Процессы рекомбинации и разогрева носителей заряда в наноструктурах с квантовыми ямами

• Автор: Винниченко, Максим Яковлевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Оглавление

Введение
Глава 1 Рекомбинация и захват носителей заряда в лазерных наноструктурах с квантовыми ямами 1пСаА88ЬЛпАЮаА88Ь
1.1 Обзор литературы
1.1.1 Выбор полупроводникового материала для лазера среднего инфракрасного диапазона спектра
1.1.2 Механизмы рекомбинации носителей заряда в квантовых ямах
1.1.3 Методы уменьшения скорости оже-рекомбинации
1.1.4 Постановка задачи исследований
1.2 Методика эксперимента
1.2.1 Образцы
1.2.2 Экспериментальная установка
1.3 Процессы рекомбинации и захвата электронов
1.3.1 Излучательная рекомбинация носителей заряда для выделенной длины волны
1.3.2 Расчет зонной структуры образцов с квантовыми ямами
1.3.3 Скорость оже-рекомбинации в структурах с разной шириной квантовых ям
1.3.4 Оже-рекомбинация в лазерных структурах с четырех и пятикомпонентным барьером
1.3.5 Анализ времен захвата носителей заряда при оптической накачке в области барьера и квантовых ям
1.4 Основные результаты первой главы
Глава 2 Разогрев носителей заряда в наноструктурах с квантовыми ямами
2.1 Обзор литературы
2.1.1 Введение
2.1.2 Оптические методы исследования неравновесных носителей заряда в объемных полупроводниках и в квантовых ямах
2.1.3 Разогрев носителей заряда в квантовых ямах электрическим полем
2.1.4 Влияние неравновесных оптических фононов на скорость рассеяния энергии при разогреве носителей заряда в квантовых ямах
2.1.5 Постановка задачи исследований
2.2 Методика эксперимента
2.2.1 Образцы
2.2.2 Экспериментальные установки
2.3 Эффекты, связанные с разогревом носителей заряда в наноструктурах с квантовыми ямами
2.3.1 Скорость рассеяния энергии при взаимодействии двумерных электронов с оптическими фононами
2.3.2 Разогрев и концентрация носителей заряда в лазерных структурах в режимах спонтанного и стимулированного излучения при токовой накачке
2.3.3 Экспериментальное определение температуры носителей заряда по спектрам фотолюминесценции
2.3.4 Фотолюминесценция туннельно-связанных квантовых ям в греющем электрическом поле
2.4 Основные результаты второй главы
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список публикаций автора
Список литературы
Приложение. Решение скоростных уравнений для концентрации носителей заряда
Введение

Актуальность темы. Процессы рекомбинации и разогрева носителей заряда во многих случаях сопутствуют физическим процессам, протекающим в различных полупроводниковых приборах, в том числе в полупроводниковых лазерах. Современные полупроводниковые лазеры - это, главным образом, лазеры на основе наноструктур с квантовыми ямами (КЯ). Их широкое использование в телекоммуникационных системах, спектроскопии, экологическом мониторинге, медицине определяет актуальность исследования процессов рекомбинации и разогрева носителей заряда в КЯ. Для оптимизации параметров полупроводниковых лазеров важно понять, какие процессы влияют на время жизни и рекомбинацию неравновесных носителей заряда. Характеристики инжекционных лазеров определяются соотношением между вероятностями излучательной и безызлучательной рекомбинации. Одним из видов безызлучательной рекомбинации, которая ухудшает характеристики лазеров, является оже-рекомбинация [1, 2]. При конструировании лазеров и оптимизации параметров лазерных структур необходимо знать механизмы релаксации и рекомбинации носителей заряда, в частности, характеристики оже-рекомбинации, которая при определенных условиях может принять резонансный характер, что приводит к заметному росту скорости безызлучательной рекомбинации [1]. Кроме этого, исследование указанных процессов интересно и с физической точки зрения: оно расширяет наши знания о физике наноматериалов, процессах взаимодействия фононной и электронной систем в условиях размерного квантования. При оптической или токовой инжекции носителей заряда в активную область лазерной наноструктуры носители заряда имеют избыточную энергию. Они попадают на нижний уровень размерного квантования либо теряя энергию благодаря рассеянию на фононах, либо отдавая ее носителям заряда на нижнем уровне при электрон- дырочном и электрон-электронном столкновениях. В последнем случае носители заряда на нижнем уровне характеризуются функцией распределения с характерной температурой, превышающей

а) б) в)
Рисунок 1.10 — Зонная диаграмма (а) и схема переходов в КЯ при СННБ-процессе пороговой резонансной (б) и беспороговой нерезонансной (в) оже-рекомбинации с участием двух дырок и
электрона. Для процесса (б) выполняется условие: Еш — ЕюХ = Е^"' + ЕеХ + Ее2.