Оптические исследования полупроводниковых структур на основе нитридов металлов III группы и разработка количественных методик их диагностики

• Автор: Давыдов, Валерий Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 352 с. : ил.

Оглавление

Введение

Глава 1. Спектроскопия КР гексагональных GaN и A1N

1.1 Введение

1.2 Особенности измерения частот оптических фононов в спектрах КР

1-го порядка гексагональных GaN и A1N

1.2.1 Фононные моды гексагональных GaN и A1N в Г-точке зоны

Бриллюэна

1.2.2 Спектры КР 1-го порядка GaN

1.2.3 Спектры КР 1-го порядка AIN

1.2.4 Анизотропия эффективного заряда Борна в гексагональных
GaN и A1N
1.3 Влияние деформаций на оптические фононы в слоях GaN
1.4 Рассеяние света плазмон-ЬО-фононными модами в гексагональном GaN
1.4.1 Анализ формы линий плазмон-фононных мод
1.4.2 Коэффициент Фауста-Генри
1.4.3 Экспериментальное исследование плазмон-ЬО-фононных мод в
и-GaN
1.5 Заключение
Глава 2. Дисперсионные кривые и функции плотности состояний
фононов гексагональных GaN и A1N
2.1 Введение
2.2 Образцы, используемые в экспериментах, и процедура измерений
2.3 Модель динамики кристаллической решетки
2.4 Теоретико-групповой анализ симметрии фононов в GaN и A1N
2.5 Спектры КР 2-го порядка гексагональных GaN и A1N
2.6 Анализ полученных результатов
2.7 Заключение
Глава 3. Оптические фононы в твердых растворах AlGaN
3.1 Введение
3.2 Образцы, используемые в экспериментах, и процедура измерений

3.3 Исследования спектров КР 1-го порядка твердых растворов AlxGai_xN
во всем диапазоне составов от GaN до A1N
3.3.1 Фононы в вюрцитной структуре
3.3.2 Фононные моды симметрии А(LO) и ^(LO)
3.3.3 Фононные моды симметрии £2(high) и Е(ТО)
3.3.4 Фононная мода симметрии/1і(ТО)
3.3.5 Фононная мода симметрии K2(l°w)
3.3.6 Послесловие
3.4 Сравнительный анализ спектров КР 1-го и 2-го порядков AlxGa^N
во всем диапазоне составов и мода 25i(high)
3.4.1 Спектры КР 2-го порядка
3.4.2 Фононная мода симметрии В(high)
3.5 Зависимость уширения фононных линий в спектрах 1-го порядка
AlxGai.xN от состава твердого раствора
3.5.1 Теоретическое рассмотрение уширения фононных линий
AlxGai.xN, обусловленного флуктуациями состава
3.5.2 Одноузельное рассеяние фононов
3.5.3 Вероятность флуктуаций ниже порога протекания
3.5.4 Область высоких концентраций
3.5.5 Анализ экспериментальных данных в рамках развитой теории
3.6 Заключение
Глава 4. Оптические фононы в сверхрешетках GaN/AIN и GaN/AlGaN
4.1 Введение
4.2 Модель и схема расчетов колебательного спектра CP GaN/AIN
4.3 Результаты численного моделирования
4.3.1 Частоты колебаний
4.3.2 Формы колебаний
4.3.3 Угловая дисперсия
4.4 Модель диэлектрического континуума
4.5 Экспериментальные результаты
4.5.1 Сверхрешетки GaN/AIN
4.5.2 Сверхрешетки GaN/AlGaN

4.6 Обсуждение результатов
4.7 Количественные оценки деформации в слоях структуры, состава
твердого раствора, толщины индивидуальных слоев и периода СР СаП/АПЧ и СР ОаМ/АЮаИ
4.7.1 Оценка деформации
4.7.2 Оценка состава твердого раствора
4.7.3 Оценка толщины индивидуальных слоев СР
4.7.4 Оценка периода СР
4.8 Заключение
Глава 5. Колебательная спектроскопия гексагонального 1пК
5.1 Введение
5.2 Правила отбора для оптических мод в спектре КР гексагонального ГпТ4
5.3 Спектр КР 1-го порядка гексагонального ІпІЧ
5.4 Модель и результаты расчета дисперсионных кривых и функции
плотности состояний фононов гексагонального
5.5 Исследований динамики кристаллической решетки Мц-яегированного

5.6 Заключение
Глава 6. Электронные состояния гексагонального ІпІМ
6.1 Введение
6.2 Характеристики исследованых образцов
6.3 Межзонное поглощение 1пЛ
6.4 Основные характеристики межзонного поглощения ІііЛ
6.5 Фотолюминесценция в Ы5Г
6.6 Основные характеристики межзонной рекомбинации
6.7 Зависимость формы полосы межзонной рекомбинации от концентрации
носителей заряда
6.8 Температурная зависимость полосы люминесценции
6.9 Роль урбаховских хвостов состояний
6.10 Зависимости спектров люминесценции образцов ІпИ с низкой
концентрацией электронов от температуры и мощности возбуждения
6.11 Заключение

Величина изменения частоты фонона определяется в общем случае двумя постоянными фононного деформационного потенциала ал и Ьх. Причем эти постоянные различны для каждой фононной моды:
Шл=2 ахе„+Ьле= (1.5)
где М1Х- сдвиг частоты фононной моды.
Для того чтобы вычислить постоянные деформационного потенциала, необходимо еще одно выражение, которое может быть получено, например, исходя из объемного параметра Грюнайзена ул, характеризующего сдвиг частоты фонона при гидростатическом сжатии. Этот параметр также выражается через постоянные ал и Ьх и упругие постоянные (Су) гексагонального кристалла:
_ 2а х (С33 — С13) + Ьх (С„ + С12 — 2С13)

Пл (Си+сп + 2С-Ъ - 4С13)
В случае с СаИ удобным является тот факт, что для него довольно точно выполняется равенство С33+С1з=Сц+С12 [24]. Таким образом, выражение для ул может быть переписано в более простой форме:
2а, + Ь,
(1-6)
Значения объемного параметра Грюнайзена для ваК приводятся в работе [25]: уг,, = -0.36, УА1(Ю)- 1.61, УЕ](т0)~ 1-38 и у£,= 1.54. Авторы этой работы
использовали значение объемного модуля Во=245 ГПа для вычисления у х. Однако, как указывалось выше, для анализа результатов полученных на исследованых нами образцах, более обоснованной является величина Во=210 ГПа, приводимая в работе [24]. Поэтому мы ввели поправки к параметрам Грюнайзена, полученным в работе [25]. В наших расчетах мы использовали следующие объемные параметры Грюнайзена: УЕ/~0.31, уА](го;=1.38, УЕ](Т0)=1.18 и У_ , =1.32.
Для величин частот фононов, соответствующих недеформированному
кристаллу (>аМ, были использованы следующие значения: УЗ , =144.0 см' ,

£2а,(10)= 531.8 см'1, У2Е1(ТО)-558.8 см'1 и У3 2 =567.6 см'1. Эти частоты наблюдались