بخشی از مقاله
بررسی نقش نیتروژن در آلیاژهاي InGaNAs نشان می دهد که با حضور نیتروژن تراز جایگزیده اي در نوار رسانش این نیمه رسانا ایجاد می شود که با آن وارد برهمکنش شده و در اثر دافعه نواري بین آنها ، گاف انرژي کاهش می یابد.
بررسی نیتروژن به عنوان یک عامل اختلال در سیستم ، با استفاده از محاسباتی بر پایه هامیلتونی k.p ، حضور دو زیر تراز انرژي شامل E و E− در نوار رسانش را نشان می دهد که با افزایش غلظت نیتروژن این زیر تراز ها از یکدیگر دور می شوند.
همچنین در این گزارش اثرات فوق به طور تجربی واز طریق مطالعات طیف نمایی فتولومینسانس مورد بررسی قرار گرفته است و به نقش جایگزیدگی در اثر حضور نیتروژن نیز اشاره شده است که عدم تقارن طیفهاي فتولومینسانس مخصوصا در دماهاي پایین نشانه آشکاري از این اثر می باشد. علاوه بر این ، اثر دما نیز در کاهش گاف نواري مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
نیمه رساناي InxGa1-xNyAs1-y و ساختارهاي نانوي این نیمه
رسانا به ویژه ساختارهاي چاه کوانتومی آن، در زمینه ساخت
دیودهاي نوري فعال در ناحیه IR بخصوص در طول موج -1,33 1,55 میکرون به عنوان کاندیداي مهمی مورد توجه می باشد.
کاربرد اصلی این دیودهاي نوري در انتقال اطلاعات مخابراتی از
طریق فیبرهاي نوري است که پراکندگی این طول موجهابراي را فیبرهاي نوري به حداقل می رساند. از طرفی امکان رشد InGaNAs به روي زیر لایه GaAs به دلیل هماهنگی در ثابت
شبکه آنها، شرایط ساخت لیزرهاي با کاواك عمودي ( ( VCSEL
را فراهم می کند . به علت الکترونگاتیوي بالا و شعاع کوچک اتم نیتروژن ، حضور آن در InGaAs باعث تغییر خصوصیات آلیاژ می گردد که از آن جمله رفتار گاف نواري در اثر حضور درصد کمی
از نیتروژن می باشد که بر خلاف انتظار به جاي افزایش از خود
کاهش نشان می دهد و می توان با اضافه نمودن مقدار کمی
نیتروژن، انرژي گسیلی از نمونه را کاهش و طول موج گسیلی را به ناحیه موردنظر یعنی 1.33-1.55 میکرون انتقال داد . [1,2]
در این مقاله سعی می شود که ضمن مطالعه اپتیکی InGaNAs
بصورت تجربی و بر پایه سنجشهاي فتولومینسانس ، تاثیر حضور
نیتروژن به روي ساختار نواري این آلیاژ مورد بررسی قرار گیرد.
بحث و نتایج:
محاسبات بر پایه هامیلتونی اصلاح شده k.p نشان می دهد که
مشارکت نیتروژن در آلیاژ میزبان (InGaAs) تراز جایگزیده اي در
نوار جادرسانش ای می کند که این تراز نوار رسا نش را از خود دفع
می نماید که نتیجه آن کاهش گاف نواري مطابق شکل 1 می باشد.
نمونه ها و روش آزمایش:
نمونه ها شامل چاه کوانتومی یگانه InxGa1-xNyAs1-y/GaAs با درصدهاي مختلف نیتروژن می باشد که بر روي زیر لایه GaAs
بدون آلایش، در جهت (001) رشد داده شده اند. بر روي زیر
لایه ، ییک لای م انی GaAs بدون ناخالصی، به ضخامتی در حدود
300 نانومتر و به دنبال آن ناحیه فعال شامل چاه کوانتومی یگانه اي رشد داده شده است. در نمونه هاي مختلف ضخامت چاه کوانتومی و درصد نیتروژن و ایندیوم مطابق جدول 1 می باشد.
جدول: 1
مقدار نیتروژن و ایندیوم و ضخامت چاه کوانتومی در نمونه هاي مختلف
مقدار مقدار ایندیوم ضجامت چاه نمونه مورد
نیتروژن((y (x) کوانتومی نظر
(nm)
0.0036 0.354 7 1
0.0042 0.30 6.9 2
0.0059 0.37 7.2 3
در تمام نمونه ها یک لایه پوششی GaAs با ضخامت 100 نانومتر
ناحیه فعال را محافظتو می کند آنها در دماي حدود T=495 K
رشد یافته اند. براي مطالعه اپتیکی نمونه ها ، تکنیک فتولومینسانس
در دو دماي T=2K و T=150K به کار گرفته شده و براي تحریک نمونه ها از طول موج 5145 Å استفاده گردیده و شدت
نور لیزر تحریکی نیز P=25 mW می باشد.
