Band-offset ratio calculations of nitrogen containing III-V quantum wells

Abstract

¦#.? ÖZET NİTROJEN İÇEREN IH-V KÜVANTUM KUYULARININ BANT- DERİNLİK ORANININ HESAPLANMASI KOÇAK, Fatma Yüksek Lisans Tezi Fizik Mühendisliği Bölümü Tez Danışmanı: Doç. Dr. Beşire GÖNÜL Eylül 2003, 58 sayfa Bu tezde üç farklı yapıdaki lazer malzemesi (InGaAsP-InP, AlGalnAs-InP, ve GaInNAs-GaAs)'nin bant derinlik oranları hesaplandı ve karşılaştırması yapıldı. Teorik çalışmamız gösterdi ki Model Solid Teoriyi GalnNAs' m küçük nitrojen yoğunluğuna sahip olduğunda ve örgünün orijinal uzunluktaki değişiminin etkisi (strain) ile iletim bandındaki değişiklikleri içerip nitrojenin doğrudan etkisini ihmal ettiğimizde bant derinliğini hesaplamada kullanabiliriz. Ayrıca bu çalışmada yoğun olarak kullanılan InGaAsP den çok daha iyi bant dizilişine sahip alternatif lazer sistemlerini de hesapladık. Örgü sabitleri farklı olan tabakalar birbiri üzerine büyütüldüğünde orijinal örgü sabitinde germe ve sıkıştırma olmak üzere iki tür değişiklik oluşur ve buna orijinal uzunluğuna nazaran oluşan değişim (strain) denir. Kuyudaki değişim engele uygulanan değişimle nötürleştirilebilir (strain compensation), bu nötürleştirme işleminin yukarıda bahsettiğimiz üç lazer sisteme oldukça büyük fayda sağladığı çalışmalardan anlaşılmıştır. Bu işlem neticesinde bant derinliği arttığından elektron ve boşlukların daha iyi hapsolunması sağlanır, bu ise yüksek ısı işlemlerinde istenilen bir durumdur. Teorik hesaplamalarımız InGaAs'a nitrojen katmakla iletim bant derinlik oranında önemli bir artış ve yalıtım bant oranında da önemli bir azalma olduğunu göstermiştir. Bu sonuç nitrojen temelli lazer sistemlerine dikkate değer bir üstünlük sağlamaktadır. Anahtar Kelimeler: III-V Yarıiletkenleri, nitrit, kuantum kuyu lazerleri, bant derinlik oranı, bant dizilişi IV

2fc^, ABSTRACT BAND-OFFSET RATIO CALCULATIONS OF NITROGEN CONTAINING III-V QUANTUM WELLS KOÇAK, Fatma M. Sc, Engineering Physics Department Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Beşire GÖNÜL September 2003, 58 Pages A comparative study of the band-offset ratio of the three competing laser materials, namely InGaAsP-InP, AlGalnAs-InP, and GalnNAs-GaAs has been undertaken. Our theoretical study shows that model solid theory can be used to calculate the band offset ratios of the GalnNAs-GaAs for small nitrogen concentration including the effect of strain and modifications in conduction band but neglecting the direct effect of nitrogen. We have calculated that the alternative AlGalnAs and GalnNAs laser systems have substantially better band alignment than the commonly used InGaAsP. Strain compensation brings further benefits to that of the three competing laser systems. Therefore, high temperature operation has been anticipated in these alternative material systems with strain compensated barriers due to better electron and hole confinement as a result of the increased band offset and a more favourable band offset ratio. Our theoretical calculations indicate a significant increase in conduction band offset ratio and a decrease in valence band offset ratio with the introduction of nitrogen to InGaAs. This result highlights the intrinsic superiority of the N-based laser system. Keywords: III-V Semiconductors, Nitrides, Quantum Well Lasers, Band-offset ratios, Band alignments. iii