Квантовые каскадные лазеры с оптическими покрытиями, излучающие на длине волны 4.5 мкм тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Подгаецкий Константин Андреевич

• Подгаецкий Константин Андреевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Подгаецкий Константин Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

1. КВАНТОВЫЕ КАСКАДНЫЕ ЛАЗЕРЫ СРЕДНЕГО ИК-ДИАПАЗОНА

1.1 Источники когерентного электромагнитного излучения среднего инфракрасного диапазона

1.2. Физические особенности ККЛ

1.3. Системы материалов для ККЛ среднего ИК диапазона

1.4. Физические явления в активной области ККЛ

1.5 Конструкция диэлектрического волновода ККЛ

1.6 Оптический резонатор ККЛ

1.8 Оптические покрытия для ККЛ

2. МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ КВАНТОВЫХ КАСКАДНЫХ ЛАЗЕРОВ С ОПТИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ

2.1 Классификация методов осаждения тонких пленок

2.2 Метод электронно-лучевого осаждения покрытий

2.3 Осаждение покрытий магнетронным методом распыления

2.4 Создание экспериментальных образцов ККЛ

3. КВАНТОВЫЕ КАСКАДНЫЕ ЛАЗЕРЫ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ВЫСОКООТРАЖАЮЩИМИ ПОКРЫТИЯМИ

3.1 Расчет оптических покрытий для ККЛ

3.2 Расчет диэлектрических покрытий для ККЛ среднего ИК-диапазона

3.3 ККЛ с покрытием Si-Si3N4

3.4 ККЛ с покрытием Si-Al2Oз

3.5 ККЛ с покрытием Si-SiO2

3.6 Анализ ККЛ с диэлектрическими высокоотражающими покрытиями

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ КВАНТОВЫХ КАСКАДНЫХ ЛАЗЕРОВ С МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ВЫСОКООТРАЖАЮЩИМИ ПОКРЫТИЯМИ

4.1 Конструкция металлодиэлектрических зеркал для ККЛ

4.2 Расчет металлодиэлектрических покрытий для ККЛ

4.3 Особенности осаждения металлических пленок

4.4 ККЛ с покрытием АЬОз-Ме

4.5 ККЛ с покрытием SiO2 -Ме

4.6 Анализ ККЛ с металлодиэлектрическими покрытиями

5. КВАНТОВЫЕ КАСКАДНЫЕ ЛАЗЕРЫ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ВЫСОКООТРАЖАЮЩИМИ, ЧАСТИЧНО ОТРАЖАЮЩИМИ И ПРОСВЕТЛЯЮЩИМИ ПОКРЫТИЯМИ

5.1 Анализ влияния оптических покрытий на выходную мощность ККЛ

5.2 ККЛ с просветляющими и высокоотражающими покрытиями

5.3 ККЛ с частично отражающими и высокоотражающими покрытиями

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Квантовые каскадные лазеры с оптическими покрытиями, излучающие на длине волны 4.5 мкм»

ВВЕДЕНИЕ

Квантовые каскадные лазеры (ККЛ) являются источниками когерентного излучения, основанными на межподзонных переходах в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами (КЯ), что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, работающих на межзонных переходах. Данное отличие сделало возможным создание лазеров среднего ИК-диапазона на основе широкозонных полупроводниковых материалов семейства А3В5, повсеместно используемых для источников лазерного излучения ближнего ИК-диапазона [1]. В средней ИК-области спектра ККЛ находят применение в разнообразных спектроскопических системах, биологических и медицинских исследованиях, организации атмосферных оптических линий связи и других перспективных приложениях [2,3,4]. Совершенствование аппаратуры для указанных применений, во многих случаях, требует повышения выходной оптической мощности ККЛ.

Одним из наиболее простых и распространенных методов повышения указанной характеристики в технологии полупроводниковых лазеров является нанесение оптических покрытий на грани резонатора [5]. Такой подход хорошо развит для полупроводниковых лазеров ближнего ИК-диапазона, где, как правило, используются диэлектрические просветляющие (ЛЯ) и высокоотражающие (ИЯ) оптические покрытия (зеркала). Вместе с тем, для ККЛ среднего ИК-диапазона подобные исследования проведены в недостаточном объеме. Для таких приборов, в качестве ИЯ покрытий получили распространение не только диэлектрические [6], но и металлодиэлектрические покрытия [7]. Изучаются и перспективы использования частично отражающих (РИЯ) покрытий, коэффициент отражения которых превышает коэффициент отражения естественной грани резонатора ККЛ без покрытий, но остается ниже коэффициента отражения ИЯ покрытия [5,7]. При этом, создание указанных покрытий для ККЛ среднего ИК-диапазона осложняется выбором материалов с низким поглощением на этих длинах волн, и разработкой технологии их осаждения, обеспечивающей прецизионный контроль толщины и хорошую адгезию к грани полупроводникового кристалла.

Выбор оптического покрытия для ККЛ разными авторами во многом определяется освоенными материалами и имеющимися технологиями нанесения таких покрытий. Как правило, в указанных исследованиях используется какое-то одно оптическое покрытие ККЛ. В противоположность этому, настоящая работа направлена на рассмотрение и сравнительное изучение оптических покрытий различных типов.

Данная работа посвящена развитию существующих подходов и поиску новых решений по созданию ККЛ повышенной выходной мощности с оптическими покрытиями на гранях резонатора.

Цель и основные задачи работы

Цель диссертационной работы заключалась в создании квантово-каскадных лазеров с оптическими покрытиями на гранях резонатора для повышения уровня выходной оптической мощности таких приборов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Провести расчет оптических покрытий различных типов.

2. Создать образцы квантовых каскадных лазеров с различными оптическими покрытиями на гранях резонатора.

3. Изучить влияние диэлектрических высокоотражающих оптических покрытий на выходную мощность квантовых каскадных лазеров с оптическим покрытием на одной из граней резонатора.

4. Рассмотреть высокоотражающие металлодиэлектрические покрытия и их влияние на мощностные характеристики квантовых каскадных лазеров.

5. Проанализировать выходные характеристики квантовых каскадных лазеров с высокоотражающим оптическим покрытием на задней грани резонатора и оптическим покрытием с вариацией коэффициента отражения на передней грани резонатора.

6. Предложить подходы по созданию квантовых каскадных лазеров с длиной волны излучения 4.5 мкм повышенной выходной мощности.

Научная новизна работы

1. Показано, что высокоотражающие диэлектрические покрытия Si-SiO2. на одной из граней резонатора более эффективно увеличивают выходную мощность ККЛ по сравнению с диэлектрическими покрытиями Si-SiзN4 и Si-Al2Oз.

2. Продемонстрировано, что металлодиэлектрические высокоотражающие покрытия имеют преимущество по сравнению с диэлектрическими высокоотражающими покрытиями при создании мощных ККЛ.

3. Установлено, что металлодиэлектрические покрытия SiO2-Ti-Au более эффективно увеличивают выходную мощность ККЛ по сравнению с металлодиэлектрическими покрытиями Al2Oз-Ti-Au.

4. Показано, что одновременное использование высокоотражающих и просветляющих оптических покрытий ККЛ повышает пороговый ток и одновременно увеличивает наклон ватт-амперной характеристики, что способствует достижению повышенной мощности при увеличении тока накачки. При этом, одновременное использование высокоотражающих и частично отражающих оптических покрытий позволяет снизить пороговый ток лазерной генерации, хотя и ценой снижения дифференциальной эффективности.

Теоретическая и практическая значимость результатов работы

В работе представлены результаты расчета, создания и исследования ККЛ с высокоотражающими диэлектрическими и металлодиэлектрическими оптическими покрытиями. Выбранные материалы покрытий и методы их нанесения на одну из граней резонатора позволяют снизить пороговый ток и обеспечить увеличение выходной оптической мощности ККЛ среднего ИК-диапазона.

Теоретически и экспериментально изучены ККЛ с напылением оптических покрытий с различными коэффициентами отражения на обе грани резонатора. Показаны соотношения коэффициентов преломления оптических покрытий, обеспечивающих, либо увеличение выходной оптической мощности, либо снижение порогового тока генерации лазерного излучения.

Результаты исследований данной работы расширяют представления о выборе оптических покрытий в зависимости от области применения ККЛ.

Методология и методы исследования

Для расчета многослойных оптических покрытий в работе применялся метод рекуррентных матриц. Для изготовления образцов ККЛ использовались технологии полупроводникового планарного цикла. Нанесение оптических покрытий осуществлялось методами электронно-лучевого осаждения и магнетронного распыления. Для исследования выходных характеристик образцов использовались традиционные методы измерений, принятые в полупроводниковой лазерной технике.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Использование высокоотражающих диэлектрических покрытий Si-SiO2, Si-SiзN4 и Si-Al2Oз на одной из граней резонатора позволяет повысить на 7188% выходную оптическую мощность ККЛ, излучающих на длине волны 4.5 мкм, по сравнению с образцами без оптических покрытий. Причем, диэлектрическое покрытие Si-SiO2 до 25 % эффективнее покрытий Si-SiзN4 и Si-Al2Oз.

2. Использование металлодиэлектрических покрытий SiO2-Ti-Au и Al2Oз-Ti-Au на одной из граней резонатора показывает на 64-93 % более высокую выходную мощность ККЛ, излучающих на длине волны 4.5 мкм, по сравнению с приборами без оптических покрытий. При этом, металлодиэлектрическое покрытие SiO2-Ti-Au приблизительно в 1.5 раза эффективнее покрытия Al2Oз-Ti-Аи.

3. Для ККЛ с длиной волны излучения 4.5 мкм металлодиэлектрическое покрытие SiO2-Ti-Au демонстрирует прирост выходной мощности в среднем на 5% больше, чем для ККЛ с лучшим из диэлектрических покрытий Si-SiO2.

4. Использование одновременно высокоотражающих и просветляющих оптических покрытий позволяет добиться более высокой выходной мощности ККЛ при больших токах накачки, несмотря на увеличение порогового тока по сравнению с образцами только с одним высокоотражающим покрытием.

5. Использование частично отражающих оптических покрытий, коэффициент отражения которых превышает коэффициент отражения от естественной грани ККЛ, в совокупности с высокоотражающими зеркалами дает возможность снизить пороговый ток излучателя по сравнению с ККЛ только с одним высокоотражающим зеркалом. При этом, наклон ватт-амперной характеристики снижается.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность представленных результатов подтверждается использованием общепринятых расчетных и экспериментальных методов исследования, использованием современного технологического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры, воспроизводимыми результатами экспериментов и их соответствием с теоретическими оценками, обсуждением работы на научных конференциях и публикацией результатов в рецензируемых журналах.

Основные результаты работы были представлены и обсуждены на профильных конференциях:

• VIII Международный симпозиум по когерентному оптическому излучению полупроводниковых соединений и структур. Россия, Москва. 2021г.

• XXVI Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектронка». Россия, Нижний Новгород. 2022 г.

• 1-я Международная конференция «Лазеры, полупроводниковые излучатели и приборы на их основе». Республика Беларусь, Минск. 2022 г.

• 20th International Conference Laser Optics (ICLO). Россия, Санкт-Петербург. 2022 г.

• 7-й симпозиум «Полупроводниковые лазеры: физика и технология». Россия, Санкт-Петербург. 2022 г.

• XXVII Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектронка». Россия, Нижний Новгород. 2023 г.

• IX Международный симпозиум по когерентному оптическому излучению полупроводниковых соединений и структур. Россия, Москва. 2023 г.

• 21th International Conference Laser Optics (ICLO). Россия, Санкт-Петербург. 2024 г.

• Semiconductor Lasers and Laser Dynamics XI Conference. France, Strasbourg. 2024 г.

Личный вклад автора

Все исследования выполнены автором лично или при его непосредственном участии. Автор выполнил литературный обзор по теме диссертации, участвовал в постановке задач и определении методов их решения. Лично автором выполнен расчет для оптических покрытий всех типов, при его участии изготовлены образцы ККЛ и сформированы оптические покрытия, автором собраны и проанализированы результаты измерений, сформулированы научные положения, выносимые на защиту, и сделаны выводы по работе. В диссертацию вошли только те результаты, в которых личный вклад автора являлся определяющим.

Публикации

По результатам диссертации опубликованы 20 научных работ, из которых 7 опубликованы в рецензируемых журналах, а 13 в тезисах и материалах научных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 91 наименований. Работа содержит 115 страницы машинописного текста, 69 рисунка и 4 таблицы.

1. КВАНТОВЫЕ КАСКАДНЫЕ ЛАЗЕРЫ СРЕДНЕГО ИК-ДИАПАЗОНА

1.1 Источники когерентного электромагнитного излучения среднего инфракрасного диапазона

Лазерные источники в средней инфракрасной области (3-50 мкм) имеют широкий спектр применения, среди которых, пожалуй, ведущими являются спектроскопические задачи [8]. Указанный спектральный диапазон дает доступ к фундаментальным вращательно-колебательным переходам многих низкомолекулярных газов (рисунок 1). По сравнению с ближней инфракрасной спектральной областью (длины волн менее 2.5 мкм) интенсивность линии в среднем ИК-диапазоне обычно на два порядка выше. Поэтому, в этой спектральной области коэффициент поглощения высок, что позволяет проводить высокоточные спектроскопические измерения [9]. Молекулярная спектроскопия все больше концентрируется на данном диапазоне длин волн для проведения анализа следовых газов [10] на уровне ppb и ppt [11,12,13], изотопных измерений [14,15] и анализа состава изотопомеров [16].

В среднем ИК-диапазоне есть два атмосферных окна, а именно от 3 до 5 мкм и от 8 до 14 мкм, показанные на рисунке 1. Они полезны для зондирования газов окружающей среды и связи в свободном пространстве [4,17]. Возможные области применения включают в себя медицинское [18] и промышленное обнаружение следов утечек газа, управление технологическими процессами, испытания на загрязнение нефтехимической продукции, а также лазерную хирургию, обработку материалов и т.д. [19]. В зависимости от решаемых задач формулируются и требования к источникам лазерного излучения рассматриваемого спектрального диапазона.

Рисунок 1. Интенсивность линий нескольких газов в ближнем и среднем ИК-диапазонах. Первое и второе атмосферные окна отмечены коричневым цветом. Ближняя инфракрасная область отмечена желтым цветом [20].

На рисунке 2 представлены основные типы лазеров для среднего инфракрасного диапазона [21].

Рисунок 2. Сравнение покрытия длин волн различными когерентными источниками в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне [21].

Лазеры CO и CO2 используются в качестве источников лазерного излучения среднего ИК-диапазона, но их длина волны фиксирована и перестройка невозможна, также они дороги и громоздки. При этом, такие лазеры могут обеспечивать достижение высокой выходной мощности, что может быть востребовано в ряде практических применений. Волоконные лазеры используются для нелинейного преобразования с понижением частоты для получения лазерного излучения среднего ИК-диапазона, но эта технология достаточно сложна и дорога. Использование полупроводниковых соединений IV-VI позволяет создавать инфракрасные лазеры, генерирующие ИК-излучение в среднем диапазоне длин волн, но для работы таких приборов необходимы низкие температуры, значение выходной оптической мощности уступают их аналогам [22,23,24]. Альтернативой приборам на соединениях IV-VI являются современные полупроводниковые излучатели на базе квантовых каскадных лазеров. Кардинальные отличия в механизме функционирования ККЛ, позволяет им работать при комнатной температуре и даже при ее значительном превышении, их длина волны излучения может быть широко перестраиваемой, а выходная оптическая мощность выше, чем у других полупроводниковых лазеров данного диапазона. В связи с этим, такие лазеры весьма привлекательны для ряда приложений в рассматриваемой спектральной области.

1.2. Физические особенности ККЛ

Обычные полупроводниковые лазеры отличаются от квантовых каскадных лазеров тем, что они работают на электронном переходе из валентной зоны в зону проводимости (межзонный переход), в тоже время как в квантовых каскадных лазерах генерация излучения происходит только при электронном переходе в зоне проводимости (межподзонный переход). Структура ККЛ представляет собой чередующиеся тонкие слои полупроводниковых материалов в заданной последовательности. Реализация квантовых каскадных устройств требует эпитаксиального роста с нанометровой точностью. Причем, необходимы структуры с резкими гетерограницами между квантовыми ямами и барьерами.

Совместная плотность состояний различна для межзонных и межподзонных переходов. Поэтому оптическое поведение межзонных и межподзонных переходов сильно различается. Совместная плотность состояний при межзонном переходе характеризуется распределением электронов и дырок в зоне проводимости и валентной зоне соответственно. Поэтому спектр усиления межзонного перехода естественным образом уширяется. Напротив, совместная плотность состояний в межподзонном переходе дельта-подобна [21], поэтому переход очень похож на атомные системы. Спектр усиления менее уширен, чем в случае межзонных переходов. Схематическая иллюстрация оптического перехода и спектра усиления межподзонных и межзонных переходов представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. (а) Спектр межподзонного перехода и усиления, (б) спектр межзонного перехода и усиления [21].

В 1971 году Казаринов и Сурис продемонстрировали, что усиление света возможно при переходе между двумя межподзонными состояниями в полупроводнике [25]. Теоретические исследования показали, что в процессе туннелирования электрон может переходить из базового состояния квантовой ямы в возбужденное состояние смежной ямы, излучая фотон. Данный феномен

описывается как «туннельное излучение». Кроме того, при помощи каскадирования квантовых ям можно осуществлять многократное повторение этого процесса. Однако, ученым не удалось достичь эффекта усиления. При использовании нескольких квантовых ям без примесей образуются домены пространственного заряда, из-за которых электрическое поле неоднородно и его структура становится электрически нестабильной [26]. Дж. Файст и Ф. Капассо решили эту проблему электрической нестабильности, добавив области инжектора (некоторые из них легированы) между активными областями Казаринова и Суриса, и в 1994 году они предложили первый квантовый каскадный лазер [1]. Состояния инжектора ведут себя как электронный резервуар, предотвращая образование доменов пространственного заряда и обеспечивая однородное электрическое поле по всему устройству.

Подобно всем видам лазерных систем, квантовый каскадный лазер также состоит из двух частей: среды усиления и оптического резонатора. Оптический резонатор может быть сформирован с помощью традиционных методов постростовых технологий, принятых в производстве полупроводниковых лазеров. Однако, среда усиления квантовых каскадных лазеров сильно отличается от обычных полупроводниковых лазеров. Можно разделить среду усиления на активную область, где происходит лазерный переход, и область инжекции, где электроны накачиваются в следующую активную область.

Активная область состоит из тонких квантовых ям, разделенных барьерами. Поскольку квантовые ямы достаточно тонкие, из-за квантового ограничения, в них образуются дискретные уровни энергии. Эти дискретные уровни энергии являются верхними и нижними лазерными состояниями. Кроме того, длину волны лазера можно контролировать, изменяя толщину указанных квантовых ям.

Область инжекции представляет собой сверхрешеточную структуру. Как отмечали Эсаки и Цу, искусственные структуры минизон и минищелей могут быть созданы путем формирования периодически чередующихся квантовых ям и барьеров [27]. Указанная последовательность слоев может вести себя, как одномерная кристаллическая структура; они образуют искусственные

запрещенные зоны и щели. Эта область инжекции накачивает электроны на верхние лазерные уровни и выбрасывает электроны с нижних лазерных уровней. Инжекторы используются для создания каскадной структуры, другими словами, активные области могут быть объединены областями инжекции для создания каскадной структуры.

Первый квантовый каскадный лазер был создан Дж. Файстом и Ф. Капассо в 1994 году в Bell Labs [1]. Он работал на длине волны 4.2 мкм и мог генерировать только в импульсном режиме при криогенных температурах с пороговой плотностью тока 14 кА/см2. Самый первый квантовый каскадный лазер с диагональным лазерным переходом представлен на рисунке 4. Уровень энергии 3 - верхний лазерный уровень, 1 и 2 - нижние лазерные уровни. Активная область — это область, где происходит генерация излучения, а цифровой твердый раствор -это область, в которой существует сверхрешеточная структура инжектора [1]. Активная область состоит из трех связанных квантовых ям, обеспечивающих формирование трехуровневой лазерной системы, в которой достигается инверсия населенности между уровнями 2 и 3.

А

Рисунок 4. Энергетическая диаграмма зоны проводимости первого квантового каскадного лазера и соответствующие энергетические уровни [1].

Кроме того, многоступенчатая каскадная геометрия допускает рециркуляцию электронов, так, что каждый электрон, инжектированный выше порога, может теоретически генерировать количество фотонов, равное количеству каскадов. Установлено, как теоретически, так и экспериментально, что в ККЛ рассеяние электронов на продольных оптических фононах (LO) является доминирующим механизмом межподзонного рассеяния для подзон, отстоящих друг от друга более, чем энергия LO-фонона Elo [28,29]. Для внутриямных переходов времена такого рассеяния, как правило, меньше 1 пс. Для межподзонных переходов, где разделение меньше, чем Elo, испускание LO-фононов энергетически запрещено при низких температурах. Поэтому, безызлучательная релаксация доминирует за счет комбинации электрон-электронного (e-e) рассеяния, электрон-примесного рассеяния и LO-фононного рассеяния высокоэнергетического хвоста распределения электронов подзоны. Несмотря на то, что устройства функционируют при низких температурах, существует вероятность неравновесного распределения электронов [28,29,30]. Кроме того, в процессе межподзонного транспорта существенную роль играет рассеяние электронов на ионизированных примесях, которое в некоторых случаях может оказаться более значимым, чем рассеяние электронов между собой. Другие пути релаксации оказываются менее важными: акустическое фононное рассеяние относительно неэффективно (время рассеяния 100 пс), особенно при низких температурах, когда популяция фононов мала [31]. Рассеяние на шероховатости интерфейса конкурирует с оптическими фононами в эффективности рассеяния и становится чрезвычайно эффективным для коротковолновых переходов выше 300 мэВ. Шероховатость интерфейса через внутриподзонное рассеяние также вносит весомый вклад в механизм уширения оптических переходов между межподзонными состояниями, ширина которых, как правило, не ограничена временем жизни [21]. На сегодняшний день наилучшие характеристики ККЛ были получены при использовании четырех систем полупроводниковых материалов: GaInAs/AlInAs, выращенных на подложках InP [32], GaAs/AlGaAs, выращенных на подложках GaAs [33], AlSb/InAs, выращенных на InAs [34,35], InGaAs/AlInAsSb,

InGaAs/GaAsSb или InGaAs/AlInGaAs, выращенных на подложках InP [36,37,38,39].

В настоящее время достигнуты значительные успехи в производительности ККЛ. Лазеры данного типа обладают выходной мощностью до нескольких ватт, демонстрируют рабочий непрерывный режим излучения при комнатной температуре и обеспечивают эффективность до 22%. При использовании криогенных температур (77 К) эффективность достигает более 50% [40,41,42]. Спектральный охват был достигнут на длинах волн от ~3 до 25 мкм с потенциалом для большой перестройки длины волны излучения [43]. Недавно было продемонстрировано, что ККЛ с новыми перспективными материальными системами работают до 400 К на длинах волн в пределах первого атмосферного окна (3-5 мкм) [35,37,43,44,45]. В 2002 году спектральный охват ККЛ был расширен до терагерцового (ТГц) диапазона [46], где в настоящее время успешно разработаны эффективные и миниатюрные источники, работающие в окне 1.2-4.9 ТГц, как в одноплазмонной, так и в двухметаллической конфигурации волновода

[47].

Текущее состояние доступных частот в зависимости от температурных характеристик ККЛ схематически представлено на рисунке 5.

Рисунок 5. График зависимости рабочей температуры от длины волны излучения (или частоты, верхняя ось) для квантовых каскадных лазеров [48].

1.3. Системы материалов для ККЛ среднего ИК диапазона

Для изготовления квантовых каскадных лазеров пригодны несколько систем полупроводниковых материалов (рисунок 6).

Рисунок 6. Зона проводимости и эффективное смещение зоны проводимости в системах материалов, пригодных для изготовления ККЛ среднего

ИК-диапазона [49].

Система материалов InGaAs/AlInAs/InP с согласованной решеткой имеет разрывы зон 0,52 эВ, поэтому она допускает минимальные длины волн 4.3 мкм. Кроме того, эффективная масса электронов системы материалов InGaAs/AlInAs/InP мала (ш~0,043шо) [50], что составляет почти половину от системы материалов GaAs/AlGaAs. Это позволяет использовать большую ширину квантовой ямы и сделать флуктуации толщины менее критичными (поскольку оптический матричный элемент обратно пропорционален эффективной массе). Время безызлучательной релаксации также больше, поскольку т~ 1/л/т, поэтому усиление больше, чем у системы материалов GaAs/AlGaAs, потому что усиление также обратно пропорционально эффективной массе электронов. Кроме того,

показатель преломления 1пР меньше, чем у InGaAs и InAlAs; следовательно, формирование обкладочного слоя проще.

Более того, в системе материалов InGaAs/AlInAs возможно увеличить разрыв зоны проводимости путем использования напряженно-компенсированных слоев для получения более коротких длин волн (минимально возможное значение составляет 3.05 мкм).

Из-за более высокой эффективной массы электронов по сравнению с системой материалов InGaAs/AlInAs/InP, системы материалов GaAs/AlGaAs имеют более низкий коэффициент усиления. Однако системы материалов GaAs/AlGaAs имеют более низкие потери свободных носителей (поскольку потери свободных носителей обратно пропорциональны эффективной массе электронов). Поэтому, система материалов GaAs/AlGaAs очень перспективна для более длинных волн, особенно для терагерцовых лазеров.

Система материалов InAs/AlSb привлекательна для коротковолновых квантовых каскадных лазеров и имеет очень низкую эффективную массу электронов (ш~0,023шо), поэтому коэффициент усиления должен быть в 2.5 раза выше, чем у системы материалов InGaAs/AlInAs/InP [50]. Однако формирование волновода достаточно проблематично, поскольку показатель преломления активного слоя и обкладочных слоев одинаковы. Более того, эпитаксиальный рост систем материалов InAs/AlSb сложнее, чем системы материалов InGaAs/AlInAs/InP.

Проводятся исследования по изучению системы материалов Si/SiGe для квантовых каскадных лазеров. В этом случае лазерный переход происходит в валентной зоне, вместо зоны проводимости. Эта система материалов очень перспективна для интегральной оптики на основе кремния. Однако, до сих пор не сообщалось ни об одном квантовом каскадном лазере на основе Si, межподзонная электролюминесценция была зарегистрирована только в 2000 и 2002 годах [51,52].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Подгаецкий Константин Андреевич, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Faist J., [et al]. Quantum cascade lasers / J. Faist, F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho // Science. - 1994. - V.264. - P. 553-556.

2. Isensee K., [et al]. Biomedical applications of mid-infrared quantum cascade lasers - a review / K. Isensee, N. Kroger-Lui, W. Petrich // Royal Society Of Chemistry. - 2018. - V.143. - P. 5888-5911. DOI: 10.1039/c8an01306c

3. Rakic A.D., [et al]. Sensing and imaging using laser feedback interferometry with quantum cascade lasers / A.D. Rakic, T. Taimre, Y.L. Lim, [et al] // Appl. Phys. Rev. -2019. - V.6. - P.021320-021339. DOI: 10.1063/1.5094674

4. Абрамов П.И., [и др]. КВАНТОВО-КАСКАДНЫЕ ЛАЗЕРЫ В АТМОСФЕРНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ СВЯЗИ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ (Обзор) / П.И. Абрамов, А.С. Бударин, Е.В. Кузнецов, Л.А. Скворцов // Журнал прикладной спектроскопии. - 2020. - Т.87. - №. 4. - С. 515-539. [J. of Appl. Spectroscopy., 87(4), 515 (2020)].

5. Елисеев, П.Г. Введение в физику инжекционных лазеров / П.Г. Елисеев; М. Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - 150с.

6. Bai Y., [et al]. Optimizing facet coating of quantum cascade lasers for low power consumption / Y. Bai, S.R. Darvish, N. Bandyopadhyay, S. Slivken, M. Razeghi // Journal of Applied Physics. - 2011. - V.109. - P.053103-053107. DOI: 10.1063/1.3553863

7. Yu J.S., [et al]. High-performance, continuous-wave quantum-cascade lasers operating up to 85°C at X ~ 8.8 ^m / J.S. Yu, S. Slivken, A. Evans, M. Razeghi // Appl Phys A. -2008. - V.93. - N.2. - P.405-408. DOI: 10.1007/s00339-008-4783-9

8. ISO: 20473:2007, 2004.

9. Благин А.В., Драка О.Е. Квантово-каскадные лазеры на основе многослойной гетероструктуры GASBBI/GASB в мониторинге окружающей среды / А.В. Благин, О.Е. Драка // Вестник научных конференций. - 2015. - Т.3. - №2. 3. - С. 2830.

10. Duxbury G., [et al]. Quantum cascade semiconductor infrared and far-infrared lasers: from trace gas sensing to non-linear optics / G. Duxbury, N. Langford, M.T.

McCulloch, S. Wright // Chemical Society Reviews. - 2005. - V.34. - P. 921- 934. DOI: 10.1039/b400914m

11. Kosterev A.A., [et al]. Effective utilization of quantum-cascade distributed-feedback lasers in absorption spectroscopy / A.A. Kosterev, R.F. Curl, F.K. Tittel, C. Gmachl, F. Capasso, D.L. Sivco, J.N. Baillargeon, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho // Applied Optics. - 2000. - V.39. - N.24 - P. 4425- 4430. DOI: 10.1364/ao.39.004425

12. Tuzson B., [et al]. Selective measurements of NO, NO2 and NOy in the free troposphere using quantum cascade laser spectroscopy / B. Tuzson, M. Steinbacher, B. McManus, K. Zayer // Atmospheric Measurement Techniques Discussions. - 2012. -V.5. - P. 8969- 8993. DOI: 10.5194/amtd-5-8969-2012

13. Nelson D.D. Sub-part-per-billion detection of nitric oxide in air using a thermoelectrically cooled mid-infrared quantum cascade laser spectrometer / D.D. Nelson, B. McManus, J. Shorter, M.S. Zahniser // Applied Physics B. - 2002. - V.75. -N.2. - P. 343- 350. DOI: 10.1007/s00340-002-0979-4

14. Kosterev A.A., [et al]. Methane concentration and isotopic composition measurements with a mid-infrared quantum-cascade laser / A.A. Kosterev, R.F. Curl, F.K. Tittel, C. Gmachl, F. Capasso, D.L. Sivco, J.N. Baillargeon, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho // Optics Letters. - 1999. - V.24. - N.23. - P. 1762-1764. DOI: 0.1364/ol.24.001762

15. Süess M.J., [et al]. Dual-section DFB-QCLs for multi-species trace gas analysis / M.J. Süess, P. M. Hundt, B. Tuzson, S. Riedi, J.M. Wolf, R. Peretti, M. Beck, H. Looser, L. Emmenegger, J. Faist // Photonics. - 2016. - V.3. - N.2. - P. 24-39. DOI: 10.3390/photonics3020024

16. Köster J.R., [et al]. Novel laser spectroscopic technique for continuous analysis of N2O isotopomers—Application and intercomparison with isotope ratio mass spectrometry / J.R. Köster, R. Well, B. Tuzson, R. Bol, K. Dittert, A. Giesemann, L. Emmenegger, A. Manninen, L. Cárdenas, J. Mohn // Rapid Commun. Mass Spectrom. - 2013. - V.27. - P. 216-222. DOI: 10.1002/rcm.6434

17. Pang X., [et al]. Direct Modulation and Free-Space Transmissions of up to 6 Gbps Multilevel Signals With a 4.65-^m Quantum Cascade Laser at Room Temperature / X.

Pang, R. Schatz, M. Joharifar, A. Udalcovs, V. Bobrovs, [et al] // Journal of Lightwave technology. - 2022. - V.40. - N.8. - P. 2370-2377.

18. Tittel F.K. Current status of midinfrared quantum and interband cascade lasers for clinical breath analysis / F.K. Tittel, T. H. Risby // Optical Engineering. - 2010. - V.49. - N.11. - P.111123- 111137. DOI: 10.1117/1.3498768

19. Development of non-invasive Breath Analyzer: A proposed system for detection of Nitric Oxide (NO) in exhaled human breath, using InfraRed Quantum Cascade Laser (QCL) absorption technique: 2015 International Conference on Nascent Technologies in the Engineering Field (ICNTE), Navi Mumbai, 09-10 January 2015. DOI: 10.1109/ICNTE.2015.7029941

20. Hitran Database. [Электронный ресурс] // URL: http://www.hitran.org (дата обращения: 01.05.2024).

21. Faist, J. Quantum Cascade Lasers / Jérôme Faist; Published to Oxford Scholarship Online, 2013. -311 pp. DOI: 10.1093/acprof:oso/9780198528241.003.0001

22. Даварашвили О.И., [и др.]. Многокомпонентные твердые растворы соединений AIVBVI / О.И. Даварашвили, Л.М. Долгинов, П.Г. Елисеев, И.И. Засовицкий, А.П. Шотов // Квантовая электроника. - 1977. - Т.4. - №. 4. - С. 904907.

23. Засовицкий И.И., [и др.]. Диодный лазер среднего ИК диапазона с внешним резонатором / И.И. Засовицкий, Ю.В. Косичкин, П.В. Крюков, А.И. Надеждинский, А.Н. Перов, З. Рааб, Е.В. Степанов, А.П. Шотов // Квантовая электроника. - 1983. - Т.10. - №. 2. - С. 445-447.

24. Пашкеев Д.А., [и др.]. Твердый раствор Pb1-xEuxTe (0 < x < 1) — материал для вертикально-излучающих лазеров в средней инфракрасной области спектра 4-5 мкм / Д.А. Пашкеев, Ю.Г. Селиванов, Е.Г. Чижевский, И.И Засавицкий // Физика и техника полупроводников. - 2016. - Т.50. - №. 2. - С. 229-235.

25. Kazarinov R.F., Suris R.A. Possible amplification of electromagnetic waves in a semiconductor with a superlattice / R.F. Kazarinov, R.A Suris // Soviet Physics-Semiconductors. - 1971. - V.5. - N.4. - P. 707-710.

26. Muhammad, A. T. Analysis of Self-Induced Transparency Modelocking of Quantum: PhD Thesis / Anisuzzaman Talukder Muhammad: Dept. Elec. Eng., University of Maryland Baltimore County, Baltimore, United States, 2010.

27. Esaki L., Tsu R. Superlattice and Negative Differential Conductivity in Semiconductors / L. Esaki, R. Tsu // IBM Journal of Research and Development. - 1970.

- V.14. - N.1. - P. 61-65. DOI: 10.1147/rd.141.0061

28. Ferreira R., Bastard G. Evaluation of some scattering times for electrons in unbiased and biased single- and multiple-quantum-well structures / R. Ferreira, G. Bastard // Physical Review B. - 1989. - V.40. - N.2. - P. 1074-1086. DOI: 10.1103/physrevb.40.1074

29. Hartig M., [et al]. Femtosecond luminescence measurements of the intersubband scattering rate in AlxGai-xAs/GaAs quantum wells under selective excitation / M. Hartig Haacke, B. Deveaud, L. Rota // Phys. Rev. B Condens. Matter. - 1996. - V.54. - N.20.

- P. 14269-14272. DOI: 10.1103/physrevb.54.r14269

30. Vitiello M. S., [et al]. Electron-lattice coupling in bound-to-continuum THz quantum-cascade lasers / M. S. Vitiello, G. Scamarcio, V. Spagnolo, T. Losco, R. P. Green, A. Tredicucci, H. E. Beere, D. A. Ritchie // Applied physics letters. - 2006. -V.88. - N.24. - P. 241109-241112. DOI: 10.1063/1.2211301

31. Smet J. H., [et al]. Intrawell and interwell intersubband transitions in multiple quantum wells for far-infrared sources / J. H. Smet, C. G. Fonstad, and Q. Hu // J. Appl. Phys. - 1996. - V.79. - N.12. - P. 9305-9320.

32. Bandyopadhyay N., [et al]. High power operation of X ~ 5.2-11 ^m strain balanced quantum cascade lasers based on the same material composition / N. Bandyopadhyay, Y. Bai, S. Slivken, M. Razeghi // Appl. Phys. Lett. - 2014. - V.105. - N.7. - P. 071106071110. DOI: 10.1063/1.4893746

33. Vitiello M. S., [et al]. Subband electronic temperatures and electron-lattice energy relaxation in terahertz quantum cascade lasers with different conduction band offsets / M. S. Vitiello, G. Scamarcio, V. Spagnolo, C. Worrall, H. E. Beere, D. A. Ritchie, C. Sirtori, J. Alton, and S. Barbieri // Applied physics letters. - 2006. - V.89. - N.13. - P. 131114-131117. DOI: 10.1063/1.2357042

34. Bahriz M., [et al]. High temperature operation of far infrared (X -20 ^m) InAs/AlSb quantum cascade lasers with dielectric waveguide / M. Bahriz, G. Lollia, P. Laffaille, A. N. Baranov, R. Teissier // OPTICS EXPRESS. - 2015. - V.23. - N.2. - P. 15231528. DOI: 10.1364/OE.23.001523

35. Devenson J., [et al]. InAs/AlSb quantum cascade lasers emitting below 3^m / J. Devenson, R. Teissier, O. Cathabard, A. N. Baranov // Appl. Phys. Lett. - 2007. - V.90.

- N.11. - P. 111118-111121.

36. Nobile M., [et al]. Quantum cascade laser utilising aluminium-free material system: InGaAs/GaAsSb lattice-matched to InP / M. Nobile, P. Klang, E. Mujagic, H. Detz, A. M. Andrews, W. Schrenk, and G. Strasser // Electron. Lett. - 2009. - V.45. - N.20. - P. 1031-1033.

37. Deutsch C., [et al]. InGaAs/GaAsSb terahertz quantum cascade lasers / C. Deutsch, H. Detz, T. Zederbauer, M. Krall, M. Brandstetter, and M. Aaron // J. Infrared Milli. Terahz. Waves. - 2013. - V.34. - P. 374-385.

38. Yang Q., [et al]. GaInAs/AlAsSb quantum-cascade lasers operating up to 400 K / Q. Yang, C. Manz, W. Bronner, C. Mann, L. Kirste, K. Kohler, J. Wagner // Appl. Phys. Lett. - 2005. - V.86. - N.13. - P. 13107-131110. DOI: 10.1063/1.1896102

39. Revin D. G., [et al]. InGaAs-AlAsSb quantum cascade structures emitting at 3.1 ^m / D. G. Revin, M. J. Steer, L. R. Wilson, R. J. Airey, J. W. Cockburn, E. A. Zibik, R. P. Green // Electronics letters. - 2004. - V.40. - N.14. - P. 874-875. DOI: 10.1049/el:20045186

40. Bai Y., [et al]. Quantum cascade lasers that emit more light than heat / Y. Bai, S. Slivken, S. Kuboya, S. R. Darvish, M. Razeghi // Nat. Photonics. - 2010. - V.4. - N.2.

- P. 99-102. DOI: 10.1038/nphoton.2009.263

41. Liu P. Q. [et al]. Highly power-efficient quantum cascade lasers / P. Q. Liu, A. J. Hoffman, M. D. Escarra, K. J. Franz, J. B. Khurgin, Y. Dikmelik, X. Wang, J.-Y. Fan, C. F. Gmachl // Nat. Photonics. - 2010. - V.4. - N.2. - P. 95-98. DOI: 10.1038/nphoton.2009.262

42. Bai Y., [et al]. Room temperature quantum cascade lasers with 27% wall plug efficiency / Y. Bai, N. Bandyopadhyay, S. Tsao, S. Slivken, M. Razeghi // Appl. Phys. Lett. - 2011. - V.98. - N.18. - P. 181102-181105. DOI: 10.1063/1.3586773

43. Yao Y., [et al]. Mid-infrared quantum cascade lasers / Y. Yao, A. J. Hoffman, C. F. Gmachl // Nat. Photonics. - 2012. - V.6. - N.7. - P.432-439. DOI: 10.1038/nphoton.2012.143

44. Yang Q., [et al]. Continuous-wave operation of GaInAs-AlGaAsSb quantum cascade lasers / Q. Yang, W. Bronner, C. Manz, R. Moritz, C. Mann, G. Kaufel, K. Kohler, J. Wagner // IEEE Photon. Technol. Lett. - 2005. - V.17. - N.11. - P.2283-2285. DOI: 10.1109/LPT.2005.857588

45. Bismuto A., [et al]. Sb-free quantum cascade lasers in the 3-4 ^m spectral range / A. Bismuto, S. Riedi, B. Hinkov, M. Beck, J. Faist // Semicond. Sci. Technol. - 2012. -V.27. - N.4. - P.045017-045020. DOI: 10.1088/0268-1242/27/4/045013

46. Köhler R., [et al]. Terahertz semiconductor-heterostructure laser / R. Köhler, A. Tredicucci, F. Beltram, H. E. Beere, E. H. Linfield, A. G. Davies, D. A. Ritchie, R. C. Iotti, F. Rossi // Nature. - 2002. - V.417. - P.156-159. DOI: 10.1038/417156a

47. Williams B. S. Terahertz Quantum Cascade Lasers / B. S. Williams // Nat. Photonics. - 2008. - V.1. - P.1-3. DOI: 10.1364/AOE.2008.SuG3

48. Vitiello M.S., [et al]. Quantum cascade lasers: 20 years of challenges / M.S. Vitiello, G. Scalari, B. Williams, P.D. Natale // Optics express. - 2015. - V.23. - N.4. -P.5167-5182. DOI: 10.1364/OE.23.005167

49. Bozok, B. MID-INFRARED QUANTUM CASCADE LASER: PhD Thesis / Berkay Bozok: The graduate school of engineering and science of bilkent universityuniversity, in partial fulfillment of the requirements for the degree of master of science in electrical and electronics engineering, 2017.

50. Wittmann, A. High-performance quantum cascade laser sources for spectroscopic applications: PhD Thesis, Dept. Elec. Eng., ETH., Zürich, Switzerland, 2009.

51. Dehlinger G. [et al]. Intersubband electroluminescence from silicon-based quantum cascade structures / G. Dehlinger, L. Diehl, U. Gennser, H. Sigg, J. Faist, K.

Ensslin, D. Grutzmacher, E. Muller // Science. - 2000. - V.290. - P.2277-2280. DOI: 10.1126/science.290.5500.227

52. R. Bates, D.J. Paul, S.A. Lynch, Z. Ikonic. THz electroluminescence from Si/SiGe quantum cascade heterostructures: Papers Presented at the Lasers and Electro-Optics. CLEO '02. Technical Diges.,2002. DOI: 10.1109/CLEO.2002.1034407

53. Faist J., [et al]. High power mid-infrared (X~5 ^m) quantum cascade lasers operating above room temperature / J. Faist; F. Capasso; C. Sirtori; D. L. Sivco; J.N. Baillargeon; A. L. Hutchinson; S.-N. G. Chu; A. Y. Cho // Applied Physics Letters. -1996. - V.68. - N.26. - P. 3680-3682. DOI: 10.1063/1.115741

54. Sirtori C., [et al]. Resonant tunneling in quantum cascade lasers / C. Sirtori, F. Capasso, J. Faist, A.L. Hutchinson, D.L. Sivco, A.Y. Cho // IEEE Journal of Quantum Electronics. - 1998. - V.34. - N.9. - P. 1722-1729. DOI: 10.1109/3.709589

55. Sirtori C., [et al]. Mid-infrared (8.5 ^m) semiconductor lasers operating at room temperature / C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D.L. Sivco, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho // IEEE Photonics Technology Letters. - 1997. - V.9. - N.3. - P. 294-296. DOI: 10.1109/68.556051

56. Sirtori C., [et al]. Quantum cascade laser with plasmon-enhanced waveguide operating at 8.4 ^m wavelength / C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D.L. Sivco, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho // Applied Physics Letters. - 1995. - V.66. - N.24. - P. 32423244. DOI: 10.1063/1.113391

57. Scamarcio G., [et al]. High-Power Infrared (8-Micrometer Wavelength) Superlattice Lasers / G. Scamarcio, F. Capasso, C. Sirtori, J. Faist, A.L. Hutchinson, D.L. Sivco, A.Y. Cho // Science. - 1997. - V.276. - P. 773-776. DOI: 0.1126/science.276.5313.773

58. Tredicucci A., [et al]. High performance interminiband quantum cascade lasers with graded superlattices / A. Tredicucci, F. Capasso, C. Gmachl, D.L. Sivco, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho // Applied Physics Letters. - 1998. - V.73. - N.15. - P. 21012103. DOI: 10.1063/1.122391

59. Capasso F., [et al]. High-performance superlattice quantum cascade lasers / F. Capasso, A. Tredicucci, C. Gmachl, D.L. Sivco, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho, G.

Scamarcio // IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS. - 1999. - V.5. - N.3. - P. 792-807. DOI: 10.1109/2944.788453

60. Faist J., Beck M., Aellen T., Gini E. Quantum-cascade lasers based on a bound-to-continuum transition / J. Faist, M. Beck, T. Aellen, E. Gini // Applied Physics Letters. -

2001. - V.78. - N.2. - P. 147-149. DOI: 10.1063/1.1339843

61. Hofstetter D., Beck M., Aellen T., Faist J. High-temperature operation of distributed feedback quantum-cascade lasers at 5.3 ^m / D. Hofstetter, M. Beck, T. Aellen, J. Faist // Applied Physics Letters. - 2001. - V.78. - N.4. - P. 396-398. DOI: 10.1063/1.1340865

62. Gmachl C., [et al]. Quantum cascade lasers with low-loss chalcogenide lateral waveguides / C. Gmachl, H. Y. Hwang, R. Paiella, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, F. Capasso, A. Y. Cho // IEEE Photonics Technology Letters. - 2001. - V.13. - N.3. - P. 182-184. DOI: 10.1109/68.914314

63. Paiella R. Quantum Cascade Lasers / R. Paiella // Comprehensive Semiconductor Science and Technology. - 2011. - V.5. - P. 683-723. DOI:10.1016/b978-0-44-453153-7.00014-6

64. Beck M., [et al]. Continuous Wave Operation of a Mid-Infrared Semiconductor Laser at Room Temperature / M. Beck, D. Hofstetter, T. Aellen, J. Faist // Science. -

2002. - V.295. - P. 301-305. 10.1126/science.1066408

65. Evans A., [et al]. High-temperature, high-power, continuous-wave operation of buried heterostructure quantum-cascade lasers / A. Evans, J. S. Yu, J. David, L. Doris, K. Mi, S. Slivken, M. Razeghi // Applied Physics Letters. - 2004. - V.83. - N.3. - P. 314-316. DOI: 10.1063/1.1641174

66. Gmachl C., Sergent A.M., Tredicucci A., Capasso F., [et al]. Improved CW Operation of Quantum Cascade Lasers with Epitaxial-Side Heat-Sinking / C. Gmachl, A.M. Sergent, A. Tredicucci, F. Capasso, [et al] // IEEE Photonics Technol. Lett. - 1999. - V.11. - N.11. - P. 1369-1371.

67. Troccoli M., [et al]. Room temperature continuous-wave operation of quantum-cascade lasers grown by metal organic vapour phase epitaxy / M. Troccoli, S. Corzine,

D. Bour, J. Zhu, O. Assayag, L. Diehl, B.G. Lee, G. Hofler, F. Capasso // Electronics Letters. - 2005. - V.41. - N.19. - P. 1059-1060. DOI: 10.1049/el:20052626

68. Ulbrich N., [et al] High-temperature (T> 470 K) pulsed operation of 5.5 ^m quantum cascade lasers with high-reflection coating / N. Ulbrich, G. Scarpa, A. Sigl, J. G. Roßkopf, Bohm, G. Abstreiter, M.C. Amann // Electron. Lett. - 2001. - V.37. - N.22. - P. 1341-1342.

69. Scarpa G., [et al]. High-performance 5.5 ^m quantum cascade lasers with high-reflection coating / G. Scarpa, N. Ulbrich, J. RoOkopf, A. Sigl, G. Böhm, G. Abstreiter, M.-C. Amann // IEE Proc.-Optoelectron. - 2002. - V.149. - N.5/6. - P. 201- 205. DOI: 10.1049/ip-opl:200206 10

70. Page H., [et al]. High reflectivity metallic mirror coatings for mid-infrared (X - 9 ^m) unipolar semiconductor lasers / H. Page, P. Collot, A. de Rossi, V. Ortiz, C Sirtori // SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY. - 2002. - V.17. - P.1312-1316.

71. Nguyen J., [et al]. Optical coatings by ion-beam sputtering deposition for longwave infrared quantum cascade lasers / J. Nguyen, J. S. Yu, A. Evans, S. Slivken, M. Razeghi // Applied physics letters - 2006. - V.89. - N.11. - P.111113-111117.

72. Maulini R., [et al]. High power thermoelectrically cooled and uncooled quantum cascade lasers with optimized reflectivity facet coatings / R. Maulini, A. Lyakh, A. Tsekoun, R. Go, C. Pflügl, L.t Diehl, F. Capasso, C. K. N. Patel // Applied physics letters. - 2009. - V.95. - N.15. - P.151112-151115. DOI: 10.1063/1.3246799

73. Yu J.S., [et al]. High-power continuous-wave operation of a 6 ^m quantum-cascade laser at room temperature / J.S. Yu, S. Slivken, A. Evans, L. Doris, M. Razeghi // Applied physics letters - 2003. - V.83. - P.2503-2506.

74. Chaudhari M. N., [et al]. Thin film Deposition Methods: A Critical Review / M. N. Chaudhari, R. B. Ahirrao, S. D. Bagul // IJRASET. - 2021. - V.9. - N.6. - P.5215-5232. DOI: 10.22214/ijraset.2021.36154

75. Seshan, K. HANDBOOK OF THIN-FILM DEPOSITION PROCESSES AND TECHNIQUES / Krishna Seshan: NOYES PUBLICATIONS, WILLIAM ANDREW PUBLISHING, Norwich, New York, U.S.A. - 2001. - pp.646.

76. Savale P.A., Physical Vapor Deposition (PVD) Methods for Synthesis of Thin Films: A Comparative Study / P.A. Savale // Archives of Applied Science Research. -2016. - V.8. - N.5. - P.195-203.

77. Бабичев А. В., [и др.] Гетероструктуры квантово-каскадных лазеров спектрального диапазона 4.6 ^m для реализации непрерывного режима генерации / А. В. Бабичев, А. Г. Гладышев, В. В. Дюделев, Л. Я. Карачинскийa, И. И. Новиковa, Д. В. Денисов, С. О. Слипченко, А. В. Лютецкий, Н. А. Пихтин, Г. С. Соколовский, А. Ю. Егоров // Письма в Журнал технической физики. - 2020. -Т.46. - В.9. - С.35-38. DOI: 10.21883/PJTF.2020.09.49371.18243

78. Дюделев В. В., [и др.] Квантово-каскадные лазеры мощностью 10 Вт для спектральной области 4.6 мкм / В. В. Дюделев, Д. А. Михайлов, А. В. Бабичев, С. Н. Лосев, Е. А. Когновицкая, А. В. Лютецкий, С. О. Слипченко, Н. А. Пихтин, А. Г. Гладыше, Д. В. Денисов, И. И. Новиковa, Л. Я. Карачинскийa, В. И. Кучинский, А. Ю. Егоров, Г. С. Соколовский // Квантовая электроника. - 2020. - Т.50. - В.8. -С.720-721.

79. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Вольф Э.: под. Ред. Г.П. Мотулевич, Главная редакция Физико-математической литературы, Издательство «Наука», Москва. - 1973. - сс.721.

80. ОПТИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ: учебное пособие / Э.С. Путилин. - Санкт-Петербург: ИТМО, - 2010. - сс.227.

81. Yang Q., [et al]. High peak-power (10.5 W) GalnAs / AlGaAsSb quantum-cascade lasers emitting at X 3.6-3.8 ^m / Q. Yang, C. Manz, W. Bronner, N. Lehmann, F. Fuchs, K. Köhler, J. Wanger // Applied Physics Letters. - 2007. - V.90. - P.121134-121137. DOI: 10.1063/1.2716363

82. Bandyopadhyay N., [et al]. Room temperature continuous wave operation of X 33.2 fim quantum cascade lasers / N. Bandyopadhyay, Y. Bai, S. Tsao, S. Nida, S. Slivken // Applied Physics Letters. - 2012. - V.101. - P.241110-241114. DOI: 10.1063/1.4769038

83. Farmer C.D., [et al]. Improved GaAs-based quantum cascade laser X~11 ^m using high-reflectivity metal facet coating / C.D. Farmer, C.R. Stanley, C.N. Ironside, M.

Garcia // ELECTRONICS LETTERS. - 2002. - V.38. - N.23. - P.1443-1444. DOI: 10.1049/el:20020988

84. Slivken S., [et al]. Ridge-Width Dependence on High-Temperature Continuous-Wave Quantum-Cascade Laser Operation / S. Slivken, J. S. Yu, A. Evans, J. David, L. Doris, M. Razeghi // IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS. - 2004. - V.16. - N.3. - P.744-746. DOI: 10.1109/LPT.2004.823746

85. Matsuoka Y., [et al]. Broadband multilayer antireflection coating for quantum cascade laser facets / Y. Matsuoka, M. P. Semtsiv, S. Peters, W. T. Masselink // Optics Letters. - 2018. - V.43. - N.19. - P.4723-4726. DOI: 10.1364/OL.43.004723

86. Schmitt P., [et al]. Optical, structural, and functional properties of highly reflective and stable iridium mirror coatings for infrared applications / P. Schmitt, N. Felde, T. Döhring, M. Stollenwerk, I. Uschmann, K. Hanemann, M. Siegler, G. Klemm, N. Gratzke, A. Tünnermann, S. Schwinde, S. Schröder, A. Szeghalmi // Optics Materials Express. - 2022. - V.12. - N.2/1. - P.545-559. DOI: 10.1364/OME.447306

87. Yu J.S., [et al]. High-performance, continuous-wave quantum-cascade lasers operating up to 85°C at X ~ 8.8 ^m / J.S. Yu, S. Slivken, A. Evans, M. Razeghi // Appl Phys A. - 2008. - V.93. - N.2. - P.405-408. DOI: 10.1007/s00339-008-4783-9

88. Yu J.S., [et al]. High-power continuous-wave operation of a 6 ^m quantum-cascade laser at room temperature / J.S. Yu, S. Slivken, A. Evans, L. Doris, M. Razeghi // Applied physics letters - 2003. - V.83. - P.2503-2506.

89. Zhou W., [et al]. High-power, continuous-wave, phase-locked quantum cascade laser arrays emitting at 8 ^m / W. Zhou, Q-Y. Lu, D-H. Wu, S. Slivken, M. Razeghi // Optics Express. - 2019. - V.27. - N.11. - P. 15776-15785. DOI: 10.1364/OE.27.015776

90. Jia Z-W., [et al]. High Efficiency, Low Power-Consumption DFB Quantum Cascade Lasers Without Lateral Regrowth / Jia Z-W., Wang L-J., Zhang J-C., Liu F-Q., Zhou Y-H., D-B. Wang, X-F. Jia, N. Zhuo, J-Q. Liu, S-Q. Zhai, Z-G. Wang // Nanoscale Research Letter. - 2017. - V.12. - N.1. - P. 281-286. DOI: 10.1186/s11671-017-2064-2

91. Faist J. Wallplug efficiency of quantum cascade lasers: Critical parameters and fundamental limits / J. Faist // Applied physics letters. - 2007. - V.90. - N.25. -P.253512-253515. DOI: 10.1063/1.2747190