Светодиоды и фотоприемники для средней ИК-области спектра на основе изопериодных гетероструктур II типа в системе GaSb-InAs

• Автор: Стоянов Николай Деев
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 172 с. : ил.

^ ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Гетеропереходы II типа в системе Са8Ь-1пАв. Светодиоды и фотодиоды для среднего ИК диапазона на их основе
1.1. Гетеропереходы II типа в системе ваЗЬ-ІпАз
1.1.1. Материалы, образующие гетеропереходы II типа
1.1.2. Свойства бинарных соединений вавЬ и 1пАэ
1.1.3. Зависимость основных параметров зонной структуры твердых растворов ОаІпАзБЬ и АЮаАзЭЬ, изопериодных к подложке ваБЬ, от состава
1.2. Электрические свойства гетероструктур. Механизмы протекания

токов
1.2.1. Основные механизмы протекания тока в гетеропереходах
1.2.2. Особенности электрических свойств разъединенных
гетеропереходов II типа
^ 1.3. Люминесцентные свойства гетероструктур
1.3.1. Фотолюминесценция изотипных ступенчатых р-ОаІпАяБЬ/Р-ОаЗЬ гетероструктур II типа
1.3.2. Фотолюминесценция п-ОаТпАвЗЬ/Ы-ОаБЬ гетероструктур
1.3.3. Электролюминесценция >1-п-Р и Ы-р-Р структур ваБЬ
ОаІпАзЗЬ/СаЗЬ
1.3.4. Подавление оже-рекомбинации на гетерограницах II типа
1.4. Светодиоды и фотодиоды для спектрального диапазона 1.6-5.0 мкм
1.4.1. Светодиоды для спектрального диапазона 1.6-2.4 мкм
1.4.2. Светодиоды для спектрального диапазона 2.7-5.0 мкм
1.4.3. Фотодиоды для спектрального диапазона 2.7-4.6 мкм
1.5. Выводы к I главе
ГЛАВА 2. Методика эксперимента
2.1. Предварительные замечания
2.2. Выбор гетероструктур для создания светодиодов и фотоприемников в средней ИК области
2.3. Выбор конструкции светодиодов и фотодиодов для средней ИК области

2.4. Установка для измерения спектральных характеристик
светоизлучающих и фоточувствительных приборов
^ 2.5. Описание методики определения полной мощности на основе
спектральных измерений
2.6. Особенности измерения спектральной плотности мощности. Коррекция
формы спектра
2.7. Выводы к II главе
ГЛАВА 3. Мощные светодиоды для спектрального диапазона 1.6-2.4 мкм на основе гетеропереходов II типа в системе СаЗЬ/СаІпАвЗЬ (Хі„<28%)
3.1. Предварительные замечания
3.2. Расчеты зонных диаграмм и параметров исследуемых гетероструктур
ОаЗЬЯпОаАзБЬ/АЮаАзЗЬ
3.3. Излучательная и безызлучательная рекомбинация в гетероструктурах
3.4. Спектральные и мощностные характеристики светодиодов для
диапазона 2.0-2.4 мкм
3.5. Спектральные и мощностные характеристики светодиодов для
диапазона 1.6-2.0 мкм
3.6. Увеличение квантового выхода 1.85 мкм светодиодов ОаБЬ
Оао.945Іпо.о55А58Ь/А1о.з40ао.ббАз8Ь за счет введения буферного слоя
3.7. Применение светодиодных гетероструктур тиристорного типа п-ОаБЬ
р-ОаЗЬ/п-СаІпАзБЬ/Р-АЮаАзЗЬ для увеличения квантового выхода 1.95 мкм светодиодов
3.8. Высокоэффективные светодиодные структуры п-АЮаАз5Ь/ п-(А1)Оа(А5)8Ь/р-АЮаАз8Ь для спектрального диапазона 1.65-1.75 мкм. Ю2
3.9. Выводы к III главе
ГЛАВА 4. Новый подход к созданию высокоэффективных светодиодов для спектрального диапазона 3.4-4.4 мкм на основе твердых растворов 1пСаА$ВЬ (Хі„>80%), изопериодных к подложке ЄаЗЬ
4.1. Предварительные замечания
4.2. Спектральные и ватт-амперные характеристики светодиодных рРпЛ
гетероструктур СаЗЬ/АЮаАзЗЬ/ІпОаАзЗЬ/АЮаАзЗЬ
4.3. Исследование токовой зависимости максимума спектров излучения в длинноволновых светодиодах 3-4 мкм на основе пІЧпР гетероструктур
, СаЗЬ/АЮаАяЗЬЛпОаАдЗЬ/АЮаАзЗЬ

4.4. Анализ измеренных спектральных зависимостей
4.5. Использование двойных гетероструктур с разъединенными

^ гетеропереходами II типа GaSMnGaAsSb
4.6. Выводы к IV главе
ГЛАВА 5. Создание и исследование фотодиодов для спектрального диапазона
1.5-4.8 мкм, на основе разъединенных гетеропереходов в системе GaSb/InGaAsSb, работающих при комнатной температуре
5.1. Предварительные замечания
5.2. Фотодиодные гетероструктуры на основе InGaAsSb
5.3. Вольт-фарадные и вольт-амперные характеристики фотодиодов
5.4. Исследование и анализ спектральных характеристик
5.5. Основные характеристики фотодиодов для диапазона 1.5-Ы.8 мкм,
работающих при комнатной температуре
5.6. Выводы к V главе
ПРИЛОЖЕНИЕ. Применение светодиодов и фотодиодов спектрального
диапазона 1.6-4.8 мкм для газоанализа и медицинской диагностики
* ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

максимуму, а вполне определенной физической величине - спектральная плотность мощности, измеренная в нВт/нм (Вт/м).
Основная идея состоит в том, чтобы измерять спектр прибора, и затем путем его интегрирования получить величину:

Р= $1(Л)к(А)(1Л (12)

равную полной мощности излучения. Здесь X] и Хг - начальная и конечная длина волны, 1(/.)- интенсивность спектра (измеренный и усиленный сигнал с фотоприемника). В этом случае необходимо и достаточно найти коэффициент к(>.), учитывающий спектр фотоответа фотоприемника в установке спектральных измерений, спектр пропускания монохроматора, долю мощности светодиода, проходящую через всю оптическую схему и попадающую на чувствительную площадку приемника, коэффициент передачи электронной схемы усиления сигнала.
Возможность точного определения спектральной плотности мощности светодиодов позволяет нам исследовать характеристики разрабатываемых фотодиодов в динамическом режиме, не прибегая к использованию инерционных тепловых ИК источников излучения.
2.2. Выбор гетероструктур для создания светодиодов и фотоприемников для средней ИК области
Как было отмечено в первой главе, четверной твердый раствор 1пСаАв8Ь, образует согласованные по периоду решетки пары для целого ряда составов с подложкой ваБЬ. Эти материалы являются прямозонными полупроводниками для всей области составов [30] и позволяют создавать как ступенчатые, так и разъединенные гетеропереходы П типа в зависимости от состава. Диапазон изменения ширины запрещенной зоны с изменением состава ЫЗаАзБЬ соответствует диапазону длин волн 1.74-4.8 мкм [27-29] (Рис.23). В данной системе твердых растворов существует область несмешиваемости, которая зависит от состава и температуры выращивания слоев, но приблизительно находится в интервале содержания индия 0.28<х<0.7 [32-35] (Рис.4). Ширина запрещенной зоны Ег и значение спин-орбитального расщепления До четверных растворов изопериодных к ваБЬ были показаны на Рис.5 (а) как функции состава [23,27-28,40-43,49]. Зависимость Ев(х) очень резкая для составов х<0.28, но очень слабая в области х>0.70. Минимальное значение ширины запрещённой зоны Ее =0.26 еУ при Т=300 К, меньше чем ширина запрещённой зоны Е8 арсенида индия. Было так же установлено, что гетеропереход ОаЗЬ/СайтАвБЬ