Собственное оптическое поглощение и люминесценция твердых растворов полупроводников A3B5

• Автор: Хосам Елдин Хелми Фатхалла Хегази
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
1. ЗОННАЯ СТРУКТУРА ПОЛУПРОВОДНИКОВ. СОБСТВЕННОЕ (ФУНДАМЕНТАЛЬНОЕ) ПОГЛОЩЕНИЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Зонная структура полупроводников

1.1.1. Зонная структура соединений А3В3 со структурой сфалерита

1.1.2. Зонная структура полупроводниковых соединений InN,

GaN и AIN

1.2. Энергетические состояния в полупроводниковых твёрдых растворах

1.3. Оптические переходы в полупроводниках

1.4. Экситонные эффекты

1.5. Модели, используемые при расчетах оптических постоянных в полупроводниках
1.5.1. Модель стандартных критических точек
1.5.2. Модель затухающего гармонического осциллятора (DHO)
1.5.3. Модель Adachi
1.5.4. Модель Forouhi and Bloomer
1.5.5. Модель Кима (Model of Kim)
1.5.6. Модели, полученные из формулы Эллиотта
1.6. Зонная модель Кейна
2. РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКИХ ПОСТОЯННЫХ ВБЛИЗИ КРАЯ СОБСТВЕННОГО (ФУНДАМЕНТАЛЬНОГО) ПОГЛОЩЕНИЯ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ А3В5 СО СТРУКТУРОЙ СФАЛЕРИТА И СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА С ЭКСПЕРИМЕНТОМ
2.1. Край собственного поглощения - модельные представления
2.2. Теоретическая аппроксимациях края фундаментального поглощения InSb, GaSb и GaAs
2.3. Влияние уширения на расчетные спектры
2.4. Расчет критических энергий полупроводниковых твердых растворов
полупроводников А3В:>
2.5. Расчет оптических характеристик вблизи края собственного
поглощения твердых растворов и сравнение результатов расчета с экспериментом
2.5.1. А1хСа1_хАэ
2.5.2. СахІП|.хАз
2.5.3. ОаРхАэ,
2.5.4. GaJn1.xP1.3Asv
2.5.5. (AUGai.Oo.sIno.sP
3. РАСЧЕТ ОПТИЧЕСКИХ ПОСТОЯННЫХ ВБЛИЗИ КРАЯ СОБСТВЕННОГО (ФУНДАМЕНТАЛЬНОГО) ПОГЛОЩЕНИЯ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НИТРИДОВ И СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА С ЭКСПЕРИМЕНТОМ
3.1. Край собственного поглощения и роль экситонных эффектов в расчетах оптических характеристик полупроводниковых нитридов
3.2. Расчет оптических характеристик твердых растворов полупроводниковых нитридов и сравнение с экспериментом
3.2.1. АиОа,.Д1
3.2.2. ІПіДИхИ
3.2.3. Al.xIni.xN
4. СПЕКТРЫ СОБСТВЕННОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ - МОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
4.1. Люминесценция
4.2. Связь между оптическим поглощением и люминесценцией
4.3. Влияние сильного легирования и внешних воздействий на люминесценцию в полупроводниках
4.4. Спектры фотолюминесции твердых растворов и сравнение результатов расчета с экспериментом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Список обозначений
ав - Боровский радиус
А - Амплитуда
а - Период решетки
В„т - Коэффициент Эйнштейна
с - Коэффициент нелинейности
Е - Энергия
Ео - Энергия критической точки
Ес - Дно зоны проводимости
ЕР - Положение уровня Ферми
Е8 - Ширина запрещенной зоны полупроводника
Е- Энергия уровней в бесконечной квантовой яме
р - Напряжённость электрического поля
Еу - Потолок валентной зоны
е - Заряд электрона
Еях - Экситонная ширина запрещенной зоны
Е1* - квазиуровень Ферми
/-,* - квазиуровень Ферми для электронов
/у - квазиуровень Ферми для дырок
- Комбинированная плотность состояний Н(г) - Функция Хевисайда
кт - Коэффициент поглощения
кех - Коэффициент поглощения экситона
К - Волновой вектор
кх, кг - Компоненты волнового вектора

п > 2 накладываются друг на друга, переходя в сплошной спектр, как это показано на рис. 1.11 для арсенида галлия. Заметим, что экситонные эффекты влияют на величину и форму края собственного поглощения не только при низких, но и при комнатной температуре.
Рис. 1.11. Край собственного поглощения арсенида галлия при различных температурах. Точками обозначены экспериментальные данные, сплошными линиями - расчетные. Штриховые линии показывают положение и относительную интенсивность линий экситонного поглощения
Экситонные эффекты влияют также на форму края поглощения в полупроводниках с непрямой структурой зон. Диаграмма, иллюстрирующая экситонное поглощение при непрямых переходах, представлена на рис. 1.10, б. Начальным состоянием здесь снова является состояние певозбужденного кристалла, т. е. точка К = 0. При непрямых экситонпых переходах (в отличие от прямых) в спектре поглощения не будут проявляться резкие линии, так как благодаря участию фононов возможны переходы не только в точку, например К = К0, но и в любое состояние вблизи неё. Поэтому спектральная зависимость показателя поглощения от каждого экситонного состояния с заданным п будет определяться изменением плотности состояний в экситонной зоне, которая изменяется аналогично плотности состояний, если вместо эффективной массы тп подставить массу М= т„ + тр