Transcript Особенности излучательных свойств узкозонных

Особенности излучательных свойств
узкозонных полупроводников на примере
твердых растворов PbSnSe(Te) и HgCdTe
Румянцев В.В.
Семинар аспирантов и студентов, 17 апреля 2014 г.
Что такое «узкозонные» материалы?
III-V compounds
phonon bands
Atmospheric windows
500
Sb based lasers
Temperature (K)
400
5 – 12 THz
20 – 50 meV
150 – 400 cm-1
300
Peltier
GaAs based lasers
200
InP based lasers
LN2
100
0
2
5
10
20
Wavelength ( mm)
50
100
200
Зонная структура HgCdTe
Зонная структура HgCdTe
Зонная структура PbTe(Se)
Зонная структура PbSnTe
Коэффициент анизотропии:
• PbSnSe – 2
• PbSnTe – 10
Инверсия зон
При температуре жидкого гелия
x ~ 0.168
x ~ 0.35
x ~ 0.15
Ширина запрещенной зоны увеличивается с ростом
температуры
Выводы
HgCdTe
PbSnTe(Se)
Рекомбинация в HgCdTe
Рекомбинация Шокли-Рида-Холла
Время жизни ограничено снизу!
Излучательная рекомбинация
Предел слабого возбуждения
Время жизни увеличивается с уменьшением Eg
Время жизни неограниченно уменьшается с ростом накачки
Оже-рекомбинация
Пороговый процесс
Рекомбинация в PbSnTe (Se)
Оже-рекомбинация
Плазмонная
рекомбинация
Междолинная Ожерекомбинация
tp ~ 1 ps
Фотолюминесценция в PbSnTe(Se)
Стимулированое излучение в PbSnTe (Se)
PRL 16, 1193 (1966)
Суперлюминесценция в CdHgTe
0,30
0,25
solar
spitfire
matisse
~ 1019 cm-3
1
16
~ 10 cm
-3
0.1
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
Energy in pulse, J
PL signal, arb. units
PL Intensity, arb. un.
#12_06_13 100 K, 8.5 mm
10
Low~ 5kW
excitation
Medium~ 30kW power
High ~ 100kW
0,20
0,15
0,10
0.01
0,05
0,00
1000
2000
3000
Wavenumber, cm
4000
-1
Выводы
HgCdTe
PbSnTe
•
Более высокая вероятность
Оже-рекомбинации
•
Возможна междолинная Ожерекомбинация
•
Низкий уровень остаточного
легирования (1014 см-3) –
плазмонная рекомбинация
становится важной при
высоких уровнях накачки
•
Высокий уровень остаточного
легирования (1017 см-3) –
плазмонная рекомбинация
ограничивает характеристики
длинноволновых лазеров
•
В гетероструктурах возможен
симметричный закон дисперсии
– снижается роль Ожерекомбинации
•
Технология роста
гетероструктур осложнена
рассогласованием постоянных
решетки
Спасибо за внимание!
Выводы
Плазмонная рекомбинация
Рекомбинация
• Рекомбинация Шокли-Рида-Холла
Время жизни ограничено снизу!
• Излучательная рекомбинация
Время жизни увеличивается с уменьшением Eg
• Оже-рекомбинация
Время жизни уменьшается с уменьшением Eg
Мотивация – спектроскопия газов