Plakat Marek Tłaczała (P41-Pon)
WPŁYW PROFILU DOMIESZKOWANIA WARSTW FALOWODOWYCH NA PARAMETRY KWANTOWYCH LASERÓW KASKADOWYCH NA BAZIE InP
Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Polska
Kwantowe lasery kaskadowe QCL (ang. Quantum Cascade Laser) należą do najbardziej zaawansowanych unipolarnych emiterów promieniowania, których działanie oparte jest na przejściach wewnątrzpasmowych. Dzięki temu długość emisji praktycznie nie zależy od materiału, z którego są wykonane a jedynie od geometrii studni kwantowych w obszarze rdzenia. Lasery wytworzone na bazie heterostruktury InGaAs/AlInAs dopasowanej sieciowo do podłoża InP, emitują w zakresie od 3,5 μm do 24 μm, dzięki czemu znajdują zastosowanie w detekcji zanieczyszczeń gazowych, skażeń biologicznych, czy w badaniach spektroskopowych. Są to lasery o emisji krawędziowej zawierające dwie warstwy ograniczające n-InP, między którymi umieszczona jest wyrafinowana heterostruktura rdzenia InGaAs/AlInAs, złożona z setek do tysiąca cienkich warstw rzędu 0,5÷10 nm, co wymaga zaawansowanych technik wytwarzania jak metoda MBE (ang. Molecular Beam Epitaxy), czy MOVPE (ang. Metalorganic Vapour Phase Epitaxy). W pracy analizowano wpływ grubości i profilu domieszkowania warstw falowodowych n-InP, na takie parametry lasera jak: uwięzienie modowe ΓE, straty na swobodnych nośnikach αfc, wzmocnienie progowe gth, czy rezystancja przyrządu R. Przeprowadzono szereg symulacji teoretycznych dla długości λ = 5 μm, stosując różne profile domieszkowania warstw n-InP. Pokazano wyniki modelowania struktury referencyjnej z falowodami n-InP, złożonymi z dwóch obszarów o grubościach 1 µm ze stałym poziomem domieszkowania, odpowiednio 3×1016 cm-3 (od strony rdzenia) i 1×1017 cm-3 oraz najlepszej modelowanej struktury z dwoma warstwami n-InP o grubościach 1 µm i odpowiednio stałym domieszkowaniu 3×1016 cm-3 (od strony rdzenia) oraz sinusoidalnym gradientem domieszkowania od 3×1016 cm-3 do 6×1017 cm-3 (8×1017 cm-3, przy podłożu).
Przeprowadzone symulacje wykazały, że zmieniając grubość i profil domieszkowania warstw n-InP można znacznie poprawić ograniczenie modowe, zmniejszyć straty optyczne oraz rezystancję struktury. Optymalne falowody gradientowe wytworzono epitaksjalnie metodą LP-MOVPE i zmierzono rzeczywisty rozkład swobodnych elektronów za pomocą profilera EC-V firmy WEP. Falowody te planuje się zastosować docelowo w strukturze przyrządowej QCL, w celu weryfikacji technologicznej wyników symulacji teoretycznych.
