Theory of relaxation for spontaneous emission of Bloch oscillation radiation

A theory for the spontaneous emission (SE) of radiation for a Bloch electron traversing a single energy miniband of a superlattice (SL) in a cavity while undergoing scattering is presented. The Bloch electron is accelerated under the influence of superimposed constant external and internal inhomogeneous electric fields while radiating into a microcavity. The constant external electric field strength is chosen so that the emitted radiation lies in the terahertz spectral range. The quantum dynamics for the inhomogeneous field correction is obtained from a Wigner–Weisskopf-like long-time, time-dependent perturbation theory analysis based on the instantaneous eigenstates of the electric field-dependent Bloch Hamiltonian. It is shown that SE for the cavity-enhanced Bloch electron probability amplitude becomes damped and frequency shifted due to the perturbing inhomogeneity. The developed general quantum approach is applied to the case of elastic electron scattering due to SL interface roughness (SLIR). In the analysis, the interface roughness effects are separated into contributions from independent planar and cross-correlated neighboring planar interfaces; it is estimated that the crosscorrelated contribution to the SE relaxation rate is relatively small compared to the independent planar contribution. When analyzing the total emission power, it is shown that the degradation effects from SLIR can be more than compensated for by the enhancements derived from microcavity-based confinement tuning

UTILIZATION OF QUANTUM DISTRIBUTION FUNCTIONS FOR ULTRA-SUBMICRON DEVICE TRANSPORT

La représentation de Wigner est considérée comme une méthode utilisable pour décrire les phénomènes de transport quantique dans la physique des dispositifs submicroniques. La fonction de distribution de Wigner est rappelée ici et sa non unicité est discutée, ainsi que sa généralisation aux autres fonctions de distribution quantique. L'équation du mouvement pour la fonction de distribution de Wigner est décrite et un nouveau résultat, les moments de cette équation du mouvement, est obtenu. On montre que les équations du moment contiennent des corrections quantiques par rapport aux équations classiques et que ces termes quantiques ne sont pas négligeables lorsque les longueurs de transit des porteurs sont de l'ordre de la longueur d'onde de de Broglie.The Wigner representation is considered as a method for describing quantum transport phenomena in connection with submicron device physics. The Wigner distribution function is reviewed, its non-uniqueness discussed ; its generalization to other quantum distribution functions is examined. The equation of motion for the Wigner distribution function is described and a new result, the moments of this equation of motion, is derived. It is shown that the moment equations contain quantum corrections to the classical moment equations ; these quantum terms are seen to be non-negligible when the carrier transit lengths are of the order of the particle deBroglie wavelength

HOT CARRIER SPACE AND TIME DEPENDENT TRANSIENTS IN SHORT CHANNEL GALLIUM ARSENIDE DEVICES

Nous examinons ici les phénomènes transitoires de transport dans l'arseniure de gallium lorsque les champs varient dans le temps et l'espace avec une vitesse finie. Pour des variations temporelles et des champs uniformes ; l'on montre que le pic de survitesse est sensible au temps de montée de la polarisation. Pour des variations dans l'espace la vitesse moyenne des porteurs est extrêmement sensible aux gradients et quoique l'on puisse obtenir une survitesse, celle-ci est plus faible que celle obtenue dans un champ uniforme.We examine transient carrier transport in gallium arsenide when the fields change temporally and spatially at a finite rate. For temporal changes and uniform fields the peak overshoot velocity is shown to be sensitive to bias rise times. For spatial changes the mean carrier velocity is extremely sensitive to gradients, and while overshoot can occur it is also below the peak uniform field value

BAND-STRUCTURE DEPENDENT IMPACT IONIZATION IN SILICON AND GALLIUM ARSENIDE

Nous avons développé une simulation par la méthode de Monte Carlo pour du silicium et de l'AsGa en incluant une structure de bande réaliste. Les taux d'ionisation par impact et les vitesses de dérive en régime continu sous forts champs électriques (>100 kV/cm) ont été calculés à différentes températures.We have performed a Monte Carlo simulation for GaAs and Si with the realistic band structure included. Steady state impact ionization rates and drift velocities under high electric fields (> 100 kV/cm) were calculated at various temperatures