Стимулированные излучения при переходах между лестницами Ванье–Штарка в полупроводниковых сверхрешетках

Продемонстрированы новые внутризонные полупроводниковые лазеры на основе простых сверхрешеток (СР) GaAs(150 А, яма)–GaAlAs(19 А, с долей алюминия 12 %, барьер) – ванье-штарковские (ВШ) лазеры. Механизм усиления в них основан на инверсии населенности между основным уровнем ВШ в ямах СР и слабо заселенным верхним уровнем ВШ в ямах на два, три, четыре периода вниз по приложенному потенциалу. В чипах лазеров обнаружены множественные области интенсивного стимулированного СВЧ-излучения в окрестности напряжений 8, 13 и 20 В (т.е. в окрестности резонансов между этими уровнями ВШ СР). Стимулированное излучение возникает в контуре, состоящем из чипа и системы его подключения. В одном из чипов излучение (в окрестности 20 В, приложенных к чипу) существует на частоте около 7.3 ГГц при температуре до 150 К и имеет оценочную мощность до 1 Вт. Продемонстрировано, что отрицательная проводимость, ответственная за излучение, сохраняется и при 300 К, а излучения не наблюдается из-за больших потерь в контуре при этой температуре. Пластина с СР выращена методом MOCVD. Она имеет 1000 периодов и стоп-слой для создания терагерцового резонатора металл–CP–металл. Терагерцового излучения не наблюдалось из-за малого коэффициента усиления в сравнении с потерями в резонаторе. Проведенные эксперименты, расчеты и обсуждения показывают, что при оптимизации параметров подобные СР могли бы стать конкурентами каскадных лазеров как источников излучения на частотах от ГГц до ТГц и выше.