СПИНОВЫЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ
Download
1 / 17

???????? ??????????????? ????? ( ??????-?????????? ???????????) - PowerPoint PPT Presentation


  • 133 Views
  • Uploaded on

СПИНОВЫЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ ( научно-популярная презентация). Данилов Ю.А. Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского. danilov@nifti.unn.ru. Основной принцип работы ССИД.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' ???????? ??????????????? ????? ( ??????-?????????? ???????????)' - natalie-lara


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
6617427

СПИНОВЫЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ(научно-популярная презентация)

Данилов Ю.А.

Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

danilov@nifti.unn.ru


6617427
Основной принцип работы ССИД

В основе работы спинового светоизлучающего диода (ССИД) лежит явление формирования циркулярно-поляризованного излучения в результате рекомбинации спин-ориентированных носителей.

Межзонные излучательные переходы и

соответствующие оптические поляризации для

случаев: (а) объемного материала с

вырожденными зонами тяжелых и легких дырок

и (в) квантовой ямы, в которой механические

напряжения и квантовое ограничение снимают

вырождение зон тяжелых и легких дырок.


6617427

В активной области ССИД происходит формирование циркулярно-поляризован-ного излучения в результате рекомбинации спин-ориентированных носителей. Для электронных переходов выполняется правило отбора. В частности, в прямо-зонном полупроводнике типа GaAsпри переходах вблизи k=0 могут быть реали-зованы следующие ситуации. Для электронов зоны проводимости n– (подзона с магнитным квантовым числом mj = –1/2) возможен переход в состояние mj = –3/2 в валентной зоне с образованием фотона со спином Sph = 1 (поляризация излуче-нияσ+) и относительная интенсивность этого перехода равна 3. Импульс сохраня-ется, поскольку –1/2=1+(–3/2). Аналогично, для электронов другой спиновой под-зоны n+ (mj = +1/2) возможен переход в состояние mj = –1/2 с образованием фото-на с Sph = 1 (также σ+ поляризация), и интенсивность этого перехода равна 1. Для электронов n– (mj = –1/2) возможен переход в состояние mj = +1/2 с образованием фотона с Sph = –1 (поляризацияσ–); интенсивность этого перехода равна 1. Для электронов n+ (mj = +1/2) возможен переход в состояние mj = +3/2 с образованием фотона с Sph = –1 (поляризация σ–) и, и интенсивность этого перехода равна 3. В том случае, когда в светоизлучающий слой гетероструктуры (чаще всего это – квантовая яма) инжектируются неполяризованные по спину носители, интенсив-ности переходов с образованием циркулярного левополяризованного (σ+поляри-зация) и правополяризованного (поляризацияσ–) излучения одинаковы, т.е. полу-чается неполяризованное излучение. Ситуация меняется, если инжектируются по-ляризованные по спину электроны (или дырки). В результате рекомбинации носи-телей преобладает либо право- либо лево-поляризованное излучение.


6617427
Основные соотношения происходит формирование

С учетом относительных вероятностей переходов следующее уравнение дает соотношение между спиновой (Пinj) и оптической (ПСР) поляризациями:

где I(σ+) и I(σ–) – интенсивности света для σ+ и σ– поляризаций, соответственно. Здесь n↑ и n↓ - плотности «спин-вверх» и «спин-вниз» электронов. Поскольку переходы, вовлекающие тяжелые дырки, в три раза более вероятны, чем переходы, вовлекающие легкие дырки, фотоны эмиттируются с их угловым моментом, ориентированным против направления спиновой поляризации.


6617427
Ситуация в квантовых ямах происходит формирование

В случае, когда активная область выполнена в виде КЯ, то вследствие квантового ограничения и, возможно, эпитаксиальных напряжений вырождение (в центре зоны) между валентными зонами тяжелых и легких дырок снимается. Для напряженно сжатых квантовых ям In1-xGaxAs/GaAs зона тяжелых дырок энергетически выше, чем зона легких дырок. Таким образом, состояния легких дырок могут не учитываться, поскольку переходы с участием тяжелых дырок в три раза более вероятны, чем переходы, вовлекающие валентные состояния легких дырок. В этом случае спиновая поляризация в точности равна степени циркулярной поляризации, снова с угловым моментом фотона, ориентированным напротив направления спиновой поляризации:


6617427
Геометрия включения спиновых светоизлучающих диодов

Схематическое представление спинового СИД при использовании

(а) геометрии Фарадея, (b) геометрии Фойхта.


6617427
Дизайн спиновых светодиодов светоизлучающих диодов

ССИД включает следующие составные части: инжектор поляризованных по спину носителей, активную (излучающую) область (обычно это квантовая яма или слой квантовых точек), спейсер, пространственно разделяющий первые две указанные области, - в нем происходит дрейф спин-ориентированных электронов, а также проводящую подложку и базовый омический контакт

Степень циркулярной

поляризации излучения


6617427
Перспективные конструкции ССИД светоизлучающих диодов

Использование в качестве инжектора спин-поляризованных дырок ферромагнитного полупроводника GaMnAs[2]

Схемы ССИД с соответствующими направлениями детектирования электролюминесценции и магнитного поля. Используется (слева) инжекция дырок со спином, поляризованным перпендикулярно направлению тока и (справа) вариант прибора, когда дырочный газ поляризован вдоль направления тока.


6617427
Потенциальные применения ССИД светоизлучающих диодов

Спиновые светодиоды могут служить для реализации поляризационного способа кодирования информации, передаваемой по оптическим линиям связи.

Поскольку степень и направление циркулярной поляризации излучения прямо связаны со степенью и ориентацией спина носителей тока, то структуры ССИД также служат для изучения спиновых явлений в полупроводниках, для отработки принципов функционирования и технологических приемов изготовления приборов спинтроники.


6617427
Список рекомендуемой литературы светоизлучающих диодов:

  • Golub, M. Spin-polarized light-emitting diodes and lasers/ M. Golub, P. Bhattacharya // J. Phys. D: Appl. Phys. -2007. V.40.- P.R179-R203.

  • Anisotropic electrical spin injection in ferromagnetic semiconductor heterostructures / D.K. Young, E. Johnston-Halperin, D.D. Awschalom, Y. Ohno, H. Ohno // Appl. Phys. Lett. – 2002. – V.80. – P.1598-1600.

  • Оптическая ориентация / Ред. Б.П. Захарченя, Ф.Майер. - Л.: Наука, 1989. - 408 с.

  • Semiconductor Spintronics and Quantum Computation / Ed. by D.D. Awschalom, D. Loss, N. Samarth. Berlin: Springer, 2002. - 311 p.

  • Matsukura, F. III-V Ferromagnetic Semiconductors / F. Matsukura, H. Ohno, T. Dietl // Handbook of Magnetic Materials. V.14, ed. K.H.J. Buschow. Elsevier, 2002. Chap.1. – P.1-88.


6617427

Основные разработки НИФТИ ННГУ в области ССИД

Нами разработаны три типа конструкций ССИД на базе квантово-размерных структур InGaAs/GaAs:

1) с инжектором, выполненным в виде слоя ферромагнитного металла (Co, Ni);

2) с инжектором, представляющим собой достаточно толстый (30 – 200 нм) слой ферромагнитного полупроводника (А3,Mn)B5 или полуметаллического соединения MnB5;

3) с дельта<Mn>-легированным слоем, расположенным вблизи квантовой ямы (КЯ).

Общие особенности:

подложка n-GaAs и вывод излучения через нее в геометрии Фарадея;

инжекция дырок;

методика выращивания базовой эпитаксиальной структуры.


Mn gaas
Светодиоды с дельта области ССИД<Mn>-легированными GaAs слоями


Mn gaas1

R области ССИДH

I

H

Структуры с дельта<Mn>-легированным GaAs слоем

Формирование: комбинированная

методика МОС-гидридной эпитаксии

и лазерного нанесения

Аномальный эффект

Холла при Т ≤ 35 К

Структура обладает

ферромагнитными

свойствами


6617427

Для геометрии Фарадея области ССИД (эмиссия регистрируется с базовой стороны структуры) электролюминесценция циркулярно поляризована в магнитном поле

Степень циркулярной поляризации ЭЛ (PC) зависит от количества (QMn) атомов Mn atoms в дельта<Mn>-слое и от толщины (ds) спейсера междуКЯидельта<Mn>-слоем. Наибольшее значение PC (≈ 50%)было достигнуто при ds = 3 нми QMn ≈ 0.3 монослоя.


6617427
Инжекция спин-поляризованных носителей из ферромагнитного металла


6617427
Избранные публикации творческого коллектива

  • Циркулярно-поляризованная электролюминесценция квантово-размерных гетероструктур InGaAs/GaAs с контактом Шоттки «ферромагнитный металл/GaAs» / М.В. Дорохин, С.В. Зайцев, В.Д. Кулаковский, Н.В. Байдусь, Ю.А. Данилов, П.Б. Демина, Б.Н. Звонков, Е.А. Ускова // Письма в Журнал Технической Физикию – 2006. - Т.32, в.24. - С.46-52.

  • Circularly polarized electroluminescence in LED heterostructures with InGaAs/GaAs quantum well and Mn -layer / Zaitsev S.V., Kulakovskii V.D., Dorokhin M.V., Danilov Yu.A., Demina P.B., Sapozhnikov M.V., Vikhrova O.V., Zvonkov B.N. // Physica E. – 2009. – V.41, n.4. – P.652-654.

  • Emission properties of InGaAs/GaAs heterostructures with delta<Mn>-doped barrier / M.V. Dorokhin, Yu.A. Danilov, P.B. Demina, V.D. Kulakovskii, O.V. Vikhrova, S.V. Zaitsev, B.N. Zvonkov // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2008. - V.41. - P.245110.

  • Manganese Distribution and Galvanomagnetic Properties of Delta<Mn>-Doped GaAs Structures / Yu.A. Danilov, M.N. Drozdov, Yu.N. Drozdov, A.V. Kudrin, O.V. Vikhrova, B.N. Zvonkov, I.L. Kalentieva, V.S. Dunaev // J. Spintronics and Magnetic Nanomaterials. – 2012. – V.1, n.1. – P.82-84.


6617427

Презентация создана при выполнении гранта №14.В37.21.0346 «Создание эффективных светоизлучающих диодов расширенной функциональности» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (мероприятие 1.2.2)


ad