ZBORNIK POVZETKOV - Soft Matter Laboratory

Frekvenčno podvajanje svetlobe v periodično moduliranih AlxGa1-xN tankih filmih
M. Rigler 1 , M. Zgonik 1,2 , M. Hoffman 3 , R. Collazo 3 , Z. Sitar 3
1
Fakulteta za matematiko in fiziko, Univerza v Ljubljani, Jadranska 19, 1000 Ljubljana,
Slovenija
2
Inštitut Jožef Stefan, Jamova 39, 1000 Ljubljana, Slovenija
3
Department of Materials Science and Engineering, North Carolina State University,
Campus Box 7919, Raleigh, NC 27695-7919, ZDA
Razvoj laserskih izvorov v ultravijoličnem (UV) območju svetlobe prinaša številne izzive kot
so visok prag črpanja, pomanjkanje materialov, ki so prozorni v UV območju, zelo visoka
občutljivost na defekte v kristalu, itd. Novejše raziskave na področju III-nitridnih
polprevodnikov so pokazale velik napredek pri uporabi GaN in AlN materialov za nelinearno
frekvenčno podvajanje svetlobe v modrem in UV območju.
III-nitridni materiali so polprevodniki s široko energijsko režo med 3,5 in 6,5 eV.
Energijsko režo lahko zvezno spreminjamo med obema omenjenima vredostnima, če
spreminjamo razmerje med Al in Ga. GaN je za svetlobo prozoren med 13,6 µm do 365 nm,
medtem ko AlN ostane prepusten do 200 nm. Zaradi prozornosti v tako širokem valovnem
območju se lahko AlxGa1-xN uporablja za frekvenčno podvajanje svetlobe od daljnega IR
območja do daljnega UV območja.
Pri eksperimentih s podvajanjem frekvence je ključno ujemanje faze med osnovno in
frekvenčno podvojeno svetlobo. Najbolj preprosta in učinkovita metoda ujemanja faze je
izenačevanje faze s pomočjo dvolomnosti, ki pa v primeru AlxGa1-xN kristalov − z majhno
dvolomnostjo in izrazito velikim le enim nelinearnim koeficientom d33 − ni primerna. Kvazi
ujemanje faze pa je metoda, ki uporabi periodično modulacijo nelinearnega koeficienta v
kristalu. S tem poskrbi za relativno ujemanje faze v periodičnih intervalih, ne da bi se pri tem
ujemali fazni hitrosti osnovne in podvojene svetlobe. V našem primeru gojimo tanke plasti
kristala v obliki trakov, kjer se na meji med sosednjima trakovoma orientacija c-osi obrne za
180 stopinj.
AlxGa1-xN gojimo na safirju v Ga-polarni (c+) ali N-polarni (c–) smeri. Smer rasti
kristala je pogojena s pripravo substrata. AlxGa1-xN v Ga-polarni smeri je gojen na do
določene temperature segreti nukleacijski plasti ali pa na safirju, ki je bil pred tem obdelan s
H2. V N-polarni smeri pa AlxGa1-xN zraste na safirju, ki je predhodno obdelan z dušikom.
Disperzijo lomnih količnikov v AlxGa1-xN tankih filmih obeh polarnosti je potrebno
natančno poznati, saj je koherenčna dolžina ene modulacije kristala pri kvazi ujemanju faze
funkcija lomnega količnika. Z metodo sklapljanja svetlobe v valovod s pomočjo prizme smo v
smo izmerili disperzijo rednega in izrednega lomnega količnika pri štirih valovnih dolžinah
(457,9, 532, 632,8 in 1064 nm) za obe polarnosti AlxGa1-xN tankih filmov z deležem Al med
x=0 in x=0,3. Ugotovili smo, da obstaja majhna razlika med lomnimi količniki pri obeh
polarnostih AlxGa1-xN, ki postaja bolj izrazita pri daljših valovnih dolžinah.
Viri:
H. Morkoc, Nitride Semiconductors and Devices (Springer, New York, 1999).
S. Mita, R. Collazo, and Z. Sitar, Journal of Crystal Growth 311, 3044 (2009).
N.A. Sanford, L.H. Robins, A.V. Davydov, A. Shapiro, D.V. Tsvetkov, A.V. Dmitriev, S.
Keller, U.K. Mishra, and S.P. DenBaars, Journal of Applied Physics 94, 2980 (2003).
70