|
|
|
» Model numeryczny lasera QCL oparty na formalizmie nierównowagowych funkcji Greena
|
|
Andrzej Kolek  Grzegorz Hałdaś Maciej Bugajski
Jednym ze sposobów modelowania przyrządów nanoelektronicznych
jest metoda nierównowagowych funkcji Greena (NEGF)
[1, 2]. Metodę tę i szczegóły jej stosowania w odniesieniu do nanostruktur
warstwowych opisano m.in. w pracach [1-5]. W tym
przypadku równania formalizmu NEGF oraz Poissona rozwiązywane
są w przestrzeni 1D z uwzględnieniem wektora pędu k||
w płaszczyźnie równoległej do warstw struktury. W szczególności
w/w równania rozwiązywane są w przestrzeni rzeczywistej, w kierunku
z, prostopadłym do warstw heterostruktury, w którym odbywa
się transport ładunku. Metoda umożliwia wyznaczenie m.in.
pędowo-energetyczno-przestrzennych rozkładów funkcji gęstości
stanów N, gęstości elektronów n, gęstości prądu J oraz współczynnika
absorpcji α. Wielkości te można wyznaczać z uwzględnieniem
różnego rodzaju rozproszeń elastycznych i nieelastycznych
zachodzących w strukturze, które w formalizmie uwzględnia
się za pomocą tzw. energii własnych (ΣR,<).
W pracy opisano wyniki symulacji struktury kwantowego lasera
kaskadowego (QCL) emitującego promieniowanie w zakresie
średniej podczerwieni (mIR). Struktura takiego przyrządu
zawiera kilkadziesiąt identycznych modułów (okresów), które
w warunkach polaryzacji tworzą układ kaskady. Z oczywistych
względów obliczenia prowadzi się dla pojedynczego okresu,
a "oddziaływanie" z sąsiednimi modułami jest imitowane przez
odpowiednie warunki brzegowe. Z uwagi na okresowość całej
struktury warunki te mają cechy periodycznych warunków brzegowych
z uwzględnieniem "przesunięcia" w dziedzinie energii
E o wartość ±eU wynikającą z napięcia elektrycznego (U ) na
pojedynczym okresie lasera. W pracy [5] opisano szczegółowo
warunki brzegowe stosowane w użytym symulatorze. Ich cechą
charakterystyczną jest nierównowagowy rozkład elektronów zasilających/
opuszczających pojedynczy moduł lasera wyznaczony
w sposób samo-uzgodniony, spełniający wspomniany wyżej
warunek okresowości. Obliczenia prowadzone są [...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/10
|
|
|
|
|
|
|
|
|
» Struktura pasmowa i optyczne właściwości supersieci InAs/GaSb
|
|
ELŻBIETA MACHOWSKA-PODSIADŁO AGATA JASIK KAMIL PIERŚCIŃSKI MACIEJ BUGAJSKI
Supersieci InAs/GaSb są strukturami, w których dolna granica
pasma przewodnictwa w obszarze InAs znajduje się poniżej
górnej granicy pasma walencyjnego w obszarze GaSb.
Takie charakterystyczne ułożenie pasm energetycznych
sprawia, że struktury tego rodzaju mogą być wykorzystane
do detekcji promieniowania podczerwonego w szerokim zakresie
długości fal (2…30 μm). Krawędź absorpcji konkretnego
układu materiałów jest uzależniona od grubości warstw,
które tworzą strukturę supersieci. W pracy [2] pokazano relację
pomiędzy krawędzią absorpcji oraz grubością warstw
InAs, przy stałej grubości warstw GaSb. Wyznaczona zależność
ułatwia dobór geometrycznych parametrów supersieci,
przeznaczonych
do detekcji promieniowania, o konkretnej
długości fali.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 20 40 60 80 100
u [V]
i [μA]
iB = 0
iB = 0,2 μA
Struktury supersieci InAs/GaSb otrzymane zostały za pomocą
epitaksji z wiązek molekularnych (MBE). Parametry technologiczne
decydujące o jakości struktur utrzymywane były z dokładnością
±0,5% w trakcie procesów epitaksji. Umożliwia to wzrost
supersieci o poprawnej strukturze krystalicznej i dobrze zdefiniowanych
obszarach międzyfazowych. Supersieci [...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/10
|
|
|
» Techniki charakteryzacji laserów kaskadowych, badanie generacji i transportu ciepła w strukturach
|
|
|
Kamil Pierściński Dorota Pierścińska Kamil Kosiel Anna Szerling Maciej Bugajski
Kwantowe lasery kaskadowe QCLs (Quantum Cascade Lasers)
są obecnie bardzo szybko rozwijającą się grupą laserów półprzewodnikowych
emitujących w zakresie średniej podczerwieni
(3,5…24 μm) [1], jak i w zakresie terahercowym (1,2…4,9 THz)
[2,3]. Pierwsza demonstracja emisji w laserach kaskadowych
GaAs/AlGaAs miała miejsce w 1998 r. w grupie C. Sirtori w laboratoriach
Bella [4]. Od tego czasu lasery kaskadowe bazujące
na materiałach GaAs/AlGaAs zostały znacząco udoskonalone,
jednakże nadal maksymalna temperatura pracy na fali ciągłej
CW (Continous Wave) to temperatura kriogeniczna. Głównym
czynnikiem ograniczającym pracę CW jest wysoka moc przy
jakiej pracuje urządzenie. Wysokie prądy i napięcia zasilające
skutkują wydzieleniem dużej ilości ciepła w obszarze aktywnym
(progowa gęstość mocy sięga 90 kW/cm2). Prowadzi to do
niekorzystnego wzbudzania nośników z poziomów energetycznych
w studniach kwantowych do kontinuum stanów ponad tymi
studniami, przez co maleje inwersja obsadzeń, a stąd również
zmniejsza się wzmocnienie promieniowania i jeszcze bardziej
rośnie prąd progowy. Zwiększenie wydajności i niezawodności
laserów kaskadowych w wyższych temperaturach pracy wymaga
cieplnej optymalizacji struktury i montażu, niezbędna jest więc
znajomość rozkładu temperatury w przyrządzie. Pomiary rozkładów
temperatury na powierzchni zwierciadeł lasera QCL zostały
wykonane przy wykorzystaniu techniki eksperymentalnej - spektroskopii
termoodbiciowej (STR). Kwantowe lasery kaskadowe
zdobywają coraz większą popularność w wielu dziedzinach
n[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/10
|
|
|
» Morfologia powierzchni międzyfazowych w wielowarstwowych strukturach periodycznych AlGaAs/GaAs
|
|
|
ANNA BARAŃSKA KAMIL KOSIEL JUSTYNA KUBACKA-TRACZYK MACIEJ BUGAJSKI IWONA PASTERNAK TOMASZ PŁOCIŃSKI KRZYSZTOF KURZYDŁOWSKI
Cienkowarstwowe heterostruktury półprzewodnikowe AlGaAs/
GaAs są stosowane do wytwarzania przyrządów mikro- i optoelektronicznych
(takich jak tranzystory polowe, tranzystory
bipolarne, czy diody fotoluminescyjne i laserowe). Wspomniany
układ materiałowy stosuje się także w technologii epitaksji
struktur kwantowych laserów kaskadowych, emitujących promieniowanie
w zakresie średniej oraz dalekiej podczerwieni.
Ich działanie oparte jest na wewnątrzpasmowych przejściach
promienistych pomiędzy podpasmami energetycznymi, które
generowane są w układach sprzężonych kwantowych studni
potencjału.
Precyzyjnie zdefiniowane powierzchnie międzyfazowe
odrywają istotną rolę w prawidłowym działaniu optoelektronicznych
przyrządów półprzewodnikowych. Morfologia powierzchni
wpływa na właściwości optyczne, elektryczne oraz
energetyczne struktur półprzewodnikowych [1, 2]. Uzyskanie
w układach studni kwantowych poziomów energetycznych
zgodnych z teoretycznymi założeniami konstrukcyjnymi, warunkowane
jest właściwą kontrolą grubości warstw hetero-
-struktury, jak i uzyskaniem powierzchni międzyfazowych
o odpowiedniej morfologii. Chodzi tu zarówno o ich wystarczającą
gładkość, jak i o powstrzymanie zjawiska interdyfuzji
składników sąsiadujących warstw, która powoduje poszerzenie
interfejsu chemicznego. W przypadku kwantowych laserów
kaskadowych występowanie chropowatych powierzchni
międzyfazowych wpływa na intensyfikację zjawiska rozpraszania
nośników z dolnego poziomu iniektorowego na dolny
poziom laserowy [3]. Taki transport elektronów, zachodzący
z pominięciem górnego poziomu laserowego oznacza straty
i pogorszenie parametrów lasera (np. podwyższenie prądu
progowego). Wpływ na morfologię powierzchni międzyfazowych
AlGaAs/GaAs, występując[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/10
|
|
|
» Lasery kaskadowe na zakres średniej podczerwieni
|
|
|
KAMIL KOSIEL ANNA SZERLING PIOTR KARBOWNIK JUSTYNA KUBACKA-TRACZYK EMILIA PRUSZYŃSKA-KARBOWNIK ARTUR TRAJNEROWICZ DOROTA PIERŚCIŃSKA MACIEJ BUGAJSKI
Lasery kaskadowe QCLs (ang. Quantum Cascade Lasers) to
unipolarne przyrządy półprzewodnikowe, w których promieniste
przejścia elektronów zachodzą w ramach układu wewnątrzpasmowych
stanów kwantowych [1]. Warunkiem poprawnego
działania takiej struktury jest jej precyzyjne zaprojektowanie
i realizacja, dające po przyłożeniu właściwej zewnętrznej polaryzacji
elektrycznej odpowiednie wartości prawdopodobieństwa
przejść międzypodpasmowych oraz tunelowych. Obszar aktywny
lasera kaskadowego ma budowę wielomodułową a każdy
moduł składa się z wielu warstw epitaksjalnych. W ogólności
w każdym z wielowarstwowych modułów QCL generowany jest
np. trój- lub czteropoziomowy układ laserowy oraz zapewniona
zostaje możliwość tunelowego przejścia elektronów do kolejnego
modułu. Dzięki temu każdy z elektronów wstrzykniętych
do obszaru aktywnego ma szansę uczestniczenia w serii wewnątrzpasmowych
przejść promienistych. Możliwości emisyjne
laserów kaskadowych obejmują szeroki zakres spektralny od
podczerwieni średniej (MIR) do dalekiej (FIR).
Zakres materiałów, z których można wykonywać heterostruktury
laserów kaskadowych jest szeroki i w ramach półprzewodników
A3B5 obejmuje m.in. układy AlGaAs/GaAs, InAlAs/InGaAs/
InP, Si/SiGe. Wytwarzanie ich jest możliwe wyłącznie w ramach
zaawansowanych technologii, tj. epitaksji z wiązek molekularnych
MBE (ang. Molecular Beam Epitaxy) oraz epitaksji z fazy
gazowej, z zastosowaniem prekursorów metaloorganicznych
MOVPE (ang. Metalorganic Vapour Phase Epitaxy). Szczególnie
szeroki zakres emitowanego promieniowania podczerwonego
(IR) pokrywają lasery wykonywane z AlGaAs/GaAs.
Konstrukcję heterostruktury Al0,45Ga0,55As/GaAs, którą wykonuje
się w ITE przedstawiono na rys. 1 [2].
Obszar aktywny tej heterostruktury zbudowany jest
z 36 modułów. Każdy z nich składa się z emitera (3 sprzężone
kwantowe studnie potencjału), w którym następuje generacja
kwantów IR oraz iniektora (5 studni). Iniektor odbiera
elektrony z emi[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/10
|
|
|
|
|
|
» Montaż laserów kaskadowych na pasmo średniej podczerwieni
|
|
PIOTR KARBOWNIK ANNA BARAŃSKA ARTUR TRAJNEROWICZ ANNA SZERLING KAMIL KOSIEL ANNA WÓJCIK-JEDLIŃSKA MICHAŁ WASIAK IRENA GRONOWSKA MACIEJ BUGAJSKI
Lasery kaskadowe to unipolarne źródła promieniowania emitujące
fale z zakresu średniej i dalekiej podczerwieni [1, 2].
Przyrządy te wymagają stosunkowo wysokich napięć i gęstości
prądu dla osiągnięcia akcji laserowej, co wiąże się z wydzielaniem
dużej ilości ciepła. Na rys. 1. przedstawiona jest
przykładowa charakterystyka prądowo-napięciowa lasera kaskadowego
o konstrukcji przedstawionej w pracy [3]. W porównaniu
do charakterystyk złączowych laserów półprzewodnikowych
na bazie GaAs spadek napięcia w heterostrukturze
lasera kaskadowego jest około pięciu razy większy. Dodatkowo
prąd progowy laserów kaskadowych jest dużo większy niż
klasycznych laserów złączowych na bazie GaAs. Na rys. 2.
Przedstawiona jest zależność prądu progowego od temperatury
pracy przyrządu przy dwóch różnych reżimach zasilania.
Jednym z podstawowych wymagań dotyczących wytwarzania
takich przyrządów półprzewodnikowych jest właściwy montaż
struktur. Prawidłowo przeprowadzony montaż wpływa na
zmniejszenie oporności termicznej oraz szeregowego oporu
elektrycznego przyrządu, a w konsekwencji może poprawić
stabilność i niezawodność laserów. Natomiast nieprawidłowo
przeprowadzony montaż może prowadzić do pogorszenia parametrów
lasera, a w skrajnym przypadku powodować trwałą
degradację przyrządu.
Montaż laserów kaskadowych składa się z dwóch zasadniczych
etapów: montażu struktury półprzewodnikowej na
metalowej chłodnicy (die bonding), po czym chłodnica staje
się dolną elektrodą przyrządu oraz wykonania połączeń drutowych
do górnej elektrody przyrządu (wire bonding).
Montaż laserów kaskadowych na pasmo średniej
podczerwieni
mgr inż. PIOTR KARBOWNIK 1, mgr inż. ANNA BARAŃSKA1,
dr ARTUR TRAJNEROWICZ 1, dr inż. ANNA SZERLING1, dr KAMIL KOSIEL1,
dr inż. ANNA WÓJCIK-JEDLIŃSKA1, dr MICHAŁ WASIAK2, [...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/1
|
|
|
|
Strona 1
Następna strona »
|
Twój Profil
Twój koszyk
