Диссертация (1091479), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Зависимость интенсивности катодолюминесценции из активной областиструктуры 4972 от энергии электронного пучка при различных параметрах слоѐв структуры.КоэффициентдиффузиивовсехслояхпринималсяравнымD= 6,25×10-4 м/с2.Коэффициент поверхностной рекомбинации на внешней границе структуры равенs= 106 м/с , на внутренних границах - равен нулю. Кривая 1 – время жизни во всех слояхструктуры одинаково и равно τ1-7= 0,4 нс, длина диффузии L= 0,5 мкм. Кривая 2 - времяжизни в ZnMgSSe –слоях τ1,7= 0,04 нс, длина диффузии L1,7= 0,158 мкм, в остальныхслоях структуры τ2-6= 0,4 нс, длина диффузии L2-6= 0,5 мкм.
Кривая 3 - время жизни вZnMgSSe- слоях τ1,7= 0,004 нс, длина диффузии L1,7= 0,05 мкм, в остальных слояхструктуры τ2-6= 0,4 нс, длина диффузии L2-6= 0,5 мкм. Кривая 4 - время жизни вZnMgSSe –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.482,2CL-intension(CdSe-QD),arb.un.2,01,81,61,41,221,010,830,640,40,20,02468101214161820222426283032E,keVРисунок 11. Зависимость интенсивности катодолюминесценции из активной областиструктуры 4972 от энергии электронного пучка при различных параметрах слоѐв структуры.Коэффициент диффузии во всех слоях принимался равным D= 10-4 м/с2.
Коэффициентповерхностной рекомбинации на внешней границе структуры равен s= 106 м/с, навнутренних границах - равен нулю. Кривая 1 – время жизни во всех слоях структурыодинаково и равно τ1-7= 0,4 нс, длина диффузии L= 0,2 мкм. Кривая 2 - время жизни вовсех слоях структуры кроме CdSe–вставки одинаково и равно τ= 0,4 нс, длина диффузииL= 0,2 мкм, в CdSe –вставке τ5= 1,64 нс, длина диффузии L5= 0,4мкм.
Кривая 3 - времяжизни в ZnMgSSe –слоях τ1,7= 0,04 нс, длина диффузии L1,7= 0,063 мкм, в остальныхслоях структуры τ2-6= 0,4 нс, длина диффузии L2-6= 0,2 мкм. Кривая 4 - время жизни вZnMgSSe –слоях τ1,7= 0,004нс, длина диффузии L1,7= 0,02 мкм, в остальных слояхструктуры τ2-6= 0,4 нс, длина диффузии L2-6= 0,2 мкм.Наиболее близкой к эксперименту является кривая 2, предполагающая, чтопрактически во всех слоях структуры время жизни неравновесных носителейзаряда и длина диффузии одинаковы и равны соответственно τ= 0,4 нс иL= 0,2 мкм, тогда как время жизни носителей и длина диффузии в CdSe τ= 1,64 нси L= 0,4 мкм.Как следует из Рисунка 11, при коэффициенте диффузии D= 10-4 м/с2 неудаѐтся подобрать такое разумное сочетание подгоночных параметров (длин49диффузии и времен жизни в различных слоях), при которых максимум расчѐтнойкривой совпал бы с положением максимума кривой экспериментальной.При выборе коэффициента диффузии во всех слоях структуры равнымD= 6,25×10-4 м/с2 практически полного соответствия результатам экспериментаудаѐтся достичь (кривые 2, 4), полагая время жизни неравновесных носителейзаряда в ограничивающих волновод слоях ZnMgSSe на порядок меньшим(τ1,7= 0,04 нс), чем в остальных слоях структуры (τ2-4,6= 0,4 нс), время жизниносителей в CdSe τ= 1,64 нс (кривая 4).
Столь малое время жизни неравновесныхносителей в слоях ZnMgSSe вероятно связано с большим количеством дефектов вчетырѐхкомпонентных ZnMgSSe – слоях структуры.Основные результаты главы 4.-Рассчитаны зависимости интенсивности катодолюминесценции отдельныхслоѐв структуры от энергии электронов накачки и проведено сравнениерезультатов расчета с экспериментальнымиданными.
Показано, чтопрактически полное согласие результатов расчѐта и экспериментовнаблюдается, если:а) время жизни в ограничивающих волновод слоях на порядок меньшевремени жизни в остальных слоях структуры (это может быть связано сдефектностью ограничивающих слоѐв ZnMgSSe);б) значение коэффициента поверхностной рекомбинации на внешнейгранице структуры или на границе между волноводом и внешнимограничивающим слоем равно s= 106 м/с.-Экспериментальные исследования показали, что исследуемые структурыобладают не очень высокой пространственной однородностью. Из-за этоготрудно ожидать полного количественного совпадения расчетных иэкспериментальных значений.-Тем не менее, результаты расчетов интенсивности катодолюминесценциислоев структуры и их сравнение с экспериментом показали, что варьируя в50разумных пределах параметры структуры, можно добиться количественногосовпадения основных результатов.
Это даѐт основание утверждать, чтоиспользованная в работе модель достаточно полно описывает процессы,происходящие в исследуемых структурах при их накачке электроннымпучком. Данная модель может быть также использована для расчѐтовпараметров структур при оптической накачке.51ГЛАВА 5. РАСЧЁТ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯКОНЦЕНТРАЦИИ НЕРАВНОВЕСНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА ВПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОГЕТЕРОСТРУКТУРАХ ПРИ НАКАЧКЕЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМДля снижения пороговой плотности тока и рабочей энергии пучкаэлектронов в полупроводниковых лазерах используются квантоворазмерныеструктуры.
Заметим, что оптимальные конструкции полупроводниковых структурдля лазеров с электронной и оптической накачками могут отличаться друг отдруга. При электронно-лучевой накачке размер области возбуждения можетварьироваться в широких пределах с изменением энергии пучка электронов и,соответственно, оптимальная геометрия структуры будет различной при разныхзначениях энергии электронов.При оптической накачке геометрия структуры будет определятьсякоэффициентом поглощения излучения накачки в структуре. При использованиидля накачки ZnSe – содержащих структур излучения азотного лазера (λ= 337 нм)пространственное распределение накачки близко к распределению потерь энергииэлектронами накачкисэнергией 5-8 кэВ. Для выяснениявозможностиуменьшения порогов путем оптимизации конструкции активной области былипроведены расчеты пороговой плотности тока и пороговой мощности накачки длялазеров с электронно-лучевым возбуждением с различными вариантами активнойзоны лазера и волновода.
Выполнено также сравнение результатов расчѐтов сэкспериментальными данными.5.1 Описание исследуемых полупроводниковых структурИсследовались Cd(Zn)Se/ZnMgSSe гетероструктуры с различным типомактивной области при накачке электронным пучком. Структуры (Zn,Mg)(S,Se) для52лазеров с электронной накачкой были выращены в ФТИ им. А.Ф. Иоффе (СанктПетербург) методом молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) на подложках GaAs(001) при температуре роста 270–280°С. Структуры (Рисунок 12) обычносодержат нижний и верхний ограничивающие слои Zn0.9Mg0.1S0.15Se0.85 толщинойот 0,7 мкм до 1,5 мкм (Н) и от 0 до 0,1-0,2 мкм (h), соответственно, симметричныйили ассиметричный волновод в виде сверхрешѐтки (SL) 15 Å-ZnS0.14Se0.86/18ÅZnSe общей толщиной от 0,2 мкм до 1,3 мкм и активную область в виде обычнойодиночной ZnCdSe квантовой ямы (QW) (тип 1) или 10 нм-ZnSe QW с CdSeдробно-монослойной вставкой в центре (QD) (тип 2).
Слой CdSe с номинальнойтолщиной 2,5 монослоя при осаждении на поверхность ZnSe трансформируется вмассивточексамоорганизующихся(QD)вследствиеCdSe-обогащенныхупругойрелаксациинаноостровков - квантовыхнапряженийнесоответствияпараметров решетки (Δa/a ~7%).Особенности выращивания активной области на основе CdSe QD методомМПЭ подробно описаны в [75]. Использование переменно-напряженнойкороткопериодной SL позволяет повысить стойкость всей структуры кмеханическимнапряжениям,атакжезащититьактивнуюобластьотпроникновения и развития протяженных и точечных дефектов [76].Кроме того, исследовались гетероструктуры на основе ZnSe с волноводом сплавнымизменениемпредставляющийпоказателясобойпреломленияпоследовательный(варизонныенаборструктуры),короткопериодныхнапряженных сверхрешеток ZnMgSSe/ZnSe и ZnSSe/ZnSe с изменяемымсоотношением толщин ZnSe ям и ZnMgSSe барьеров, обеспечивая при этомплавноеснижениеширинызапрещеннойзоны(увеличениепоказателяпреломления) к активной области структуры [77].
При этом, встроенноеэлектрическое поле способствует эффективному транспорту неравновесныхносителей к активной области.Рассмотрены также более толстые структуры с большим количествомквантоворазмерных элементов (квантовых ям QW с CdSe-квантовыми точками53QD),предназначенныедляувеличениявыходноймощностиизлученияполупроводникового лазера и выходной мощности люминесценции.Расчѐты также выполнены для структур AlxGa1-xN, и AlxGa1-xAs/ InGaAs –активных элементов лазеров с электронно-лучевой накачкой, используемых дляполучения генерации в УФ- и ИК-диапазонах. Результаты вычисленийпредставлены в Главе 8.5.2 Характеристики полупроводниковых ZnSe- содержащих структурРасчѐты проводились для различных типов ZnSe- содержащих структур,геометрические параметры которых в большинстве случаев соответствовалиреальным имеющимся в наличии структурам, что позволяло сопоставлятьрезультаты расчѐтов с экспериментальными результатами.
Все структуры имеютволновод, ограниченный широкозонными ZnMgSSe слоями и отличаются либоконструкцией активной области, либо строением волновода:1. структура с одиночной ZnCdSe квантовой ямой шириной 7 нм (QW);2. структура с ZnSe квантовой ямой с CdSe дробно-монослойной вставкой вцентре (QD);3. варизонная структура с такой же активной областью (QW) как у структурытипа 1;4. варизонная структура с такой же активной областью (QD) как у структурытипа 2.Примерные схемы структур типов 1-4 приведены на рисунках 12-15. Наэтих рисунках представлены также распределения потерь энергии электронногопучка по глубине структур для различных энергий электронов накачки.Из Рисунков 12-15 следует, что для данных структур эффективнееиспользовать электронные пучки с энергией не более 15 кэВ, поскольку прибольших энергиях накачки значительная часть энергии электронов теряется в54нижнем ограничивающем ZnMgSSe- слое и подложке из GaAs (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
