

Optimization of cubic GaN/AlGaN quantum cascade structures for negative refraction in the THz spectral range

verfasst von: Miloš Dubajić, Aleksandar Daničić, Nikola Vuković, Vitomir Milanović, Jelena Radovanović

Erschienen in: Optical and Quantum Electronics | Ausgabe 10/2018

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Abstract

In this work we theoretically investigate a possibility to use cubic nitride based multi-layer periodic nanostructure as a semiconductor metamaterial. The structure design is based on an active region of a quantum cascade laser optimized to achieve optical gain in the Terahertz (THz) spectral range. In particular, we test the GaN/AlGaN quantum well configurations, which should exhibit important advantages compared to GaAs-based structures, namely room temperature operation without the assistance of magnetic field and lower doping densities. Our numerical rate-equations model is solved self-consistently and it takes into account electron-longitudinal optical phonon scattering between all the relevant states among the adjacent periods of the structure. A global optimization routine, specifically genetic algorithm is then used to generate new gain-optimized structures. This work confirms the advantages of cubic GaN designs over GaAs ones, namely feasibility of negative refraction at room temperature without the assistance of magnetic field while keeping the doping densities of the same order of magnitude.

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Literatur
Zurück zum Zitat Basu, P.K.: Theory of Optical Processes in Semiconductors. Oxford University Press, Oxford (2003)CrossRef Basu, P.K.: Theory of Optical Processes in Semiconductors. Oxford University Press, Oxford (2003)CrossRef
Zurück zum Zitat Harrison, P., Valavanis, A.: Quantum Wells, Wires and Dots. Wiley, Chichester (2016)CrossRef Harrison, P., Valavanis, A.: Quantum Wells, Wires and Dots. Wiley, Chichester (2016)CrossRef
Zurück zum Zitat Levinshteĭn, M.E., Mikhail, E., Shur, M., Rumyantsev, S.L.: Properties of Advanced Semiconductor Materials: GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe. Wiley, New York (2001) Levinshteĭn, M.E., Mikhail, E., Shur, M., Rumyantsev, S.L.: Properties of Advanced Semiconductor Materials: GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe. Wiley, New York (2001)
Zurück zum Zitat Wacker, A.: Quantum cascade laser: an emerging technology. In: Nonlinear Laser Dynamics, Berlin (2012)CrossRef Wacker, A.: Quantum cascade laser: an emerging technology. In: Nonlinear Laser Dynamics, Berlin (2012)CrossRef
Metadaten
Titel
Optimization of cubic GaN/AlGaN quantum cascade structures for negative refraction in the THz spectral range
verfasst von
Miloš Dubajić
Aleksandar Daničić
Nikola Vuković
Vitomir Milanović
Jelena Radovanović
Publikationsdatum
01.10.2018
Verlag
Springer US
Erschienen in
Optical and Quantum Electronics / Ausgabe 10/2018
Print ISSN: 0306-8919
Elektronische ISSN: 1572-817X
DOI
https://doi.org/10.1007/s11082-018-1639-1

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