SlideShare a Scribd company logo
ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ
ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ
ΣΤΗ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ
ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
Θεωρητική Μελέτη Οπτοηλεκτρονικών Διατάξεων
Κβαντικών Τελειών
Μιλτιάδης Η. Βασιλειάδης
Επιβλέποντες: Δημήτριος Συβρίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΚΠΑ
Δημήτριος Αλεξανδρόπουλος, Ερευνητής ΕΚΠΑ
ΑΘΗΝΑ
ΜΑΪΟΣ 2007
ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
Θεωρητική Μελέτη Οπτοηλεκτρονικών Διατάξεων Κβαντικών Τελειών
Μιλτιάδης Η. Βασιλειάδης
Α.Μ.: ΜΜ109
ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΕΣ:
Δημήτριος Συβρίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΚΠΑ
Δημήτριος Αλεξανδρόπουλος, Ερευνητής ΕΚΠΑ
ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ:
Δημήτριος Συβρίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΚΠΑ
Αγγελική Αραπογιάννη, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια ΕΚΠΑ
Νικηφόρος Θεοφάνους, Καθηγητής ΕΚΠΑ
Μάιος 2007
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Σε αυτήν την εργασία μελετώνται οπτοηλεκτρονικές διατάξεις κβαντικών τελειών (laser
και οπτικοί ενισχυτές ημιαγωγού) με την χρήση ενός κατάλληλου μοντέλου το οποίο
αναπτύχθηκε. Το γεγονός ότι οι κβαντικές τελείες διακρίνονται για την μεγάλη τους
ταχύτητα τις καθιστά σήμερα πολλά υποσχόμενες δομές για την εφαρμογή τους σε
διατάξεις όπως είναι τα laser και οι οπτικοί ενισχυτές ημιαγωγού. Οι διατάξεις αυτές
έχουν υψηλότερη απολαβή, χαμηλότερο ρεύμα κατωφλίου (για τα laser), και μικρότερη
εξάρτηση από την θερμοκρασία σε σχέση με άλλες δομές όπως για παράδειγμα τα
κβαντικά πηγάδια. Σημαντικός παράγοντας στην αύξηση του ενδιαφέροντος για τις
διατάξεις αυτές αποτέλεσε η μέθοδος επιταξιακής ανάπτυξης αυτοοργανωμένων
κβαντικών τελειών. Η μέθοδος αυτή διακρίνεται για το μικρό της κόστος, την δυνατότητα
κατασκευής κβαντικών τελειών μεγάλης πυκνότητας αλλά και την ανομοιογένεια στο
μέγεθος και την ενέργεια των σχηματιζόμενων δομών. Το τελευταίο αυτό στοιχείο
αποτελεί ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των κβαντικών τελειών αφού δεν συναντάται αλλού
και πρέπει να ληφθεί υπ’ όψιν στην ανάπτυξη ενός μοντέλου. Εξαιτίας της παρουσίας
του χαρακτηριστικού αυτού, στην εργασία αυτή η μελέτη των χαρακτηριστικών των laser
κβαντικών τελειών επικεντρώνεται στις διαφορές τους από τα laser κβαντικών πηγαδιών
λόγο ακριβώς αυτού του χαρακτηριστικού. Όσον αφορά τους οπτικούς ενισχυτές
ημιαγωγού, μελετώνται ενισχυτές συντονιζόμενης κοιλότητας Fabry – Perot και
ενισχυτές κάθετης κοιλότητας (Vertical Cavity Semiconductor Amplifier, VCSOA). Η
απόκριση των διατάξεων αυτών (καμπύλες απολαβής) εξαρτάται τόσο από τα
χαρακτηριστικά της κοιλότητας (αριθμός επιστρώσεων κβαντικών τελειών, θέση των
επιστρώσεων αυτών), όσο και από τα χαρακτηριστικά των κβαντικών τελειών
(πυκνότητα, ανομοιογενής διαπλάτυνση). Ο συνδυασμός των δομών κάθετης
κοιλότητας με τις κβαντικές τελείες οδηγεί σε διατάξεις οι οποίες, όπως δείχνεται στην
εργασία αυτή, μπορούν να λειτουργήσουν σε μεγάλες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων
(>100 Gb/s).
ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Οπτοηλεκτρονική
ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: κβαντικές τελείες, λέιζερ, οπτικοί ενισχυτές κάθετης κοιλότητας,
χρόνος ανάκτησης
ABSTRACT
In this thesis quantum dot optoelectronic devices (lasers and semiconductor optical
amplifiers, SOA) are studied using a suitable model that has been developed for this
purpose. Quantum dots are innovative structures that can be used in laser and SOAs
marking significant performances due to the high speeds they attain. These structures
have higher gain, lower threshold current and smaller temperature sensitivity than other
structures (i.e. quantum wells). A significant boost to the interest for quantum dots has
been given by the epitaxial growth of self assembled quantum dots. This method
stands out for its low cost, the possibility of high density quantum dots growth as well as
the size inhomogeneity. The latter is a characteristic mark of quantum dots as it can not
be found elsewhere and has to be taken into account for the development of a model.
The study of the quantum dot laser focuses on the differences between quantum dot
lasers and other laser structures such as quantum wells. As for the quantum dot SOAs,
Fabry-Perot resonance cavity and Vertical Cavity Semiconductor Optical Amplifiers
(VCSOAs) are studied. The response of those structures (gain curves) depends on the
cavity characteristics (number of dot layers, position of these layers) and on quantum
dot characteristics (density, inhomogeneous broadening). The combination of vertical
cavity structures with quantum dots leads to structures which, as demonstrated in
thesis, support high bit rates (>100 Gb/s).
SUBJECT AREA: Οptoelectronics
KEYWORDS: quantum dot, laser, vertical cavity, VCSOA, recovery time

More Related Content

Featured

2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
Marius Sescu
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPT
Expeed Software
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Pixeldarts
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
ThinkNow
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
marketingartwork
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture Code
Skeleton Technologies
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
Neil Kimberley
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
contently
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
Albert Qian
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Kurio // The Social Media Age(ncy)
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Search Engine Journal
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
SpeakerHub
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
Tessa Mero
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Lily Ray
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
Rajiv Jayarajah, MAppComm, ACC
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
Christy Abraham Joy
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
Vit Horky
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project management
MindGenius
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
RachelPearson36
 

Featured (20)

2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPT
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture Code
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project management
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
 

MSc thesis abstract

  • 1. ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Θεωρητική Μελέτη Οπτοηλεκτρονικών Διατάξεων Κβαντικών Τελειών Μιλτιάδης Η. Βασιλειάδης Επιβλέποντες: Δημήτριος Συβρίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΚΠΑ Δημήτριος Αλεξανδρόπουλος, Ερευνητής ΕΚΠΑ ΑΘΗΝΑ ΜΑΪΟΣ 2007
  • 2. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Θεωρητική Μελέτη Οπτοηλεκτρονικών Διατάξεων Κβαντικών Τελειών Μιλτιάδης Η. Βασιλειάδης Α.Μ.: ΜΜ109 ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΕΣ: Δημήτριος Συβρίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΚΠΑ Δημήτριος Αλεξανδρόπουλος, Ερευνητής ΕΚΠΑ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ: Δημήτριος Συβρίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΚΠΑ Αγγελική Αραπογιάννη, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια ΕΚΠΑ Νικηφόρος Θεοφάνους, Καθηγητής ΕΚΠΑ Μάιος 2007
  • 3. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σε αυτήν την εργασία μελετώνται οπτοηλεκτρονικές διατάξεις κβαντικών τελειών (laser και οπτικοί ενισχυτές ημιαγωγού) με την χρήση ενός κατάλληλου μοντέλου το οποίο αναπτύχθηκε. Το γεγονός ότι οι κβαντικές τελείες διακρίνονται για την μεγάλη τους ταχύτητα τις καθιστά σήμερα πολλά υποσχόμενες δομές για την εφαρμογή τους σε διατάξεις όπως είναι τα laser και οι οπτικοί ενισχυτές ημιαγωγού. Οι διατάξεις αυτές έχουν υψηλότερη απολαβή, χαμηλότερο ρεύμα κατωφλίου (για τα laser), και μικρότερη εξάρτηση από την θερμοκρασία σε σχέση με άλλες δομές όπως για παράδειγμα τα κβαντικά πηγάδια. Σημαντικός παράγοντας στην αύξηση του ενδιαφέροντος για τις διατάξεις αυτές αποτέλεσε η μέθοδος επιταξιακής ανάπτυξης αυτοοργανωμένων κβαντικών τελειών. Η μέθοδος αυτή διακρίνεται για το μικρό της κόστος, την δυνατότητα κατασκευής κβαντικών τελειών μεγάλης πυκνότητας αλλά και την ανομοιογένεια στο μέγεθος και την ενέργεια των σχηματιζόμενων δομών. Το τελευταίο αυτό στοιχείο αποτελεί ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των κβαντικών τελειών αφού δεν συναντάται αλλού και πρέπει να ληφθεί υπ’ όψιν στην ανάπτυξη ενός μοντέλου. Εξαιτίας της παρουσίας του χαρακτηριστικού αυτού, στην εργασία αυτή η μελέτη των χαρακτηριστικών των laser κβαντικών τελειών επικεντρώνεται στις διαφορές τους από τα laser κβαντικών πηγαδιών λόγο ακριβώς αυτού του χαρακτηριστικού. Όσον αφορά τους οπτικούς ενισχυτές ημιαγωγού, μελετώνται ενισχυτές συντονιζόμενης κοιλότητας Fabry – Perot και ενισχυτές κάθετης κοιλότητας (Vertical Cavity Semiconductor Amplifier, VCSOA). Η απόκριση των διατάξεων αυτών (καμπύλες απολαβής) εξαρτάται τόσο από τα χαρακτηριστικά της κοιλότητας (αριθμός επιστρώσεων κβαντικών τελειών, θέση των επιστρώσεων αυτών), όσο και από τα χαρακτηριστικά των κβαντικών τελειών (πυκνότητα, ανομοιογενής διαπλάτυνση). Ο συνδυασμός των δομών κάθετης κοιλότητας με τις κβαντικές τελείες οδηγεί σε διατάξεις οι οποίες, όπως δείχνεται στην εργασία αυτή, μπορούν να λειτουργήσουν σε μεγάλες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων (>100 Gb/s). ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Οπτοηλεκτρονική ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: κβαντικές τελείες, λέιζερ, οπτικοί ενισχυτές κάθετης κοιλότητας, χρόνος ανάκτησης
  • 4. ABSTRACT In this thesis quantum dot optoelectronic devices (lasers and semiconductor optical amplifiers, SOA) are studied using a suitable model that has been developed for this purpose. Quantum dots are innovative structures that can be used in laser and SOAs marking significant performances due to the high speeds they attain. These structures have higher gain, lower threshold current and smaller temperature sensitivity than other structures (i.e. quantum wells). A significant boost to the interest for quantum dots has been given by the epitaxial growth of self assembled quantum dots. This method stands out for its low cost, the possibility of high density quantum dots growth as well as the size inhomogeneity. The latter is a characteristic mark of quantum dots as it can not be found elsewhere and has to be taken into account for the development of a model. The study of the quantum dot laser focuses on the differences between quantum dot lasers and other laser structures such as quantum wells. As for the quantum dot SOAs, Fabry-Perot resonance cavity and Vertical Cavity Semiconductor Optical Amplifiers (VCSOAs) are studied. The response of those structures (gain curves) depends on the cavity characteristics (number of dot layers, position of these layers) and on quantum dot characteristics (density, inhomogeneous broadening). The combination of vertical cavity structures with quantum dots leads to structures which, as demonstrated in thesis, support high bit rates (>100 Gb/s). SUBJECT AREA: Οptoelectronics KEYWORDS: quantum dot, laser, vertical cavity, VCSOA, recovery time