Wmonienie Gain Struktura wurtytu: Hamiltonian, stosowany model, metody oblieniowe Wyniki oblień Wnioski Widma fotoluminesenji i wmonienia w studniah AlGaN/AlGaN Widma fotoluminesenji i wmonienia w studniah GaN/InGaN
Wmonienie Gain: definije Wmonienie optyne g e optial gain: -liba fotonów emitowana w jednoste objętośi w jednoste asu. -kierunek propagaji pola elektromagnetynego Wmonienie modowe ge modal gain: Wmonienie wiąane propagają pola elektromagnetynego w lasere mody TM g TM i T g T. Diferential gain: Wmonienie wiąane e mianą wywołaną dodaniem nośników do struktury dg/dn.
Hamiltonian w strukture wurytu. Hamiltonian C6v4 Hamiltonian dla pasma walenyjnego Onaenia Funkje baowe
Naprężenia w strukture wurytu a a a C C,,,, v v v,;,; ;, 4 DD bdd aaa a v t a a a y x, ', ', ', ' v v v t y x t C C a a a a y x y x D D D D 4 ; ; so r Pasmo prewodnitwa, prybliżenie paraboline poiomy w paśmie walenyjnym,, Naprężenia
V. Fiorentini and F. Bernardini, Phys. Rev. 6, 8849 999; I. Vurgaftman and J.R. Meyer, J. Appl. Phys. 94, 675 ; Nieliniowa polaryaja III-N Spontaneous polariation Pieoeletri polariation Liniowa aproksymaja jest dobra dla polaryaji pieoelektrynej b InGaN InN GaN P Px xpxx SP SP SP P xp x P InGaN InN PZ PZ GaN PZ
Wewnętrne pole elektryne w heterostrukturah Periodyne warunki bregowe: Pole elektryne w n-tej warstwie: F n q q q Struktura bwbw q l q F q lp/ q l q/ n q PLP wbw PLP b wb Fb Fw LL LL wb bw p l q/ n q q q wb bw l i, i,p i l serokośi posególnyh warstw - stałe dielektryne p- polaryaja w n-tej warstwie
Równanie Shrödingera ora Poissona V m l D b F b b D F D D D d n N T k T k m n n n T k N N n N exp ln * exp e V V p p Równanie Shrödingera ora równanie Poissona e mienną stałą dielektryną Parametrem w oblieniah jest gęstość nośników w studni n, dodatkowo w oblieniah można uwględnić domieskowanie każdej warstw struktury Potenjał próbny Rowiąywanie równania w sposób samo-ugodniony Wynaanie quasi poiomów Fermiego pry adanej konentraji Równanie Shrödingera: Równanie Poissona: d m g m i N *
Oblianie wmonienia Wmonienie M i maier opisująa wkłady do posególnyh Prejść optynyh TM T I- ałka prykryia elektronu i diury L- funkja opisująa poserenie Lotentian Maier opisująa wkłady posególnyh prejść
Shemat oblieniowy Parametry wejśiowe: materiały studni i bariery i romiary Wynaenie: shematu potenjału, mas efektywnyh, parametrów Luttingera Oblienie funkji falowyh i poiomów Fermiego Propagaja fali elektromagnetynej, Oblienie propagaji pola T i TM Oblienie ałek prekryia pomiędy stanami elektronowymi i diurowymi. Oblienie wmonienia Gain T ora TM
Możliwe od otrymania długośi fali w strukturah AlGaN/AlGaN w pełnym akresie składów Struktura AlGaN/AlGaN Presunięia pasm wywołane naprężeniami w strukture AlGaN/AlGaN Wavelengths nm 8 6 4 8 6 4 a y=% 5 5 75 8nm Al y Ga -y N dnm Al x Ga -x N QW 8nm Al y Ga -y N Al x Ga -x N/Al y Ga -y N QW b y=4% y=6% d y=8% e y=% d=nm d=nm g Strained g d=nm d=4nm d=5nm d=6nm 5 5 75 5 5 75 5 5 75 5 5 75 Aluminium onentration in Al x Ga -x N QW, x % Na baie studni kwantowyh AlGaN/AlGaN jesteśmy w stanie pokryć akres spektralny UVA UVB i UVC UVA UVC UVB
Polaryaja Te i Tm w strukturah AlGaN/AlGaN
Prykryia funkji falowyh letron-hole overlap integral for the fundamental transition.. a y=% d=nm d=nm d=nm d=4nm d=5nm d=6nm - 5 5 75 Al x Ga -x N/Al y Ga -y N QW b y=4% y=6% d y=8% e y=% 5 5 75 5 5 75 5 5 75 5 5 75 Aluminium onentration in Al x Ga -x N QW, x % nergy ev 4..5.. -.5 a d=nm =.74 GaNd/Al. Ga.8 N8nm -. 4 8 6 b d=nm =.5 d=4nm =.9 4 8 6 4 8 6 4 8 6 γ = Ψ e Ψ h Distane nm d d=6nm =.7 Wra e wrostem serokośi studni prykryie funkji falowyh elektronu i diury maleje
Możliwe długośi fal i prykryia funkji falowyh dla studni kwantowyh o różnej serokośi bariery Wavelengths nm 8 6 4 8 6 4 a y=% 4 6 bnm Al y Ga -y N dnm Al x Ga -x N QW bnm Al y Ga -y N Al x Ga -x N/Al y Ga -y N QW b y=4% x=y-% y=6% 4 6 4 6 4 6 4 6 8 QW width, d nm d y=8% e y=% b=4nm b=8nm b=nm b=6nm UVA UVC UVB letron-hole overlap integral for the fundamental transition.. a y=% Al x Ga -x Nd/Al y Ga -y Nb QW b y=4% y=6% d y=8% e y=% b=4nm b=8nm b=nm b=6nm - 4 6 4 6 4 6 4 6 4 6 8 QW width, d nm Długość fali prejśia podstawowego można modulować serokośią bariery Prykryia funkji falowyh wra e wrostem serokośi studni drastynie maleją
Intensywność fotoluminesenji w studniah AlGaN/AlGaN w pełnym akresie składów Luminesene intensity.......... a y=% b y=4% y=6% d y=8% e y=% UVC UVB UVA Al x Ga -x Nd/Al y Ga -y Nb x=y-% d=nm: b=4nm b=8nm b=nm d=4nm: b=4nm b=8nm b=nm 4 6 8 4 6 8 Wavelengths nm Luminesenja stan podstawowy Normowanie widm prawdopodobieństwo prejśia Widma ostały asymulowane ałożeniem fluktuaji serokośi i składu model losowej studni kwantowej Wra e wrostem serokośi studni intensywność fotoluminesenji maleje
Symulaja widm fotoluminesenji Normowanie widm prawdopodobieństwo prejśia Uwględniono fluktuaję serokośi studni i składu Al Wra e wrostem konentraji Al w studni intensywność fotoluminesenji maleje
Porównanie widm fotoluminesenji widmami wmonienia optynego luminesenja Prejśie podstawowe wmonienie Wsystkie możliwe Prejśia wkładem Proporjonalnym do Prykryia funkji falowyh Presunięie w stronę krótsyh fal widm wmonienia wiąane jest dodatkowo modyfikają struktury po oblieniah samougodnionyh wpływ konentraji
Oblienia wmonienia optynego w studni AlGaN na podłożu AlGaN dla różnyh konentraji Al w studni Oblień wmonienia dokonano w prediale składów nie prekraająym % naprężeń w studni
Zależność wmonienia optynego od konentraji nośników w studni Presunięie pomiędy widmem luminesenji i wmonienia wynika efektów polaryayjnyh i wrasta wra konentrają swobodnyh nośników w studni. fekt ten jest bardiej widony w sersyh studniah
A. Fisher, H. Kuhne and H. Riher Phys. Rew Lett. 7, 7 994 Grubość krytyna Ga -x In x N Grubość krytyna h : niedopasowanie sieiowe pomiędy podłożem i materiałem. ksperymentalnie obserwuje się więkse grubośi krytyne niż obliane pry pomoy modeli teoretynyh. Równanie: bos h x 4 ln. 86 h 4os b x konentraja dokładanyh atomów do układu In w tym prypadku - współynniki Poissona The ritial thikness A InGaN on GaN...4.6.8. In ontent in InGaN
Prejśie podstawowe w polarnej i niepolarnej studni GaInN/GaN Transition energy h-e ev,5,,5 with eletri field ML, 5ML 5ML ML 5ML,5 ML Strained g, GaN/Ga -x In x N Unstrained g,5,5,,,4,6,8, Indium ontent in quantum well, x,5 Wavelength m Transition energy h-e ev,5,,5, 5ML without eletri field ML 5ML Strained g ML,5 Unstrained g, GaN/Ga -x In x N,5,5,,,4,6,8, Indium ontent in quantum well, x,5 Wavelength m
Prejśia podstawowe i wbudone w studniah GaN/InGaN nergy ev nergy ev 4 - - 5 5 4 n< 7 m - - a n< 7 m - d=nm x=. d=4nm x=. b n=x 9 m - d=nm x=. 5 5 Distane nm d n=x 9 m - d=4nm x=. - 5 5 5 5 Distane nm Propability Propability,6,5,4,,,,,,,, a n< 7 m - d=nm x=.,5,,5,6 n< 7 m -,5 d=4nm x=.,4,,5,,5 b n=x 9 m - d=nm x=.,5,,5 Transition energy ev d n=x 9 m - d=4nm x=.,,5,,5 Transition energy ev Dla serokih studni kwantowyh prawdopodobieństwo prejśia podstawowego jest bliskie. Po dodaniu konentraji do oblień prawdopodobieństwo rośnie ale energia prejśia podstawowego również wrasta Prawdopodobieństwa prejść o różnym numere typu:ehsą różne od i więkse od prejść eh W widmie wmonienia prejśie podstawowe może być niewidone
Porównanie widm fotoluminesenji widmami wmonienia optynego dla studni InGaN Analiują widma luminesenji jesteśmy w stanie pokryć akres światła widialnego
Porównania widm wmonienia widmami fotoluminesenji dla studni różną serokośią bariery
Zależność widma wmonienia od konentraji nośników w studni InGaN T mode of material gain /m 4 6 4 8 6 4 8 6 4 8 6 a d=nm b d=nm d=4nm GaN8nm/In. Ga.8 Nd Carrier onentration: x 9 m - x 9 m - x 9 m -,4,6,8,9,6,,, Luminesene intensity Widma wmonienia są presunięte wględem widma luminesenji. fekt ten jest bardiej widony dla sersyh studni Presunięia te są więkse niż w studni AlGaN/AlGaN, 4 44 46 48 5 5 54 56 Wavelengths nm
Wnioski Na baie studni kwantowyh AlGaN/AlGaN można pokryć akres spektralny UVA UVB i UVC Widma fotoluminesenji są nanie presunięte spektralnie w porównaniu widmami wmonienia na skutek efektów wiąanyh istnieniem pól elektrynyh fekty te są bardiej widone w studniah GaN/InGaN gdie teoretynie można pokryć ały akres spektralny światła widialnego, jednak uyskanie barwy ielonej jest już istotnym problemem