量子カスケードレーザについて

質問

量子カスケードレーザとは、量子カスケード構造をしたレーザで、励起された電子（or正孔）を複数回利用することで、強い発光を得ることが出来る。（量子効率がとても良い）
しかし、可視光領域での発光は望まれず、赤外光や電波領域での電磁波の発生が有用だそうです。（可視光領域だと、とてつもないエネルギーが必要になるから？）

とのことですが、量子カスケード構造というものが分かりません。
電子(or正孔）のサブバンド間遷移によって発光させているようですが、そもそもサブバンドのことが理解できませんorz

量子カスケードとはどういう構造であるのか？
エネルギー障壁の幅を変えることで何故サブバンドの位置が変わるのか？

あまりネット上に情報が無く、見つけても理解することができませんorz
どなたか「こんな感じ」とだけでもいいので、ご教授くださいませんか…？

回答No.2

gandhi- · ベストアンサー

単純な量子井戸で考えてみてください。

量子井戸が薄くなるほど、波動関数の閉じ込めが強くなります。
閉じ込めが強くなると、n=1の基底準位と次のn=2の準位間の間隔が広くなります。
（まずは１次元無限障壁の量子井戸構造でシュレーディンガー方程式を解いてみることです。一番基本的なので教科書で必ず説明されています）
井戸が薄くなると、この準位間のエネルギー差が大きくなるので、カスケードレーザの発光位置が変化することになります。

実際のカスケードレーザは膜厚を徐々に変えたような複雑な超格子のような構造になっていたと思います。
ただ、基本的な概念は上記のようなものです。
量子井戸内の準位間での遷移を使っています。

お礼

細かな解説までありがとうございます。

ちょっと計算をしてみたいと思います。ありがとうございました。

回答No.1

gandhi-

＞可視光領域での発光は望まれず、赤外光や電波領域での電磁波の発生が有用だそうです。
伝導帯のサブバンドを利用するため、遷移のエネルギー差を大きく取れないためです。
伝導帯のバンドオフセット以上のエネルギーでの発光はできません。
可視光は最低でも1.5eV程度以上のエネルギーが必要です。
バンドオフセットがそこまで大きい材料は限られてきます。
とてもレーザーに応用できるほど成長技術が発達した材料はないでしょう。

量子カスケードレーザと調べれば、構造、原理についての説明はすぐ見つかります。

＞エネルギー障壁の幅を変えることで何故サブバンドの位置が変わるのか？
井戸の厚さが変わると井戸内の量子準位の位置が変わります。
そのため発光エネルギーも変わってきます。

お礼

回答ありがとうございます。

>井戸の厚さが変わると井戸内の量子準位の位置が変わります。
ここの部分なのですが、井戸の厚みで準位が変わるのは何故でしょう…？そこが知りたいです。