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Titel:Modeling of Optical Properties of Semiconductor Heterostructures
Autor:Schlichenmaier, Christoph
Weitere Beteiligte: Koch, Stephan W. (Prof. Dr.)
Erscheinungsjahr:2006
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2006/0294
DOI: https://doi.org/10.17192/z2006.0294
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2006-02941
DDC: Physik
Titel(trans.):Modellierung optischer Eigenschaften von Halbleiterheterostrukturen

Dokument

Schlagwörter:
Optical gain, Semiconductor physics, Lumineszenz, Heterostruktur, Optische Eigenschaften, Heterostructure, Luminescence, Optischer Gewinn, Photoreflectance, Semiconductor laser, Halbleiterphysik, Theoretische Modellierung, Modulationsspektroskopie, Halbleiterlaser, Photomodulierte Reflexion, Theoretical modeling, Drei-Fünf-Halbleiter
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Summary:
The equations of motion necessary for the computation of luminescence spectra in realistic semiconductor heterostructures are presented. The combination of these multiband semiconductor luminescence equations on the level of two-particle correlations and scattering terms in 2nd Born-Markov approximation with a k.p-bandstructure calculation allows the quantitative modeling of luminescence spectra. This is demonstrated in theory-to-experiment comparisons. It is also shown why simple rate equations for the luminescence fail at high excitation intensity. Combining bandstructure calculation, semiconductor luminescence equations, and semiconductor Bloch equations it becomes possible to compute a variety of optical properties of semiconductors consistently and quantitatively. This is utilized to compute the appropriate gain spectra from measured luminescence spectra. It is further used to study the expected lasing properties and the carrier loss mechanisms of GaInNAs/GaAs structures in the technologically interesting wavelength range of 1550nm. Finally, the optical properties of a type I to type II transition in the band gap alignment in heterostructures are investigated. In doing so, photomodulated reflectance spectra are computed and analyzed with the help of microscopic theory for the first time.

Zusammenfassung:
Die Bewegungsgleichungen zur Berechnung der Lumineszenz in realistischen Halbleiterheterostrukturen werden präsentiert. Die Verbindung dieser Multiband-Halbleiterlumineszenzgleichungen auf dem Niveau von Zweiteilchenkorrelationen und Streutermen in zweiter Bornscher und Markovscher Näherung mit einer k.p Bandstrukturrechnung ermöglicht die genaue Berechnung von Lumineszenzspektren. Das wird in Theorie-Experiment Vergleichen gezeigt. Mit dieser mikroskopischen Modellierung wird auch nachgewiesen, warum einfache Ratengleichungen für die Lumineszenz bei starker Anregung versagen. Durch die Kombination: Bandstrukturrechnung - Halbleiterlumineszenzgleichungen - Halbleiter-Bloch-Gleichungen können viele optische Eigenschaften von Halbleitern konsistent und quantitativ berechnet werden. Das wird benutzt, um aus gemessenen Lumineszenzspektren Gewinnspektren zu ermitteln und um die zu erwartenden Lasereigenschaften und die Ladungsträgerverluste von GaInNAs/GaAs Strukturen im technologisch interessanten Wellenlängenbereich von 1550nm zu studieren. Schließlich wird untersucht, wie sich ein Typ I zu Typ II Übergang in der Anordnung der Energielücken in Heterostrukturen auf die optischen Eigenschaften auswirkt. Dafür werden auch zum ersten Mal photomodulierte Reflexionsspektren mit Hilfe mikroskopischer Theorie berechnet und analysiert.


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