Elektronika 2011-10 I.pdf - Instytut SystemÃ³w Elektronicznych ...

More documents

Recommendations

Info

a) b)Rys. 3. Morfologia powierzchni dla struktur osadzanych w różnych warunkach wzrostu: a) T S= 580°C; V Gas= 0,5 ML/s; a) T S= 630°C; V Gas= 1 ML/sFig. 3. Surface morphology for the structures deposited under various growth conditions: a) T s= 580°C, V GaAs= 0.5 ML/s, b) T s= 630°C, V GaAs= 1 ML/sW ramach analizy jakości technologii epitaksji badano takżemorfologię powierzchni międzyfazowych, stosując mikroskopięsił atomowych AFM (ang. Atomic Force Microscopy) – (rys. 3).Założono przy tym, że topografia powierzchni swobodnej strukturtestowych satysfakcjonująco odzwierciedla morfologię korespondującychpowierzchni międzyfazowych.Temperaturę powierzchni kryształu (Ts) podczas epitaksjikontrolowano za pomocą pirometru, utrzymując stałą wartośćz zakresu 580 lub 630ºC. Wzrost warstw GaAs prowadzonoz szybkością (V GaAs) z zakresu 0,5…1 ML/s, a odpowiadającamu szybkość wzrostu AlAs zapewniała 45% zawartość Alw warstwach AlGaAs. Badano powierzchnie warstw homoepi-a) b) c)Rys. 4. Zwierciadło lasera kaskadowego bez pokrycia (a) i zwierciadło z pokryciem wysokoodbiciowym (b). Zależność współczynnika odbiciaod długości fali dla zwierciadeł z pokryciem wysokoodbiciowym (c). Warstwy Al 2O 3pełnią rolę izolatorówFig. 4. Quantum-cascade laser mirror without coating (a) and a mirror with high reflective coating (b). Dependence of reflectivity on wavelengthfor mirrors with high reflective coatings (c). Al 2O 3layers play the role of electric isolatorsRys. 5. Zależność prądu progowego QCL od temperatury działaniaprzyrządu, dla lasera z pokryciem wysokoodbiciowym (HR) oraz laserabez pokrycia (UC) – laser z pokryciem HR działa w temperaturzepokojowej (18°C)Fig. 5. Dependence of QCL’s threshold current on device temperature,for the laser with high reflective coating (HR) and for the laserwithout coating (UC) – the coated laser operates at the room-temperature(18°C)16Rys. 6. Wzrost temperatury w obszarze aktywnym dla laserów z różnymrodzajem montażuFig. 6. An increase of temperature of QCL’s active region, for laserswith different type of mountingElektronika 10/2011
taksjalnych GaAs/GaAs, heteroepitaksjalych AlGaAs/GaAsoraz powierzchnie wielowarstwowych struktur supersieciowychAlGaAs/GaAs. W charakterze powierzchni referencyjnej zbadanopowierzchnię podłoża GaAs, wygrzaną uprzednio w temperaturzeT = 580°C, w strumieniu cząsteczek As 4.Z przeprowadzonych badań morfologii powierzchni wynika,że dominujący wpływ ma temperatura procesu wzrostu. Mniejszeznaczenie ma szybkość wzrostu, geometria krystalizowanej struktury(grubość warstw GaAs i AlGaAs) i parametr V/III. Na morfologiępowierzchni ma również wpływ koncentracja domieszki.Processing przyrządowyZ heterostruktur wykonano przyrządy o konstrukcji typu doubletrench. W warstwie izolacji elektrycznej z azotku krzemu (Si 3N 4)otworzono „okna” dla kontaktu omowego o szerokości 15…35 m.Dla laserów pracujących w temperaturze pokojowej kluczowebyło wykonanie pokryć wysokoodbiciowych na tylnych zwierciadłachoraz doskonała technologia montażu.Ze względu na długość fali emitowanej przez nasze lasery(~ 9,6 μm) praktyczna realizacja wysokoodbiciowego zwierciadłabraggowskiego byłaby bardzo utrudniona, gdyż wymagałaby wykonaniastruktury wielowarstwowej o znacznej grubości. Dlategoteż wykonano wysokoodbiciowe pokrycia metaliczne, o optymalnejkonstrukcji, znalezionej w efekcie przeprowadzonych przeznas badań: 100 nm Al 2O 3/100 nm Au/100 nm Al 2O 3(rys. 4). Silnywzrost maksymalnej temperatury działania oraz spadek wartościprądu progowego lasera uzyskany dzięki zastosowaniu pokryćwysokoodbciowych przedstawiono na rys. 5.Właściwie przeprowadzony montaż jest warunkiem uzyskaniapoprawnych parametrów termicznych i elektrycznych przyrządu orazstabilności i niezawodności jego działania. W skrajnym przypadkunieprawidłowy montaż może doprowadzić do zniszczenia przyrządu.Na rysunku 6 przedstawiono zależność wzrostu temperaturyobszaru aktywnego QCL od mocy prądu zasilania, dla laserówmontowanych na chłodnicach z zastosowaniem różnych rodzajówlutu, o różnych grubościach. Wzrost grubości warstwy lutuzwiększa oporność cieplną przyrządu.Właściwości laserówWarunkiem uzyskania laserowania w temperaturze pokojowejbyły właściwe rozwiązania konstrukcyjne, a w szczególnościoptymalizacja poziomu domieszkowania iniektorów w heterostrukturachlaserowych i optymalizacja geometrii chipów orazzastosowanie odpowiednio wykonanych pokryć wysokoodbiciowychna tylnych zwierciadłach (rys. 7a). Do osiągnięcia tegorezultatu przyczyniło się także udoskonalenie procesów technologiiwytwarzania przyrządów, m.in. sukcesywne udoskonalanieprocesów składających się na montaż chipów na chłodnicach,warunkujące poprawę właściwości termicznych.Szczegółowe testy chipów laserowych dotyczyły badania możliwościuzyskania akcji laserowej oraz mocy generowanej przez laserw zależności od warunków termicznych (rys. 7b) oraz warunków zasilania.Przetestowano ponad 100 chipów laserowych, badając ichwłaściwości elektryczne oraz optyczne w różnych warunkach pracy.W warunkach kriogenicznych rekordowa emitowana moc optyczna,emitowana przez jedno lustro lasera bez pokryć, przekracza2,5 W w piku (rys. 8a).Zbadano także możliwość kontroli długości emitowanej fali.Określono tu m.in. wpływ domieszkowania iniektorów (rys. 8b),a także wpływ warunków pracy lasera (wpływ natężenia prąduzasilania oraz temperatury pracy chipu).Wzrost długości fali towarzyszący wzrostowi domieszkowaniaobszaru aktywnego jest prawdopodobnie efektem wzrostu temperaturyobszaru aktywnego związanego z wyższym prądem progowymstruktur silniej domieszkowanych. Analogicznie, wzrosttemperatury działania lasera również wiąże się z przesunięciemdługości fali w kierunku wyższych wartości.Przeprowadzono również badania rozbieżności wiązki laserowejemiterów QCL, która ma wartość co najmniej kilkudziesięciustopni.a)b)Rys. 7. Zależność maksymalnej temperatury działania lasera od jegoparametrów konstrukcyjnych (a), emitowana moc optyczna w zależnościod temperatury działania lasera oraz maksymalna temperaturadziałania QCL (b)Fig. 7. Dependence of QCL’s maximum operating temperature on thelaser’s construction parameters (a), dependence of radiative poweremitted by the QCL on its operating temperature and QCL’s maximumoperating temperature (b)a)b)Carrier sheet density (10 11 cm -2 )Rys. 8. Para podstawowych charakterystyk laserowych (L-I-V) zmierzonaw warunkach kriogenicznych (a), zależność długości emitowanej falilaserowej od poziomu domieszkowania obszarów iniektorowych (b)Fig. 8. QCL’s L-I-V characteristics measured at cryogenic conditions(a), dependence of emitted wavelength on doping concentrationof QCL’s injector regions (b)Elektronika 10/2011 17
Page 3 and 4: ok LII nr 10/2011• MATERIAŁY •
Page 5 and 6: Streszczenia artykułów ● Summar
Page 9: Streszczenia artykułów ● Summar
Page 17: Kwantowe lasery kaskadowe na zakres
Page 21 and 22: log 10I [a.u]5432#A79 pomiaroblicze
Page 23 and 24: Wavelength (µm) 1x10 18 cm -33.5 4
Page 25 and 26: Wyniki badańZ obydwu warstw otrzym
Page 27 and 28: Zastosowanie technologii MOCVD w dz
Page 29 and 30: przekompensowaniu koncentracji typu
Page 31 and 32: Rys. 1. Zdjęcie epiwarstwy z warst
Page 33 and 34: odpowiada długofalowej granicy czu
Page 35 and 36: Rys. 4. Charakterystyki L-I-V laser
Page 37 and 38: System detekcji śladowych ilości
Page 39 and 40: Jako minimalną, możliwą do wykry
Page 41 and 42: Rys. 4. Widma FTPL (panel a), FTPR
Page 43 and 44: Układ równań NEGF jest rozwiąza
Page 45 and 46: Wykorzystanie metody Monte Carlo do
Page 47 and 48: Rys. 3. Rozkład ładunku wzdłuż
Page 49 and 50: Obliczona przy pomocy formalizmu ma
Page 51 and 52: Przyczyny te powodują, że nie ma
Page 53 and 54: Model numeryczny lasera QCL oparty
Page 55 and 56: praszania w poszczególnych stanach
Page 57 and 58: ● zminimalizowanie impedancji pas
Page 59 and 60: Koncepcja radaru pasywnego dla syst
Page 61 and 62: Literatura[1] Stec B.: Szerokopasmo
Page 63 and 64: Rys. 6. Charakterystyka anteny dla
Page 65 and 66: Rys. 2. Schemat ideowy zasilacza. F

Elektronika 2011-10 I.pdf - Instytut SystemÃ³w Elektronicznych ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?