Диодные туннельно-пролетные структуры Si:Er/Si с расширенной областью пространственного заряда, излучающие в диапазоне 1.54 мкм при комнатной температуре. - презентация

1 Диодные туннельно-пролетные структуры Si:Er/Si с расширенной областью пространственного заряда, излучающие в диапазоне 1.54 мкм при комнатной температуре В.П. Кузнецов, О.Н. Горшков Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского С.В. Оболенский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского В.Б. Шмагин, Д.Ю. Ремизов, В.А. Козлов, К.Е. Кудрявцев, З.Ф. Красильник Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород Кремний-2010

2 Мотивация Основные результаты по светодиодам p + /n-Si:Er Туннельно-пролетный светодиод Результаты Проблемы и перспективы План Кремний-2010

3 Ударное возбуждение Er 3+ высокая эффективность возбуждения высокое сечение возбуждения подавлены основные механизмы безызлучательной релаксации (ФТТ 47 (2005) 95, Д.Ремизов и др.) (PRB 57 (1998) 4443, F.Priolo et al.) Рекомбинационное возбуждение Кремний-2010

4 Почему мы стремимся к расширению ОПЗ? интенсивность ЭЛ квантовая эффективность E X p+p+ n-Si:Er Ударное возбуждение Er 3+ Кремний-2010

5 A.Karim, C.-X. Du, and G. V. Hansson. J.Appl.Phys. 104, (2008) Ударное возбуждение Er 3+ Лазерные применения Кремний-2010

6 Основные результаты по светодиодам p + /n-Si:Er Расширение ОПЗ ведет к развитию лавинного механизма пробоя и резкому уменьшению интенсивности эрбиевой ЭЛ. Максимальные интенсивность и эффективность возбуждения эрбиевой ЭЛ достигаются при ширине ОПЗ ~ 0.1 um в режиме смешанного пробоя p + /n-перехода. лавинный пробой В.Б. Шмагин и др., ФТТ 46, 110 (2004) E X p+p+ n-Si:Er туннельный пробой Кремний-2010

7 Туннельно-пролетный светодиод энергия носителей в активной области p + /n + /n-Si:Er T=300K формирование потока горячих электронов E X p + -Si n-Si:Er n + -Si возбуждение эрбия NANA N, cm -3 5·10 18 x 2· ·10 16 NDND 1· nm um Кремний-2010

8 + _ _ + подложка пластина источник + _ _ + подложка пластина источник 90 mm КДБ-10 p cm -3 n-Si:Er d 0.5 μ n cm -3 p + -Si (~10 19 cm -3, 0.1 ) n + -Si (~10 18 cm -3, A) n + -Si (~ cm -3, 0.3 ) Туннельно-пролетный светодиод Сублимационная МЛЭ Кремний-2010

9 Результаты ТПД структуры с толстым слоем n + -Si (d > 600A) ТПД структуры с промежуточной толщиной слоя n + -Si ( A < d < 600A) ТПД структуры с тонким слоем n + -Si (d < A) Кремний-2010

10 #237 d(n + ) max = 600A Group 1 d(n + ) max > 600 A #181 d(n + ) max = 600A #224 d(n + ) max = 1000A Кремний-2010

11 T X NDND X P.Wagner, J.Hage. Appl.Phys.A 49, 123 (1989) Термодоноры. Влияние токовводов Кремний-2010

12 Group 1 T=77K Кремний-2010

13 Group A < d(n + ) max < 600 A #199 line A1 d(n + ) max = 300A Кремний-2010

14 #199 Нерезкость n + n-перехода

15 Group 2 CV-профили n + n-перехода Кремний-2010

16 Профилирование n + n-перехода #305 d(n + ) max = 470A профиль легирования CV-профиль Кремний-2010

17 #305 d(n + ) max = 470A CV-профиль профиль легирования ~ 30 nm/decade Кремний-2010 Профилирование n + n-перехода

18 Профили ВИМС n + n-перехода Кремний-2010

19 (М.Н. Дроздов и др. Нанофизика и наноэлектроника, Нижний Новгород, март 2010) #256 Si:Er,Sb n + -Si n-Si:Er, T=580C n + : Si:Sb, T=520C p + -Si p-Si подложка туннлав Кремний-2010

20 Нерешенные проблемы: 1.Лавинный пробой в ТПД структурах с n + -Si:P развивается раньше, чем поле успевает проникнуть в активный слой n-Si:Er на значительную глубину. Это не позволяет реализовать преимущества ТПД. 2.По-видимому, ранняя смена механизма пробоя обусловлена нерезкостью перехода n + /n, что подтверждается данными по #256 (n + -Si:Sb). Предполагается, что данная гипотеза будет проверена экспериментами с ТПД на основе Si:Sb (А. Новиков, В. Кузнецов). Кремний-2010

21 Заключение Кремний-2010

22 Светоизлучающие структуры с инжектором и активной пролетной областью p + -Si n + -Si n-Si:Er пролетная область - + n см -3 туннельно-пролетный диод инжектор n + -Si p + -Si n-Si:Er пролетная область n см -3 Э Б К транзисторная структура C.-X. Du, Appl. Phys. Lett. 78, 1697 (2001) - + Кремний-2010

23

24 #11-45 (no Er) d(n + )= 300A ВИМС Кремний-2010

25 d(n + ), nm Group 1 CV-профилирование #224 Кремний-2010

26 Распределение толщины слоя n + -Si по длине подложки (В.И. Лозгачев. Распределение потоков молекул на плоскости при испарении в вакуум. ЖТФ т.32. в.8.) a=3.5 mm b=35 mm h=27mm #267 d(n + ) max = 470A Кремний-2010

27 #266 (no Er) d(n + ) max = 600A

28 Group 3 d(n + ) max < A

29 #199 Что мы ждем от ТПД

30 #237 d(n + ) max = 600A

31 Эффективность возбуждения ЭЛ p + /n + /n-Si:Er #199, ~ (5-6) cm 2 s #237, ~ (1-2) cm 2 s #267, ~ (2-9) cm 2 s p + /n-Si:Er #136, ~ (1-9) cm 2 s

32 Распределение поля в ОПЗ ТПД (расчет)

33 #199 КДБ-12 n+(P )=300A n(Er)=0.5um