1Laboratoire de Photonique et de NanostructuresJournées Scientifiques de l'ONERA

De
Publié par

1Laboratoire de Photonique et de NanostructuresJournées Scientifiques de l'ONERA Large intrinsic birefringence in zinc-blende based artificial semiconductors P. Voisin J.M. Jancu, R. Magri Theory J.C. Harmand MBE G. Patriarche Structural analysis , TEM A. Talneau, K. Meunier Optics Laboratoire de Photonique et de NanostructuresJournées Scientifiques de l'ONERA Motivation: Semiconductor devices for optical frequency conversion using X(2) Zinc-blende III-V (possibly II-VI) semiconductors have promising features : large X(2), good thermal properties , mature epitaxial growth, opto-electronic and guided-optics technologies, availability of integrable pump lasers… Implementation of large native birefringence in artificial semiconductors ? Strong dispersion of optical index Cubic symmetry Challenge of phase matching w 2w nz?n n x

  • index cubic symmetry

  • large native

  • dielectric function

  • gasb ? need

  • d2d symmetry

  • conversion using

  • zinc-blende based


Publié le : mardi 19 juin 2012
Lecture(s) : 24
Source : onera.fr
Nombre de pages : 11
Voir plus Voir moins
Large intrinsic birefringence in zincblende based artificial semiconductors
P. Voisin
J.M. Jancu, R. MagriTheory J.C. HarmandMBE G. PatriarcheStructural analysis,TEM A. Talneau, K. MeunierOptics
Journées Scientifiques de l’ONERA
Motivation:
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
(2) Semiconductor devices for optical frequency conversion using X
Zincblende IIIV (possibly II VI) semiconductors have promising features :
(2) large X , good thermal properties , mature epitaxial growth, optoelectronic and guidedoptics technologies, availability of integrable pump lasers…
Strong dispersion of optical index Cubic symmetry Challenge of phase matching
Implementation of large native birefringence in artificial semiconductors ?
Journées Scientifiques de l’ONERA
?n
w
n
n z
2w
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Zinc blende semiconductors are cubic, but…
Changing local atomic arrangement (interface) or straining the material
may change the symmetry
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Chemical bond arrangement in (001) interfaces
D2d symmetry, X’ºY’ ? Z
n ?n ? z x’
No, because local environment of cations retain tetrahedral symmetry need large builtin strain
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Common Atom vs NoCommon Atom
Common atom
D2d symmetry
X’ºY’ ? Z
Nocommon atom
C2v symmetry
X’ ? Y’ ? Z
No common atom , Ultrashort period superlattices : new bulk materials with strongly anisotropic unit cell ?
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Roadmap for modelization
Dielectric function Piezooptic constantsÞ Transferability to heterostructures
Atomistic methods
Failure of current atomistic pseudopotentials (coll. Rita Magri, U. Modena ):
1)
2) 3)
possible agreement for the value of optical index results from error compensation in calculated band structure calculated piezooptic constants out of range Parameterization of « exotic » semiconductors is difficult
Advanced tightbinding method using an extended (SPDS*) basis fulfills all the roadmap prerequisits
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Tight binding calculations of dielectric functions (1)
e(0) 1
Piezooptic constant: Good agreement with experiment
Dielectric function: Good agreement with experiment and abinitio calculations
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Dielectric functions and piezooptic constants
Si Ge AlAs GaAs InAs
wGaN
TB
10.9 15.5 8.3 10.5 12.0
ee=5.37 eo=5.23
EXP
11.3 16 8.16 10.9 12.3
ee=5.31 eo=5.18
Journées Scientifiques de l’ONERA
QuickTime™ et un décompresseur TIFF (LZW) sont requis pour visionner cette image.
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
TB calculations for ultrashort period superlattices
InAs / AlSb (2/2) C2v symmetry, n ?n ?n x’ y’ z
QuickTime™ et un décompresseur TIFF (LZW) sont requis pour visionner cette image.
Journées Scientifiques de l’ONERA
InAs / AlSb (2/2, 2 As) D2d symmetry, n =n ?n x’ y’ z
QuickTime™ et un décompresseur TIFF (LZW) sont requis pour visionner cette image.
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Large birefringence is possible
In=As In=As Al=SbAl=As
Phase matching for SHG @ 0.6 eV
but InAs / AlSb 2/2, 2 As is not latticematched to GaSb Þneed for strain compensation
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Rule of the thumb
From a large number of « numerical experiments »:
The birefringence of an USPSL is the layerperlayer average of the constituent piezobirefringences
!!
QuickTime™ et un décompresseur TIFF (LZW) sont requis pour visionner cette image.
Alternatingcompressive / tensilestrained layers ofweak / strongpiezooptic constants can give free standing USPSL with intrinsic birefringence
Strains compensate but piezo birefringences do not
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Design of birefringent USPSL
QuickTime™ et un décompresseur TIFF (LZW) sont requis pour visionner cette image.
Piezooptic constants follow bandgap dependencies GaInAs has large lattice parameter (+3% / GaAs ) and smalla pe GaP has small lattice parameter (3% / GaAs ) and largea pe
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Birefringent USPSL lattice matched to GaAs
QuickTime™ et un décom presseur TIFF (LZW ) sont requis pour visionner cette image.
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Growth and TEM Characterization of GaP/GaInAs 3/3
Journées Scientifiques de l’ONERA
Well resolved ultrathin layers But ondulations develop and destroy long range order
Detail examination suggests that ondulation problem is due to tensile strained GaP rather than compressively strained GaInAs
High surface mobility of Ga favors 3D growth (StranskiKrastanov )
Þ
Substitute Al for Ga
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
AlP /GaInAs 3/3
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Optical confinement issue
Low optical index , close to n AlAs
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
235 period USPSL encapsulated in AlAs
ãJ.Ch. Harmand @ LPN, 29/12/06
ãA. Talneau @ LPN, 31/01/07
Journées Scientifiques de l’ONERA
Summary and prospect
Slow progress along an original line….
Modelization driven material engineering
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Successful growth of exotic arficial semiconductor having calculated birefringencedn = 0.06
Fair guided mode tranmission observed
Prospect:
Further optical characterization…
(2) calculation and optimization of X (w,w,w+w) 1 2 1 2 using the SPDS* tight binding method
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Valence and conduction Bloch functions in GaAs
Non atomistic, empirical pseudopotentials (Chelikovsi and Cohen)
Wavefunction isodensity surfaces
S
(110)ºX’
(110)ºY’
Journées Scientifiques de l’ONERA
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Journées Scientifiques de l’ONERA
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.