Главная » 2014 » Август » 8 » Скачать Спектроскопия электронных состояний и неравновесных носителей заряда в низкоразмерных гетероструктурах на основе арсенида бесплатно
7:10 AM
Скачать Спектроскопия электронных состояний и неравновесных носителей заряда в низкоразмерных гетероструктурах на основе арсенида бесплатно
Спектроскопия электронных состояний и неравновесных носителей заряда в низкоразмерных гетероструктурах на основе арсенида галлия
Диссертация
Автор: Гапонова, Дария Михайловна
Название: Спектроскопия электронных состояний и неравновесных носителей заряда в низкоразмерных гетероструктурах на основе арсенида галлия
Справка: Гапонова, Дария Михайловна. Спектроскопия электронных состояний и неравновесных носителей заряда в низкоразмерных гетероструктурах на основе арсенида галлия : диссертация кандидата физико-математических наук : 05.27.01 Нижний Новгород, 2002 134 c. : 61 03-1/756-9
Объем: 134 стр.
Информация: Нижний Новгород, 2002
Содержание:
ГЛАВА
ГЛАВА
ГЛАВА 3 Фотолюминесцентная спектроскопия гетероструктур на основе GaAs
11 Композиционная зависимость зонной структуры соединений GaAsN Фотолюминесценция эпитаксиальных слоев GaAsi-xNx с малой концентрацией азота Методика эксперимента
12 Фотолюминесценция многослойных гетероструктур InGaAs/GaAs с квантовыми точками
13 Оптические свойства слоев (In)GaAs на податливых подложках Модуляционная спектроскопия неравновесных носителей заряда в гетероструктурах InGaAs/GaAs с квантовыми ямами
Введение:
2.2 Коэффициент поглощения для квантовой ямы и диагностика функции распределения.2.3 Методы измерений и техника эксперимента.2.4 Процессы разогрева и пространственного переноса в гетероструктурах р-типа.2.5 Процессы разогрева носителей электрическим полем в гетероструктурах п-типа. Фотолюминесценция, пропускание и модуляции пропускания. Электронная температура. Электролюминесценция.Люминесценция в лазерных гетероструктурах GaAs/AlGaAs с асимметричными квантовыми ямами 3.1 Двухцветный лазер на межзонных и внутризонных переходах в асимметричных квантовых ямах.3.2 Описание гетероструктур, изучавшихся экспериментально, и исследование процесса заполнения возбужденных электронных состояний. Фотолюминесценция.Наблюдение сверхлюминесценции.3.3 Процесс заполнения возбужденных состояний и иденстр. тификация пиков в спектрах фотолюминесценции.3.4 Измерение времени жизни носителей в гетероструктурах 109 с асимметричными квантовыми ямами.ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 122 ВВЕДЕНИЕ Диссертация посвящена экспериментальному исследованию оптических свойств низкоразмерных полупроводниковых гетероструктур на основе арсенида галлия. Структуры на основе GaAs вызывают значительный интерес в связи с возможностями создания новых или расширения параметров уже имеющихся полупроводниковых приборов. В первую очередь это источники стимулированного излучения среднего ИК диапазона, например, каскадные и фонтанные лазеры, приемники на квантовых точках.Вместе с тем, несмотря на значительную исследовательскую активность в этой области, целый ряд вопросов как фундаментального, так и прикладного характера пока остается малоизученным. В частности, слабо изучены люминесцентные свойства сложных соединений на основе А3В5, в том числе гетероструктур с квантовыми ямами, низкоразмерных структур со сложным профилем энергетических зон, электронные состояния в спонтанно формирующихся квантовых точках.Для изучения зонной структуры полупроводниковых соединений исключительно информативными являются такие оптические методы исследований, как анализ спектров фотолюминесценции, спектроскопии фототока, поглощения, пропускания и отражения.Они позволяют получать информацию о строении энергетических зон и распределении носителей в полупроводниках и полупроводниковых структурах, не разрушая их, а так же определять качество структур по отношению к межзонной излучательной рекомбинации хорошо изученного арсенида галлия. В данной работе методом фотолюминесцентного анализа исследовались структуры, содержащие слои GaAsN для выявления зависимости ширины запрещенной зоны в них от количества внедренного азота. Методом фотолюминесцентной спектроскопии при высокой плотности мощности возбуждения исследовались структуры с квантовыми точками InAs в GaAs для определения размеров точек.При диагностике оптическими методами низкоразмерных гетероструктур, предназначенных для использования в светоизлучающих приборах, возникает необходимость определения таких характеристик, как функция распределения неравновесных носителей заряда по уровням и подзонам, перераспределение носителей между подзонами, возникающее при мощном воздействии светом или электрическим полем. Процессы разогрева носителей в настоящей диссертационной работе изучались в гетероструктурах InGaAs/GaAs и AlGaAs/GaAs с квантовыми ямами, перспективных с точки зрения создания источников стимулированного излучения в ближнем и среднем ИК диапазонах. Для исследования особенностей распределения носителей при разогреве электрическим полем и возникающего при этом процесса пространственного переноса в настоящей диссертации был предложен и развит метод, основанный на изменении оптического пропускания вблизи края фундаментального поглощения в вырожденных полупроводниковых гетероструктурах.Спектры фотолюминесценции, полученные при большой мощности оптического возбуждения, когда межзонная рекомбинация не ограничивается только основным переходом, а осуществляется и с возбужденных состояний размерного квантования, могут содержать информацию не только об энергетических уровнях, но и о распределении носителей по этим уровням. Исследования процессов заполнения носителями возбужденных уровней и достижения инвертированных распределений проводились для структур с квантовыми ямами InGaAs/AlGaAs со сложным профилем потенциалов зоны проводимости и валентной зон. Сопоставление наблюдаемых особенностей в спектрах фотолюминесценции с теоретическим значениями энергий и вероятностей оптических переходов, а так же измерение времен жизни носителей в возбужденных состояниях, позволяют делать выводы о возможности инверсии между уровнями размерного квантования в асимметричных квантовых ямах сложной формы.Актуальность темы Исследования, результаты которых представлены в диссертационной работе, относятся к активно развивающемуся в настоящее время направлению - физике низкоразмерных полупроводниковых гетероструктур. Особое место в проведенных исследованиях занимают вопросы, связанные с люминесцентными свойствами низкоразмерных структур, в частности, с теми, которые могут быть использованы для создания источников когерентного излучения ближнего и среднего ИК диапазонов на основе межзонных либо внутриподзонных переходов. Особенности низкоразмерных гетероструктур позволяют существенно расширить частотный диапазон светоизлучающих приборов, улучшить их технические характеристики (повысить рабочую температуру, увеличить мощность, снизить затраты на изготовление и т.д.), что является важным с точки зрения их практического применения.Для некоторых лазерных механизмов в структурах, исследуемых в данной работе, необходимым условием является перенос носителей между различными областями гетероструктры. Поэтому, актуальным оказывается развитие методов, позволяющих изучать процессы пространственного переноса.Для исследования инвертированных распределений носителей и условий возникновения стимулированного излучения в структурах с квантовыми ямами, кроме того, требуется диагностика неравновесной функции распределения. Методы, применяемые для исследования неравновесных носителей заряда в объемных полупроводниках, были модифицированы и применены к гетероструктурам с квантовыми ямами.Цели работы 1. Диагностика методом фотолюминесцентной спектроскопии низкоразмерных гетероструктур на основе соединений А3В5, предназначенных для светоизлучающих и фотоприемных устройств ближнего и среднего ИК диапазонов.2. Развитие оптических методов спектроскопии неравновесных распределений носителей заряда в гетероструктурах с квантовыми ямами.3. Фотолюминесцентная диагностика низкоразмерных структур, предназначенных для униполярных лазеров среднего ИК диапазона.Научная новизна работы 1. Оптическими методами исследованы электронные состояния и межзонные излучательные переходы в ряде низкоразмерных гетероструктур на основе арсенида галлия, которые могут быть использованы в качестве источников или приемников излучения, работающих в широкой области ближнего и среднего ИК диапазонов, где ранее полупроводниковые структуры не применялись, либо их использование было по тем или иным причинам ограничено.2. Предложен новый метод модуляционной спектроскопии в гетероструктурах с током носителей в сильных латеральных электрических полях.3. Методом фотолюминесцентной спектроскопии в поле интенсивной оптической накачки изучено заполнение возбужденных электронных состояний в гетероструктурах со сложным профилем потенциалов зоны проводимости и валентной зоны.Научная и практическая ценность работы заключаются как в развитии новых методов спектроскопии гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками, так и в детальном исследовании отдельных низкоразмерных гетероструктур, которые могут быть использованы для излучения, либо для детектирования света в ближнем и среднем ИК диапазонах.Основные положения, выносимые на защиту 1. Метод модуляционной спектроскопии поглощения позволяет определять функцию распределения горячих носителей заряда по энергии в вырожденных гетероструктурах InGaAs/GaAs с квантовыми ямами. Этот же метод позволяет диагностировать перенос носителей заряда между квантовыми ямами и барьерными слоями.2. Методом фотолюминесцентной спектроскопии возможна диагностика энергии высших электронных уровней в структурах, предназначенньгх для униполярных лазеров среднего ИК диапазона и заполнения этих уровней носителями при мощном оптическом возбуждении.3. Анализ интенсивности фотолюминесценции эпитаксиальных слоев GaAs и InGaAs позволяет делать выводы об повышении их структурного и оптического качества при росте на пористых податливых податливых подложках GaAs. Использование пористых подложек GaAs позволяет получить напряженные слои InGaAs с толщинами, превышающими соответствующее критическое значение для эпитаксии на обычных монокристаллических подложках.4. По спектрам фотолюминесценции тонких (до 1 мкм) пленок GaAsi.xNx может быть установлена ширина запрещенной зоны тройного соединения, что позволяет определять количество азота в тройном соединении для малых значений х, превышающих 10" .Апробация результатов работы Основные результаты диссертации докладывались на III-V Российских конференциях по физике полупроводников (Москва, 1997; Новосибирск, 1999; Н.Новгород, 2001), 510 Международных симпозиумах "Наноструктуры: физика и технологии" (Репино, 19972002), 24 Международной конференции по физике полупроводников (Иерусалим, Израиль, 1998), 10 Международной конференции по динамике неравновесных носителей в полупроводниках (Берлин, Германия, 1997), 10 Международном симпозиуме по сверхбыстрым явлениям в полупроводниках (Вильнюс, Литва, 1998), 3 Международной конференции но физике низкоразмерных структур (Черноголовка, 2001), Международной конференции по сверхрешеткам, наноструктурам и наноприборам (Тулуза, Франция, 2002), 2 Международной конференции "Передовые оптические материалы и приборы" (Вильнюс, Литва, 2000), 8 Европейском совещании по металлорганической газофазной эпитаксии и связанным технологиям роста (Прага, Чехия, 1999), Совещании "Нанофотоника" (Н.Новгород, 1999, 2000, 2001, 2002), а так же на семинарах ИФМ РАН и НЦЗМ ИНГУ. Публикации По теме диссертации опубликовано 37 печатных работ [А1-А37], в том числе 11 статей в научных журналах и 26 публикаций в сборниках тезисов докладов и трудов конференций.Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 134 страницы, включая 120 страниц основного текста, 65 рисунков, размещенных на 46 страницах, и список литературы, который содержит 96 наименований и размещен на 13 страницах.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во Введении обоснована актуальность темы исследований, показана ее научная новизна и практическая значимость, сформулированы цели работы, представлены сведения о структуре и содержании работы, а также приведены положения, выносимые на защиту.