Главная » Просмотр файлов » Диссертация

Диссертация (1091479), страница 5

Файл №1091479 Диссертация (Излучатели на основе полупроводниковых наногетероструктур с накачкой электронным пучком) 5 страницаДиссертация (1091479) страница 52018-01-18СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Концентрация носителей n в слое определяласьследующим образом:njE0,d(1.1)24где j - плотность тока пучка, - время жизни неравновесных носителей, -эффективность сбора носителей в слое толщиной d, которая рассчитывалась наосновании решения уравнения диффузии,электронно-дырочной пары, - энергия генерации однойE 0 -энергия электронов накачки. Вычисляласьзависимость пороговой плотности тока j th от энергии электронов E0 :jth ( E0 ) eg th d, ( E0 )  ( E0 )(1.2)где  ( E0 )  eE0 /  – коэффициент электронного размножения, g th - пороговыйкоэффициент усиления, значение которого определяется величиной потерь ипараметрами резонатора.

Вид зависимости в значительной степени определялсязависимостью эффективности сбора носителей от энергии электронов. Наосновании приведенной в работе [39] модели рассчитаны зависимости пороговойплотности тока от энергии электронов для двух и трехслойных структур. В то жевремявописаннойв[39]моделинерассматривалосьраспределениеэлектромагнитного поля в волноводе, которое может оказывать существенноевлияние на значение пороговой плотности тока при использовании тонкихквантоворазмерных слоев.Из приведенного выше обзора следует, что применение гетероструктур иквантоворазмерных структур в лазерах с электронно-лучевой накачкой привело кзначительному уменьшению рабочей энергии и плотности тока электроновнакачки.

В то же время отсутствует последовательная модель, позволяющаярассчитать зависимости интенсивности люминесценции и величины пороговгенерации лазеров на основе структур различных типов от энергии электроновнакачки с учетом распределения электромагнитного поля в структуре. Невыяснено, какими должны быть оптимальные конструкции структур длядальнейшего уменьшения порога генерации и энергии электронов накачки влазерах зеленого и ближнего ИК-диапазонов. Эти вопросы рассматриваются вданной диссертации.25ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬОсновной особенностью, возникающей при использовании электронногопучка в качестве источника накачки полупроводниковых структур, являетсясущественная неоднородность возбуждения активной области, обусловленнаямеханизмом диссипации энергии быстрых электронов в твѐрдом теле.В настоящей диссертации были проведены расчеты распределенияконцентрации носителей в различных полупроводниковых гетероструктурах,включающих квантоворазмерные слои, таких как ZnMgSSe/ZnSSe/Cd(Zn)Se,AlxGa1-xN,светодиодовAlxGa1-xAs.иТакиелазеровсструктурыиспользуютсяэлектронно-лучевойдлянакачкойизготовлениядляразличныхспектральных диапазонов.

При расчетах учитывалась диффузия носителей, ихпространственное перераспределение за счет различия ширины запрещеннойзоны в разных слоях гетероструктуры, безызлучательная рекомбинация награницах слоев [39].2.1 Модель расчѐта пространственного распределения неравновесныхносителей в многослойных структурахГеометрические размеры исследуемых гетероструктур (~0,5-1 см), такжекак и длина лазерного резонатора и поперечный размер (0,3-1 мм) накачиваемойобласти (для лазеров с поперечной накачкой) значительно (на два-три порядка)превышают размеры слоев гетероструктуры и ее общую толщину.

Это позволяетиспользовать одномерную модель при расчетах пространственного распределениянеравновесных носителей.Для описания пространственного распределения неравновесных носителейс учѐтом их диффузии в сплошном полупроводнике обычно используютуравнение26n n D( x)   ( x)n  W ( x, t )t xx(2.1.1)где n( x, t ) - концентрация неравновесных носителей, W ( x, t ) - накачка, котораяопределяетпространственноераспределениеконцентрациирождающихсяносителей, D( x)  L2  ( x) - коэффициент диффузии, L - диффузионная длина, ( x)  1  ( x) - время жизни носителей,  (x ) - коэффициент безызлучательнойрекомбинации.Здесь ось x направлена перпендикулярно плоскости структуры. Прииспользовании для накачки быстрых электронов под функциейW ( x, t )подразумевается пространственное распределение потерь энергии электроновнакачки в образце.Однако, если полупроводниковая структура слоистая, то уравнение (2.1.1)не учитывает один важный фактор - разную ширину запрещѐнной зоны в разныхслоях.

Неравновесные носители (электрон-дырочные пары) в разных слоях имеютразную энергию. Градиент этой энергии создает дополнительное силовое поле,которое меняет характер диффузии.В этом случае можно описыватьраспределение носителей уравнением Фоккера – Планка [37, 39], в которомучитываются как диффузия носителей, так и их дрейф за счѐт внутренних полейn n  U ( x) D( x)  n  ( x)n  W ( x, t ),t xx xxгде U  Ege(2.1.2)— эффективный потенциал, связанный с разной ширинойзапрещенной зоны Eg в разных слоях структуры, e - заряд электрона,  подвижность.Рассматривался стационарный случай W ( x, t )  W ( x) dE0dE0( x), где( x) dxdxпространственное распределение потерь энергии электроном накачки с энергиейE 0 в кристалле.

Исследовалось установившееся распределение концентрацииносителей n (x ) при попадании на образец одного электрона с энергией E0 . Среда27предполагалась слоистой, то есть функции D( x), U ( x),  ( x) кусочно постоянны и,возможно, испытывают разрывы при конечном числе значений x  x1 , x2 ,..., xk1( x0  0 - граница среды).Для стационарного случая уравнение (2.1.2) принимает вид0ddn d dU ( x)D( x)  n  ( x) n  W ( x)dxdx dxdx(2.1.3)Поскольку в это уравнение входит лишь производная от U (x) , то эффективныйпотенциал U (x) определяется с точностью до постоянной. Можно, например,положить его равным нулю в одном из слоев структуры.

Все величины зависят отx , тем самым, заданием значения U в каждом слое обеспечивается возможностьвычисления распределения концентрации для любого числа слоев структуры.Предполагалось, что накачка отлична от нуля в конечной области значений x .Тогда при x   концентрация должна стремиться к нулю. Граничные условияна свободной поверхности: D(0)dn(0)  sn(0), где s - скорость поверхностнойdxрекомбинации.Необходимо отметить, что уравнение типа Фоккера—Планка для описанияповерхностных состояний и плавных гетеропереходов в лазерах с накачкойэлектронным пучком использовалось ранее в работах [37, 39].Зная пространственное распределение концентрации носителей и ихконцентрацию n0 ( E0 ) в активном слое ( E0 – энергия электронов накачки), можнорассчитать эффективность сбора неравновесных носителей в слоях структуры,зависимость пороговых значений плотности тока и мощности накачки от энергиипучка и параметров структуры.Эффективность сбора  неравновесных носителей в активных слояхструктуры можно вычислить следующим образом28 ndVакт.слой ndV(2.1.4)весьобъёмВ настоящей работе рассматривается воздействие электронных пучков сплотностью тока ~> 0,1-10 A/см2 на достаточно совершенные структуры с малойконцентрацией дефектов, и поэтому при вычислении зависимости пороговойплотности тока j th и мощности накачки от энергии пучка и параметров структурыможно считать, что количество носителей линейно зависит от плотности тока j ,а именно n  jn0 ( E0 ) , где n0 ( E0 ) - вычисленная концентрация носителей вактивной области структуры при попадании на единицу площади поверхностиструктуры одного электрона с энергией E0 [53].Порог генерации лазеров с поперечной накачкой достигается, есликоэффициент усиления среды g th равняется величине суммарных потерь,определяемых как характеристиками материала, так и параметрами лазерногорезонатора, то естьg th   (n  ninv ) 1ln R1R2  2L(2.1.5)где  – сечение индуцированного излучения на частоте рабочего перехода, ninv концентрация инверсии,  – коэффициент потерь, L – длина резонатора лазера,R1 , R2 – коэффициенты отражения зеркал резонатора.Коэффициент усиления зависит от концентрации неравновесных носителей,определяемой накачкой и их взаимодействием с полем электромагнитной волны.Ниже предлагается методика расчета порога генерации лазера с поперечнойнакачкой электронным пучком, при которой не рассматриваются процессы,связанные с зонной структурой полупроводника.

Считается, что генерациявозникает при достижении в активной области лазера порогового коэффициента29усиления, определяемого значением концентрации инверсии и параметрамирезонатора и структуры.Следуя [54], будем считать, что коэффициент усиления g пропорционаленпроизведению концентрации носителей n на фактор оптического ограничения Г ,который определяется как отношение интенсивности света, приходящейся наактивный слой, к суммарной интенсивности света, приходящейся на все слои.Тогда на пороге генерации g th ∼nth Г и так как nth  jth n0 ( E0 ) , тоjth ∼g th / Гn0 ( E0 ) .(2.1.6)Так, при однородной накачке концентрация n постоянна в разных местахкристалла и Г  1 (случай монокристалла, накачиваемого электронами большойэнергии), поэтому пороговая плотность тока определяется выражениемjth ∼g th / n0 ( E0 ) .(2.1.7)В общем случае, для определения фактора оптического ограниченияГнеобходимо провести расчет распределения электромагнитного поля в волноводе.2.2 Расчѐт распределения электромагнитного поля в волноводе и пороговыххарактеристик лазераВ реальных структурах пороговая плотность тока определяется не толькоконцентрациейносителейвактивномслое,ноираспределениемэлектромагнитного поля в волноводе, поскольку носители взаимодействуют сполем световой волны, распределение которого определяется модами резонатора.Как было указано выше, взаимодействие неравновесных носителей с полемсветовой волны описывается путем введения фактора оптического ограниченияГ.Распределение поля моды по глубине структуры определялось из волновогоуравнения [54, 55]:2E (  2  k02 ( x)) E  02x(2.2.1)30где  - волновой вектор в направлении оси волновода, k0  2 /  - волновойвектор в вакууме,  (x ) - зависящая от глубины x диэлектрическая проницаемость(ее значения отличаются в разных слоях структуры).Известно, что величина  (x ) зависит от целого ряда факторов: отконцентрации носителей, температуры, коэффициентов усиления и поглощения ит.д.Однакооценки,сделанные,напримерв[9, 56],показывают,чтоотносительное изменение величины диэлектрической проницаемости, связанное сэтими факторами, не превышает долей процента, и потому на пороге генерацииистинное распределение поля в лазерном резонаторе в присутствии накачки небудет сильно отличаться от распределения поля в невозбужденном резонаторе.Поскольку в данной работе рассматриваются пороговые характеристики, далеесчитается, что диэлектрическая проницаемость в различных слоях структуры неизменяется в процессе работы лазера.Была составлена программа расчета распределения поля различныхпоперечных типов колебаний для многослойной резонаторной структуры.Проведены расчеты распределения поля с учетом различия значений показателяпреломления во всех слоях структуры и выполнено их сравнение с расчѐтами наоснове простейшей модели волновода: слой между двумя полупространствами,одно из полупространств - вакуум, второе - нижний запирающий слой.

Характеристики

Список файлов диссертации

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6374
Авторов
на СтудИзбе
309
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее