WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |
  1. Результаты комплексного исследования влияния поперечного электрического поля на ФЛ квантовых ям показывают возможность сильного влияния внутреннего электрического поля относительно малой величины (~ 103 В/см) на параметры интенсивности спектров ФЛ наноструктур вследствие полевой зависимости процессов захвата фотогенерированных носителей на локализованные состояния этих структур.
  2. Предложенная полупроводниковая структура, включающая два близко расположенных -слоя n-типа, сформированных в слое GaAs и внедренную симметрично между ними InGaAs квантовую яму позволяет регистрировать и исследовать интенсивные многокомпонентные спектры ФЛ, связанные с системой 2D-электронных подзон в -легированных слоях n-типа, благодаря формирующемуся в КЯ двумерному дырочному слою, обеспечивающему условия прямых (в квазиимпульсном пространстве) оптических переходов.

Результаты исследования ФЛ этой структуры при помощи СКМ показывают возможность изменять в широких пределах интенсивность ФЛ, связанной с 2D-электронным газом -слоев, влияя на параметры флуктуационного потенциала в области КЯ и изменяя таким образом степень латеральной локализации дырок на неоднородностях флуктуационного потенциала.

Положение о локализации дырок в минимумах потенциального рельефа флуктуационного потенциала вблизи - слоев позволяет объяснить с единой точки зрения ряд зафиксированных особенностей экспериментально наблюдаемой картины изменения ФЛ исследованной системы – слоев, а также многие результаты исследования ФЛ в – слоях, представленные в литературе и демонстрирующие существенное различие спектров ФЛ n-i-p-i, n-i-n-i структур и одиночных – слоев.

6. Совокупность полученных в процессе применения спектрально-корреляционного метода научных и практических результатов, проведенный анализ его характеристик и возможностей позволяют считать предложенный метод исследования представляющим интерес. Этот метод может быть положен в основу нового направления исследования полупроводниковых наноструктур с использованием латерально – неоднородных слоев.

Аппробация результатов работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и опубликованы в трудах следующих конференций: Всероссийская научно-техническая конференция «Микро и наноэлектроника» (г. Звенигород 2001г.); Международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (г. Ульяновск, 2002г.); Международные конференции «Микро- и наноэлектроника –2003» (г. Звенигород, 2003г.) и «Микро- и наноэлектроника – 2005» (г. Звенигород, 2005г.); «VII Российская конференция по физике полупроводников» (г. Звенигород, 2005г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе 11 статей в научных журналах, 8 публикаций в сборниках тезисов докладов и трудов конференций, 2 изобретения, в том числе 1 патент.

Личный вклад автора состоит в предложении и разработке идеи исследования свойств квантово-размерных структур с прецизионным изменением их важнейших параметров, нахождении способа ее практической реализации в рамках спектрально-корреляционного метода исследования слоевых полупроводниковых структур, в формировании комплекса экспериментов, направленных на выявление возможностей метода, его методологических особенностей, области эффективного применения и на обоснование его эффективности, а также в проведении этих экспериментов. Эта работа включала в себя разработку конфигурации слоевой структуры каждого исследованного новым методом образца, исследование экспериментальных образцов методом ФЛ спектроскопии, обработку данных этих экспериментов и интерпретацию полученных результатов, а также участие совместно с соавторами в обсуждении и анализе результатов и подготовке статей и докладов. Лично автором был предложен и реализован в созданной конструкции криостата новый принцип построения азотных криогенных систем для исследования полупроводниковых пластин. В диссертацию вошли работы, связанные с проведением расчетов параметров оптических переходов в исследованных квантово-размерных структурах, выполненные с участием соавторов. В этих работах личный вклад автора заключается в участии в постановке задачи, в проведении расчетов для конкретных конфигураций и параметров наноструктур с использованием вычислительных программ, анализе результатов расчета, участии в обсуждении и изложении результатов. Технологические аспекты работы и вопросы создания экспериментальных структур обсуждались и выполнялись совместно с соавторами.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 181 страницу, включая 131 страницу основного текста, 38 рисунков, список литературы, который содержит 97 наименований, размещен на 12 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, поставлены цели работы и дана ее общая характеристика, включая научную новизну и практическая значимость полученных результатов работы, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1 имеет обзорно-аналитический характер. В ней даны сведения о методе фотолюминесцентной спектроскопии, используемом в работе в качестве основного инструмента исследования, рассмотрены возможности применения ФЛ спектроскопии в задачах экспериментального исследования полупроводниковых структур.

В главе 2 рассмотрены общие вопросы построения разработанного спектрально-корреляционного метода исследования квантово-размерных структур и вопросы реализации его с применением фотолюминесцентной спектроскопии. Глава состоит из четырех частей.

В разделе 2,1 изложена идея метода и сформулированы основные положения, определяющие порядок осуществления эксперимента на его основе, рассмотрены принципы формирования необходимых для его реализации экспериментальных латерально-неоднородных полупроводниковых структур.

Идея разработанного спектрально - корреляционного метода исследования наноструктур основывается на возможности контролируемой вариации параметров наноструктур в пределах специально создаваемых латерально-неоднородных эпитаксиальных слоев. В этом случае аналогом серии однородных образцов с меняющимся параметром (например, толщина слоя, его состав и т.д.), является один образец с встроенной планарной неоднородностью этого параметра. Метод предполагает исследование многослойных полупроводниковых структур, включающих в себя сочетания планарно – однородных и скоррелированных планарно – неоднородных слоев. При этом структура должна содержать вместе с исследуемой латерально-неоднородной структурой также вспомогательную латерально-неоднородную структуру, несущую информацию о параметрах встроенной неоднородности. Для экспериментального анализа таких структур предполагается использовать спектроскопические методы исследования с достаточно хорошим пространственным разрешением, позволяющие одновременно с особенностями спектров, относящихся к локальной области исследуемой структуры, наблюдать особенности, связанные с вспомогательной структурой и характеризующие значение варьируемого параметра в каждой исследуемой локально области неоднородного образца.

Таким образом, в рамках одного эксперимента при локальном (в разных точках поверхности) исследовании образца можно получить информацию как об исследуемой, так и о вспомогательной структурах, оценить их взаимную зависимость и, таким образом, проанализировать особенности исследуемого явления при изменяющихся параметрах структуры.

В этом разделе в общем виде рассмотрены схемы проведения эксперимента в случаях однопараметрического и двухпараметрического характера неоднородности экспериментального образца, а также обсуждается возможность различных вариантов реализации метода в рамках сформулированных общих принципов его построения. Рассмотрены важнейшие позитивные стороны реализуемого подхода.

В разделе 2.2 рассмотрены технологические аспекты реализации СКМ на базе одной из наиболее прецизионных современных технологий – молекулярно-лучевой эпитаксии. Рассмотрены возможности контролируемого создания при помощи МЛЭ латерально-неоднородных эпитаксиальных слоев путем остановки вращения подложки во время роста слоя. На основе анализа литературных данных обоснована возможность получения таких слоев в системе AlGaAs-GaAs-InGaAs при одновременном обеспечении их высокого кристаллического совершенства.

В разделе 2.3 дана краткая характеристика возможностей ФЛ спектроскопии с точки зрения ее эффективного применения в составе СКМ. Рассмотрены вопросы оценки параметров латеральной неоднородности экспериментальных образцов в процессе применения СКМ по результатам ФЛ анализа квантовых ям, как составляющих элементов вспомогательных структур, а также вопросы выбора значений исходных величин для расчета оптических переходов в исследуемых и вспомогательных структурах на основе численного решения уравнения Шредингера.

Раздел 2.4 посвящен аппаратурным аспектам излагаемой работы. В нем дано краткое описание установки ФЛ анализа, и условий экспериментов – возбуждение ФЛ светом с длиной волны 488 нм и плотностью мощности до 200 Вт/см2 с локальностью ~50 мкм при температуре 77К. Описана предложенная оригинальная конструкция азотного оптического криостата для исследования полупроводниковых пластин, созданного на основе охлаждения и защиты поверхности исследуемого образца динамической атмосферой испаряющегося азота и ориентированного на работу с учетом особенностей СКМ.

В главе 3 с применением СКМ были исследованы изолированные КЯ в составе двух экспериментальных образцов (образцы А и В), реализующих различные в методологическом отношении условия применения СКМ.

На образце А реализованы наиболее сложные для результативности эксперимента условия применения метода, он представлял собой структуру, содержащую две КЯ AlGaAs-GaAs и две КЯ GaAs-InGaAs разной ширины, выполненную на подложке диаметром 76 мм и имеющую латеральную неоднородность во всех эпитаксиальных слоях кроме буферного. В результате исследования образца А оценены диапазоны изменения параметров эпитаксиальных слоев в пределах созданной их латеральной неоднородности, отмечено достаточно высокое качество этих слоев во всем диапазоне неоднородности, что обеспечивает возможность применения СКМ с использованием ФЛ.

На рис. 1 показаны некоторые из зависимостей, полученных на образце А в условиях прецизионного изменения значений ширины двух КЯ AlGaAs-GaAs при постоянном отношении этих значений. Кривая 1 отражает взаимную зависимость энергетических положений линий ФЛ узкой (ЕN) и широкой (ЕW) КЯ, а кривая 2 – зависимость интенсивности (IN) ФЛ узкой КЯ от значения (ЕW). Значения параметра ЕW могут быть преобразованы в значения ширины КЯ, поэтому ЕW рассматривался как обобщенный параметр толщины слоев. В рассматриваемом случае параметрами исследуемой структуры можно считать параметры ЕN и IN, а параметром вспомогательной структуры – параметр ЕW.

Полученные зависимости демонстрируют статистически представительную совокупность экспериментальных данных, которая дает возможность детального их анализа, в том числе проводя оценку параметров исследуемой структуры на основе теоретической модели рассматриваемых процессов. Проведение подобного анализа на ограниченной серии латерально-однородных образцов, как правило, затруднительно. Соответствие экспериментальной зависимости ЕN(ЕW) расчетной кривой 3 объяснено в рамках модели экситонных переходов в условиях мелкомасштабного рельефа нерезких гетерограниц рассматриваемых КЯ.

Эти представления позволили сделать вывод о влиянии рельефа гетерограниц на интенсивность ФЛ узкой КЯ, обнаруживающей спад при уменьшении ширины КЯ (зависимость 2, рис. 1). Параметры, определяемые пересечением прямой, экстраполирующей спад интенсивности, с осью абсцисс и характеризующие «особую точку» этой зависимости, были рассмотрены как исходные данные для оценки значения отношения разрывов энергетических зон на гетерогранице AlGaAs-GaAs на основе используемой теоретической модели. Получено значение параметра Ec/Eg 0.6 (Eс – разрыв зоны проводимости, Eп – разрыв запрещенной зоны) соответствует общепринятому его значению [1,2] и подтверждает правильность изложенных представлений.

Рассмотрены аналогичные зависимости для интенсивности ФЛ КЯ GaAs-InGaAs, которые показали возможность анализа процессов перераспределения фотогенерированных носителей с исследуемой структуре при изменении ее параметров.

Оптимально с точки зрения применения СКМ построена слоевая структура образца В. Созданная латеральная неоднородность этого образца изменяет только толщину слоев GaAs, образующих систему двух изолированных КЯ AlGaAs-GaAs разной ширины. Эта система КЯ служила как самостоятельный объект исследования, а также являлась вспомогательной структурой при исследовании другой системы КЯ - двух туннельно-связанных квантовых ям (ТСКЯ) GaAs-InGaAs разной ширины, которая, также была создана на образце В. Экспериментальная картина ФЛ КЯ этого образца, полученная для малых (единицы монослоев) значений ширины узкой КЯ, подтверждает и детализирует полученную выше картину ФЛ изолированных КЯ.

Аналогичная приведенной выше зависимость типа ЕN(ЕW), показанная на рис. 2, хорошо соответствует модели более резких, чем на образце А, гетерограниц, изменяющихся в пределах двух монослоев, при характерным латеральном размере ступенек, большим, чем размер экситона.

В этом случае фиксируемое ФЛ излучение связано, главным образом, с наиболее широкими областями КЯ [3]. При теоретическом анализе экспериментальных данных этот эффект учтен путем построения расчетных кривых 2-4 для технологически заданного отношения средних значений ширины узкой wN и широкой wW КЯ с учетом разного локального уширения узкой КЯ относительно wN : 2 - уширение на 2m (m-размер монослоя), 3 – уширение на m, 4 – нет уширения. При этом широкая КЯ считалась уширенной на 2m (точки на этих кривых соответствуют изменению ширины узкой КЯ на 1 монослой).

При изменении wN до значений меньших 3m экспериментальные точки отклоняются от кривой 4 в сторону кривой 3 и далее к кривой 2. Такие особенности мы связываем с коррелирующим влиянием нижней гетерограницы на начальной стадии роста слоя GaAs узкой КЯ, которое при увеличении толщины GaAs (wN > 3m,) становится менее существенным, что проявляется в появлении в узкой КЯ областей, уширенных на 2m.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»