Автореферат (1091478)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиЖДАНОВА ЕЛЕНА ВЛАДИМИРОВНАИЗЛУЧАТЕЛИ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХНАНОГЕТЕРОСТРУКТУР С НАКАЧКОЙ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты,микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектахАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учѐной степеникандидата физико-математических наукАвтор:_____________Москва 2015Работа выполнена в федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего образования«Московский государственный университет информационных технологий,радиотехники и электроники» (МИРЭА)Научный руководитель:Зверев Михаил Митрофанович, докторфизико-математических наук, профессорОфициальные оппоненты:Глова Александр Федорович, докторфизико-математических наук, профессор,начальник лаборатории, Акционерноеобщество «ГНЦ РФ ТРИНИТИ».Кротов Юрий Александрович, кандидатфизико-математических наук, доцент,ученый секретарь, Акционерное общество«НИИ «Полюс» им.

М.Ф. Стельмаха».Ведущая организацияАкционерное общество «НИИ «Платан» сзаводом при НИИ», г. ФрязиноЗащитасостоится8 декабря2015 годав17-30назаседаниидиссертационного совета Д212.131.02, созданного на базе федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегообразования «Московский государственный университет информационныхтехнологий, радиотехники и электроники» по адресу: 119454 Москва,пр. Вернадского, д.78.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальномсайте МИРЭА http://www.mirea.ru/Автореферат разослан «___» _________ 2015г.Учѐный секретарь диссертационногосовета Д212.131.02, к.ф.-м.н., доцентЮрасов А.Н.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы и степень её разработанности.Полупроводниковые излучатели с электронной накачкой обладают рядомхарактеристик, отличающих их от других источников излучения.

Использованиеэлектронного пучка для накачки полупроводниковых излучателей позволяетуправлять параметрами излучения путѐм управления электронным лучом. Этоделает возможным изготовление источников, в которых возможна широкополоснаяамплитудная модуляция излучения, могут быть также реализованы необычные дляизлучателей других типов режимы работы - например, режим одномерного илидвумерного сканирования диаграммой направленности излучения, работа на однойили нескольких длинах волн в спектральном диапазоне от инфракрасного доультрафиолетового. Возможна синхронизация световых импульсов и импульсовзапуска с субнаносекундной точностью. При использовании электронно-лучевойнакачки не требуется наличие p-n перехода и омических контактов, что значительноснижаеттехнологическиетрудностиизготовленияактивныхэлементовипоявляются возможности создания излучателей в тех спектральных областях, длякоторых создание p-n-перехода затруднено.

Использование электронного пучкаособенно перспективно при разработке излучателей на основе структур GaN/AlGaNв дальней УФ-области спектра, в которой создание материалов р-типа проводимостиявляется весьма проблематичным.Кроме того, так как возбуждение электронным пучком является объемным,существенно изменяются требования к транспортировке неравновесных носителей вактивную зону излучателя. В связи с этим использование электронного пучкапозволяет накачать значительно больший, по сравнению с инжекционнымиисточниками (светодиодами и лазерами), объем активной среды и, соответственно,получить больший уровень выходной мощности.Продемонстрированывозможностипримененийполупроводниковыхизлучателей на монокристаллах с накачкой электронным пучком для скоростнойинтерферометрии и фотографии, в системах посадки самолетов и проводки судов,для проекционного отображения информации с высоким разрешением на большом3экране,вмедицинеит.д.Темнеменее,системысиспользованиемполупроводниковых излучателей с накачкой электронным пучком широкогораспространения не получили.

Главными причинами этого является высокиезначения пороговой плотности тока электронного пучка и высокие напряжения(десятки и сотни киловольт). К примеру, в импульсных лазерах на основемонокристалловэлектронногомаксимальныепучкауровни250-350 кэВ.Вмощностиполученыпроекционныхприсистемахэнергияхотображенияинформации на основе таких лазеров обычно используются пучки с энергией 3050 кэВ, Использование высоких напряжений неизбежно приводит к увеличениюразмеров устройства и усложнению его конструкции.Уменьшить рабочую энергию электронного пучка и пороговую плотностьтока, а также повысить рабочую температуру активного элемента излучателя докомнатной можно, используя полупроводниковые гетероструктуры. Подобныеструктурыширокоиспользуютсяприизготовлениилазерныхдиодов.Использование многослойных гетероструктур в инжекционных лазерах позволилорешить задачу эффективной локализации неравновесных носителей заряда иэлектромагнитного поля в активном слое.

Однако, непосредственное применение визлучателях с накачкой электронным пучком результатов, полученных приразработке инжекционных источников излучения на основе гетероструктур,невозможноиз-заразличногопосвоейфизическойприродемеханизмавозбуждения, различного строения активных элементов (гетероструктур) иконструкций резонатора. В литературе отмечается перспективность использованияэлектронного пучка для накачки лазеров на основе квантоворазмерных структур.Показано, что использование таких структур с поперечной накачкой приводит кснижению порога генерации и увеличению эффективности полупроводниковыхизлучателей.Однаковозможностиуменьшениярабочейэнергииэлектроновдляизлучателей с электронной накачкой, а также оптимальные конструкции структур наоснове различных полупроводниковых материалов ранее не исследовались.Ряд параметров квантово-размерных наногетероструктур, таких, как толщины,последовательность расположения слоев, количество активных областей и их вид,4строениеволноводанеоднозначновлияютнарабочиехарактеристикиполупроводниковых излучателей на их основе.Диссертацияпосвященаизучениюхарактеристикквантоворазмерныхгетероструктур с поперечной накачкой электронным пучком и направлена нарешение актуальной научной задачи – оптимизацию конструкции таких структур сцелью повышения эффективности работы излучателей и снижения пороговойплотности тока и рабочей энергии электронного пучка – источника накачки лазеровна основе таких структур.Цель работыЦелью данной диссертационной работы являлась оптимизация параметровквантоворазмерных гетероструктур, направленная на улучшение их излучательныххарактеристик при электронно-лучевой накачке, а также исследование путейснижения рабочей энергии электронного пучка и пороговой плотности токаизлучателей на основе исследуемых структур.Задачи работы-проведение расчетов пространственного распределения концентрации носителейв структурах различных типов при различных значениях энергии электронов –источников накачки;-исследование зависимости пороговой плотности тока от рабочей энергииэлектронов для лазеров различных спектральных диапазонов с поперечнойнакачкойэлектроннымпучкомнаосновеквантоворазмерныхполупроводниковых структур;-выработка рекомендаций по оптимизации конструкций ZnSe-содержащихгетероструктур для полупроводниковых лазеров сине-зелѐного диапазона споперечной накачкой электронным пучком, позволяющих работать при низкихускоряющих напряжениях;-экспериментальная демонстрация возможности уменьшения рабочей энергииэлектронного пучка – источника накачки лазеров на основе ZnSe-содержащихгетероструктур;5-оптимизация конструкций многослойных ZnSe-содержащих гетероструктур дляполупроводниковых излучателей с поперечной накачкой электронным пучком,позволяющих получать высокие выходные мощности излучения;-проведение расчѐтов конструкций структур на основеAlGaAs/InGaAs дляизлучателей ИК-диапазона;-экспериментальная демонстрация возможности уменьшения рабочей энергииэлектронного пучка – источника накачки лазеров ИК-диапазона;-проведение расчѐтов конструкций структур AlGaN для УФ излучателей,позволяющих уменьшить рабочую энергию электронного пучка.Научная новизна работыПри выполнении работы впервые получены следующие результаты:-проведены расчеты пространственного распределения концентрации носителей вZnSe-содержащих квантоворазмерных структурах при различных значенияхэнергии электронов накачки;-предложена модель расчета пороговой плотности тока полупроводниковыхлазеровспоперечнойпространственноенакачкойраспределениеэлектроннымэнергиинакачки,пучком,дрейфучитывающаяидиффузиюнеравновесных носителей в структуре, а также пространственное распределениеэлектромагнитного поля поперечных типов колебаний в лазерном резонаторе;-проведены расчеты пороговых плотности тока и мощности накачки лазеров взависимости от энергии электронов и параметров структур, что позволилосформулировать требования к оптимальной конструкции гетероструктур длянизкопороговых и мощных излучателей с электронно – лучевой накачкой(состав, толщины слоев и т.д.);-на основе оптимизированных полупроводниковых структур получена генерациялазеров в зеленой и ИК областях спектра при рекордно низких значениях энергииэлектронов накачки (менее 4 кэВ при температуре Т=300 К) и намечены путидальнейшего уменьшения энергии электронов.6Теоретическая и практическая значимость работыПредложенная модель расчета пороговой плотности тока полупроводниковыхлазеровспоперечнойпространственноенакачкойраспределениеэлектроннымэнергиипучкомнакачки,учитывающаядрейфикакдиффузиюнеравновесных носителей в структуре, так и распределение электромагнитного поляпоперечных типов колебаний в лазерном резонаторе, может быть использована дляоптимизации активных элементов лазеров на основе различных полупроводниковыхструктур.Полученныевданнойработерезультатыипродемонстрированнаявозможность значительного (до значений менее 4 кэВ) уменьшения рабочей энергииэлектронного пучка за счет использования оптимизированных квантоворазмерныхгетероструктур позволяют осуществить разработку малогабаритных отпаянныхприборов – излучателей с электронно-лучевой накачкой, которые могут найтиприменение в медицине и различных областях техники для диагностикибыстропротекающих процессов, для систем посадки летательных аппаратов ипроводки судов, для систем наблюдений в условиях плохой видимости, оптическойлокации и т.д.Полученные в работе научные результаты использовались при проведенииисследований в рамках отечественных и международных грантов, хоздоговоров,целевых программ Минобрнауки в 2007-2015 г.

в МИРЭА.Основные положения, выносимые на защиту-Результаты расчетов пространственного распределения концентрации носителейвZnSe-содержащихквантоворазмерныхструктурах,вструктурахGaAlAs/InGaAs/GaAs, в структурах GaN/InGaN/AlGaN при различных значенияхэнергии электронов накачки;-результаты расчетов зависимости интенсивности катодолюминесценции ZnSeсодержащих структур от энергии электронов накачки и их сравнение сэкспериментальными данными;-методика и результаты расчетов зависимости пороговой плотности токаэлектронного пучка от энергии электронов накачки для источников света на7основеквантоворазмерныхполупроводниковыхструктур,позволяющихполучать излучение в ИК-, сине-зелѐном и УФ- диапазонах спектра;-результаты расчетов зависимости пороговой плотности тока электронного пучка–источниканакачкилазеровотпараметровквантоворазмерныхполупроводниковых структур;-экспериментальное достижение режима генерации лазеров на основе ZnSeсодержащихквантоворазмерныхструктур,атакжеструктурGaAlAs/InGaAs/GaAs при рекордно низких (менее 4 кэВ) значениях энергииэлектронов накачки при температуре Т=300 К;-рекомендации по дальнейшему снижению рабочей энергии электронов накачки влазерах на основе квантоворазмерных полупроводниковых структур.Достоверность научных положений, результатов и выводовСогласиеполученныхрезультатоврасчѐтовинтенсивностикатодолюминесценции, зависимостей порогов генерации излучателей от энергииэлектронов с результатами эксперимента, а также соответствие полученныхзависимостей порогов генерации от параметров полупроводниковых структур симеющимися в литературе данными по лазерам с оптической накачкой нааналогичныхструктурахсвидетельствуютонаучнойобоснованностиидостоверности выводов диссертации.Личный вклад соискателяАвтор принимала участие в разработке и отладке программ, используемых длярасчѐтовраспределенийконцентрацийнеравновесныхносителейзаряда,распределения поля в резонаторе, зависимостей пороговой плотности тока отэнергии электронов.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации