автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Моделирование нелинейных многослойных гетероструктур для создания многофункциональных устройств высокоскоростной оптоэлектроники

Обозначения

Введение

Глава 1. Численная модель расчета многослойной гетероструктуры

1.1. Описание устройства

1.2. Нелинейные оптические свойства гетероструктуры

1.3. Моделирование электрических свойств

1.3.1. Описание расчетного слоя ваАБ

1.3.2.Вычисления токов на гетеропереходе 46 1.3.3.Описание слоя АЮаАэ

1.4. Модель механизмов взаимодействия: оптоэлектронного и электрооптического

1.5. Общая численная модель гибридной многослойной гетероструктуры

Глава 2. Результаты расчетов

2.1. Электрическое взаимодействие

2.2. Оптическое взаимодействие

Глава 3. Использование многослойных структур в качестве устройств для быстродействующей оптоэлектроники

3.1. Оптический, электрический, оптоэлектронный и электрооптический транзистор

3.2. Электрооптический управляемый фильтр

3.3. Электрически управляемый оптический осциллятор 82 Заключение 85 Библиография

Обозначения: а коэффициент поглощения а1 коэффициент поглощения в слое "1"

2 коэффициент поглощения в слое "2" (ХлюаАв коэффициент поглощения в слое АЮаАв осваАз коэффициент поглощения в слое ваАв арк коэффициент Франца-Келдыша

Х\ сродство электронов в слое "1"

Х2 сродство электронов в слое "2" диэлектрическая проницаемость о постоянная диэлектрической проницаемости

80 = 8,85 10'14 А б / (V сш)

1 диэлектрическая проницаемость в слое "1"

2 диэлектрическая проницаемость в слое "2" у1" коэффициент распространения волны в слое "1" у 2 коэффициент распространения волны в слое "2"

Л комплексный индекс преломления р потенциальная функция

Лвга^ брэгговская длина волны

Лу длина волны, соответствующая гетеропереходу л магнитная проницаемость

Но постоянная магнитной проницаемости, Цо = 1,26 10"8 V в / (А ст)

V частота колебаний

71 постоянная , п = 3, плотность объемного заряда

1/Т/х скорость насыщения со круговая частота

Ь постоянная Планка, нормированная на 2л, % = 6,58 10"16 еУ в

А1 волновая матрица для слоя „ 1"

А волновая матрица для слоя „2" с скорость света, с = 3 10юст/ ваАШ толщина слоя АЮаАз с1с,а/ь толщина слоя СаАз е элементарный заряд е напряженность электрического поля е, напряженность электрического поля в слое "1" е2 напряженность электрического поля в слое "2"

-Ет максимальная амплитуда излучаемой электромагнитной волны

Жге/ максимальная амплитуда отраженной электромагнитной волны е8 осредненное значение электрического поля на гетеропереходе

Е —1гаю максимальная амплитуда прошедшей электромагнитной волны i внутренняя интенсивность

1аЬ,1 интенсивность поглощенного света

Ет интенсивность излучаемого света

1ге/" интенсивность отраженного светового потока

У плотность тока плотность тока в слое "1" к плотность тока в слое "2" щек плотность инжекционного тока к плотность отраженного тока

Т туннельный ток

1гапз плотность прошедшего тока к волновое число кв константа Больцмана, кв = 8,62 10"5 еУ / К и толщина слоя "1" ь2 толщина слоя "2" тп масса электронов в /^долине слоя "1" ти масса электронов в Ь-долине слоя "1" т0 масса покоя электрона, то = 5,69 10"16 еУ б2 / сш т\ масса дырок в слое "1"

Ш2 масса дырок в слое "2" п индекс преломления

Пг концентрация электронов в Г-долине слоя "1"

П] коэффициент преломления в слое "1"

П2 коэффициент преломления в слое "2"

ПАШ коэффициент преломления для А1А

ПАЮаАэ коэффициент преломления для АЮаАв

ПвоАя коэффициент преломления для ваАз

Пе концентрация электронов пи концентрация дырок пи концентрация электронов в Ь-долине слоя "1" д элементарный заряд, д = 1,6 10"19А8 г"1"-"2" коэффициент отраженных амплитуд между слоем "1" и "2" г"2^"1" коэффициент отраженных амплитуд между слоем "2" и "1" Я коэффициент отражения Т температура

Г1"2 переходная матрица из слоя "1" в слой "2 р-->»2" коэффициент прошедших амплитуд между слоем "1" и "2" г"2-*"1" коэффициент прошедших амплитуд между слоем "2" и "1" и напряжение и о приложенное напряжение и1 напряжение в слое "1" £/2 напряжение в слое "2" Цу коммутационное напряжение и{и „термоионное" напряжение V скорость электронов у г скорость Г-электронов VI, скорость Ь-электронов Уя скорость насыщения энергия энергия Ферми запрещенная зона запрещенная зона слоя "1" \¥82 запрещенная зона слоя "2" \¥кш кинетическая энергия WL зона проводимости зона проводимости слоя "1" х содержание алюминия г координата го вспомогательная величина 2р волновое сопротивление

Развитие таких областей, как информационные технологии, Интернет, мультимедиа, телекоммуникации требует быстрой передачи и переработки большого количества данных. Для этого необходимы быстрые преобразования электрических сигналов в оптические и, наоборот, с сохранением качества и надежности сигнала, а также прием и пересылка большого количества информации. Развитие мобильной связи требует отсутствия "мертвых зон" и освоения диапазона оптических частот. Эта проблема решается установкой оптических антенн, принимающих и усиливающих сигналы. Широкое использование в телекоммуникациях стекловолокна расширило область применения оптических, электрооптических и оптоэлектронных преобразований. Для их реализации необходимо осваивать новую элементную базу, такую как быстрые оптические решетки, модуляторы, усилители, источники и приемники когерентного оптического излучения и т. п.

Нелинейные оптические свойства полупроводниковых гетеропереходов, т. е. переходов между двумя различными полупроводниками одинаковой или разной проводимости, лежат в основе их широкого применения в высокочастотной оптоэлектронике. Этот важный раздел физики твердого тела сформировался в последние десятилетия, начиная с работ Ж. И. Алферова, Г. Кремера, Ж. Килби [1,2]. Успешное применение гетеропереходов в различных приборах в первую очередь связано с эпитаксиальной технологией выращивания пленок, согласованных с решеткой подложки. Промышленная реализация и развитие молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) убедительно показали, что технология МЛЭ незаменима при получении многослойных эпи-таксиальных структур с атомной гладкостью границ, прецизионно заданными толщинами слоев, составом и профилем легирования. Развитие этого важного направления научного приборостроения тесно связано с Институтом физики полупроводников СО РАН [3].

Планарная технология получения р-п-р (или п-р-п) слоев позволяет проще реализовать электрическое соединение элементов схемы, так как все рабочие слои выходят на одну плоскость. При этом, в отличие от известной возможности управления типом проводимости полупроводника с помощью легирования различными примесями и инжекции неравновесных носителей заряда, гетеро-структуры позволяют решить значительно более общую проблему управления фундаментальными параметрами в полупроводниковых кристаллах и приборах: шириной запрещенной зоны, эффективными массами носителей и их подвиж-ностями, показателем преломления, энергетическим спектром и т. п.

Использование гетероструктур позволяет снизить размеры активных областей до величин, при которых качественно меняется характер переноса носителей заряда. Такими характерными величинами являются длина пробега электрона /е и длина волны электрона А е

Приборы с активными областями г/ < /е называются баллистическими, поскольку пролет активной области может произойти за счет накопленной при инжекции энергии. Перенос электронов в структурах с с1 < Ае носит квантовый характер.

Длина свободного пробега электрона /е при Т = 300 К имеет характерный масштаб 10"5 см для рассеяния на акустических фононах и Ю^см для сильного оптического рассеяния. Этот масштаб сравним с достижимыми технологическими горизонтальными размерами приборов (¿/ ~ 1е), а для вертикальных размеров гетерослоев (1 он оказывается большим (/е > (I). Свободный бесстолкно-вительный пролет носителей заряда вместе с уменьшением толщины активного слоя ведет к ускорению переноса заряда через него и, тем самым, к увеличению быстродействия приборов.

Естественным шагом в выборе базового полупроводникового материала стал переход к арсениду галлия ОаАБ как представителю соединений АщВу. Большая ширина запрещенной зоны её (1.5 эВ вместо 1.1 эВ у 81) обеспечивает более высокую радиационную стойкость и возможность работы приборов при более высоких температурах. Хотя для полупроводников типично возрастание эффективной массы электронов с ростом величины её, в ОаАз эта масса заметно меньше, чем в 81. Отсюда — более высокая подвижность электронов в ОаАз, а следовательно, и большие предельные частоты работы приборов. Кроме того, электронное строение СаАз таково, что несколько выше дна зоны проводимости (на 0.4 эВ) находится область, в которой эффективная масса существенно больше (а значит, подвижность — меньше). С ростом электрического поля средняя энергия электронов и, соответственно, их число в этой дополнительной долине увеличиваются, поэтому сначала происходит замедление роста тока, а затем величина тока падает. Дифференциальная электрическая проводимость становится отрицательной, и благодаря этому в образце возникает генерация высокочастотных колебаний. Это явление, известное как эффект Ганна, нашло практическое применение.

Пионерами в области физики и технологии полупроводниковых соединений АшВу и приборов на их основе были Г. Крёмер, Г. Велькер, Н. А. Горюнова, А. Р. Регель [4]. Однако более высокая стоимость материала ОаАз, его повышенная хрупкость, а главное, отсутствие диэлектрика, подходящего в качестве изоляционного материала, не позволили арсениду галлия конкурировать на равных с кремнием в микроэлектронике. Зато ОаАэ опережает кремний по своим оптическим свойствам и использованию в оптоэлектронике, поскольку вероятность излучения при рекомбинации неравновесных электронов и дырок в ОаАэ на несколько порядков выше, чем у кремния. Это обусловлено различием во взаимном расположении зон (проводимости и валентной) в пространстве квазиимпульсов.

Первый прибор на гетероструктурах был предложен Шокли в 1951 г. [5], и в том же году Губанов развил теорию гетеропереходов [6]. В 1957 г. Кремер опубликовал первую работу по биполярным транзисторам с широкозонным эмиттером [7] . А в 1960 г. Андерсон предсказал возможность существования обогащенного слоя у границы гетероперехода [8]. Он также сообщил о результатах экспериментального исследования гетеропереходов Се-ОаАв и предложил простую модель, которая стала отправной точкой для многочисленных обсуждений свойств гетероструктур [9]. Согласно этой модели, ток через гетеропереход течет исключительно благодаря инжекции через барьеры в зоне проводимости или валентной зоне. Эта модель предсказывает свойства идеального гетероперехода, с которым сравнивают наблюдаемые характеристики гетеропереходов. На практике ток через гетеропереход представляет собой сумму компонент, связанных с инжекцией, туннелированием и рекомбинацией на границе раздела.

Альтернативные модели развиты Адамсом и Нуссбаумом [10], а также фон Руссом [11]. Книги и обзорные статьи по гетеропереходам опубликованы Милнсом и Фойхтом [12], Шапмой и Пурохитом [13], и многими другими исследователями [14-20].

В 1969 г. Есаки и Тсу указали на возможность увеличения подвижности двумерного (2Б)-электронного газа у границы гетероперехода. Этот эффект впервые был экспериментально обнаружен в 1978 г. [21], а в 1980 г. создан первый гетероструктурный полевой транзистор [22], в котором использовался эффект повышенной подвижности 2Б-электронного газа.

В дальнейшем продолжалось интенсивное изучение гетеропереходов, которые нашли широкое применение в качестве инжекционных лазеров, работающих при комнатной температуре, светодиодов, фотодетекторов и элементов солнечных батарей. Кроме того, на основе многослойной периодической структуры из гетеропереходов созданы так называемые сверхрешетки. Сверхрешетками называют многослойные структуры из гетеропереходов и типичной толщиной слоя 80 - 100 А, а также структуры с периодическим изменением уровня легирования полупроводника, образующего последовательность гомоперехо-дов. Если напряжение приложено перпендикулярно многослойной структуре, может наступить резонансное туннелирование, приводящее к туннельному току при напряжениях, соответствующих квазистационарным состояниям в потенциальных ямах сверхрешетки. Эти свойства открывают широкие возможности для создания новых полезных приборов [23-25], ориентированных на целый ряд практических применений.

Работы под руководством Д. Миллера [26] и Д. Егера [27] положили начало исследованиям оптоэлектронной нелинейности в оптических переключателях, основанных на гибридных брэгговских многослойных гетероструктурах и предназначенных для высокоскоростных систем обработки сигналов. Физика таких SEED (Self Electrooptic Effect Device) элементов базируется на взаимодействии поглощения электронов и фотодетектировании, приводящем к большой искусственной нелинейности [28], например, такой как оптическая бистабиль-ность. Концепция таких устройств, состоящих из периодически расположенных модуляторов и детекторов, основывается на объединении электрооптических и оптоэлектронных свойств многослойных гетероструктур, для получения усиления оптических сигналов.

Оптически бистабильным устройством принято называть устройство, для которого зависимость мощности оптического сигнала на выходе от мощности на входе имеет вид гистерезисной петли. В бистабильных системах, рассматриваемых в данной работе, контролируемым параметром является интенсивность света на входе в систему, а два устойчивых состояния соответствуют двум значениям интенсивности света на ее выходе. Очевидно, что бистабильная система должна быть нелинейной, так как нельзя получить два значения интенсивности света на выходе при простом умножении света на входе на постоянное число.

Для получения многозначности нелинейного пропускания системы, т.е. биста-бильного режима, необходимо в нелинейном случае осуществить обратную связь. Одним из первых элементов, в котором наблюдался эффект бистабильно-сти, является резонатор Фабри-Перо, заполненный нелинейной средой.

В 1991 г. Дж. Хе обнаружил оптическую бистабильность в 30-периоди-ческой структуре ОаАБ/А1А8 при оптической интенсивности 10 кВт/см2) [29]. Полученное значение слишком велико для оптической обработки информации. Прикладывая электрической поле перпендикулярно к слоям многослойной ге-тероструктуры, можно уменьшить пороговую (для достижения данного эффекта) интенсивность почти на пять порядков [30].

О возрастании интереса к изучению гетероструктур свидетельствует постоянный рост числа публикаций по этой теме в мировой научной печати. В основном это дорогостоящие экспериментальные исследования, направленные на изучение нелинейных свойств многослойных гетероструктур, в том числе для определения оптических параметров. Поэтому возникает интерес к численному моделированию для определения характеристик, определяющих наиболее полно свойства многослойных гетероструктур, в целях разработки устройств, основанных на многослойных гетероструктурах, с наперед заданными свойствами.

Широко используемым методом моделирования полупроводниковых приборов является метод Монте-Карло. Этот метод эквивалентен точному решению уравнения Больцмана. Однако параметры, характеризующие различные механизмы рассеяния, особенно при больших энергиях электронов, возникающих при сильной внутренней нелинейности, и детальная структура энергетических зон с желаемой точностью пока не установлены. Более того, остался открытым вопрос о применимости уравнения Больцмана в случае больших электрических полей [31]. Поэтому для описания переноса носителей заряда весьма полезными оказываются менее точные, но более простые аналитические модели, основанные на рассмотрении физики процесса. Причем в случае многослойности гетероструктур и учета оптических, оптоэлектронных, электрооптических и электрических свойств применение метода Монте-Карло приводит к большим численным затратам. В связи с вышеизложенным задача построения эффективных численных моделей распространения оптических волн и носителей заряда в периодических многослойных гетероструктурах с учетом нелинейности и возникновения положительной обратной связи представляется актуальной.

В данной работе рассматриваются вертикальные периодические многослойные гетероструктуры ОаАз/АЮаАз (ГпОаАз/ЬА!/^). Вертикальность структуры позволяет взять за основу простой в реализации метод матричной передачи для численного расчета оптических волн и аналитическую модель А. Вакера и Е. Шеля для переноса носителей заряда через гетеропереход [32]. При этом оптическая и электрическая подсистемы связаны в работе двумя механизмами электрооптического и оптоэлектронного взаимодействий: эффектом Франца-Келдыша и генерацией фототока в слоях ваАв. Результаты по этой упрощенной модели хорошо согласуются с опубликованными результатами по методу Монте-Карло.

Собственное поглощение полупроводника, обусловленное межзонными переходами электронов, носит выраженный пороговый характер. С другой стороны, с ростом концентрации фотоносителей из-за кулоновского взаимодействия между ними в ряде материалов наблюдается сужение запрещенной зоны. Такая комбинация нелинейности и внутренней положительной связи приводит к многозначному распределению неравновесных носителей в полупроводниках и связанной с этим безрезонаторной оптической бистабильности [33].

Именно комплексность обеспечивает оптоэлектронным устройствам, основанным на периодических многослойных гетероструктурах, свойства, выгодно отличающие их от чисто электронных и чисто оптических полупроводниковых устройств.

Цель диссертационной состоит в исследовании оптических, оптоэлектронных, электрооптических и электрических свойств вертикальных периодических многослойных гетероструктур с учетом их нелинейности методами математического моделирования для получения многофункциональных устройств высокоскоростной оптоэлектроники с наперед заданными свойствами.

Задачи работы:

1. Разработать физико-математическую модель распространения света и переноса носителей зарядов в многослойной гетероструктуре, учитывающую оптические, электрические, электрооптические и оптоэлектронные взаимодействия.

2. На основе физико-математической модели построить численный алгоритм, учитывающий внутреннюю нелинейность и положительную обратную связь.

3. Провести сравнительный анализ результатов численного моделирования и физического эксперимента для подтверждения достоверности предложенной модели.

4. Исследовать структуры СаАй/АЮаАз на подложке из ваА^ при брэггов-ской длине волны 870 нм и МЗаАз/АНпАБ на подложке из 1пР при брэгговской длине волны 1550 нм. Определить оптимальные параметры этих структур. Показать возможность их применения в качестве устройств для быстродействующей оптоэлектроники.

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами сравнительного анализа численного моделирования с экспериментальными исследованиями и известными в литературе данными, показывающие достоверность и эффективность предложенной модели, а также ее адекватность реальным физическим процессам.

Научная новизна:

• Предложена физико-математическая модель, позволяющая комплексно учесть оптические, оптоэлектронные, электрооптические и электрические свойства многослойных гетероструктур.

• На основе метода матричной передачи разработан численный алгоритм расчета оптических волн с учетом поляризации и нелинейности коэффициентов отражения и преломления. Предложена численная модель расчета гибридной периодической многослойной гетеоструктуры с учетом возникновения положительной обратной связи, приводящей к большой дополнительной нелинейности.

• Путем сравнительного анализа результатов численного моделирования с результатами экспериментальных исследований, а также с известными в литературе данными, продемонстрирована достоверность и эффективность предложенной модели, а также ее адекватность реальным физическим процессам.

• Определены характеристические кривые, а также зависимость усиления входных сигналов для оптических, оптоэлектронных, электрооптических и электрических взаимодействий. Путем численного моделирования найдены оптимальные параметры (количество слоев в структуре, толщина слоев, содержание полупроводниковых материалов, длина волны, диапазон интенсивности падающего на структуру света и величина подаваемого напряжения), при которых в структуре ОаАз/АЮаАз (для Т = 300 К) происходит максимальное усиление входных сигналов.

Практическая ценность работы:

• Получены оригинальные численные и экспериментальные результаты для нелинейных гибридных многослойных гетероструктур ОаА5/АЮаА8(ОаАз) и 1пОаА8/1пА1А8(1пР), которые позволяют в зависимости от параметров, определяющих основные свойства структуры, разрабатывать устройства с наперед заданными свойствами, демонстрирующие возможность применения многослойных гетероструктур в качестве устройств для высокоскоростной оптоэлектрони-ки.

• Показано, что на основе одной структуры вариацией ее параметров можно конструировать устройства с различными функциональными возможностями: приемопередатчик двунаправленного преобразования, который может быть использован для цифровой обработки информации; электрооптический управляемый фильтр, который может выполнять также функции оптического переключателя в оптических сетях; электрически управляемый осциллятор с оптической накачкой и оптическим контролем, который применим в области волоконной радиосвязи.

На защиту выносятся:

Физико-математическая модель, позволяющая наиболее полно учесть оптические, оптоэлектронные, электрооптические и электрические свойства гетероструктур на основе учета процессов генерации, рекомбинации и эффекта Франца-Келдыша.

Алгоритм расчета, позволяющий рассчитывать нелинейные свойства многослойных гетероструктур и учитывающий возникновение положительной обратной связи, приводящей к большой дополнительной нелинейности.

Результаты сравнительного анализа численного моделирования с результатами экспериментальных исследований и известными в литературе данными, показывающие достоверность и эффективность предложенной модели, а также ее адекватность реальным физическим процессам.

Результаты численного моделирования периодической многослойной гетероструктуры, позволяющие использовать ее в качестве основы для многофункциональных устройств с наперед заданными свойствами в высокоскоростной оптоэлектронике.

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка цитируемой литературы.

Основные результаты диссертации:

1. Разработана физико-математическая модель баллистического движения носителей заряда и оптического распространения волн в многослойной вертикальной гетероструктуре на основе учета процессов генерации, рекомбинации, эффекта Франца-Келдыша и возникновения фототока.

2. Разработан численный алгоритм для расчета оптических волн с учетом поляризации и нелинейности коэффициентов отражения и преломления на основе линейного метода матричной передачи. Связь между падающей и отраженной волной реализуется матричным умножением.

3. Предложена численная модель расчета гибридной периодической многослойной гетероструктуры с учетом нелинейности и возникновения положительной обратной связи. Такая комбинация приводит к многозначному распределению неравновесных носителей заряда в полупроводниках и связанной с этим безрезонаторной оптической бистабильности. Модель позволяет рассчитывать оптические, оптоэлектронные, электрооптические и электронные характеристики устройств, основанных на многослойных гетероструктурах.

4. Проведен сравнительный анализ результатов моделирования многослойных гетероструктур с известными в литературе данными, полученными методом Монте-Карло, а также с результатами экспериментального исследования структур, выращенных на основе данных численных расчетов. Различие составляет 4%-11 %. Продемонстрирована достоверность и эффективность предложенной модели, а также ее адекватность реальным физическим процессам.

5. Получены новые численные и экспериментальные результаты для нелинейных гибридных брэгговских структур GaAsAlGaAs (GaAs) и InGaAs/InAlAs (InP), которые позволяют разрабатывать устройства с наперед заданными свойствами в зависимости от параметров, определяющих основные свойства структуры: температуры, длины волны, интенсивности падающего на структуру света, поданного напряжения, толщин слоев, количества слоев и содержания полупроводниковых материалов, составляющих структуру.

6. На основе численного моделирования определены характе-ристические кривые, а также зависимость усиления входных сигналов для оптических, оптоэлектронных, электрооптических и электрических взаимодействий. Найдены оптимальные параметры, при которых для структуры GaAs/AlGaAs (InGaAs/InAlAs) при Т=300 К происходит максимальное усиление входных сигналов. Для 20 пар слоев GaAs/AlGaAs при 1 = 890.3 нм максимальное усиление оптического сигнала составляет около 2000, электрооптического

2 Вт/В, оптоэлектронного - 3000 А/Вт и электрического - 15А/В. Для 50 пар слоев InGaAs/InAlAs при /I = 1548 нм усиление оптического сигнала составляет около 1500, электрооптического - 40 Вт/В, оптоэлектронного -750 А/Вт и электрического - 20А/В.

7. Установлено, что оптическая бистабильность наблюдается при Я<890,3 им для GaAs/AlGaAs и Я <1548 нм для InGaAs/InAlAs при интенсивностях < \00мВт/см2, входной мощности <2мкВт и временем переключения <50 пс.

8. На основе результатов численных расчетов создана структура, которая при Я = 870 нм показывает свойства оптоэлектронного транзистора с оптическим усилением V = 3, электрическим усилением-С = 1,2мА/В, коэффициентом полезного действия фотодетектора D=192 А/Вт, коэффициентом модуляционного изменения М = 0,2 Вт/В. Коэффициент усиления для системы: модулятор + оптическое волокно +фотодетектор пренебрегая потерями равен 1920.

9. Получены оригинальные численные и экспериментальные результаты, демонстрирующие возможность применения многослойных гетероструктур ОаАз/АЮаАБ (ваАБ) и 1пОаА8/1пА1Аз (1пР) в качестве устройств высокоскоростной оптоэлектроники.

10.Показано, что на основе одной многослойной гетероструктуры вариацией ее параметров можно конструировать устройства с различными функциональными возможностями:

- приемопередатчик двунаправленного преобразования, который может быть использован для цифровой обработки информации;

- электрооптический управляемый фильтр с параметрами: внутренние потери - 2 ¿¡В, канальная изоляция -35 (1В при 4 нм, полоса частот - 0,3 нм, интервал регулировки -до 1 нм (10 В), скорость регулировки в пс-диапазоне.

- электрически управляемый оптический переключатель в оптических сетях;

- электрически управляемый микроволновой осциллятор с оптической накачкой и оптическим контролем, имеющем мощность 20 ¿Вт при спектральной ширине менее 1 ГГЦ, который применим в области волоконно-оптической связи.

Заключение

1. Ж.И. Алферов. История и будущее полупроводниковых гетероструктур // ФТП, т.2, №1. 1998, стр. 3-18.

2. О.П. Пчеляков. Молекулярно-лучевая эпитаксия: оборудование, приборы, технология // Успехи физических наук, т. 170, выпуск 9, 2000, стр. 993-996.

3. J.H. Neave, В.А. Joyce, P.J. Dobson, N. Norton. Dynamics of film growth of GaAs by MBE from heed observation // J.Appl. Phys., A31, N1, 1983, p. 1.

4. W. Shockley. U.S.Patent 2569377, 1951, p. 347.

5. А.И. Губанов//ЖТФ, 1951, т.21, с. 721; ЖТФ, т. 21,1951, с. 304.

6. Н. Kroemer, Theory of wide gap emmiter for transistors // Proc. IRE, 45, 1957, p. 1535.

7. R.A. Anderson // IBM J. Res. Dev, 4, 1960, p. 283.

8. R.L. Anderson. Experiments on Ge-GaAs heterojunctions // Solid State Electron, 22, 1979, p. 783-791.

9. M.J. Adams, A. Nussbaum, A proposal for a new approach to heterojunction theory // Solid State Electron, 22, 1979, p. 783-791.

10. O. Von Roos, Theory of extrinsic and intrinsic heterojunctions in thermal equilibrium// Solid-State Electron, 22, 1980, p. 1069-1075.

11. А. Милне, Д. Фойхт. Гетеропереходы и переходы металл полупроводник // М.: Мир, 1975, с. 432.

12. Б. Л. Шарма, Р. К. Пурохит. Полупроводниковые гетеропереходы // М.: Сов. Радио, 1979, с. 224.

13. H. Kroemer. Critique of two recent theories oh heterojunction lineups // IEEE electron Devices Lett., EDL-4(2), 1983, p. 25-27.

14. H. Unlu, A.Nussbaum. Band discontinuities as heterojunction device design parametrs //IEEE Trans. Electron Devices, ED-33, 1986, p. 616-619.

15. H.C. Casey, M.B. Panich. Heterojunction Lasers // Academic, New York, 1978.

16. T.L. Taynsley. Heterojunction Propeties in Semiconductors and Semimetals // Vol. 7, Academic, New York, 1971, p. 294-366.

17. H. Kressel, J.K. Butler. Semiconductors Lasers and Heterojunction LED's // Academic, New York, 1977.

18. R. Dihgle, H.L. Stormer, A.C. Gossard, Wiegmann W. Electron Mobilities in Modulation- Doped Semiconductor Heterojunction Superlatticts // Appl. Phys. Lett., 33, 1978, p. 665.

19. D. Jäger. Technische Elektronik 3 Optoelekt. // Skript zur Vorlesung, 1993.

20. L. Esaki, R.Tsu. Internal Report RC 2418, IBM Reseach, March 26, 1969.

21. L.L. Chang, L. Esaki, R. Tsu. Resonant Tunneling in Semiconductor Double Barries // Appl. Phys. Lett., 24, 1974, p. 593.

22. D. Jäger, F. Forsmann, and B. Wedding, Low power optical bistability and multistability in a self-electro-optic silicon interferometer // IEEE J. Quant. Electron. 21, 1985, p. 1453.

23. B.H. Овсюк, Ю.Г. Сидоров, B.B. Васильев, B.B. Шашкин. Матричные фотоприемники 128x128 на основе слоев HgCdTe и многослойных гетеро-структур с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs // Прикладная физика, 5, 2000.

24. D.B. Miller, D.S. Chemla, C.Damen, A.C. Gossard, W. Wiegemann, Т.Н. Wood, and C.A. Burrus. Novel hybrid optically bistable switch: The quantum well self-electro-optic effect device // Appl. Phys. Lett. 45, 1984, p. 13.

25. D. Jäger, F. Forsmann, and B.Wedding. Low power optical bistability and multistability in a self-electro-optic silicon interferometer // IEEE J. Quant. Electron. 21, 1985, p. 1453.

26. D.Jäger. Large optical nonlinearities in hybrid semiconductor devices // J. Opt. Soc. Am 5 6, 1989, p. 588.

27. J. He and M. Cada. Optical bistability in semiconductor periodic structure // IEEE J. of Quantum Electron. 27 (5):, 1991, p. 1182-1889.

28. S. Redlich, C. Kampermann, andD. Jäger. Nonlinear hybrid GaAs/GaAlAs multilayer heterostructures for high speed information processing // Proc. of the SPIE, Belgium, vol. 3490, 1998, p. 201-205.

29. J.R. Baker. High-field collision rates in polar semiconductors // Solid State Electron., 23, 1980, p. 545-549.

30. A. Wacker, E. Scholl. Oscillatory instability in the heteroctructure hot-electron diode //Appl. Phys.Lett, 59, 1991, p. 12.

31. D. Niederland. Experimentelle Charakterisierung der optischen Bistabilität an hybriden Vielschichtheterostrukturen im AlGaAs-System // Diplomarbeit im Fachgebiet Optoelektronik Uni vers tiät-GH-Duisburg, 1994.

32. K. Hess, H. Morkoc, H. Shichijo, Streetman. Negative Differential Resistance through real Space Electron transfer // Appl. Phys. Lett., 35, 1979, p. 469.

33. S. Knigge, S. Zumkley, G. Wingen, O. Humbach, C. Chaix, and D. Jäger. Optical bistability in hybrid AlAs/GaAs Bragg reflectors //Photonic Switching,. Proc. SPIE, Vol. 1807, 1993, p. 188-191.

34. S.D. Smith et al. Nonlinear optical circuit elements as logic gates for optical computers: the first digital optical circuits // Opt. Eng., 24(4), 1985, p. 569-574.

35. H. Fouckhardt. Photonik: eine Einführung in die integrierte Optoelektronik und technische Optik // Teubner Skripten, Stuttgart 1994.

36. R. Paul. Optoelektronische Halbleiterbauelemente // Teubner Skripten, Stuttgart 1992.

37. K.J. Ebeling, Integrierte Optoelektronik: Wellenleiteroptik, Photonik, Halbleiter // Springer Verlag 1989.

38. P. Yeh. Optical waves in layered media I I John Wiley & Sons, New York 1988.

39. E. Hecht. Optics //Addison-Wesley, Reading(Mass.), 1987.

40. A.N. Pikhtin et al. Dispersion of the refractive index of semiconductors with diamond and zinc-blende structures // Sov. Phhys. Semicond. 12 (6), 1978, p. 622-626.

41. D.E. Aspnes. GaAs lower conduction band minima: Ordering and properties // Phys. Rev. B, 14(12), 1976, p. 5331-5343.

42. W. El-Banna. Berechnung der Reflexion, Transmission und Absorption von Übergittern mit Hilfe der Transfermatrixmethode // Arbeit am Inst, für angewandte Physik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, 1998.

43. R.E. Fern et al. Refractive index of AlAs // J. Appl. Phys. 42(9), 1971, p. 34993500.

44. H.G. Grimeiss et al. Temperature dependence of the refractive index of AlAs and AIP // Phys. Stat. Sol. A5, 1971, p. 109-114.

45. F. Stern. Dispersion of the index of the refracitve near the absorption edge of semiconductors //Phys. Rev. A, 133(6), 1964, p. 1653-1664.

46. R.H. Bube. Photoelectronic Properties of Semiconductors // Cambridge University Press, 1992.

47. Z.S. Gribnikov et al. // Sov.Phys.Solid State 7, 1966, p. 2364.

48. K. Hess et al. // J. Appl. Phys. 60, 1986, p. 3775.

49. A. Wacker. Nichtlineare Dynamik bei senkrechtem Ladungstransport in einer Halbleiter-Heterostruktur // Köster Verlag, Berlin 1993.

50. K. Hess. Advanced Theory of Semiconductor Devices // Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1988.

51. A.M. Belyantsev, E.V. Demidov und Yu.A. Romanov. Electron Transport and Ocillatory Instability in the Heterostructure Hot-Electron Diode // In Proc. 8th Vilinius Symposium on Ultrafast Phenomena in Semicond., Academia Vilnius, 1993, p. 31.

52. Müller, Halbleiterelektronik I: Grundlagen der Halbleiter-Elektronik // Springer Verlag, 1987.

53. Ландау и Лифшиц, Квантовая механика // M: Мир, 1985.

54. D.N. Poenarau, M.S. Ivascu. Nuclear Stabilty and Elements of Dynamics // In D.N. Poenarau, M.S. Ivascu, Hrsg. Particle Emission from Nuclei. CRC Press, Boca raton, 1989.

55. H.M. Gibbs. Optical bistability: controlling light with light // Orlando: Academic Press 1985 Series in Quantum Electronics — Principles and Applications

56. Richardson Carey, MulvaneyReed. Circuit, Device and Process Simulation // Verlag Wiley 1996.

57. T. Kuhn. Transportprozesse optisch erzeugter Ladungsträger in dünnen Halbleiterschichten und Heterostrukturen // Dissertation am Institut für theoretische Phsyik der Universität Stuttgart, 1987.

58. F.J. Tegude. Technische Elektronik 2 // Skript zur Vorlesung, 1992.

59. K.A. Jones. Optoelektronik//VCH-Verlag.

60. J.He and m.Cada. Combined distributed feedback and Fabry-Perot structures with a phase-matching layer for optical bistable devices // Appl. Phys. Lett 61, 1992, p. 18.

61. J.He and m.Cada. Optical Bistability in Semiconductor Periodic Structures // IEEE J. od Quant. Elect., vol. 27, 1991, p. 5.

62. D.E. Aspnes, Electric field effects on the dielectric constant of solids // Phys. Rev., 153, 1967, p. 972-982.

63. M. Brox. Thermooptische und elektrooptische GaAs-SEED Elemente // Diplomarbeit am Inst, für angewandte Physik, Westfälische WilhelmsUniversität Münster, 1988.

64. K. Tharmalingam; Optical absorption in the presence on a uniform field; Phys. Rev., 130, 1963, p. 2204-2206.

65. A. Reklaitis et al. Monte Carlo Study of Current Switching in HHED // In Proc. 8th Vilnius Symposium on Ultrafast Phenomena in Semicond., Vilnius 1993.

66. S. Knigge. Nichtlineare optische Eigenschaften von VSHS // VDI-"Verlag 1997.

67. Higman et al. Theoretical and experimental investigation of the HHED // Solid-Stae Electronics, Vol. 31, N. 3, 1988.

68. S. Redlich, C. Kampermann, and D. Jäger. Nonlinear hybrid GaAs/GaAlAs multilayer heterostructures for high speed information processing. // Proc. of the SPIE, vol. 3490, Belgium, 1998, p. 201-205.

69. A.Ivanov, H. Haug, S. Knigge and D. Jäger. Mesoscopic semiconductor switching element with giant electro-optical nonlinearities due to intrinsic photoconductivity//Jpn. J. Appl. Phys. 34, Suppl. 34-1, 1995, p. 15-18.

70. A.Ivanov and H.Haug. Analysis of an electro-optical switching device due to intrinsic photoconductivity//Semicond. Sei. Techno! 9, 1994, p. 1527-1430.

71. D.Kalinowski, S.Redlich and D.Jäger. Novel micromachined fiber-optic E-field sensor //Proc. IEEE Laser and Electro-optics Society (LEOS"), November 8-9, San Francisco, USA, 1999, p. 385-386.

72. A. Stöhr, Ken-ichi Kitayama and D. Jäger. Full-duplex fiber-optic RF subcarrier transmission using a dual-function modulator/photodetector // Trans. Microwave Theory Techn., vol. MTT-47, 1999, p. 1874-1879.

73. M.K. Smit, and C. van Dam. PHASAR-based WDM-devices: principles, design and applications // IEEE J.Sel.Topics Quantum Elect., vol. 2, No. 2, 1996, p. 236-250.

74. S. Suzuki et al. Integrated multichannel optical wavelength selective switches incorporating an arrayed-waveguide grating multiplexer and thermooptical switches //J. Lightwave tech., vol. 14, No. 12, Dec. 1996, p. 2719-2735.