Оптична поляризаційна анізотропія, внутрішній ефект Штарка квантового конфайнменту і вплив кулонівських ефектів на лазерні характеристики [0001]-орієнтованих GaN/Al0,3Ga0,7N квантових ям
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe57.1.12Ключові слова:
-Анотація
У цій статті представлено теоретичне дослідження просторово розділених електронних і діркових розподілів, яке відображається у самоузгодженому розв'язанні рівнянь Шредінгера для електронів та дірок і рівняння Пуассона. Результати проілюстровано для
GaN/Al0,3Ga0,7N квантової ями. Спектр оптичного підсилення в [0001]-орієнтованої GaN/Al0,3Ga0,7N квантової ями обчислено в ультрафіолетовій області. Знайдено, що як матричні елементи оптичних переходів з важкої діркової підзони в зону провідності, так і спектр оптичного підсилення мають строго x (або y) поляризацію світла. Показано вплив конфайнменту хвильових функцій на оптичне підсилення, яке неявно залежить від вбудованого електричного поля, що обчислене і дорівнює 2,3 MВ/cм. Якщо структури з вузькою шириною ями проявляють звичайну залежність розвитку максимуму підсилення світла майже без зміщення спектральної області, то значного голубого зміщення максимуму підсилення зі зростанням густини плазми набувають структури зі значною шириною квантової ями. Це голубе зміщення відносять до взаємодії між екрануючим п'єзоелектричним полем, створеним деформацією і зонною структурою. Велике зоммерфельдівське або кулонівське підсилення присутнє у квантовій ямі.
Посилання
S. Nakamura and G. Fasol, The Blue Laser Diode (Springer, Berlin, 1997)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-03462-0
R.L. Aggarwal, P.A. Maki, Z.-L. Liau, and I. Melngailis, J. Appl. Phys. 79, 2148 (1996)
https://doi.org/10.1063/1.361044
S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Yamada, T. Matsushita, H. Kiyoku, and Y. Sugimoto, Jpn. J. Appl. Phys. 1 35, L74 (1996)
https://doi.org/10.1143/JJAP.35.L74
S. Nakamura, J. Vac. Sci. Technol. A 13, 705 (1995).
https://doi.org/10.1116/1.588177
N. Savage, Nature Photonics 1, 83 (2007).
https://doi.org/10.1038/nphoton.2006.95
A. Khan, K. Balakrishnan, and T. Katona, Nature Photonics 2, 77 (2008).
https://doi.org/10.1038/nphoton.2007.293
Y. Taniyasu, M. Kasu, and T. Makimoto, Nature Lett. 441, 325 (2006).
https://doi.org/10.1038/nature04760
A.H. Mueller, M.A. Petruska, M. Achermann, D.J. Werder, E.A. Akhadov, D.D. Koleske, M.A. Hoffbauer, and V.I. Klimov, NanoLetters 5, 1039 (2005).
https://doi.org/10.1021/nl050384x
T. Wang, S. Wu, K.B. Lee, J. Bai, P.J. Parbrook, R.J. Airey, Q. Wang, G. Hill, F. Ranalli, and A.G. Gullis, Appl. Phys. Lett. 89, 081126 (2006).
https://doi.org/10.1063/1.2338784
B.F. Chu-Kung, M. Feng, G. Walter, N. Holonyak, jr., T. Chung, J. -H. Ryou, J. Limb, D. Yoo, S.-C. Shen, R.D. Dupuis, D. Keogh, and P.M. Asbeck, Appl. Phys. Lett. 89, 082108 (2006).
https://doi.org/10.1063/1.2336619
H. Hirayama, J. Appl. Phys. 97, 091101 (2005).
https://doi.org/10.1063/1.1899760
T. Asano, M. Takeya, T. Mizuno, S. Ikeda, K.K. Shibuya, T. Hino, S. Uchida, and M. Ikeda, Appl. Phys. Lett. 80, 3497 (2002).
https://doi.org/10.1063/1.1478157
S.-N. Lee, S.Y. Cho, H.Y. Ryu, J.K. Son, H.S. Paek, T. Jang, K.K. Choi, K.H. Ha, M.H. Yang, O.H. Nam, Y. Park, and E. Yoon, Appl. Phys. Lett. 88, 111101 (2006).
https://doi.org/10.1063/1.2185251
L.L. Gaddard, S.R. Bank, M.A. Wistey, H.B. Yuen, Z. Rao, and J.S. Harris, jr., J. Appl. Phys. 97, 083101 (2005).
https://doi.org/10.1063/1.1873035
E. Feltin, D. Simeonov, J.-F. Carlin, R. Butte, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 021905 (2007).
https://doi.org/10.1063/1.2429027
H. Yoshida, Y. Yamashita, M. Kuwabara, and H. Kan, Nature Photonics 2, 551 (2008).
https://doi.org/10.1038/nphoton.2008.135
W. Chow, M. Kira, and S.W. Koch, Phys. Rev. B 60, 1947 (1999).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.60.1947
S.L. Chuang, J. Quantum Electron. 32, 1791 (1996).
https://doi.org/10.1109/3.538786
W.W. Chow and M. Kneissl, J. Appl. Phys. 98, 114502 (2005).
https://doi.org/10.1063/1.2128495
J. Wang, J.B. Jeon, Yu.M. Sirenko, and K.W. Kim, Photon. Techn. Lett. 9, 728 (1997).
https://doi.org/10.1109/68.584971
E.I. Rashba, Sov. Phys. Solid State 1, 368 (1959)
E.I. Rashba and V.I. Sheka, ibid, 162 (1959)
G.E. Pikus, Sov. Phys. JETP 14, 898 (1962).
G.L. Bir and G.E. Pikus, Symmetry and Strain-Induced Effects in Semiconductors (Wiley, New York, 1974).
P.Y. Yu and M. Cardona, Fundamentals of Semiconductors (Springer, Berlin, 1996).
Yu.M. Sirenko, J.-B. Jeon, K.W. Kim, M.A. Littlejohn, and M.A. Stroscio, Phys. Rev. B 53, 1997 (1996).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.53.1997
R.G. Banal, M. Funato, and Y. Kawakami, Phys. Rev. B 79, 121308(R) (2009).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.121308
L.D. Landau and E.M. Lifshitz, Quantum Mechanics (Pergamon Press, Oxford, 1977).
G. Bastard, E.E. Mendez, L.L. Chang, and L. Esaki, Phys. Rev. B 28, 3241 (1983).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.28.3241
I. Vurgaftman, J.R. Meyer, and L.R. Ram-Mohan, J. Appl. Phys. 89, 5815 (2001).
https://doi.org/10.1063/1.1368156
Semiconductors, edited by O. Madelung (Springer, Berlin, 1991); W. Shan, T.J. Schmidt, X.H. Yang, S.J. Hwang, J.J. Song, and B. Goldenberg, Appl. Phys. Lett. 66, 985 (1995).
https://doi.org/10.1063/1.113820
Yu.M. Sirenko, J.-B. Jeon, B.C. Lee, K.W. Kim, M.A. Littlejohn, M.A. Stroscio, and G.I. Iafrate, Phys. Rev. B 55, 4360 (1997).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.55.4360
S.L. Chuang and C.S. Chang, Phys. Rev. B 54, 2491 (1996).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.2491
M. Suzuki, T. Uenoyama, and A. Yanase, Phys. Rev. B 52, 8132 (1995).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.52.8132
S.L. Chuang, C.S. Chang, and A. Yanase, Phys. Rev. B 54, 2491 (1996).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.2491
V.V. Mitin, V.A. Kochelap, and M.A. Stroscio, Quantum Heterostructures (Cambridge Univ. Press, New York, 1999).
L.O. Lokot, Semicon. Phys. Quantum Electron. Optoelectron. 11, 364 (2008)
https://doi.org/10.15407/spqeo11.04.364
L.O. Lokot, Ukr. Fiz. Zh. 54, 964 (2009).
M. Lindberg and S.W. Koch, Phys. Rev. B 38, 3342 (1988).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.38.3342
W.W. Chow, S.W. Koch, and M. Sargent III, Semiconductor Laser Physics (Springer, New York, 1994).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-61225-1
H. Haug and S. Schmitt-Rink, Prog. Quant. Electr. 9, 3 (1984).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
