WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Дисперсия Г в реальных твердых растворах существенно превышает теоретический предел, определяемый характерным радиусом локализации в идеальном твердо растворе [5]. С учетом уширения Г(0) в бинарных соединениях зависимость Г(х) может быть представлена в виде (x) =(0) + x(1- x) (6) Эта зависимость сравнивается на рис. 4, а с экспериментальными данными.

Экспериментальные данные для А(х) отличаются от линейной зависимости, как это продемонстрировано на рис. 4, б.

Анализ данных по бинарным соединениям A3B5 показал, что для них коэффициент А связан с прямым энергетическим зазором E0 = Eg эмпирическим соотношением A(E0)= 1.33 +1.06 E0.104 [эВ-1см-1] ( ) (7) -- k, cm k, cm Эта важная зависимость, проиллюстрированная на рис.5, позволяет определить А(х) для твердых растворов даже в том случае, если отсутствуют достоверные данные для бинарных соединений.

50 б) а) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.x x Рис.4 Зависимость параметров Г и А от состава твердых растворов: 1– GaxIn1-xAs, 2 – AlxGa1-xAs, 3 – (AlxGa1-x)0.5In0.5P. Сплошные линии – расчет, точки – эксперимент.

На рис. 6 приведены результаты расчетов для востребованных в AlAs оптоэлектронике твердых растворов GaP (AlxGa1-x)0.5In0.5P, изорешеточных с GaAs, доказывающие возможность InP применения метода не только к GaSb трехкомпонентным, но и к GaAs InAs четырехкомпонентным твердым растворам. InSb Третья глава посвящена 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.E0 (eV) расчетам спектров фундаментального Рис. 5. Зависимость параметра A от поглощения полупроводниковых величины прямого энергетического нитридов (А3N) и их твердых зазора E0 = Eg в бинарных соединениях растворов, кристаллизующихся в А3В5.

гексагоналной структуре вюрцита.

Модельные представления, развитые во второй главе, были модифицированы с учетом особенностей зонной структуры этих соединений и с возросшей ролью экситонных эффектов.

--, meV A, 10 eV cm --A, 10 eV cm Рис. 6. Край собственного поглощения твердых растворов (AlxGa1-x)0.5In0.5P при Т = 300 К, x: – 0, 2 – 0.25, 3 – 0.5, 4 – 0.75, 5 – 1 2 4 1. Сплошные кривые – расчет.

1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3. ћ, eV В широкозонных полупроводниках, таких как GaN и AlN, энергии связи экситонов Eb=Eex более чем в десять раз выше, чем в материалах типа InAs и GaAs. Поэтому для описания спектров собственного поглощения даже при комнатных температурах необходимо учитывать не только оптические переходы в непрерывные экситонные зоны (что неявным образом учитывалось в соотношениях (2) и (3)), но и переходы в дискретные состояния. Валентная зона в полупроводниках со структурой вюрцита расщеплена кристаллическим и спин-орбитальным взаимодействием на три близко расположенных подзоны. Вблизи края собственного поглощения доминируют три экситонных линии обозначаемые как А, В, С с резонанстными энергиями ЕА, ЕВ и ЕС, определяемыми переходами в основное (n=1) экситонное состояние.

Матричные элементы и силы осцилляторов для этих переходов зависят от поляризации света относительно оптической оси кристалла с. Для полупроводниковых нитридов их значения были недавно рассчитаны в [6].

Учет переходов в дискретный и непрерывный экситонный спектр может проводитсья аддитивно. Тогда с учетом фактора Заммерфельда и неоднородного уширения Г спектральная зависимость коэффициента поглощения может быть записана в виде E( ) E2 - EABC 2 E - EABC Eb A,, ( - E),, k =. fABC..exp-+kex,, (8) Eb 1-exp -2 E - EABC Eb 22 dE ABC,, EA-N ( ) (,, ) - k, cm Слагаемое kex учитывает вклад дискретных экситонных состояний в коэффициент поглощения:

Eb - EA,B,C + Aex. fA,B,C n k = exp (9) ex n3 A,B,C n Здесь суммирование проводится по экситонным состояниям с энергиями EA, EB, и EC и относительными силами осцилляторов fA, fB и fC.

Интегрирование, как и в (3), проводится от энергии на NГ ниже пороговой ЕА. При суммировании по квантовому числу n в (9) как правило достаточно ограничиться n=3.

Дееспособность предложенной методики расчета была опробована на твердых растворах AlxGa1-xN (рис.7) и In1-xGaxN (рис. 8), обладающих прямой структурой энергетических зон во всем диапазоне составов 0 x 1.

2 3 5 4 6 3 4 103 3 4 5 6 1 2 3 ћ, eV ћ, eV Рис. 7. Край собственного поглощения Рис. 8. Край собственного поглощения твердых растворов AlxGa1-xN при Т = 300 твердых растворов In1-xGaxN при Т = 300 К, К, x: 1 — 0, 2 — 0.27, 3 — 0.34, 4 — 0.38, x: 1 — 0, 2 — 0.13, 3 — 0.23, 4 — 0.31, 5 — 5 — 0.5, 6 — 0.7, 7 — 1. сплошные 0.5, 6 — 0.86, 7 — 1. сплошные кривые – кривые – расчет. расчет.

Переходы в дискретные экситонные состояния при комнатной температуре не разрешаются в явном виде вследствие большой величины неоднородного уширения Г. Большая величина уширения в твердых растворах на основе нитридов по сравнению с арсенидами, фосфидами и антимонидами связана с двумя причинами. Во-первых, радиус -- k, cm k, cm локализации R, определяемы Боровским радиусом экситона, в нитридах существенно меньше. Во-вторых, технология их получения значительно сложнее, что приводит к возможным макроскопическим флуктуациям состава.

Зависимости Г(х) и А(х) и их сравнение с экспериментальными данными приведены на рис.9.

а) 800 600 б) 3 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1. x 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1. x Рис.9 Зависимость параметров A и Г для поляризации E с от состава твердых растворов: 1 – AlxGa1-xN, 2 – AlxIn1-xN, 3 – In1-xGaxN.

Четвертая глава посвящена 1 1.0 2 расчету спектров собственной люминесценции на основе результатов, полученных во второй и третьих главах по спектрам 0.собственного поглощения твердых растворов. Спектральная зависимость скорости 0.излучательной рекомбинации 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.ћ, eV Ф( ) связана со спектральной Рис. 10. Спектры фотолюминесции при T = зависимостью коэффициента 300 K твердых растворов AlxGa1-xAs, x: 1 – поглощения k хорошо известным 0, 2 – 0.1022, 3 — 0.1953, 4 – 0.3057.

соотношением Ван-Русбрека- Сплошные кривые – расчет.

Шокли. При отсутствии вырождения и kT его можно записать в удобном для практических применений виде:

-, meV A, cm PL intensity, arb. units - E Ф( ) = B ( )2 k exp (10) kT Коэффициент А(х) входит в константу B, с помощью которой по известной методике [2] могут быть определены излучательные времена жизни для межзонных переходов.

В качестве примера рассчитанные по (3), (10) спектры люминесценции сравниваются на рис. 10 с экспериментальными данными [7] для твердого раствора AlxGa1-xAs. Отметим хорошее совпадение спектров в длинноволновой области, что невозможно наблюдать без учета уширения.

В заключении сформулированы основные результаты работы и выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Показано, что в реальных твердых растворах полупроводников А3В5 основным фактором, определяющим форму края собственного поглощения при прямых межзонных переходах, является неоднородное уширение спектра, вызванное микроскопическими и макроскопическими флуктуациями состава.

2. Предложена методика и создано программное обеспечении для расчетов спектров собственного поглощения с учетом непараболичности зоны проводимости полупроводниковых твердых растворов с прямой структурой энергетических зон, кристаллизующихся в структуре сфалерита.

3. Предложена методика и создано программное обеспечение для расчетов спектров собственного поглощения твердых растворов полупроводниковых нитридов, кристаллизующихся в структуре вюрцита.

4. Сравнение результатов расчетов с опубликованными экспериментальными данными показало дееспособность и возможность практического применения предложенных методик.

5. На основе рассчитанных спектров фундаментального поглощения получены данные по спектрам собственной люминесценции твердых растворов с прямой структурой энергетических зон.

Основные результаты опубликованы в следущих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:

1. Хегази, Х.Х., Пихтин А.Н. Край собственного поглощения полупроводниковых твердых растворов с прямой структурой энергетических зон [текст] / Х.Х. Хегази, А.Н. Пихтин // Физика и техника полупроводников – 2009. – С. 1328.

Другие статьи и материалы конференций:

2. Хегази, Х.Х., Пихтин А.Н., Тарасов С.А. Моделирование спектров фундаментального оптического поглощения твердых растворов полупроводников АIIIВV [текст] / Х.Х. Хегази, А.Н. Пихтин, С.А.Тарасов // Изв. СПбГЭТУ “ЛЭТИ” (Известия государственного электротехнического университета). Сер. Физика твёрдого тела и электроника. –2007. - № 1. – С. 7-13.

3. Хегази, Х.Х., Пихтин А.Н., Тарасов С.А. Моделирование фундаментального оптического поглощения твердых растворов полупроводников AIIIВV [текст] / Х.Х. Хегази, А.Н. Пихтин, С.А.Тарасов // 10-я научная молодежная школа по твердотельной электронике “Физика и технология микро-и наносистем”. – СанктПетербург, 2007. – С.68-69.

4. Хегази, Х.Х., Пихтин А.Н. Расчет спектров фундаментального оптического поглощения твердых растворов III-V нитридов [текст] / Х.Х. Хегази, А.Н. Пихтин // 9-я Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. – Санкт-Петербург, 2007.- С. 4.

5. Хегази, Х.Х., Тарасов С.А. Расчет коэффициента преломления света в нитридах галлия, индия и алюминия с гексогональной кристаллической структурой [текст] / Х.Х. Хегази, С.А.Тарасов // Изв. СПбГЭТУ “ЛЭТИ” (Известия государственного электротехнического университета). Сер.

Физика твёрдого тела и электроника. –2009. - №.1.– С. 9–13.

Цитируемая литература:

1. Ж. И. Алферов, В. М. Андреев В. И. Корольков Е.Л. Портной Д. Н.

Третьяков. ФТП, 2, 1016; 1545 (1968).

2. А. Н. Пихтин, Оптическая и квантовая электроника. М., изд. Высшая школа. 2001 г - 573с; 2е изд-2009 г.

3. P. K. Chakraborty, L. J. Singh, and K. P. Ghatak. J. Appl. Phys., 95, (2004).

4. Y. Chang, C. H. Grein, and S. Sivananthan, M. E. Flatte, V. Nathan, and S.

Guha. Appl. Phys. Lett., 89, 62109 (2006).

5. А. Н. Пихтин. ФТП, 11, 425 (1977).

6. S. Shokhovets, O. Ambacher, B. K. Meyer, G. Gobsch. Phys. Rev. B, 78, 35207 (2008).

7. L. H. Robins, J. T. Armstrong, R. B. Marinenko, A. J. Paul, and J. G.

Pellegrino. J. Appl. Phys., 93, 3747 (2003).

Лицензия ЛР № от Подписано в печать Объем. печ. л. 1,Тираж 100 экз. Заказ № Издательско-полиграфический центр СПбГЭТУ (ЛЭТИ) 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»