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Diseño y caracterización de láseres de cascada cuántica en el infrarrojo medio / Desing y caracterization of quatum cascade lasers in the MIR range

Pizarro, Nadia A. (2022) Diseño y caracterización de láseres de cascada cuántica en el infrarrojo medio / Desing y caracterization of quatum cascade lasers in the MIR range. Proyecto Integrador Ingeniería en Telecomunicaciones, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.

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Español
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Resumen en español

Con el objetivo de desarrollar las capacidades de diseño, fabricación y caracterización de láseres de cascada cuántica en el rango infrarrojo en el Centro Atómico Bariloche, se caracterizaron las propiedades ópticas y eléctricas de un láser de cascada cuántica de 3 THz. A partir de estos resultados, se verificó el correcto funcionamiento del sistema de medición comparando los resultados con mediciones previas realizadas en otro laboratorio. Además, se realizaron simulaciones de esta estructura empleando dos modelos desarrollados previamente y se verificó que las energías de emisión y la ganancia estimadas son compatibles con lo medido experimentalmente. En segundo lugar, se desarrollaron dos técnicas de caracterización de materiales mediante experimentos de luminiscencia. Una de ellas se focaliza en determinar, ajustando por medio de un método de Montecarlo, los grosores de capas en heteroestructuras realizando un barrido de luminiscencia en la dirección transversal a las capas. La otra técnica desarrollada se basa en determinar la concentración de Si en GaAs:Si mediante el máximo del pico de luminiscencia de este material medido a 77 K y a temperatura ambiente; para ello se realizaron curvas de calibración con mediciones de efecto Hall y de capacitancia electroquímica. Ambos métodos desarrollados aun carecen de precisión, pero resultaron prácticos para tener una primera y rápida medición de estas propiedades. Seguidamente, se completó el estudio de espectros de fotoluminiscencia a 5 K y 77 K de heteroestructuras crecidas en el Centro Atómico Bariloche y, junto con mediciones previas, se verificó que es posible crecer muestras periódicas, complejas y de buena calidad. Finalmente, se lograron fabricar las primeras muestras de láseres de cascada cuántica de 11 μm en el Centro Atómico Bariloche. Se realizaron las respectivas caracterizaciones eléctricas sin obtener resultados concluyentes sobre la existencia de emisión estimulada. Paralelamente, se realizaron simulaciones de este láser variando parámetros en su estructura a fin de estimar sus efectos en la longitud de onda de emisión.

Resumen en inglés

In order to develop the design, fabrication and characterization capabilities of quantum cascade lasers in the infrared range at the Bariloche Atomic Center, the optical and electrical properties of a 3 THz quantum cascade laser were characterized. From these results, the correct operation of the measurement system was verified by comparing the results with previous measurements performed in another laboratory. In addition, simulations of this structure were performed using two previously developed models and it was verified that the estimated emission energies and gain are compatible with what was experimentally measured. Secondly, two material characterization techniques were developed by means of luminescence experiments. One of them focuses on determining, by means of a Monte Carlo method, the thicknesses of layers in heterostructures by performing a luminescence scan in the transverse direction of the layers. The other technique developed is based on determining the Si concentration in GaAs:Si by means of the maximum of the luminescence peak of this material measured at 77 K and at room temperature. calibration curves with Hall effect and electrochemical capacitance measurements were performed. Both methods developed still lack precision, but they were practical to have a first and fast measurement of these properties. properties. Next, the study of photoluminescence spectra at 5 K and 77 K of heterostructures grown at the Bariloche Atomic Center was completed and, together with previous measurements, it was verified that it is possible to grow periodic, complex and good quality samples. quality. Finally, the first samples of 11 μm quantum cascade lasers were fabricated at the Bariloche Atomic Center. The respective electrical characterizations were carried out without obtaining conclusive results on the existence of stimulated emission. In parallel, simulations of this laser were performed by varying parameters in its structure in order to estimate its effects on the emission wavelength. Translated with www.DeepL.com/Translator (free version)

Tipo de objeto:Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería en Telecomunicaciones)
Palabras Clave:Simulation; Simulación; [Semiconductors; Semiconductores; Laser; Láser ; Láser de cascada cuántica]
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Materias:Ingeniería en telecomunicaciones > Física de láser
Divisiones:Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Materia condensada > Teoría de sólidos
Código ID:1151
Depositado Por:Tamara Cárcamo
Depositado En:10 Aug 2023 10:32
Última Modificación:10 Aug 2023 10:32

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