Диссертация (1091479), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Аппроксимационные формулы для различных материалов.Материалf  ZnO0,5350 exp(12 ,542   83,64 2  237 ,11 3  387 ,65 4  316 ,74 5  101,64 6 )GaAs0,5407 exp(13,852   99 ,78 2  308 ,97 3  554 ,6 4  506 ,78 5  183 ,63 6 )GaAlxN1-х0,5350 exp(12 ,542   83,64 2  237 ,11 3  387 ,65 4  316 ,74 5  101,64 6 )CdS0,5384 exp(13,357   95,938  2  289 ,21 3 - 498 ,41 4  432 ,59 5 - 147 ,74 6 )InAs0,5407 exp(13,387   97 ,006  2  294 ,57 3  509 ,16 4  443 ,51 5  152 ,16 6 )Таблица 2б. Аппроксимационные формулы для различных материалов. dE0 , dx  maxx0 , г/см 2ZnO2,2451 E00,6833E0  0,27  dE0 / dx max 1  1  E0  2,8 0,9GaAs2,1709  E00,678 ,GaAlxN1-х2,2451 E00,6833CdS2,2268  E00,6703InAs2,3113  E00,6544МатериалМэВ  см2 / г  электронДанныеаппроксимационныеE0  0,27  dE0 / dx max 1  1  E0  2,8 0,9 E0  0,285  dE0 / dx max 1  1  E0  3 0,82 E0  0,25  dE0 / dx max 1  1  E0  3 0,75E0  0,285  dE0 / dx max 1  1  E0  3 0,78формулыпозволяютопределитьраспределение поглощѐнной энергии электронов в различных материалах безиспользования мощных ЭВМ со специальным программным обеспечением.На Рисунке 4 приведены графики пространственного распределение потерьэнергии быстрыми электронами при различных значениях энергии в кристаллахZnSe, рассчитанные по аппроксимационным формулам (3.3.1-3.3.4).

Приведенныевыше пространственные распределения потерь энергии электронов используются40в дальнейшем в работе для вычислений параметров излучателей с электроннойнакачкой.5 keVenergy losses,nJ/(m*electron)76510 keV415 keV320 keV25 keV2130 keV00500100015002000250030003500X,nmРисунок 4. Распределение энергетических потерь в ZnSe при различныхэнергиях электронов накачки.Основные результаты главы 3.-Выполнен анализ существующих к моменту начала работы данных попространственному распределению энергии потерь электронов накачки сразличными энергиями в различных полупроводниковых материалах.-В результате совместной работы с ВНИИЭФ были получены уточнѐнныепространственные распределения потерь электронов накачки с различнымиэнергиями.41ГЛАВА 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ИНТЕНСИВНОСТИКАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ОТ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУР ИЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОНОВ НАКАЧКИЗаметим,чтоиспользуемыевкачествеактивныхэлементовполупроводниковых лазеров многослойные гетероструктуры, состоят из тонкихслоѐв, толщины которых составляют доли микрона.В связи с этим при наблюдении спектров катодолюминесценции споверхности структуры перепоглощением излучения в этих слоях можнопренебречь. Таким образом, интенсивность люминесценции отдельных слоѐвструктуры пропорциональна концентрации носителей в них.

Это позволяетсравнивать расчѐтные значения концентрации неравновесных носителей в слояхструктуры с интенсивностью люминесценции этих слоѐв, что может бытьиспользовано для экспериментального подтверждения правильности расчѐтов.4.1 Описание методики экспериментаИсследуемые в работе ZnSe- содержащие многослойные гетероструктурыописаны в Главе 5. Проверка правильности модели и выбора используемых прирасчѐтах параметров проводилась на примере структуры 4972, схема которойприведена на Рисунках 5,8. В скобках приведены номера слоѐв структуры,используемые в Таблице 3.

Подробное описание подобных структур приведено вГлаве 5. Данная структура (Рисунки 5, 8) на подложке из GaAs (6) имеетограничивающие волновод внешний (1) и внутренний (7) слои ZnMgSSe шириной100нм и 700нм соответственно. Находящийся между этими слоями волноводшириной 209 нм представляет собой сверхрешѐтку с чередующимися слоямиZnSe (2) /ZnSSe (3) в центре которой располагается ZnSe- квантовая яма (4) сдробно-монослойной CdSe- вставкой (5).42Рисунок 5. Схема полупроводниковой структуры.В экспериментах измерялась на электронном микроскопе интенсивностькатодолюминесценции с облучаемой поверхности образца при разных энергияхэлектронов накачки при постоянном токе электронного пучка. Используемаягеометрия измерений представлена на Рисунке 6.Рисунок 6.

Схема регистрации излучения с плоскости образца.При регистрации спектров с облучаемой поверхности использовалисьобразцы с поперечным размером в несколько мм.434.2 Моделирование катодолюминесценции, сравнение результатов расчѐтов сэкспериментомКак было отмечено ранее, чтобы связать концентрацию носителей скатодолюминесценцией, принималось дополнительное предположение, чтополная интенсивность катодолюминесценции пропорциональна количествуносителей во всех слоях структуры, а спектральное распределение может бытьполучено, если анализировать количество носителей в отдельных типах слоев.На Рисунке 7 представлена экспериментальная зависимость интенсивностикатодолюминесценции структуры с ZnSe- квантовой ямой с дробномонослойнойCdSe- вставкой (Рисунок 5) от энергии электронов при неизменном токе пучка[72].CdSe CL intensity (arb.

units)60004972300 K50004000300016 kV200010000051015202530e-beam accelerating voltage (kV)Рисунок 7. Экспериментальная зависимость интенсивности катодолюминесценции изквантовой ямы с CdSe – вставкой от энергии электронного пучка.Представленная зависимость интенсивности катодолюминесценции имеетмаксимум при энергии электронного пучка 16 кэВ, спадает практически до нуляпри энергии электронного пучка 5 кэВ и плавно уменьшается почти в 2 раза приувеличении энергии пучка до 30 кэВ.44На Рисунке 8 представлено вычисленное пространственное распределениеконцентрации неравновесных носителей при еѐ накачке электронами с энергией16 кэВ. Распределение потерь энергии электронов по глубине структуры быловзято в соответствии с данными, приведѐнными в Главе 3.В расчѐтах значения длины диффузии, времени жизни были взяты из[73, 74].Посколькуточныезначенияхарактеристикматериаловслоѐвполупроводниковых структур не всегда известны и могут значительно отличатьсядля различных образцов, то расчѐты производились для различных сочетанийпредполагаемых значений коэффициентов диффузии, длин диффузии и времѐнжизни неравновесных носителей заряда в разных слоях структуры.8n, dE/dx, arb.un.7QW (4)+QD (5)9ZnMgSSe (1)Boundariesof the waveguideZnMgSSe (7)GaAs (6)65432116keVn(x)00200400600800100012001400X,nmРисунок 8.

Схема структуры с наложенными на неѐ графиком распределенияэнергетических потерь электронного пучка для энергии 16кэВ по глубине структуры(зелѐная кривая). Коричневым цветом приведено распределение неравновесных носителейпо слоям структуры при облучении структуры электронным пучком с энергией 16кэВ.В круглых скобках пронумерованы слои структуры в соответствии с Таблицей №3.На Рисунках 9, 10, 11 представлены результаты численных экспериментовпо расчѐту зависимости интенсивности катодолюминесценции от энергииэлектронного пучка в предположении, что коэффициент диффузии является45одинаковым во всех слоях структуры и равен D = 6,25×10-4 м/c2 (Рисунок 9, 10) иD = 10-4 м/c2 (Рисунок 11).НаРисунке 9представленыерасчѐтныекривыеинтенсивностикатодолюминесценции, соответствуют различным значениям коэффициентаповерхностнойрекомбинациинавнешнейграницеструктуры,которыйварьировался от s= 1 м/с до s= 109 м/с.5,5CL-intension(CdSe-QD),arb.un.5,04,54,03,523,02,532,0451,51,0160,50,002468101214161820222426283032E,keVРисунок 9.

Зависимость интенсивности катодолюминесценции из активной областиструктуры 4972 от энергии электронного пучка при различных параметрах слоѐвструктуры.Коэффициент диффузии во всех слоях принимался равным D= 6,25×10-4 м/с2, времяжизни в ZnMgSSe –слоях τ1,7=0,04 нс, длина диффузии L1,7=0,158 мкм, в CdSe–вставкеτ5=1,64 нс, длина диффузии L5=1,01 мкм, в остальных слоях структуры τ2-6 = 0,4 нс, длинадиффузии L2-6= 0,5 мкм. Кривые 1, 2, 3, 4, 5, 6 соответствуют разным коэффициентамповерхностнойрекомбинациинавнешнейграницеструктуры:1- s=1 м/с, 2 – s= 103 м/с, 3 - s= 104 м/с, 4 - s= 105 м/с, 5 - s= 106 м/с, 6 - s= 109 м/с.Из сравнения Рисунка 7 и Рисунка 9 следует, что в экспериментеинтенсивность катодолюминесценции становится практически равной нулю приЕ0=5 кэВ и при уменьшении энергии пучка Е0 ниже 12 кэВ спадает гораздобыстрее, чем следует из расчетных кривых 1-3 (Рисунок 9), соответствующих46изменению коэффициента поверхностной рекомбинации на внешней границеструктуры от 1 до 104 м/с.

При этом максимумы расчѐтных кривых 1-4соответствуют Е0=14-15 кэВ и слегка смещаются в сторону увеличения энергииэлектронов Е0 с ростом коэффициента поверхностной рекомбинации на внешнейгранице структуры.Из сравнения Рисунков 7, 9 - 11 видно, что наблюдается согласиеэкспериментальной и расчетных кривых. Это свидетельствует о справедливостииспользуемой в расчѐтах модели. Численные эксперименты показали, что формарасчѐтных кривых слабо зависит от параметров структуры и практически неменяется при изменении любых параметров в достаточно широких пределах.Положение максимума расчѐтной кривой при изменении параметров можетизменяться, однако, не в очень широких пределах.Из Рисунка 4 можно видеть, что при энергии Е0=5 кэВ правый склон кривойпотерьпересекаетграницуверхнегозапирающегослояиволновода.Соответственно, число носителей, возникающих непосредственно в волноводе,соответствует хвосту распределения потерь и резко убывает с уменьшениемэнергии пучка.

Логично было предположить, что если отсечь возникающие вверхнем запирающем слое носители, задав в нем большой коэффициентрекомбинации, то можно добиться соответствия экспериментальным данным, чтои можно видеть, глядя на кривые 4-6 (Рисунок 9).При достижении коэффициентом рекомбинации значения s= 106 м/с ходкривойиположениеэкспериментальныммаксимумаданным.практическиДальнейшееточносоответствуютувеличениекоэффициентаповерхностной рекомбинации на внешней границе структуры вплоть до s= 109 м/сне приводит к изменению вида расчѐтной кривой.Аналогичныйрезультатполучается,еслизадатькоэффициентповерхностной рекомбинации малым s= 1 м/с на внешней границе по сравнениюсо значением s= 106 м/с на границе волновода с внешним ограничивающим слоем.47На Рисунках 10, 11 представлено влияние коэффициентов диффузии ивремѐн жизни в различных слоях структуры на форму кривых интенсивностикатодолюминесценции и положение еѐ максимума.4,5CL-intension(CdSe-QD),arb.un.4,03,513,042,522,01,531,00,50,02468101214161820222426283032E,keVРисунок 10.

Характеристики

Список файлов диссертации