Экситонная фотолюминесценция арсенида галлия высокой степени чистоты

• Автор: Полетаев, Николай Константинович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 147 с. : ил.

с т р
ГЛАВА 1 Основные электронные и оптические свойства ОаАз.
1 . 1 Общие сведения. 1
1 . 2 Характеристики материала. 1
1 . 3 Экситонная фотолюминесценция ваЛя. 1
1 . 4 Соотношение интенсивностей экситонных линий. 2
1 . 5 Затухание фотолюминесценции во времени. 2
1 . 6 Постановка задачи. 3
ГЛАВА 2 Техника эксперимента.
2 . 1 Характеристика исследовавшихся образцов. 4
2 . 2 Установка для эпитаксиального роста ваАв. 4
2 . 3 Насыщение источника галлия мышьяком. 4
2 . 4 Газофазная эпитаксия арсенида галлия. 4
2 . 5 Общее описание установки для оптических измерений. 4
2 . 6 Оптическая схема установки. 4
2 . 7 Криогенная техника. 5 О
2 . 8 Схемы регистрации. 5
2 . 9 Методы обработки экспериментальных данных. 5
ГЛАВА 3 Использование стационарных спектров экситонной фотолюминесценции для диагностики эпитаксиальных слоев п-ваАз.
3 . 1 Экситонные спектры компенсированного ваАя. 5
3 . 2 Определение концентрации мелкой примеси и подвижности 5
основных носителей по соотношению спектральных линий экситонной фотолюминесценции п-ваАз.
З . 3 Использование поляритонной люминесценции для 6
характеристики качества п-СаАэ.

З . 4 Использование полуширины линии И°х для оценки качества 7 4 эпитаксиальных слоев п-СаАэ.
3 . 5 Выводы 8 О
Глава IV Заселение центров захвата дырок в п-ОаАэ.
4 . 1 Введение. 8
4 . 2 Захват носителей на ловушки. Эксперимент. 8
4 . 3 Захват носителей на ловушки. Обсуждение. 9
4 . 4 Выводы. 10
ГЛАВА V Освобождения дырок с центров захвата.
5 . 1 Закон затухания фотолюминесценции на больших временах 1 0
5 . 2 Влияние температуры, одноосного давления и магнитного 1 1
поля на затухания фотолюминесценции.
5 . 3 Распад центров захвата в результате многочастичных 1 1
процессов.
5 . 4 Вероятность освобождения дырки в результате Оже
рекомбинации.
5 . 5 Кинетика затухания спектральных линий Э°х и Э°Ь. 1 1
5 . 6 Влияние центров захвата дырок на стационарные спектры п- 12 4 ОаАэ.
5 . 7 Центры захвата дырок и собственные дефекты. 1 2
5 . 8 Выводы: 1 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1 3
ЛИТЕРАТУРА 1 3

Широкое применение полупроводниковых материалов в быстро развивающихся сегодня областях электронной техники выдвигает задачи всестороннего изучения общих физических закономерностей и явлений в полупроводниковых кристаллах, а также свойств конкретных полупроводниковых соединений. Бурное развитие физики полупроводников привело к появлению обширного спектра задач, связанных с совершенствованием методов получения и исследования полупроводниковых материалов. В частности, актуальной является задача получения чистых эпитаксиальных слоев, которая представляет как научный, так и практический интерес. Чистые эпитаксиальные слои используются при изготовлении широкого класса полупроводниковых приборов, что обуславливает важность изучения их физических свойств. Развитие технологии полупроводников и получение материалов, обладающих новыми свойствами, требует создания новых методик определения параметров полупроводников и совершенствования методов диагностики их качества, т.к. традиционными методами не всегда возможно достаточно полно характеризовать новые полупроводниковые материалы.
Одним из методов позволяющих получить разнообразную информацию о процессах и явлениях, происходящих в полупроводниковых кристаллах, является изучение спектров фотолюминесценции материалов и временных характеристик затухания люминесценции. Действительно, фотолюминесцентные свойства полупроводников определяются, как энергетической структурой кристалла, так и кинетикой фотовозбужденных носителей. При низкой температуре рожденные межзонным оптическим возбуждением (Ьу >Е„) электроны (е) и дырки (Ь) релаксируют по энергии и заселяют энергетические уровни вблизи границы запрещенной зоны. Из этих состояний они могут рекомбинировать, испуская квант света с энергией, близкой к Её. Такие процессы излучательной рекомбинации и определяют

Интенсивность возбуждающего света регулировалась с помощью калиброванных светофильтров, которые позволяли ослаблять мощность излучения источника в диапазоне 103 раз. Таким образом, используя источники с различной выходной мощностью возможно было менять интенсивность возбуждения в пределах пяти порядков. Кратковременные флуктуации интенсивности возникающие из-за случайных факторов и нестабильности лазера контролировались с помощью измерения тока фотодиода освещенного бликом от плоскопараллельной пластинки, установленной после светофильтров. Измеренное значение использовалось для нормировки интенсивности регистрируемого сигнала в каждой точке спектра.
Канал регистрации состоял из двухлинзовой фокусирующей системы, позволявшей получить изображение образца на входной щели монохроматора и имеющей промежуточный фокус, в котором располагалось откидное зеркало. Такая система позволяла с помощью микроскопа контролировать точку возбуждения на образце и выбирать оптимальные условия юстировки системы.
2.7 Криогенная техника.
Для проведения низкотемпературных оптических измерений использовалось два типа криостатов. Первый представлял собой две стеклянные колбы с откачанным внутренним объемом помещенные одна в другую. Внешняя колба заполнялась жидким азотом, во внутреннюю колбу помещались образцы и сливался жидкий гелий. Таким образом исследуемые кристаллы находились в тепловом контакте с жидким гелием, имеющим температуру Т=4,2 К. Такая конструкция позволяет понизить температуру до Т=2К (т.е. добиться перехода жидкого гелия в состояние с температурой ниже 7,-точки Т>,=2,2 К), откачивая пары гелия.
Вторым типом криостата являлся металлический криостат “УТРЕКС”. Охлаждение образца осуществлялось парами гелия,