I materiali etero epitassiali utilizzati per realizzare il laser a cascata quantistica (QCL) sono principalmente sistemi di materiali GaInAs/AlInAs basati su InP, sistemi di materiali GaAs/AlGaAs basati su GaAs e sistemi di materiali antimonide.PAM-XIAMENpuò fornire film sottile per laser a cascata quantistica basato su InP, come segue:

1. InGaAs/InAlAs/InP per il diodo laser a cascata quantistica

PAM210906 – QCL

N. 1 Materiali eteroepitassiali InP per laser a cascata quantistica con un intervallo spettrale di 4-5μm

strato n.	Materiale	Gruppo	iterazione	Spessore, Å	Livello di doping Si (cm-3)
27	In0.53Ga0.47Come	–	–	2000	–
26	InP	–	–	–	–
25	InP	–	–	–	–
24	InXXGaXXCome	–	–	–
23	InXXAlXXCome	–
22	InXXGaXX1As	–
21	InXXAlXXCome	–
20	In0.669Ga0.331Come	–
19	InXXAlXXCome	–
18	InXXGaXXCome	–
17	InXXAlXXCome	–
16	InXXGaXXCome	–
15	InXXAlXXCome	–
14	InXXGaXXCome	–
13	InXXAlXXCome	–
12	InXXGaXXCome	–
11	InXXAlXXCome	–			–
10	InXXGaXXCome	–			–
9	InXXAlXXCome	–			–
8	InXXGaXXCome	–			–
7	InXXAlXXCome	–
6	InXXGaXXCome	–
5	InXXAlXXCome	–
4	InXXGaXXCome	–
3	InXXAlXXCome	–
2	InP	–	–	–	–
1	Substrato InP			350um	3×1017

 

N. 2 Eteroepitassia InGaAs/InAlAs/InP per QCL con un intervallo spettrale di 7-9μm

strato n.	Materiale	Gruppo	iterazione	Spessore, Å	Livello di doping Si (cm-3)
25	InXXGaXXCome	–	–	200	–
24	InXXGaXXCome	–	1	–	–
23	InP	–	–	–	–
22	InXXGaXXCome	–	–	–
21	AlXXInXXCome	–
20	InXXGaXXCome	–
19	AlXXInXXCome	–
18	InXXGaXXCome	–
17	AlXXInXXCome	–			–
16	InXXGaXXCome	–			–
15	AlXXInXXCome	–			–
14	InXXGaXXCome	–			–
13	AlXXInXXCome	–
12	InXXGaXXCome	–
11	AlXXInXXCome	–
10	InXXGaXXCome	–
9	AlXXInXXCome	–
8	InXXGaXXCome	–
7	AlXXInXXCome	–
6	InXXGaXXCome	–
5	AlXXInXXCome	–
4	InXXGaXXCome	–
3	Al0.48In0.52Come	–
2	InXXGaXXCome	–	–	–	5×1016
1	Substrato InP	–			1-3×1017

 

N. 3 Crescita eteroepitassiale InAlAs/InGaAs per QCL con un intervallo spettrale di 7-9μm

strato n.	Materiale	gruppo	iterazione	Spessore, Å	Livello di doping Si (cm-3)
79	InXXGaXXCome	–	1	–	–
78	InP	–	–	2000	–
77	InP	3	–	–	–
76	InP	–	–	–	2×1016
75	AlXXInXXCome	–	–	–	–
74	InXXGaXXCome	–			–
73	AlXXInXXCome	–			–
72	AlXXInXXCome	–			–
71	InXXGaXXCome	–			–
70	AlXXInXXCome	–			–
69	InXXGaXXCome	–			–
68	AlXXInXXCome	–			–
67	InXXGaXXCome	–			–
66	AlXXInXXCome	–			–
65	InXXGaXXCome	–			–
64	AlXXInXXCome	–			–
63	InXXGaXXCome	–			–
62	AlXXInXXCome	–			–
61	InXXGaXXCome	–			–
60	AlXXInXXCome	–			–
59	InXXGaXXCome	–			–
58	AlXXInXXCome	–			–
57	InXXGaXXCome	–			–
56	AlXXInXXCome	–			–
55	InXXGaXXCome	–			–
54	InXXGaXXCome	–	–	–	–
53	AlXXInXXCome	–	–	–	–
52	InXXGaXXCome	–	–	–	–
51	AlXXInXXCome	–	–	–
50	InXXGaXXCome	–
49	AlXXInXXCome	–
48	InXXGaXXCome	–
47	AlXXInXXCome	–			–
46	InXXGaXXCome	–			–
45	AlXXInXXCome	–			–
44	InXXGaXXCome	–			–
43	AlXXInXXCome	–			–
42	InXXGaXXCome	–			–
41	AlXXInXXCome	–
40	InXXGaXXCome	–
39	AlXXInXXCome	–
38	InXXGaXXCome	–
37	AlXXInXXCome	–
36	InXXGaXXCome	–
35	AlXXInXXCome	–
34	InXXGaXXCome	–
33	AlXXInXXCome	–
32	InXXGaXXCome	–
31	AlXXInXXCome	–
30	InXXGaXXCome	–
29	AlXXInXXCome	–	–	–
28	InXXGaXXCome	–	–	–	–
27	AlXXInXXCome	–		–	–
26	InXXGaXXCome	–		–	–
25	AlXXInXXCome	–		–	–
24	InXXGaXXCome	–	1	–	–
23	AlXXInXXCome	–	–	–	–
22	InXXGaXXCome	–			–
21	AlXXInXXCome	–			–
20	InXXGaXXCome	–			–
19	AlXXInXXCome	–			–
18	InXXGaXXCome	–			–
17	AlXXInXXCome	–			–
16	InXXGaXXCome	–			–
15	AlXXInXXCome	–			–
14	InXXGaXXCome	–			–
13	AlXXInXXCome	–			–
12	InXXGaXXCome	–			–
11	AlXXInXXCome	–			–
10	InXXGaXXCome	–			–
9	AlXXInXXCome	–			–
8	InXXGaXXCome	–			–
7	AlXXInXXCome	–			–
6	InXXGaXXCome	–			–
5	AlXXInXXCome	–			–
4	InXXGaXXCome	–			–
3	Al0.48In0.52Come	–			–
2	InP	–	–		–
1	Substrato InP			350 μm	3×1018

 

2. Perché fabbricare laser QCL basati su materiali etero-epitassiali InGaAs/AlInAs?

Le ragioni per cui si utilizzano materiali eteroepitassiali InGaAs/InAlAs per fabbricare QCL sono principalmente:

1) Il guadagno laser di QCL è proporzionale a (m_e)^{– 3/2}. Poiché la massa effettiva dell'elettrone me in InGaAs è inferiore alla massa effettiva dell'elettrone in GaAs, il guadagno del sistema di materiale etero epitassiale InGaAs/InAlAs è maggiore di quello del sistema di materiale GaAs/AlGaAs;

2) L'ordine della banda di conduzione del sistema di materiali etero epitassiali InGaAs/InAlAs è relativamente ampio, come mostrato in Figura 1, e il divario energetico tra gli stati ad alta energia delle transizioni laser è ampio, rendendo più facile ottenere il laser a semiconduttore a cascata quantistica. Inoltre, ci sono fattori come la perdita della guida d'onda e l'efficienza di dissipazione del calore.

Fig. 1 Costanti del reticolo (a) e gap di banda (b) del materiale eteroepitassiale InGaAs/InAlAs

3. Che cos'è un laser a cascata quantistica?

QCL è una sorgente luminosa unipolare nella banda del medio infrarosso basata sulla transizione elettronica tra sottobande.

Come funziona un laser a cascata quantistica? Il principio di funzionamento è diverso da quello dei laser a semiconduttore convenzionali. Il suo schema laser consiste nell'utilizzare gli stati elettronici separati causati dall'effetto di confinamento quantistico in uno strato sottile di eterostruttura semiconduttrice perpendicolare allo spessore del livello nanometrico e generare un'inversione del numero di particelle tra questi stati eccitati. La regione attiva del laser è composta da una concatenazione multistadio di pozzi quantici accoppiati (solitamente più di 500 strati) per ottenere un'emissione multifotone dell'iniezione di un singolo elettrone. La caratteristica dell'impronta digitale di QCL è che la lunghezza d'onda operativa non è direttamente correlata al gap di banda dei materiali utilizzati, ma determinata solo dalla spaziatura delle sottobande dei pozzi quantici accoppiati, in modo che la lunghezza d'onda del laser a cascata quantistica possa essere adattata in un ampio intervallo .

Attualmente, le applicazioni del laser a cascata quantistica riguardano principalmente il rilevamento di gas, le contromisure a infrarossi e la comunicazione terahertz.

Per ulteriori informazioni potete contattarci via e-mail all'indirizzovictorchan@powerwaywafer.com e powerwaymaterial@gmail.com.