Диссертация (Излучатели на основе полупроводниковых наногетероструктур с накачкой электронным пучком), страница 18

Зависимость пороговой плотности тока от энергии электроновнакачки (Структура d 1686). А – эксперимент, В - расчѐт. ТемператураТ= 300 К, длина резонатора 0,95 мм.Сравнивая экспериментальную (Рисунок 60А) и расчѐтную (Рисунок 60В)кривые можно видеть, что при изменении в эксперименте энергии электроновнакачки от 4 до 10 кэВ пороговая плотность тока уменьшается примерно в 2 раза,128что соответствует результатам расчѐта. Минимальное значение пороговойплотности тока пучка составило 0,35 А/см2 при энергии электронов 8-10 кэВ.Таким образом, по результатам проведѐнных нами расчѐтов были сделанырекомендации по оптимизации конструкции гетероструктуры для ИК-диапазона,в соответствии с которыми была выращена структура с уменьшенной до 30 нмтолщиной внешнего слоя. Оптимизация конструкции структуры привела кзначительному уменьшению пороговой плотности тока и рабочей энергииэлектронов.

При комнатной температуре нами была получена генерация прирекордно низкой энергии электронов – 3,5 кэВ.129ЗАКЛЮЧЕНИЕРабота посвящена исследованию и оптимизации квантоворазмерныхполупроводниковых структур для люминесцентных источников с электроннолучевой накачкой. Получены следующие основные результаты.-Выполненырасчѐтыраспределенияконцентрациинеравновесныхносителей в различных слоях ZnSe- содержащих квантоворазмерныхструктур с учетом пространственного распределения энергии накачки,диффузии носителей, их дрейфа за счет внутренних полей структуры,безызлучательной рекомбинации на границах слоѐв и конечного временижизни неравновесных носителей в разных слоях структуры.

Рассчитанаэффективность сбора носителей в активных слоях структуры и еѐзависимость от положения активных слоѐв (квантовых ям), размеровволновода, различных слоѐв структуры и т.д. Рассчитаны зависимостиинтенсивности катодолюминесценции отдельных слоѐв структуры отэнергии электронов накачки. Показано согласие результатов расчета сэкспериментальными данными.-Предложена модель расчета пороговой плотности тока лазеров на основеразличных типов квантоворазмерных структур с электронно-лучевойнакачкой, учитывающая как распределение электромагнитного поля вволноводе,такипространственноераспределениенеравновесныхносителей в структуре.-На основе предложенной модели получены зависимости пороговойплотности тока и пороговой плотности мощности накачки от энергииэлектронов и других параметров ZnSe- содержащих квантоворазмерныхструктур, таких как размеры волновода, размеры внешнего и внутреннегоограничивающих слоѐв, положение квантовой ямы в пределах волновода,скорости безызлучательной рекомбинации на границах различных слоѐв130структур.Выполненоэкспериментальныхсравнениезависимостей,полученныхподтверждающеерасчѐтныхисправедливостьпредложенной модели.-Установлено, что при малых энергиях электронов накачки определяющеевлияние на величину пороговой плотности тока лазеров на основеZnSe- содержащихквантоворазмерныхструктуроказываеттолщинавнешнего ограничивающего слоя структуры.

Экспериментально полученагенерация при комнатной температуре с использованием активногоэлемента на основе структуры с толщиной ограничивающего слоя 10 нм прирекордно низком значении энергии электронов накачки – 3,2 кэВ. Данырекомендации для дальнейшего уменьшения энергии электронов накачки.-Выполнены расчѐты, показывающие, что при создании люминесцентныхисточников света для увеличения интенсивности катодолюминесценциинеобходимо увеличивать энергию электронов накачки и использоватьструктуры с множественными квантовыми ямами. В то же время, дляснижения пороговой плотности тока лазеров с электронной накачкойпредпочтительнее структуры с одиночной квантовой ямой.-Выполнены расчѐты зависимостей пороговой плотности тока от энергииэлектронов накачки и параметров структур AlGaAs/InGaAs/GaAs длялазеров ИК-диапазона.

Результаты расчѐта позволили оптимизироватьконструкцию структуры и экспериментально получить генерацию в ИКдиапазоне при комнатной температуре активного элемента с рекорднонизким значением пороговой плотности тока электронов накачки –0,35 А/см2.-Выполнены расчѐты пространственного распределения неравновесныхносителей в структурах на основе нитридов алюминия, индия и галлия,позволяющиеобъяснитькатодолюминесценции.наблюдаемыевэкспериментахспектры131СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.

Богданкевич, О.В.Полупроводниковыелазеры/О.В. Богданкевич,С.А. Дарзнек, П.Г. Елисеев. – Москва: Наука, 1976.2. Богданкевич, О.В. Полупроводниковые лазеры с накачкой электроннымпучком / О.В. Богданкевич // Квантовая электроника. – 1994. – Т. 21. -№ 12. –С. 1113-1136.3.

Богданкевич, О.В. Устройства на основе полупроводниковых лазеров снакачкойэлектроннымпучком/О.В. Богданкевич,Г.А. Меерович,И.М. Олихов, А.В. Садчихин// Радиотехника и электроника. - 1999. – Т. 44. № 8. – С. 901 - 919.4. Богданкевич, О.В. Импульсные неохлаждаемые многоэлементные лазеры насульфиде кадмия и арсениде галлия с продольной накачкой электроннымпучком/О.В. Богданкевич,М.М. Зверев,Н.Н. Костин,С.П. Копыт,Е.М.

Красавина, И.В. Крюкова, Е.В. Матвеенко, В.Ф. Певцов, В.А. Ушахин //Квантовая электроника. -1985. - № 12. – С. 1517-1519.5. Уласюк, В.Н. Квантоскопы / В.Н. Уласюк. - М.: Радио и связь, 1988.6. А.с. №181737. Полупроводниковый лазер с электрической накачкой [текст] /Ж.И. Алферов, Р.Ф. Казаринов (СССР). - №950840/26-25; - заявлено30.03.1963; опубл. 1975. Бюлл. изобрет. Т. 14.7. Алферов, Ж.И. Когерентное излучение в эпитаксиальных структурах сгетеропереходами в системе AlAs – GaAs / Ж.И. Алфѐров, В.М. Андреев,В.И. Корольков, Е.Л. Портной, Д.Н. Третьяков // ФТП. - 1968. -№ 2. - С. 1545.8.

Елисеев, П.Г.Исследованиеинжекционныхквантовыхгенераторов/П.Г. Елисеев // Труды ФИАН СССР. – М.: Наука, 1970. - № 52. - С. 3.9. Козловский, В.И. Полупроводниковые лазеры на основе квантоворазмерныхгетероструктур с продольной накачкой электронным пучком: дис. д-ра физ.мат. наук: 05.27.03/ Козловский Владимир Иванович. –М., -2009.13210. Cammack, D.A.

Electron beam pumped lasing in ZnSe/ZnSSe superlatticestructures grown by molecular-beam epitaxy / D.A. Cammack, R.J. Dalby,I.J. Cornelisson, J. Khurgin // J. Appl. Phys. – 1987. – V. 62. – P. 3071.11. Molva, E.Microgun-pumpedsemiconductorlaser/E. Molva,R. Accomo,G. Labrunie, J. Cibert, C. Bodin, L.S. Dang, G. Fenillet // Appl. Phis.Letters. - 1993.- № 62, - Р. 796-798.12. Cornelissen, H.J. A nonmechanical laser scanner based on electron-beam pumpedAlGaInP-GaInPsemiconductorstructures/H.J. Cornelissen,C.J. Savert,M.J.H.

Niesten, H.M. Vrijssen, A. Valster, C.J. van der Poel // Appl.Phys.Letters. –1994. – V. 65. - №12. - P. 1492-1494.13. Herve, D. Microgun-pumped blue and blue-green lasers/ D. Herve, E. Molva,L. Vanzetti, L. Sorba, A. Francioci // Electronics Letters. -1995. –V.31. –N 6, P. 459-461.14. Herve, D.

Microgun-pumped blue lasers/ D. Herve, R.Accomo, E. Molva,L. Vanzetti, J.J. Paggel, L. Sorba, A. Francioci // Appl. Phys. Letters. - 1995. - V 67.– №9. - Р. 2144-2146.15. Trager-Cowan, C. Electron beam pumping of CdZnSe quantum well structuresusing a variable energy electron beam / C. Trager-Cowan, D.M. Bagnall,F. McGow, W. McCallum, K.P.O’Donnell, P.C.

Smith, P.J. Wright, B. Cockayne,K.A. Prior, J.T. Mullins, G. Horsburgh, B.C. Cavenett // J. Cristal Growth. - 1996. –V. 159. – P. 618-622.16. Zverev, M.M. ZnSe-based room temperature low-threshold electron-beam pumpedsemiconductor laser / M.M. Zverev, S.V. Sorokin, I.V. Sedova, D.V. Peregoudov,S.V. Ivanov, P.S. Kop’ev // Physica Status Solidi (b). -2002. –V.229.

-№ 2. –P. 1025.17. Зверев, М.М. Неохлаждаемый полупроводниковый лазер на основе ZnSeсодержащих квантоворазмерных структур с накачкой электронным пучком /М.М. Зверев,С.В. Иванов,Д.В. Перегудов,С.В. Сорокин,И.В. Седова,133П.С. Копьев // Поверхность. рентгеновские, синхротронные и нейтронныеисследования. – 2002. - № 9. – С. 22-25.18. Зверев, М.М. Низкопороговые полупроводниковые лазеры зеленого диапазонас накачкой электронным пучком на основе квантоворазмерных гетероструктур/ М.М. Зверев, С.В. Иванов, Д.В.

Перегудов, И.В. Седова, С.В. Сорокин,П.С. Копьев // Квантовая электроника. - 2004. -Т. 34. - № 10. – С. 909-911.19. Басов, Н.Г.Оптическийвозбуждениембыстрымиквантовыйгенераторэлектронами/накристаллахН.Г. Басов,CdSсО.В. Богданкевич,А.Г. Девятков // ЖЭТФ. -1964. –Т. 47. -№4 (10). – С. 1588-1592.20. Басов, Н.Г. Возбуждение полупроводникового квантового генератора пучкомбыстрых электронов / Н.Г. Басов, О.В. Богданкевич, А.Г. Девятков // ДАНСССР. – 1964. -Т. 155. - № 4.

- С. 283-290.21. Basov N.G., Bogdankevich O.V. Excitation of Semiconductor Lasers by a Beam ofFast Elektrons / Proc. Intern. Conf. on Radiation Recombination in Semiconductors/ Paris, Dunod. - 1964. – P. 225-227.22. Богданкевич, О.В. Полупроводниковые лазеры с накачкой электроннымпучком / О.В. Богданкевич // Квантовая электроника. -1994. -Т. 21. -№ 12. –С.

1113-1136.23. Козловский, В.И. Непрерывный GaAs-лазер с электронной накачкой /В.И. Козловский, А.С. Насибов, Ю.М. Попов, П.В. Резников // Письма в ЖТФ.-1980. -Т. 6.- №8. - С. 463-467.24. Брагинская, А.Г. Сканируемые и непрерывные лазеры на основе GaSb спродольнойнакачкойВ.И. Козловский,электроннымГ.П. Колчина,пучком/А.Г. Брагинская,Б.М. Лаврушин,П.В. Резников,А.С.