بررسي نقش نيتروژن در بازده اپتيكي نانو ساختار InGaNAs به منظور به كارگيري آن در صنعت اپتوالكترونيك و مخابرات نوري

Investigation of the role of N on the optical efficiency of InGaNAs nanostructures for usage on the optoelectronic industry and optical telecommunication

در اين مقاله سعي بر آن است كه ضمن مطالعه نقش نيتروژن در فرآيندهاي اپتيكي نيمه رساناي InGaNAs, روشهاي بهبود بازده اپتيكي نانوساختارهاي اين نيمرسانا را به منظور به كارگيري آن در ساختمان ديودهاي ليزري ناحيه IR تشريح كنيم و نشان دهيم كه چگونه با وارد كردن نيتروژن به ساختار InGaNAs طول موج گسيلي آن به ناحيه مطلوب منتقل مي شود و چگونه ضمن رسيدن به طول موج مناسب مي توان بهره اپتيكي را بهبود بخشيد. تغييرات ايجاد شده در ساختار نواري به دليل حضور نيتروژن با استفاده از مدل دافعه نوري قابل بررسي است و ايجاد اين تغييرات در نتيجه دافعه بين تراز جايگزيده ناشي از نيتروژن و لبه نوار رسانش ماده ميزبان (InGaNAs) است. بر اساس مدل فوق, در نتيجه حضور نيتروژن گاف نواري نيمرسانا كاهش مي يابد و بدين ترتيب طول موج نور گسيلي از نمونه به منظور دستيابي به طول موجهاي ناحيه مادون قرمز نيز قابل كنترل است. همچنين حضور نيتروژن از يك طرف باعث ايجاد افت و خيزهاي پتانسيل در ساختار نواري نيمرسانا مي گردد كه به عنوان مراكز تله عمل نموده و باعث جايگزيدگي اكسيتونها مي شوند كه در نتيجه آن احتمال بازتركيب اكسيتوني افزايش يافته و راندمان نوري بهبود مي يابد, ولي از طرف ديگر حضور نيتروژن موجب ناهمواريهايي به ويژه در سطح مشترك چاه و سد در ساختارهاي كوانتومي مي شود كه اين ناهمواريها به عنوان مراكز بازتركيب غيرنوري عمل مي كنند.

Recently, the quaternary InGaAsN alloy system has attracted a great deal of attention due to its potential application in devices such as next generation multi-junction solar cells and optoelectronic devices for example laser diodes for optical communications in IR region. In this paper, we have investigated the role of nitrogen on the improvement of optical efficiency in InGaNAs nanostructures by photoluminescence spectroscopy. These characterizations are because of variation of InGaNAs band structure due to existence of nitrogen, and could be explained by using band anticrossing model which is a result of interaction between the extended conduction band of the InGaAs matrix (EM) and the nitrogen-related localized level (EN). The band-gap of InGaNAs is very sensitive to the nitrogen content, so it has decreased by increasing of nitrogen content. Therefore accessibility to emission light wavelength at IR region is controllable. Moreover, nitrogen has created the potential fluctuations in the InGaNAs so it is the cause of trap centers that leads to localized excitons. Thus the probability of exciton recombination has increased and improved optical efficiency of these structures. But in other cases, nitrogen has made fluctuations especially in the common surface of the well and barrier in InGaNAs quantum structures so they increase non-radiative recombination.