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

Streszczenia artykułów ● Summaries of the articlesHAŁDAŚ G., KOLEK A., TRALLE I.: Symulator kwantowego laserakaskadowegoElektronika (LII), nr 10/2011, s. 40W pracy opisano zastosowanie formalizmu nierównowagowych funkcjiGreena w reprezentacji pędowo-położeniowej do obliczenia właściwościtransportowych kwantowych laserów kaskadowych. W algorytmie obliczeniowymwprowadzono dwa „ulepszenia”: (i) granice jednego segmentulasera zostały tak dobrane, aby zachować okresowość całej struktury laserakaskadowego (ii) moduł obliczeniowy został wyposażony w dyskretnyregulator PID, który umożliwia uzyskanie zbieżności metody dla strukturkwantowych z wieloma stanami rezonansowymi i warunkami brzegowymidla równania Poissona ustalonymi wewnątrz struktury.Słowa kluczowe: nierównowagowe funkcje Greena (NEGF), kwantowylaser kaskadowy (QCL), symulacje numeryczne, energie własne (selfenergies)HAŁDAŚ G., KOLEK A., TRALLE I.: NEGF symulator of quantum cascadelasersElektronika (LII), no 10/2011, p. 40The application of non-equilibrium Green’s functions formalism that preservereal-space basis in the simulations of quantum cascade lasers, havebeen described. The approach developed in the paper relies on two improvementsintroduced to non-equilibrium Green’s functions/Poisson computationalscheme: first, the boundaries of single laser stage were carefullydesigned as to maintain its periodicity with the whole quantum cascadestructure. Second, non-equilibrium Green’s functions/Poisson solver wasequipped with several controlling features that enable to restore convergenceof the method for complex quantum devices with many resonancesand boundary conditions for Poisson equation set inside the structure.Keywords: nonequilibrium Green’s functions (NEGF), quantum cascadelasers (QCL), numerical simulationsBOROWIK P., ADAMOWICZ L., THOBEL J-L.: Wykorzystanie metodyMonte Carlo do modelowania transportu nośników w strukturachkwantowych laserów kaskadowychElektronika (LII), nr 10/2011, s. 43Opis zjawisk fizycznych występujących w urządzeniach mikroelektronicznychjest nie tylko ciekawym zagadnieniem teoretycznym, ale też możebyć przydatny w praktyce konstrukcji przyrządów. Wytwarzanie strukturkwantowych laserów kaskadowych (QCL) w Instytucie Technologii Elektronowejw Warszawie zachęca nas do rozwoju metod obliczeniowych pozwalającychna modelowanie transportu elektronowego w tego typu urządzeniach.Większość zjawisk fizycznych odpowiedzialnych za działanie takichlaserów, przystosowanych do emisji promieniowania w obszarze średniejpodczerwieni, może być opisane z użyciem teorii nawiązującej do równaniatransportu Boltzmanna bez uciekania się do bardziej zaawansowanych teoriitransportu kwantowego. Jedną z najbardziej rozpowszechnionych metodużywanych do rozwiązywania tego typu zagadnień jest metoda MonteCarlo (MC). W pracy przedstawione są wyniki symulacji MC dla strukturylasera działającego w obszarze średniej podczerwieni, pierwotnie zaproponowanejprzez H. Page i in. Wyznaczone zostaną populacje elektronóww poszczególnych poziomach energetycznych lasera w zależności od poziomudomieszkowania struktury i wynikającej stąd gęstości elektronówswobodnych. W przypadku struktur wytwarzanych w praktyce, koniecznejest włączenie do modelowania samouzgodnionych obliczeń uwzględniającychnierównowagowy rozkład ładunku w strukturze i wynikające z tegopowodu modyfikacje potencjału elektrycznego, a stąd położeń poziomówenergetycznych oraz kształtu funkcji falowych elektronów.Słowa kluczowe: kwantowe lasery kaskadowe, Monte Carlo, modelowanie,transport elektronówJANIAK F., MOTYKA M., SĘK G., RYCZKO K., MISIEWICZ J., KOSIELK., BUGAJSKI M.: Optyczne właściwości supersieci GaAs/AlGaAsbadane za pomocą spektroskopii modulacyjnejElektronika (LII), nr 10/2011, s. 46Spektroskopię modulacyjną - fotoodbicie zastosowano do badania optycznychi strukturalnych właściwości supersieci AlGaAs/GaAs. Otrzymanowidma fotoodbiciowe bogate w linie spektralne związane z procesami absorpcjimiędzy poszczególnymi stanami kwantowymi w badanych supersieciach.Zmierzone linie spektralne zidentyfikowane zostały na podstawieobliczeń struktury pasmowej w modelu masy efektywnej. Przeprowadzonepomiary pozwoliły potwierdzić założone w procesie wzrostu składy i grubościposzczególnych warstw studni i barier. Ponadto wykazano bardzodużą jednorodność wytwarzanych 2-calowych płytek jak również wysokąpowtarzalność procesów technologicznych.Słowa kluczowe: spektroskopia modulacyjna, fotoodbicie, supersieci, laserykaskadowe, epitaksja z wiązek molekularnych, półprzewodniki III–VBOROWIK P., ADAMOWICZ L., THOBEL J-L.: Application of the MonteCarlo method to modeling of carrier transport in quantum cascadelaser structureElektronika (LII), no 10/2011, p. 43Description of the physical phenomena in microelectronic devices is notonly an interesting theoretical challenge, but can also be used for practicaldesign of such components. Fabrication of quantum cascade lasersdevices (QCL) in the Institute of Electron Technology in Warsaw encouragesour work on computational methods used for the modeling of electrontransport in QCLs. Most of the physical phenomena responsible for theoperation of these devices, designed to emit in the mid-infrared, can bedescribed by the Boltzmann Transport Equations theory. One of the mostcommon methods used to solve such problems is the Monte Carlo method(MC). Presented paper reports the results of MC simulations of the QCLstructure, originally proposed by H. Page et al. Electron populations on thestructure energy sub-bands are presented as the function of the structuredoping and resulting electron sheet density. Presented results indicate thenecessity to include in the simulation algorithm the self-consistent calculationsof non-equilibrium electric charge distribution in the device, thenthe resulting modifications of the electrical potential, and hence the modificationof energy levels positions as well as the shapes of the electronwave functions.Keywords: quantum cascade lasers, QCL, Monte Carlo, simulations,electron transportJANIAK F., MOTYKA M., SĘK G., RYCZKO K., MISIEWICZ J., KOSIELK., BUGAJSKI M.: Optical properties of GaAs/AlGaAs superlatticesinvestigated by modulation spectroscopyElektronika (LII), no 10/2011, p. 46Modulation spectroscopy - photoreflectance has been applied for opticalinvestigation of AlGaAs/GaAs superlattices. Optical features obtained inphotoreflectance spectra associated with the transitions between confinedlevels in investigated superlattices have been recognized and analyzed bycalculation performed in effective mass approximation formalism. In addition,there has been demonstrated a high uniformity of investigated 2 inchwafers and also high repeatability of the growth process.Keywords: modulation spectroscopy, photoreflectance, superlattices,cascade lasers, Molecular Beam Epitaxy, III–V semiconductorREGIŃSKI K., MROZIEWICZ B., PRUSZYŃSKA-KARBOWNIK E.: Goniometrycznametoda pomiaru przestrzennego rozkładu natężeniapromieniowania kwantowych laserów kaskadowychElektronika (LII), nr 10/2011, s. 48W artykule omówiono goniometryczne metody pomiaru rozkładu promieniowanialaserów półprzewodnikowych. Szczególny nacisk położono naproblemy związane z pomiarem profili wiązek promieniowania laserówkaskadowych. Przedstawiono unikalny układ goniometryczny zaprojektowanyw Instytucie Technologii Elektronowej przeznaczony do takichpomiarów. Omówiono budowę tego układu i jego parametry robocze.Przedstawiono możliwy zakres zastosowań tego układu w projektowaniui diagnostyce laserów kaskadowych.Słowa kluczowe: kwantowy laser kaskadowy, wiązka laserowa, rozkładnatężenia pola, charakteryzacja laserów, profilometr, goniometElektronika 10/2011REGIŃSKI K., MROZIEWICZ B., PRUSZYŃSKA-KARBOWNIK E.: Goniometricmethod for examining the spatial distribution of light emittedby quantum cascade lasersElektronika (LII), no 10/2011, p. 48The paper concerns goniometric methods of measuring the field intensitydistribution in the beams generated by semiconductor lasers. Special attentionis paid to the problems of measuring the profiles of beams of quantumcascade lasers. Certain unique goniometric set-up (called also beamprofiler) designed in Institute of Electron Technology is presented. Detailsof construction of the beam profiler are discussed and selected parametersof the set-up are described. The range of application of the set-up ininvestigation of quantum cascade lasers is briefly discussed.Keywords: quantum cascade laser, laser beam, light intensity distribution,laser characterization, beam profiler, goniometer