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

PodsumowanieW wyniku prac nad technologią laserów kaskadowych uzyskanoprzyrządy pracujące w temperaturze pokojowej. Osiągnięcietego rezultatu warunkowały właściwe rozwiązania konstrukcyjne,a w szczególności optymalizacja poziomu domieszkowania iniektoróww heterostrukturach laserowych i optymalizacja geometriichipów oraz zastosowanie odpowiednio wykonanych pokryć wysokoodbiciowychna tylnych zwierciadłach.Lasery nasze pozytywnie przeszły próbę w ramach prototypowegoukładu detekcji śladowych ilości substancji gazowych,wykonanego w Wojskowej Akademii Technicznej.Praca finansowana była z projektu PBZ-MNiSW-02/I/2007. Dyfrakcyjnepomiary rentgenowskie z zastosowaniem promieniowaniasynchrotronowego były wykonane w synchrotronowychośrodkach badawczych w Grenoble i w Hamburgu.Literatura[1] Faist J., F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A.Y. Cho: Quantum cascade laser. Science 264, p. 553, 1994.[2] Kosterev A., G. Wysocki, Y. Bakhirkin, S. So, R. Lewicki, M. Fraser, F.Tittel, R.F. Curl: Application of quantum cascade lasers to trace gasanalysis. Appl. Phys. B 90, p. 165, 2008.[3] Moeskops B. W. M., H. Naus, S.M. Cristescu, F.J.M. Harren: Quantumcascade laser-based carbon monoxide detection on a secondtime scale from human breath. Appl. Phys. B 82, p. 649, 2006.[4] Tihov M. I.: Chemical sensors based on distributed feedback quantumcascade laser for environmental monitoring. Diploma thesis,2003.[5] Kosiel K., J. Kubacka-Traczyk, P. Karbownik, A. Szerling, J. Muszalski,M. Bugajski, P. Romanowski, J.Gaca, M. Wójcik: Molecular-beamepitaxy growth and characterization of mid-infrared quantum cascadelaser structures. Microelectronics Journal, 40, p. 565.[6] Kosiel K., M. Bugajski, A. Szerling, J. Kubacka-Traczyk, P. Karbownik,E. Pruszyńska-Karbownik, J. Muszalski, A. Łaszcz, P. Romanowski,M. Wasiak, W. Nakwaski, I. Makarowa, P. Perlin: 77 K operation of Al-GaAs/GaAs quantum cascade laser at 9 um. Photonics Lett. Poland,1, p. 16, 2009.[7] Kosiel K., A.Szerling, J. Kubacka-Traczyk, P. Karbownik,E.Pruszyńska-Karbownik, M. Bugajski: Molecular Beam EpitaxyGrowth for Quantum Cascade Lasers. Acta Physica Polonica A, vol.116, p. 806, 2009.[8] Szerling A., P. Karbownik, K. Kosiel, J. Kubacka-Traczyk, E.Pruszyńska-Karbownik, M. Płuska, M. Bugajski: Mid-Infrared GaAs/AlGaAs Quantum Cascade Lasers Technology. Acta Physica PolonicaA, vol. 116, p. S45, 2009.[9] Kosiel K., A. Szerling, M. Bugajski, P. Karbownik, J. Kubacka-Traczyk,I. Sankowska, E. Pruszyńska-Karbownik, A. Trajnerowicz, A.Wójcik-Jedlińska, M. Wasiak, D. Pierścińska, K. Pierściński, S. Adhi,T. Ochalski, G. Huyet: Chapter 13, Terahertz and Mid Infrared Radiation.NATO Science for Peace and Security Series B: Physics andBiophysics, Springer, 2011.Struktury detektora podczerwieni na bazie supersieciII rodzaju ze związków InAs/GaSbdr Janusz Kaniewski, dr inż. Agata Jasik, dr hab. Kazimierz Regiński,dr Iwona Sankowska, dr inż. Dorota Pierścińska, dr inż. Kamil Pierściński, dr Ewa PapisInstytut Technologii Elektronowej, Centrum Fotoniki, Warszawadr hab. inż. Andrzej Wawro, Instytut Fizyki, PAN, WarszawaTechnologia otrzymywania supersieci InAs/GaInSb jest wewstępnej fazie rozwoju. Główne trudności związane są z przygotowaniempodłoży do epitaksji, optymalizacją technologiiotrzymywania supersieci, „processingiem” struktur prowadzącymdo otrzymania detektorów oraz ich pasywacją. Jednakpotencjalne znaczenie supersieci InAs/GaInSb jest duże, cow przyszłości może spowodować dominację tego związkuw konstrukcji detektorów podczerwieni, szczególnie w zakresiedalszej podczerwieni. Należy również podkreślić, że supersieciInAs/GaInSb z powodzeniem mogą być stosowane w produkcjiniechłodzonych detektorów podczerwieni. Eksperymentalniewykazano, że ich parametry są podobne do tych, jakie uzyskujesię dla HgCdTe.Dodatkową zachętę dla podjęcia tematyki detektorów na baziesupersieci stanowi fakt, że ze względu na zagrożenie dla środowiskaw najbliższych latach przewiduje się stopniową eliminacjęrtęci (Hg) i kadmu (Cd) z technologii półprzewodnikowych.Trudności występujące przy wytwarzaniu tego typu detektorówpowodują, że stosunkowo mało grup zajmuje się tą tematyką. Dotychczasw Polsce nikt nie zajmował się zastosowaniem supersiecido wytwarzania przyrządów półprzewodnikowych.Nowoczesne fotodetektory podczerwieniPodstawowym celem pracy było zaprojektowanie i wykonaniepełnej, zoptymalizowanej struktury detektora promieniowaniapodczerwonego na bazie supersieci II rodzaju ze związków InAs/GaSb. Do realizacji tego celu konieczne było opanowanie technologiiwytwarzania warstw i supersieci metodą epitaksji z wiązekmolekularnych MBE (Molecular Beam Epitaxy) oraz ich charakteryzacji.„Processing” oraz pomiary przyrządu były przedmiotemodrębnych prac wykonanych w firmie VIGO System.18Procesy epitaksji prowadzono w reaktorze RIBER 32P. Do charakteryzacjiwarstw i struktur stosowano następujące metody:– do obrazowania powierzchni stosowano mikroskopię optyczną,– do określenia szorstkości powierzchnio wykorzystano mikroskopięsił atomowych AFM (Atomic Force Microscopy) orazinterferometryczną mikroskopię optyczną,– skład, grubość warstw oraz naprężenia określano metodą dyfrakcjirentgenowskiej,– defekty rozciągłe badano stosując mikroskopię elektronową,– profile domieszek określano przy użyciu spektroskopii masowejjonów wtórnych,– koncentrację i ruchliwość nośników wyznaczano z badań efektuHalla,– międzypowierzchnie badano stosując spektroskopię fotoelektronówwzbudzonych promieniowaniem rentgenowskim orazelipsometrię.Optymalizację struktur wykonano dla przyrządów wytwarzanychna podłożach GaSb i GaAs. W przypadku struktur naGaSb optymalizowano międzypowierzchnie oraz stosunek strumienipierwiastków grup V i III podczas wzrostu warstw tworzącychsupersieć. Natomiast w strukturach wytwarzanych na GaAsszczególnie ważne było opanowanie wzrostu grubych warstw buforowychz GaSb o dobrej jakości krystalograficznej i małej ilościdyslokacji niedopasowania.W ogólności w strukturach supersieci InAs/GaSb możliwe jestwytwarzanie różnych typów miedzypowierzchni w zależności odsposobu prowadzenia procesu epitaksji. W procesach wzrostuw których po wytworzeniu warstwy InAs na międzypowierzchniekieruje się wyłącznie strumień Sb wytwarza się interfejs typuInSb, natomiast po warstwie GaSb tylko strumień As interfejs jestElektronika 10/2011