Внутризонные переходы неравновесных носителей заряда в GaAs/AlGaAs квантовых ямах

• Автор: Зибик, Евгений Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 142 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1
ПРЯМОУГОЛЬНОЙ КВАНТОВОЙ ЯМЕ
1.1 Введение
1.2 Межподзонные переходы электронов (обзор литературы)
1.2.1 Размерное квантование электронов в случае прямоугольной квантовой ямы
1.2.2 Межподзонные оптические переходы
1.2.3 Влияние много частичных эффектов на межподзонное поглощение света
1.3 Межподзонные переходы горячих электронов в простых прямоугольных
КВАНТОВЫХ ЯМАХ (ОРИГИНАЛЬНАЯ ЧАСТЬ)
1.3.1 Образцы и методика эксперимента
1.3.2 Результаты и их обсуждение
1.4 Выводы к первой главе
ГЛАВА 2. ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ РАЗОГРЕВЕ ДЫРОК
2.1 Введение (обзор литературы)
2.2 Экспериментальные образцы и методика эксперимента
2.3 Результаты эксперимента и теоретического расчета для внутризонного
ПОГЛОЩЕНИЯ ДЫРОК В КВАНТОВОЙ ЯМЕ СаАб/АБо 5ОАо.5А5
2.3.1 Особенности равновесного и неравновесного внутризонного
поглощения дырок
2.3.2 Обсуждение экспериментальных результатов
2.4 Исследование поглощения для переходов уровень-континуум при разогреве
дырок в структуре Ое/ОеБг
2.5 Выводы ко второй главе
ГЛАВА 3 МЕЖПОДЗОННАЯ РЕЛАКСАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В КР
СТРУКТУРАХ С Г-Х ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ
3.1 Влияние Г - X смешивания на свойства электронов в КР структурах
3.1.1 Электронные свойства КР структур с Г-Х смешиванием
3.1.2 Оптические свойства КР структур с Г-Х смешиванием
3.2 Динамика носителей в структурах с Г - X смешиванием второго типа

3.3 Особенности структур с Г - X смешиванием типа
3.3.1 Описание экспериментального образца. Расчет энергетических состояний внутри зоны проводимости
3.3.2 Равновесное оптическое поглощение исследуемого образца
3.4 Метод время разрешающей “pump and probe” спектроскопии
3.4.1 Сравнительный анализ существующих методик для определения времени жизни носителей
3.4.2 Описание экспериментальной установки и методики эксперимента
3.5 Исследование релаксации неравновесных электронов при межподзонном возбуждении
3.5.1 Временная эволюция спектра поглощения при сильном внутризонном возбуждении
3.5.2 Релаксация неравновесных электронов в условиях Г - X смешивания возбужденного состояния
3.6 Выводы К ТРЕТЬЕЙ главе
ГЛАВА 40ПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НЕРАВНОВЕСНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ТУННЕЛЬНО-СВЯЗАННЫХ КВАНТОВЫХ ЯМАХ
4.1 Введение
4.2 Исследование оптических и временных свойств неравновесных электронов в туннельно-связанных квантовых ямах
4.2.1 Описание исследуемого образца и методики эксперимента
4.2.2 Равновесное поглощение
4.2.3 Самосогласованный расчет зонной структуры DQW
4.2.4 Изменение спектра поглощения при оптическом межподзонном возбуждении
4.2.5 Динамика релаксации фотовозбужденных неравновесных электронов
4.2.6 Влияние разогрева электронного газа в продольных электрических полях на межподзонное поглощение в АТСКЯ
4.3 Выводы к четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Введение.
В последнее время, в связи с развитием глобальной сети ШТЕ1ИЧЕТ, все большее внимание уделяется проблеме передачи как можно большого количества информации на как можно большее расстояние. Использование линий оптической связи позволяет до некоторой степени разрешить эту проблему, можно передавать сотни гигабайт информации со скоростью света. Однако для этого требуются сверхбыстродействующие устройства, способные передавать и принимать такой объем информации. Современное развитие технологии, а также физики полупроводников привели к созданию так называемых квантово-размерных структур. Данные структуры примечательны тем, что энергетический спектр носителей заряда в них квантуется в одном или более направлениях. Это делает возможным конструировать образцы с нужным энергетическим спектром. Такие структуры имеют ряд преимуществ по сравнению с объемными полупроводниками, например, использование внутризонных переходов позволяет изготавливать оптические приборы, такие как фотоприемники, лазеры, модуляторы, с очень большим быстродействием и с очень высокой эффективностью по сравнению с объемными аналогами. Так быстродействие модулятора для среднего инфракрасного диапазона, основанного на межподзонных переходах носителей заряда, определяется характерным временем порядка одной пикосекунды. Недавно в работе [1] было доложено о времени релаксации для межподзонных переходов электронов в квантовой яме типа СтаЫ/ОаАГМ порядка 100 фемтосекунд. Таким образом, появляются неограниченные возможности для передачи большого количества информации с помощью волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).
Актуальность темы. В последнее время большой интерес проявляется к исследованию межподзонных переходов носителей заряда в квантово-размерных структурах, в том числе в квантовых ямах и квантовых точках. Это связано с разработкой ИК-фотодетекторов на межподзонных переходах [2], модуляторов ИК-излучения [3], а также с возможностью создания лазеров на межподзонных переходах на средний и дальний ИК диапазоны [4, 5]. Большую роль в таких

света поляризованного в г- направлении соответствующие зависимости мнимой и реальной части комплексной диэлектрической проницаемости для исследуемой структуры показаны на рисунке 1.10 (а) и (б) соответственно.
Результат расчета при сдвиге пика поглощения представлен на рисунке 1.9 сплошной линией. Видно, что экспериментальные данные довольно хорошо лежат на рассчитанной кривой. Определенный таким образом сдвиг полосы поглощения «4 мэВ превышает сдвиг, получаемый только из спрямления потенциала структуры. Для объяснения столь значительного сдвига следует провести более детальные расчеты всех механизмов влияющих на положение пика поглощения и провести ряд дополнительных измерений спектрального изменения поглощения при разогреве электронов. Однако из-за отсутствия интенсивных плавно перестраиваемых источников света на спектральный диапазон 90 - 120 мэВ, это не представлялось возможным на момент выполнения работы.
1.4 Выводы к первой главе.
Впервые было исследовано влияние разогрева электронов в сильных
продольных электрических полях на межподзонное поглощение света в структурах с квантовыми ямами легированных селективно в барьере. Обнаружены существенная амплитудная и фазовая модуляции излучения С02-лазера. Модуляция носит пороговый характер. С помощью уравнения баланса мощности была определена температурная зависимость неравновесных электронов от величины электрического поля с учетом рассеяния на неравновесных фононах. Получено, что температура электронов может достигать 500 К при полях 2500 В/см. В результате разогрева электронов происходит смещение пика поглощения в коротковолновую область и увеличение коэффициента поглощения в результате увеличения заселенности барьерных состояний. Эффективное заселение начинается при температурах выше 250 К, которая достигается в полях более 1500 В/см. Это значение близко к порогу модуляции 1750 В/см.
В силу соотношения Крамерса -Кронига изменение спектра поглощения приводит к изменению показателя преломления. Рассчитанная в приближении эффективной среды реальная часть комплексной диэлектрической проницаемости и ее изменение при голубом сдвиге полосы поглощения достаточно хорошо