Elektronika 2009-05.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

Rys. 9. Widma PR (czarne krzywe u dołu) oraz widma PL (górneczarne krzywe) otrzymane dla studni kwantowychGaSb/AlSb/InAs/GaInSb/AlSb/GaSb z warstwą studni grubości3 nm (panel a), 2 nm (panel b), 1 nm (panel c)Fig. 9. Low temperature (10K) PR (bottom black lines) and PL(upper black) spectra for the GaSb/AlSb/InAs/GaInSb/AlSb/GaSbquantum wells with QW width equal to 3 nm (panel a), 2 nm (panelb) and 1 nm (panel c)Rys. 7. Porównanie widma fotoodbicia oraz obliczonych energiiprzejść optycznych w funkcji procentowej nieciągłości pasm w nienaprężonymsystemie dla 8 nm studni kwantowejGa 0.35 In 0.65 As 0.32 Sb 0.68 /Al 0.25 Ga 0.50 In 0.25 As 0.24 Sb 0.76 . Poziomastrzałka pokazuje wyznaczoną wartość nieciągłości pasmFig. 7. Comparison of the PR spectrum and the calculated transitionenergies versus the unstrained CBO for a 8 nm wideGa 0.35 In 0.65 As 0.32 Sb 0.68 /Al 0.25 Ga 0.50 In 0.25 As 0.24 Sb 0.76 QW. The horizontalarrow shows the selected band offsetRys. 8.Schemat układu warstw, kształtu potencjału i poziomów energetycznychbadanych studni kwantowychGaSb/AlSb/InAs/GaInSb/AlSb/GaSb o różnych grubościachd warstwy InAsFig. 8. Schematic diagram (active region) of the energy levels andshape of the potential for investigatedGaSb/AlSb/InAs/GaInSb/AlSb/GaSb quantum wells with differentwidth d of the InAs layerwęglowodorów (np.: metan, etan). W grupie OSN prowadzonojuż badania nad strukturami przeznaczonymi do laserów nazakres 1,8...2,2 µm wykorzystując studnie kwantoweInGa(As)Sb/GaSb [21,22]. Dalej przedstawione jednak zostanąrezultaty badań spektroskopowych wykonanych w ramachuczestnictwa grupy OSN w projekcie SensHy- (ang.Photonic Sensing Of Hydrocarbons Based On Innovative MidInfrared Lasers) realizowanego w ramach VII Programu RamowegoUnii Europejskiej, którego celem jest konstrukcjaprzestrajalnego (w zakresie 3...3,5 µm) lasera pracy ciągłejw 300K do zastosowania w laserowych detektorach węglowodorów.W tym celu konstruowane i badane są dwa rodzajestruktur niskowymiarowych: studnie kwantowe I. rodzajuGaInAsSb/AlGaInAsSb oraz studnie kwantowe II. rodzajuGaSb/AlSb/InAs/GaInSb/AlSb/GaSb. Na rys. 7. przedstawionowyniki pomiarów fotoodbicia dla 8 nm studni kwantowejGa 0.35 In 0.65 As 0.32 Sb 0.68 /Al 0.25 Ga 0.50 In 0.25 As 0.24 Sb 0.76 .Przeprowadzony eksperyment pozwolił wyznaczyć liczbę stanówzwiązanych oraz energie przejść optycznych w badanejstudni kwantowej. Ponadto przeprowadzone obliczenia(rys. 5b) energii przejść optycznych wykonane w funkcji nieciągłościpasm pozwoliły na wyznaczenie rzeczywistej wartościQc w tym układzie materiałów wykazując tym samymmożliwość wiązania stanów w pasmie walencyjnym, a zarazemmożliwość realizacji wydajnego lasera na zakres3...3,5 µm wykorzystującego ten układ materiałów [23].Kolejny typ struktur, to studnie kwantowe drugiego rodzajuGaSb/AlSb/InAs/GaInSb/AlSb/GaSb, które wykorzystującrównież realizowany jest wspomniany cel. Strukturę warstw,kształt potencjału wiążącego i położenie poziomów energetycznychprzedstawiono na rys. 8.Badania zostały przeprowadzone na serii trzech strukturz różną grubością warstwy InAs (1, 2, 3 nm). Rezultaty badań,przeprowadzonych eksperymentów fotoodbicia (PR) i fotoluminescencji(PL) zostały przedstawione na rys. 9 [24].Maksima fotoluminescencji oraz rezonanse fotoodbiciowezwiązane są z przejściami optycznymi w których biorą udziałpodstawowe stany energetyczne (pierwszy elektronowyi pierwszy ciężkodziurowy) w badanych studniach kwantowych.Przeprowadzone eksperymenty pokazują, że takiestudnie kwantowe są stosunkowo łatwo przestrajalne. Zmieniającszerokość warstwy InAs z 1 do 3 nm możemy zmienićenergię podstawowego przejścia optycznego (z ~2 µm doponad 4 µm) w interesującym z punktu widzenia konstrukcjilasera na zakres 3...3,5 µm zakresie spektralnym.Spektroskopia modulacyjna przy użyciuspektrometru FourieraWraz ze zwiększaniem długości fali zakresu spektralnego pomiarówznacznie spada wydajność detekcji (ze względu naczułość detektorów, wydajność źródeł światła, wzrost intensywnościtła termicznego, pochłanianie na cząstkach gazu atmosfery,itd.). Wspomniane czynniki wpływają na tzw. wartośćsygnału stałego, do którego mierzony w klasycznym układzieELEKTRONIKA 5/2009 81