Search

Disertaciniame darbe nagrinėjamas InAs/AlSb medžiagų sistemos panaudojimas trumpabangių tarppajuostinių lazerių kūrimui. Buvo išplėtota molekulinių pluoštelių epitaksijos technologija, leidžianti auginti daugiaperiodines neįtemptas InAs/AlSb heterosandūras su mažu 1-2 atominių sluoksnių šiurkštumu. Buvo parodyta, jog InAs/AlSb medžiagų sistema yra tinkama kurti trumpabangiams kvantiniams kaskadiniams lazeriams, veikiantiems žemiau 4 µm bangos ilgio ribos. Buvo ištirtas kvantinių kaskadinių lazerių, turinčių tiek plazmoninius bangolaidžius su stipriai legiruotais InAs apdariniais sluoksniais, tiek ir mažo periodo InAs/AlSb supergardelių bangolaidžius, veikimas bei jų įtaka prietaiso parametrams. Šie sprendimai dėl bangolaidžių bei tolimesni aktyviosios terpės patobulinimai, naudojant piltuvėlio formos injektorių, leido sukurti didelio našumo prietaisus, galinčius veikti iki 420 K temperatūros, esant 3,3 µm bangos ilgio emisijai, ir pasiekti maksimalią optinę galią siekiančią 1 W kambario temperatūroje. Šios inovacijos leido sukurti ir InAs/AlSb kvantinį kaskadinį lazerį, emituojantį ~2,6 µm bangos ilgio spinduliuotę  šiai dienai tai yra trumpiausią bangos ilgį spinduliuojantis tokio tipo prietaisas pasaulyje., Application of InAs/AlSb materials system for development of short-wavelength quantum cascade lasers is explored. Molecular beam epitaxy (MBE) technology allowing to grow multiperiodical unstrained InAs/AlSb heterostructures with roughness of 1-2 monolayers is developed. It is demonstrated that InAs/AlSb materials system is well-suitable for development of short-wavelength quantum cascade lasers operating below 4 µm wavelength. Lasers containing plasmon-enhanced waveguides as well as the short period InAs/AlSb superlattices as waveguides were designed, MBE-grown and studied. The effect of waveguide properties on the device parameters is revealed. Usage of these waveguides and innovations in laser active region introducing “funnel” injector allowed one to reach operation temperature 420 K at the emission wavelength of 3.3 µm. The obtained optical peak power exceeded 1 W per facet. The room temperature operation has been obtained at wavelength below 3 µm. As for wavelength range, applying the new active region design strategy and the short period InAs/AlSb superlattice spacers InAs based quantum cascade lasers emitting at the wavelengths as short as 2.63 µm were developed, which is today the shortest emission wavelength of the operation of semiconductor lasers based on the intersubband transitions.

Application of InAs/AlSb materials system for development of short-wavelength quantum cascade lasers is explored. Molecular beam epitaxy (MBE) technology allowing to grow multiperiodical unstrained InAs/AlSb heterostructures with roughness of 1-2 monolayers is developed. It is demonstrated that InAs/AlSb materials system is well-suitable for development of short-wavelength quantum cascade lasers operating below 4 µm wavelength. Lasers containing plasmon-enhanced waveguides as well as the short period InAs/AlSb superlattices as waveguides were designed, MBE-grown and studied. The effect of waveguide properties on the device parameters is revealed. Usage of these waveguides and innovations in laser active region introducing “funnel” injector allowed one to reach operation temperature 420 K at the emission wavelength of 3.3 µm. The obtained optical peak power exceeded 1 W per facet. The room temperature operation has been obtained at wavelength below 3 µm. As for wavelength range, applying the new active region design strategy and the short period InAs/AlSb superlattice spacers InAs based quantum cascade lasers emitting at the wavelengths as short as 2.63 µm were developed, which is today the shortest emission wavelength of the operation of semiconductor lasers based on the intersubband transitions., Disertaciniame darbe nagrinėjamas InAs/AlSb medžiagų sistemos panaudojimas trumpabangių tarppajuostinių lazerių kūrimui. Buvo išplėtota molekulinių pluoštelių epitaksijos technologija, leidžianti auginti daugiaperiodines neįtemptas InAs/AlSb heterosandūras su mažu 1-2 atominių sluoksnių šiurkštumu. Buvo parodyta, jog InAs/AlSb medžiagų sistema yra tinkama kurti trumpabangiams kvantiniams kaskadiniams lazeriams, veikiantiems žemiau 4 µm bangos ilgio ribos. Buvo ištirtas kvantinių kaskadinių lazerių, turinčių tiek plazmoninius bangolaidžius su stipriai legiruotais InAs apdariniais sluoksniais, tiek ir mažo periodo InAs/AlSb supergardelių bangolaidžius, veikimas bei jų įtaka prietaiso parametrams. Šie sprendimai dėl bangolaidžių bei tolimesni aktyviosios terpės patobulinimai, naudojant piltuvėlio formos injektorių, leido sukurti didelio našumo prietaisus, galinčius veikti iki 420 K temperatūros, esant 3,3 µm bangos ilgio emisijai, ir pasiekti maksimalią optinę galią siekiančią 1 W kambario temperatūroje. Šios inovacijos leido sukurti ir InAs/AlSb kvantinį kaskadinį lazerį, emituojantį ~2,6 µm bangos ilgio spinduliuotę  šiai dienai tai yra trumpiausią bangos ilgį spinduliuojantis tokio tipo prietaisas pasaulyje.