Инфракрасная полупроводниковая оптоэлектроника с использованием гетероструктур из арсенида индия и твердых растворов на его основе

• Автор: Матвеев, Борис Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Б.м.
• Количество страниц: 258 с. : ил.

Содержание:
Введение
Общая характеристика работы
Глава 1. Приборы отрицательной люминесценции, лазеры, свето- и 12 фотодиоды в средней ИК области спектра (обзор).
1.1 Источники спонтанного и стимулированного излучения на основе арсенида 12 индия.
1.1.1. Светодиоды
1.1.2. Лазеры
1.2 Фотодиоды и источники отрицательной люминесценции
1.2.1. Магнитоконцентрационные источники ОЛ
1.2.2. Отрицательная люминесценция в диодных структурах
1.2.3 Фотодиоды
Глава 2. Структурные, электрические и оптические свойства
эпитаксиальных структур и слоев из 1пА» и его твердых растворов.
2.1. Дислокации в градиентных структурах с конечной толщиной подложки
2.2. Дислокации и остаточные напряжения в двойных гетероструктурах
ЩСаАББЬЛпАБЗЬР, 1пА8/1пАУ5ЬР.
2.3 Люминесцентные свойства градиентных структур
2.4 .Получение и свойства слоев ЬтСаАвБЬ
Глава 3. Положительная и отрицательная люминесценция в узкозонных 102 диодных структурах А3В5.
3.1 Диоды на основе структур с гомо р-я переходом в 1пАя(8Ь)(Р)
3.1.1 Предварительные замечания
3.1.2 Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1.2.1 Диоды с активным слоем из 1пА.чБЬо.п
3.1.2.2 Диоды с активным слоем из InAsSbo.es
3.1.2.3 Диоды с активным слоем из ГпАвБЬо г
3.1.2.4 Диоды с активным слоем из /пЛхБЬР
3.2 Диоды с р-п переходом на гетерогранице с 1пАэ и с ЩАэвЬ
3.2.1. Предварительные замечания, образцы и методы исследования
3.2.2. Диоды с мелкой мезой
3.2.3. Диоды с глубокой мезой

Глава 4. Стимулированное излучение в двойных гетероструктурах на основе
InGaAsSb.
4.1. Предварительные замечания
4.2. Распределение излучения в дальнем поле
4.3. Коэффициент усиления и внутренние потери
4.4. Спектральные характеристики
4.5 Мощные лазеры
Глава 5. Оптоэлектронные диодные пары источник-приемник
5.1 Поверхностно облучаемые фотодиоды
5.1.1 Фотодиоды р -InAsSbP/n-InAs
5.1.2 ФД на основе твердых растворов InAsSb
5.2 ФД InAsSb , облучаемые через подложку
5.3 Светодиоды и фотоприемники для детектирования газов и жидкостей
5.3.1. Светоизлучающая диодная линейка (А,=3.7 мкм) на основе InGaAsSb
5.3.2. Оптоэлектронные пары светодиод - фотодиод
5.3.3. Применение СД в ИК оптико-акустической спектроскопии
5.4 Диодная лазерная спектроскопия с помощью лазеров на основе 222 InGaAsSb.
Заключение
Литература

Введение
Одним из главных элементарных процессов в твердом теле, на долгие годы определившим основное направление исследований в разделе физики, называемом онтоэлектроникой, является переход электрона с возбужденного, более высокого энергетического уровня, на более низкий пустой уровень с испусканием квантов света. Первые работы по излучательнои рекомбинации в полупроводниках были сделаны
О.В.Лосевым [1, 2], однако бурный рост числа исследований этого процесса произошел лишь во второй половине XX века, когда появились способы получения «чистых» полупроводниковых материалов и гетероструктур и стало возможным создание эффективных источников и приемников излучения [3]. В Физико-техническом институте в Санкт-Петербурге исследования полупроводников и разработка полупроводниковых оптоэлектронных приборов были начаты при активной поддержке основателя института -А.Ф.Иоффе - и продолжаются по сегодняшний день. Изложенная ниже работа выполнялась в лаборатории электронных полупроводников- названного института (зав.лаб.- Рогачев A.A.), а затем в лаборатории инфракрасной оптоэлектроиики (зав.лаб. -Яковлев Ю.П.) с 1977 по 1995 г.г. и с 1995 по 20.10 г.г., соответственно, в рамках ряда программ, основные из которых перечислены ниже:
Программа Министерства Приборостроения, средств автоматизации и систем-управления «Исследование возможности создания газоанализатора на основе твердотельного источника излучения» (1977-1980).
Программа. Минпромнауки 01.40.01.09.03 «Оптические и нелинейно-оптические свойства наноструктур», (проект 8А 159) Разработка и исследование оптических пар среднего ИК диапазона, используемых в системах контроля химического состава атмосферы: диодных структур на основе твердых растворов InAsSb, InGaAsSb, InAsSbP , туннельно-инжекционного лазера на основе гетероперехода II типа GalnAsSb/InGaAsSb, а также получение лабораторные образцов и сравнение характеристик генераторов излучения дальнего инфракрасного диапазона на базе систем InGaAs/AlGaAs и Si/SiGe», проект «Диодные оптоэлектронные пары отрицательного и положительного контраста в среднем ИК диапазоне спектра» (8А 290) (2002-2004).
Программа ОФН РАН «Оптика и лазерная физика», Название направления «Полупроводниковые лазеры». "Когерентное оптическое излучение полупроводниковых соединений и структур", проект: «Генерация когерентного излучения при комнатной температуре среднего ИК-диапазона (3-4) мкм в узкозонных полупроводниковых гетероструктурах II типа на основе InAs-GaSb-AlSb» (4.14).
Гранты АФГИР (CRDF) «Высокотемпературные оптоэлектронные диодные пары»
С другой стороны, возникновение суперлюминесценции и стимулированной рекомбинации весьма вероятно при низких температурах. По этой причине температурные зависимости мощности излучения (и соответственно, квантового выхода) требуют уточнения, поскольку при больших токах и низких температурах изменяется коэффициент вывода излучения. Работ по наблюдению «вертикальной» (перпендикулярно р-п переход}’) суперлюминесценции и стимулированного излучения при электрической инжекции не было, возможность вклада этих процессов в увеличение эффективности «светодиодных» образцов при низких температурах игнорировалась, что приводило к отсутствию согласованное™ в приводимых параметрах СД.
1.2 Фотодиоды и источники отрицательной люминесценции.
Введение
В основе действия многообразных источников излучения лежит принцип выведения фотонной системы излучателя из состояния равновесия с окружающей средой. Отклонение от равновесия, при этом может происходить, как за счет изменения температуры фотонной системы, так и за счет изменения концентрации излучающих осцилляторов, или того и другого вместе. Излучение, генерируемое за счет превышения температуры или концентрации над их равновесными величинами, можно назвать положительным. До недавнего времени по умолчанию только такие источники излучения-и имелись в виду, пока в 1964 году не было привлечено внимание к возможности создания на основе полупроводников источников "отрицательного" излучения, точнее, отрицательной люминесценции [325]. В оригинальной работе для этих целей использовался магнитоконцентрационный эффект, при котором в скрещенных электрическом и магнитном полях под действием силы Лоренца происходило перераспределение концентрации носителей заряда между противоположными гранями образца. Если под действием импульса напряжения на грани, обращенной к приемнику излучения, концентрации носителей заряда превышала равновесную, то на приемнике возникал сигнал, совпадающий по знаку с импульсом напряжения. Реверсия направления магнитного поля изменяла знак принимаемого приемником сигнала на обратный. Авторы связали это наблюдение с уменьшением концентрации носителей заряда вблизи излучающей грани относительно её равновесного значения. Именно инверсия знака сигнала на приемнике излучения относительно знака напряжения возбуждающего импульса объясняет происхождение теперь уже общепринятого в литературе термина -отрицательная люминесценция (ОЛ). В последующих после открытия ОЛ работах для генерации ОЛ чаще использовалось явление эксклюзпи носители! заряда с помощью неомического контакта. Достаточно полный обзор ранних работ по ОЛ и путей ее