Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Физика полупроводников и диэлектриков

Диссертационная работа:

Зерова Вера Львовна. Внутризонные инверсии населенности и поглощение излучения среднего инфракрасного диапазона в квантовых ямах на основе соединений AIIIBV : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.10.- Санкт-Петербург, 2006.- 153 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-1/1027

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр.

Введение 5

ГЛАВА I. Излучательные и безызлучательныс внутризонные

переходы электронов в квантовых ямах (обзор литературы) 14

1.1. Энергетический спектр и волновые функции электронов

в квантовых ямах на основе соединений АШВУ 14

1.2. Оптические переходы электронов в квантовых ямах 18

  1. Внутриподзонные переходы 19

  2. Межподзонные переходы 19

  3. Эффекты, влияющие на спектр межподзонного поглощения 20

  4. Фотоионизация квантовых ям 22

1.3. Безызлучательные внутризонные переходы неравновесных

электронов в квантовых ямах 23

1.3.1. Расчет вероятностей внутризонных переходов электронов

при основных безызлучательных механизмах рассеяния 24

  1. Скорость релаксации энергии неравновесных электронов 28

  2. Влияние неравновесных фононов на оптические явления

в объемных полупроводниках и квантовых ямах 29

1.4. Некоторые методы получения инверсии населенности и модуляции

излучения среднего инфракрасного диапазона в квантовых ямах 29

  1. Инверсия населенности 3 0

  2. Модуляция 36

ГЛАВА II. Влияние неравновесных фононов на внутризонные эмиссию

и поглощение света горячими электронами в квантовых ямах 38

2.1. Влияние неравновесных оптических фононов на скорость

рассеяния энергии горячих электронов в квантовых ямах 39

  1. Вычисление скорости рассеяния энергии 39

  2. Влияние неравновесных фононов на скорость рассеяния энергии 43

  3. Влияние уровня легирования, ширины ямы и процессов

экранирования на скорость рассеяния энергии 45

2.1.4. Сравнение с экспериментальными данными 45

2.2. Влияние неравновесных оптических фононов на внутризонную

эмиссию света горячими электронами в квантовых ямах 46

2.3. Влияние неравновесных оптических фононов на модуляцию

межподзонного поглощения света горячими электронами в квантовых ямах 50

2.3.1. Изменение пространственного заряда при приложении

электрического поля 50

  1. Решение в отсутствие электрического поля 53

  2. Решение в продольном электрическом поле 57

  3. Оценка возможности возрастания концентрации 59

2.4. Основные результаты главы П 60

ГЛАВА III. Впутризоннос поглощение света в туннельно-связаниых

квантовых ямах в равновесных и неравновесных условиях 61

3.1. Межподзонное поглощение в равновесных условиях 63

  1. Дизайн структуры с туннельно-связанными квантовыми ямами 63

  2. Уточнение положения энергетических уровней 63

  3. Влияние объемного заряда на энергетический спектр

и коррекция параметров квантовых ям 64

  1. Схема расчета спектральной зависимости поглощения 66

  2. Влияние температуры на спектр поглощения 68

3.2. Расчет вероятностей электрон-фононного рассеяния 75

  1. Рассеяние на полярных оптических фононах 75

  2. Рассеяние на деформационных акустических фононах 82

3.3. Расчет вероятностей межподзонного рассеяния электронов

на ионизованных атомах примеси 83

3.4. Модуляция межподзонного поглощения света в электрическом поле 86

  1. Определение концентрации и температуры электронов 86

  2. Анализ результатов 89

3.5. Основные результаты главы III 100

ГЛАВА IV. Механизмы рассеяния, влияющие на виутризоііііую

инверсию населенности в ступенчатых квантовых ямах 101

4.1. Механизм образования внутризонной инверсии населенности
в ступенчатых квантовых ямах, расчет волновых функций

и энергетического спектра электронов 101

  1. Механизм образования внутризонной инверсии населенности 101

  2. Волновые функции и энергетический спектр электронов

в модели Кейна 102

  1. Рассеяние электронов на полярных оптических фононах 106

  2. Электрон-электронное рассеяние в ступенчатых квантовых ямах 110

  3. Электрон-дырочное рассеяние в ступенчатых квантовых ямах 116

4.4.1, Процессы с внутриподзонными переходами дырок (3211 и 2111) 118

4.4.2. Резонансный процесс с межподзонным переходом дырки (3213) 120

4.5. Влияние концентрации неравновесных носителей заряда
на времена электрон-электронного и электрон-дырочного

рассеяния в ступенчатых квантовых ямах 123

4.6. Основные результаты главы IV 124

ГЛАВА V. Расчет инверсии населенности и оценка пороговых

характеристик в предложенном дизайне лазера среднего

инфракрасного диапазона со ступенчатыми квантовыми ямами 125

  1. Выбор параметров ступенчатых квантовых ям 125

  2. Оценка пороговых характеристик лазерной структуры

со ступенчатыми квантовыми ямами 129

5.3. Зависимость внутризонной инверсии населенности от температуры

и концентрации электронов и дырок в квантовой яме 137

5.4. Основные результаты главы V 141
Заключение 142
Основные публикации автора 144

Цитированная литература

Введение к работе:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Интерес к оптическим исследованиям наноструктур в последние годы вызван возможностью наблюдения принципиально новых физических явлений и созданием новых оптоэлектронных приборов (квантовых генераторов, фотодетекторов, модуляторов). Ближний инфракрасный (ИК) диапазон длин волн (к < 3 мкм) хорошо освоен. Генерация, модуляция и детектирование излучения среднего ИК диапазона (А, «3-20 мкм) также вызывают интерес, так как могут найти широкое применение в медицине, экологии, ИК спектроскопии, связи и т.п.

Длины волн X > 3 мкм соответствуют энергиям внутризонных переходов носителей заряда в наноструктурах. Несколько вариантов лазеров на внутризонных переходах электронов в квантовых ямах (КЯ) уже создано (см., например, [1,2]). Однако существующие проблемы, связанные с дорогостоящей технологией их изготовления или сложностью практического использования, ограничивают их применение. Поэтому поиск новых способов получения внутризонной инверсии населенности остается по-прежнему актуальной задачей. Один из таких способов исследуется в настоящей работе. При этом изучается влияние на внутризонную инверсию населенности электрон-фононного, электрон-электронного и электрон-дырочного рассеяния, которые могут разрушать инверсию [1,3,4].

В настоящей работе исследуется также внутризонное поглощение света в КЯ при приложении электрического поля вдоль квантово-размерных слоев. В таких условиях температура электронов может сильно отличаться от температуры решетки. Оптические явления, возникающие благодаря разогреву носителей заряда, интересны с физической точки зрения и могут быть использованы для создания новых приборов оптоэлектроники. Благодаря малой инерционности явлений разогрева, определяемой обычно временем релаксации энергии (10"'- 10"12с), возможно создание скоростных электрооптических модуляторов. Так, для излучения дальнего ИК диапазона с Х« 70-210 мкм известен малоинерционный модулятор, основанный на межподзонных переходах горячих дырок в германии [5]. В настоящей работе рассмотрены два механизма модуляции излучения среднего ИК диапазона, основанные на межподзонных переходах горячих электронов в КЯ. Оптические явления, возникающие в КЯ в продольном электрическом поле, изучены слабо. Обычно внутризонные поглощение и эмиссия света исследуются при приложении поперечного электрического поля или при оптическом возбуждении [1, 2, б], при этом разогрев носителей заряда является побочным процессом.

Разогрев носителей заряда происходит в процессе работы многих оптоэлектронных приборов (квантовых каскадных лазеров, инжекционных лазеров и др.) в области больших токов и влияет на приборные характеристики. Поэтому при проектировании и оптимизации приборов определение температуры электронов является актуальной задачей. В настоящей работе электронная температура определена в прямоугольных и туннельно-связанных КЯ при приложении продольного электрического поля. При этом учтена возможность накопления неравновесных оптических фононов в сильных полях и определено их влияние на внутризонные оптические явления. Отметим, что оптические явления с учетом неравновесных фононов исследовались ранее в объемных полупроводниках [7, 8], однако в КЯ изучалось влияние неравновесных фононов только на межзонную фотолюминесценцию и динамические свойства электронов при оптическом возбуждении [7].

Цель работы - исследование влияния разогрева электронов сильным электрическим полем на внутризонные оптические явления в КЯ, анализ возможности получения внутризонной инверсии населенности и изучение ее характеристик, анализ модуляции излучения среднего ИК диапазона в квантовых ямах специальной конструкции.

Основные задачи работы можно разделить на три группы:

  1. Определение температуры электронов в КЯ в сильных электрических полях с учетом неравновесных оптических фононов. Оценка величины изменения интенсивности внутриподзонной эмиссии и коэффициента межподзошюго поглощения света в КЯ вследствие влияния неравновесных оптических фононов.

  2. Анализ и объяснение экспериментальных данных по модуляции межподзошюго поглощения света в селективно легированных резонансных и туннельно-связанных квантовых'ямах в электрическом поле:

- расчет энергетического спектра и волновых функций электронов путем

самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона;

- вычисление вероятностей рассеяния горячих электронов при внутризонных переходах с

учетом специфики рассматриваемых КЯ;

- анализ физических механизмов модуляции, расчет коэффициента поглощения света и его

сравнение с экспериментальными данными.

3. Оценка возможности получения внутризонной инверсии населенности в
асимметричных ступенчатых квантовых ямах:

расчет энергетического спектра и волновых функций электронов в модели Кейна;

вычисление времен жизни электронов на уровнях КЯ и скоростей захвата электронов из

континуума на уровни при рассеянии на полярных оптических фононах;

- определение величины внутризонной инверсии населенности;

- расчет изменения величины внутризошюй инверсии населенности вследствие

межподзонного электрон-электронного (е-е) и электрон-дырочного (e-h) рассеяния;

- оптимизация параметров КЯ для получения наибольшего коэффициента усиления для

излучения среднего ИК диапазона.

Научная новизна работы. Для полупроводниковых КЯ специальной формы предложены физические механизмы и расчеты, описывающие внутризонные оптические эффекты и рассеяние электронов, а именно:

модуляцию внутризонного поглощения в сильном продольном электрическом поле в селективно легированных резонансных КЯ;

влияние неравновесных оптических фононов на внутриподзонную эмиссию и межподзонное поглощение света в КЯ в сильных электрических полях;

температурную зависимость спектра межподзонного поглощения в селективно легированных двойных туннелыю-связанных КЯ, связанную с перераспределением электронов между подзонами, изменением объемного заряда и, как следствие, изменением волновых функций, оптических матричных элементов и энергий переходов;

скорость рассеяния энергии горячих электронов в многослойных КЯ с учетом вида огибающих волновых функций электронов в подзонах;

модуляцию внутризонного поглощения в селективно легированных двойных туннелыю-связанных КЯ в электрическом поле с учетом продольной и поперечной компонент поля, вызывающих перераспределение электронов между двумя нижними подзонами, разогрев электронов, изменение их энергетического спектра, волновых функций и оптических матричных элементов переходов;

внутризонную инверсию населенности в ступенчатых КЯ в условиях токовой инжекции и межзонного стимулированного излучения;

скорости межподзонного е-е и e-h рассеяния, влияющие на внутризонную инверсию населенности электронов в асимметричных ступенчатых КЯ.

Рассчитаны глубина модуляции внутризонного поглощения света и величина внутризонной инверсии населенности в исследуемых структурах.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

  1. В результате проведенных расчетов и анализа экспериментальных данных сделан вывод о возможности получения внутризонной инверсии населенности, достаточной для генерации излучения среднего ИК диапазона в асимметричных ступенчатых КЯ, а также эффективной модуляции излучения среднего ИК диапазона в туннелыю-связанных КЯ.

  2. Найдена оптимальная энергия кванта излучения среднего ИК диапазона, для которой может быть получена наибольшая глубина модуляции в туннелыю-связанных КЯ.

  1. Выбраны параметры асимметричной ступенчатой КЯ для получения наибольшего коэффициента усиления излучения среднего ИК диапазона.

  2. Показано, что е-е и e-h рассеяние в асимметричных ступенчатых КЯ не разрушает внутризонную инверсию населенности для излучения среднего ИК диапазона. Наибольшая величина внутризонной инверсии населенности может быть достигнута в лазерных структурах с малой пороговой для межзонного стимулированного излучения концентрацией носителей заряда в КЯ (менее 5-Ю11 см"2). В этом случае уменьшение внутризонной инверсии вследствие е-е и e-h рассеяния не должно превышать 10%.

  3. В последующих исследованиях в области полупроводниковых КЯ могут быть использованы предложенные в настоящей работе схемы расчетов времен внутризонного рассеяния электронов на полярных оптических фононах, в том числе с учетом неравновесных фононов, на акустических фононах, ионизованных атомах примеси, е-е и e-h рассеяния в КЯ сложной формы.

Основные положения, выносимые на защиту;

  1. Неравновесные полярные оптические фононы существенно влияют на величину оптических эффектов, связанных с внутризонными переходами электронов при их разогреве продольным электрическим полем в квантовых ямах.

  2. Учет возможности «антипересечения» уровней в электрическом поле в туннельно-связанных квантовых ямах с малым энергетическим расстоянием между двумя нижними подзонами позволяет удовлетворительно интерпретировать экспериментальные данные по модуляции межподзонного поглощения света, которая может быть объяснена перераспределением электронов между нижними подзонами и изменением их энергетического спектра и волновых функций.

  3. В асимметричных ступенчатых квантовых ямах в условиях токовой инжекции и межзонного стимулированного излучения возможно появление внутризонной инверсии населенности, достаточной для генерации излучения среднего ИК диапазона.

  4. Межподзонное электрон-электронное и электрон-дырочное рассеяние в асимметричных ступенчатых квантовых ямах типа InGaAs/AlGaAs не разрушает внутризонную инверсию населенности для среднего ИК излучения. В лазерных структурах с пороговой для межзонного стимулированного излучения концентрацией носителей заряда менее 5-Ю11 см"2 уменьшение внутризонной инверсии населенности вследствие электрон-электронного и электрон-дырочного взаимодействия составляет примерно 10%.

Достоверность и надежность результатов основана на их соответствии результатам экспериментов и согласии с результатами других работ, посвященных сходной тематике.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих отечественных и международных конференциях:

Городская студенческая научная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой наноэлектронике (Санкт-Петербург, 1998); 6, 7 International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology" (St. Petersburg, 1998, 1999); 11th International Conference on Superlattices, Microstructures and Microdevices (Hurgada, 1998); 10th, 11th Vilnius Symposium on Ultrafast Phenomena in Semiconductors (Vilnius, 1998, 2001); 24th International Conference on the Physics of Semiconductors (Jerusalem, 1998); The 25th International Conference on the Physics of Semiconductors (Osaka, 2000); Российско-Украинский Семинар "Нанофизика и Наноэлектроника" (Киев, 2000); European Conference on Laser and Electro-Optics (Nice, 2000); 4 и 5 Российская конференция по физике полупроводников (Новосибирск, 1999; Н.Новгород, 2001); 7 Всероссийская молодежная научная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2005).

Публикации. По теме диссертации имеется 33 публикации, из них 11 статей в отечественных и международных журналах. Основное содержание отражено в восьми работах, перечень которых приведен в конце диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы из 112 наименований; содержит 153 страницы машинописного текста, включая 45 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована цель работы, показана научная новизна и практическая значимость результатов, даны сведения о структуре и содержании работы и приведены положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит обзор литературы по излучательным и безызлучательным внутризонцым переходам электронов в КЯ. Выбраны объекты исследования и определены задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена исследованию влияния неравновесных полярных оптических фононов на внутриподзонную эмиссию и межподзонное поглощение света в прямоугольных селективно легированных резонансных КЯ при приложении продольного электрического поля [А1, А2].

В параграфе 2.1 изучено влияние неравновесных фононов на скорость рассеяния энергии горячих электронов в КЯ [А1]. Рассмотрены два способа расчета скорости рассеяния энергии. Первый способ основан на вычислении разности вероятностей

испускания и поглощения электронами равновесных полярных оптических фононов при внутриподзонном рассеянии. Второй способ, основанный на вычислении скорости изменения числа фононов, позволяет ввести время жизни фононов 2^*0, найти неравновесную функцию их распределения по волновым векторам и выявить вклад неравновесных оптических фононов в скорость рассеяния энергии. Результаты расчета первым способом и вторым при тд = 0 совпадают. Получено хорошее согласие результатов проведенных расчетов при тд * 0 с экспериментальными данными разных авторов [7,9].

В параграфе 2.2 результаты расчета скорости рассеяния энергии использованы при решении уравнения баланса мощности для основной подзоны прямоугольной КЯ в условиях разогрева электронов продольным электрическим полем. Определена основная характеристика горячих электронов - электронная температура [А1]. Данный способ нахождения электронной температуры применен для определения влияния неравновесных фононов на величину внутриподзонной эмиссии света из прямоугольных КЯ GaAs/Alo.22Gao.78As [А2]. Результаты расчета электронной температуры с учетом неравновесных фононов совпадают с данными, полученными из анализа экспериментальных спектров внутриподзонной эмиссии. Показано, что появление неравновесных фононов увеличивает электронную температуру, вследствие чего спектральная плотность излучения в рассмотренном диапазоне длин волн и электрических полей возрастает в 1.5 - 2.5 раза.

В параграфе 2.3 исследовано влияние неравновесных фононов на модуляцию межподзонного поглощения в селективно легированных резонансных КЯ GaAs/Alo.22Gao.78As с двумя уровнями размерного квантования в продольных электрических полях Е. Предполагалось, что экспериментально обнаруженный в работе [10] рост поглощения Да излучения СОг-лазера под действием поля может происходить вследствие увеличения энергии межподзонного перехода по отношению к энергии кванта излучения. Энергия межподзонного перехода увеличивается вследствие заброса электронов на верхний уровень при их разогреве электрическим полем, перераспределения этих электронов в область барьера в соответствии с волновой функцией и компенсации зарядов примеси, в результате чего уменьшается объемный заряд и повышается энергия верхнего уровня.

Для оценки влияния на этот эффект неравновесных фононов, электрическому полю была сопоставлена электронная температура с учетом и без учета неравновесных фононов. Использование найденных электронных температур в функции распределения электронов и самосогласованное решение уравнений Пуассона и Шредингера позволило определить изменение энергии межподзонного перехода в электрическом поле и, следовательно, Да.

Показано, что появление неравновесных фононов с г9 = 7пс более чем на порядок увеличивает Да и улучшает согласие расчета и эксперимента [А1].

Основные выводы второй главы сформулированы в параграфе 2.4.

Третья глава посвящена исследованию модуляции межподзонного поглощения света в туннелыю-связанных КЯ при приложении продольного электрического поля.

В параграфе 3.1 рассчитана спектральная зависимость межподзонного поглощения в отсутствие поля при различных температурах [А4]. Из сравнения с экспериментально найденными спектрами и анализа их изменения при оптическом возбуждении определены положения близко лежащих уровней размерного квантования. Скорректированы параметры КЯ. Для новых параметров КЯ найден энергетический спектр и волновые функции электронов с учетом влияния пространственного заряда. Непараболичность энергетического спектра учтена в модели Экенберга [11]. Дано объяснение температурной зависимости спектра поглощения, основанное на перераспределении электронов между подзонами, изменении их энергетического спектра и волновых функций.

В параграфах 3.2 и 3.3 рассчитаны вероятности межподзонного рассеяния электронов в ТСКЯ (на полярных оптических и деформационных акустических фононах и ионизованных атомах примеси), что необходимо для анализа модуляции поглощения света в электрическом поле [А5]. Предложенные схемы расчета позволяют учитывать реальный вид волновых функций электронов в многослойных КЯ и разную степень разогрева электронов в разных подзонах.

В параграфе 3.4 предложена интерпретация экспериментально полученных в [12] данных по модуляции межподзонного поглощения в продольном электрическом поле [А5]. Падающее излучение СОг-лазера может поглощаться при переходах электронов со второго на третий уровень размерного квантования. В отсутствие поля концентрация электронов на втором уровне невелика, поэтому поглощение мало. При включении поля возрастает средняя энергия электронов первой подзоны и вероятность их рассеяния во вторую подзону, что приводит к значительному увеличению поглощения.

Концентрации и температуры электронов в первой и второй подзонах в электрических полях определены из системы уравнений баланса мощности для каждой подзоны, равенства потоков частиц между подзонами и сохранения числа частиц. Переходы электронов и перенос энергии между подзонами рассмотрены с учетом рассеяния на ионизованных атомах примеси, оптических и акустических фононах. Скорость внутриподзонной релаксации энергии электронов найдена с учетом неравновесных оптических фононов.

Обнаружено, что экспериментально найденная зависимость изменения коэффициента межподзонного поглощения Да от поля в данной структуре не может быть объяснена

только эффектами разогрева электронов. Предложено объяснение наблюдаемой модуляции, основанное на предположении о возникновении в данной структуре поперечной компоненты электрического поля. В этом случае происходит «антипересечение» близких по энергиям двух нижних уровней, которое приводит к существенной перестройке спектра поглощения света. Вследствие этого рост поглощения излучения СС^-лазера ограничивается при увеличении напряженности внешнего поля выше 150 В/см.

Изменение коэффициента поглощения вычислено с учетом изменения силы осциллятора, энергии оптического перехода, концентрации и температуры электронов в электрическом поле. Показано, что учет неравновесных фононов позволяет лучше описать ход экспериментальной зависимости модуляции от поля. Найдена оптимальная энергия кванта излучения (136 мэВ), для которой может быть получена наибольшая глубина модуляции в данной структуре [А5].

Основные выводы третьей главы сформулированы в параграфе 3.5.

В четвертой главе рассмотрены механизмы межподзонного рассеяния электронов, определяющие степень внутризонной инверсии населенности электронов в ступенчатых

кя.

В параграфе 4.1 рассмотрен способ создания внутризонной инверсии населенности в ступенчатых КЯ InGaAs/AlGaAs при инжекции носителей заряда [А6], рассчитан энергетический спектр и волновые функции электронов в модели Кейна [А7]. Метастабильный уровень формируется благодаря слабому перекрытию его волновой функции с волновыми функциями нижележащих уровней. Благодаря генерации в структуре межзонного стимулированного излучения концентрации электронов и дырок на основных уровнях стабилизируются, что предотвращает разрушение внутризонной инверсии населенности из-за е-е и e-h рассеяния при увеличении инжекциошюго тока.

В параграфе 4.2 вычислены времена межподзонного электрон-фононного рассеяния. Получено необходимое для существования внутризонной инверсии населенности соотношение времен жизни электронов на возбужденных уровнях. Показано, что захват электронов из континуума в яму происходит преимущественно на верхний (метастабильный) уровень. Таким образом, показано, что при инжекции электронно-дырочных пар степень внутризонной инверсии населенности может быть достаточно высока [А6].

В параграфах 4.3 и 4.4 установлены типы наиболее вероятных межподзонных е-е и e-h процессов, влияющих на внутризонную инверсию населенности в ступенчатых КЯ [А7, А8]. Предложены схемы расчета и проведены вычисления времен рассеяния при разных температурах.

В параграфе 4.5 исследована зависимость времен межподзонного е-е и e-h рассеяния от концентрации электронов и дырок на основных уровнях КЯ [А8]. Показано, что при концентрациях, меньших 5-10 см", времена е-е и e-h процессов превышают времена рассеяния на фононах при аналогичных межподзонных переходах электронов. Поэтому основным механизмом рассеяния, определяющим степень инверсии населенности уровней еЪ и е2, является испускание полярных оптических фононов. При превышении данной концентрации времена жизни на уровнях еЗ и el (и, следовательно, инверсия населенности) определяются межподзонным е-е и e-h рассеянием.

Выводы к четвертой главе приведены в параграфе 4.6.

В пятой главе рассмотрена межподзонная инверсия населенности электронов в ступенчатых КЯ, при этом использованы предложенные ранее схемы расчетов времен межподзонной релаксации электронов.

В параграфе 5.1 выбраны параметры КЯ, оптимальные для получения наибольшего коэффициента усиления среднего ИК излучения [А6].

В параграфе 5.2 для заданных параметров КЯ, волновода и резонатора определены пороговые коэффициент усиления, величина внутризонной инверсии населенности и плотность инжекционного тока в лазерной структуре, необходимые для генерации излучения среднего ИК диапазона. Система скоростных уравнений при токовой инжекции электронно-дырочных пар решена с учетом основных межподзонных процессов электрон-фононного, е-е и e-h рассеяния, спонтанного и стимулированного межзонного излучения, а также захвата электронов на уровни КЯ. Проанализированы величина плотности порогового тока (~10 кА/см ), возможность ее достижения в лазерной структуре с КЯ и ее зависимости от температуры и концентрации.

В параграфе 5.3 при плотности инжекционного тока вблизи порогового значения проанализированы зависимости величины внутризонной инверсии населенности от температуры и концентрации неравновесных носителей заряда [А8]. Показано, что процессы е-е и e-h взаимодействия, уменьшая инверсию, не приводят к ее разрушению. Наибольшей величины внутризонной инверсии населенности можно достичь в структурах с наименьшей пороговой концентрацией электронов и дырок для межзонного излучения. При концентрации 5-Ю11 см'2 е-е и e-h рассеяние уменьшают инверсию не более чем на 10%. Увеличение температуры с 80 К до 300 К приводит к уменьшению инверсии при данной концентрации примерно на 30%.

Основные результаты пятой главы приведены в параграфе 5.4.

В заключении кратко сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Подобные работы
Аракчеева Екатерина Михайловна
Полупроводниковые микроструктуры на основе соединений AIIIBV, полученные методом реактивного ионного травления
Бойко Владимир Михайлович
Физические основы технологии ядерного легирования In-содержащих полупроводниковых соединений AIIIBV
Бойко Андрей Михайлович
Моделирование устойчивого роста поверхности в процессе молекулярно-пучковой эпитаксии соединений AIIIBV
Казарян Ваган Артаваздович
Анизотропные полупроводниковые датчики интенсивности излучения миллиметрового диапазона
Никитина Екатерина Викторовна
Инжекционные лазеры на основе квантовых ям и квантовых точек на подложках GaAs, излучающие на длине волны 1.3 мкм
Бадгутдинов Мансур Лябибович
Особенности излучательной рекомбинации в p-n-гетероструктурах InGaN/AlGaN/GaN с множественными квантовыми ямами и светодиодах на их основе
Федоров Михаил Иванович
Физические принципы разработки термоэлектрических материалов на основе соединений кремния
Петров Станислав Игоревич
Принципы построения и свойства гетероструктур на основе соединений III-N, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии
Баталов Рафаэль Ильясович
Структура и оптические свойства тонкопленочных полупроводниковых соединений на основе кремния, синтезированных импульсными энергетическими воздействиями
Семенов Алексей Николаевич
Молекулярно-пучковая эпитаксия и свойства низкоразмерных гетероструктур на основе узкозонных соединений A3B5

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net