Взаимодействие экситонов с оптическими фононами и шероховатостями границ раздела в квантовых ямах и нанопроволоках ZnCdSe/ZnSe

• Автор: Кайбышев, Вадим Халитович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Глава 1. Экситонные и фононные состояния кристаллов гпве и 2пС(18е. Их проявление в оптических спектрах. Обзор литературы

1.1 Фотонный спектр кристаллов 2п8е и 2пСб8е.

1.1.1 Спектр решеточных колебаний кристалла 2п8е

1.1.2 Спектр длинноволновых оптических колебаний в тройном твердом растворе

1.1.3 Влияние однородной деформации на спектр длинноволновых оптических колебаний

1.2 Общая характеристика зонной структуры кристаллов 2п8е, СсІБе и 2пСс18е

1.2.1 Электронная зонная структура кристаллов 2пБе и 2пСс18е

1.2.2 Влияние размерного квантования на зонную структуру

1.2.3 Влияние однородной деформации на электронную зонную структуру

1.3 Оптические спектры квантовых ям 2пСб8е/2п8е

1.3.1 Особенности взаимодействие экситонов с электромагнитным полем в квантовых ямах
1.3.2 Проявление экситонных состояний в оптических спектрах структур 2пСс18е/2п8е
1.3.3 Резонансные экситон-фононные линии в спектрах излучения квантовых ям 2пСс18е/2п8е
1.3.4 Дефекты квантовых ям и их проявление в оптических спектрах.
Глава 2. Характеристика исследованных структур и описание экспериментов
Глава 3. Низкотемпературные экситон-фононные спектры в открытых нанопроволоках и квантовой яме 2пС(18е/2и8е
3.1 Спектры возбуждения экситонного излучения и зависимость спектров
вторичного свечения от энергии возбуждения
3.2 Зависимость интенсивности резонансных экситон-фононных линий от энергии возбуждения
3.3 Вычисление энергий оптических фононов квантовой ямы Zno.87Cdo.13Se/ZnSe при низкой температуре
3.4 Механизмы формирования резонансных экситон-фононных линий
3.5 Заключение.
Глава 4. Рамановское рассеяние в структурах 2пСй8е/2п8е с квантовой ямой и открытыми нанопроволоками при комнатной температуре
4.1 Спектры рамановского рассеяния полученные при комнатной температуре с использованием различных линий лазерного возбуждения.

4.2 Оценка энергий продольных оптических фононов в исследованных структурах
4.3 Обсуждение особенностей формирования линий рамановского рассеяния в структурах с квантовой ямой и открытыми нанопроволоками
4.4 Заключение
Глава 5. Анизотропия линейной поляризации вторичного свечения в открытых нанопроволоках и квантовых ямах 2пСй8е/2п8е
5.1 Линейная поляризация спектров люминесценции открытых нанопроволок 2пСй8е/2п8е
5.2 Анизотропия спектров рамановского рассеяния в открытых нанопроволоках 2пСй5е/2п8е
5.3 Анизотропия оптических спектров квантовых ям 2пСб8е/2п8е
5.4 Природа анизотропии спектров люминесценции квантовых ям (анизотропия излучения локализованных экситонов)
5.5 Анизотропия рассеяния экситонов на шероховатостях в квантовых ямах и нанопроволоках
5.6 Заключение
Основные результаты и выводы
Список литературы. 13

Полупроводниковые структуры с пониженной размерностью, такие как квантовые ямы, квантовые проволоки и квантовые точки являются в настоящее время одним из основных объектов исследований в физике полупроводников. Практическое использование таких структур, с одной стороны, выдвигает задачу всестороннего изучения общих закономерностей протекающих в них процессов, а, с другой стороны, ставит задачу развития методов характеризации создаваемых структур. Решать указанные задачи, в числе прочих, позволяют методы оптической спектроскопии. Одним из эффективных методов оптической спектроскопии является исследование спектров вторичного свечения, возникающих при резонансном возбуждении. Такие исследования дают возможность получать информацию о структуре электронной и решеточной подсистем, о механизмах взаимодействия этих подсистем между собой, а также о механизмах взаимодействия подсистем с внешним электромагнитным полем.
При монохроматическом лазерном возбуждении в области экситонных резонансов наблюдаемые спектры вторичного свечения возникают в результате взаимодействия возбуждаемых экситонов с решеточными колебаниями. В квантово-размерных структурах участие в формировании наблюдаемых спектров могут принимать как распространенные, так и локализованные экситонные состояния, как фононные моды барьера, так и фононные моды ямы. Возможность одновременного участия перечисленных состояний и мод в процессах формирующих вторичное свечение является, по-видимому, причиной имеющейся в литературе неоднозначной интерпретации наблюдаемых спектров. Кроме того, неоднозначность интерпретации связана и с возможностью формирования экситон-фононных линий в наблюдаемых спектрах вторичного свечения через механизмы рамановского рассеянии или механизмы горячей люминесценции. В этой связи возникает необходимость выполнения исследований, в которых бы выбор условий экспериментов и

3. Низкотемпературные экситон-фононные спектры в открытых нанопроволоках и квантовой яме 2пС(18е/7п8е.
3.1 Спектры возбуждения экснтонного излучения и зависимость спектров вторичного излучения от энергии возбуждения.
В левой части рис.18 представлены полосы фотолюминесценции (РЬ) квантовой ямы (штриховая кривая) и нанопроволок (сплошная кривая), полученные при возбуждении (Есх=2.83 еУ) в области поглощения барьера ЕпБе. Для энергии детектирования, указанной на рисунке стрелкой Е<н (2.650 еУ), представлены спектры возбуждения вторичного свечения нанопроволок (спектр ЫУ) и квантовой ямы (С)У).
Сравнение особенностей полученных спектров возбуждения с энергиями экситонных переходов в подобных напряженных 2пСс18е/2п8е структурах [41], позволяет отождествить самые интенсивные полосы в спектре возбуждения в области -2.67 еУ с основным экситонным состоянием, образованным с участием тяжелой дырки (в дальнейшем будем обозначать это состояние как Еш), а менее интенсивные полосы в области -2.72 еУ с легким экситоном (Ей). Энергетическое положение максимумов экситонных полос в спектрах возбуждения люминесценции обычно используется для оценки энергии соответствующих экситонных резонансов. Из рис. 18 видно, что основное экситонное состояние в структуре с нанопроволоками (2.667 еУ) сдвинуто приблизительно на 4 теУ в низкоэнергетическую сторону по сравнению с его положением в структуре с квантовой ямой. Такой красный сдвиг является результатом частичной релаксации напряжения в структуре за счет наличия свободных боковых стенок 2пСс18е в открытых нанопроволоках [51]. Отсутствие голубого сдвига указывает на несущественное влияние одномерного квантования на положение экситонных уровней в структуре с нанопроволоками, и именно поэтому для исследованных структур мы используем термин нанопроволоки, а не квантовые проволоки.