Влияние электрического поля на фотоэлектрические спектры квантово-размерных гетеронаноструктур GaAs/In(Ga)As, выращенных газофазной МОС-гидридной эпитаксией

• Автор: Горшков, Алексей Павлович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Список основных сокращений и обозначений

1. НЕКОТОРЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА КВАНТОВОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР 1п(Са)Ая/СаАя (обзор литературы)

1.1. Методы диагностики энергетического спектра ГНС

1.2. Квантово-размерный эффект Штарка в ГКЯ

1.3. Квантово-размерный эффект Штарка в ГКТ

1.4. Температурная зависимость фоточувствительности от КТ

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Модельные гетеронаноструктуры СаАя/1п(Са)А5 с КЯ и КТ

2.2. Фотоэлектрическая спектроскопия на барьерах ГНС с металлом и электролитом

2.3. Вольтамнерные и вольтфарадные характеристики барьеров

2.4. Особенности влияния электрического поля на спектры фоточувствительности ГНС

3. КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫЙ ЭФФЕКТ ШТАРКА В
ГЕТЕРОНАНОСТРУКТУРАХ С КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ
3.1. Квантово-размерный эффект Штарка в ГКЯ в системе полупроводник/электролит
3.2. Оптический модулятор на одной КЯ
3.3. Квантово-размерный эффект Штарка в ГКЯ при низких температурах
4. КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫЙ ЭФФЕКТ ШТАРКА И ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ В ГЕТЕРОНАНОСТРУКТУРАХ С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ
4.1. Квантово-размерный эффект Штарка на барьерах ГКТ с металлом и электролитом. Дипольный момент КТ
4.2. Влияние параметров тонкого двойного покровного слоя ваАя / ІщСаі.хАя
на дипольный момент КТ
4.3. Температурная зависимость фотоэлектрических спектров в ГКЯ и ГКТ СаАяЛп(Са)Ая
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность темы
Квантово-размерные полупроводниковые гетеронаноструктуры (ГНС) привлекают большое внимание исследователей благодаря своим уникальным физическим свойствам и широким возможностям технического применения в нано- и оптоэлектронике [1,2]. Особенно большой интерес вызывают ГНС на основе прямозонных полупроводников АЗВ5 с квантовыми ямами (КЯ) и квантовыми точками (КТ), в частности, ГНС на основе гетеропары 1п(Са)А5ЛЗаА8. Высокая эффективность излучательной рекомбинации в таких структурах позволяет значительно улучшить характеристики светоизлучающих приборов на их основе - светодиодов и лазеров.
Влияние электрического поля на энергетический спектр квантоворазмерных слоев, которое называют квантово-размерным эффектом Штарка (КЭШ), представляет значительный интерес в фундаментальном и прикладном отношении. Его исследование позволяет определить дипольный момент неравновесных электронно-дырочных пар, в частности связанных пар - экситонов, который чувствителен к распределению химического состава и поля упругих напряжений в этих слоях. С помощью КЭШ можно управлять спектром оптического поглощения и излучения ГНС. На этом эффекте основана работа быстродействующих электрооптических модуляторов, которые обычно представляют собой многоямную ГНС, встроенную в р-ьп диод.
Цель и основные задачи работы
Основной целью данной работы было изучение методами фотоэлектрической спектроскопии на барьерах полупроводник/металл и полупроводник/электролит влияния электрического поля на энергетический спектр экситонов в КЯ ЫСаАБ/СаАБ и КТ ТпАя/СаАя. Объектом исследования были ГНС, выращенные методом газофазной эпитаксии из

металлорганических соединений (МОС) при атмосферном давлении водорода - газа-носителя паров МОС (метод ГФЭ МОС АДВ).
В связи с тем, что ранее методы фотоэлектрической спектроскопии на этих барьерах не применялись для исследования КЭШ и структуры, выращенные методом ГФЭ МОС АДВ, не исследовались в этом отношении, определились следующие основные задачи исследования:
1. Разработка методики исследования влияния электрического поля на фотоэлектрические спектры КЯ и КТ In(Ga)As/GaAs в барьерах полупроводник/металл (барьер Шоттки) и полупроводник/электролит. Выбор этих барьерных структур был обусловлен относительной простотой их изготовления по сравнению с обычно применяемыми p-i-n диодными структурами. Кроме того, система полупроводник/электролит позволяет исследовать ГНС со сверхтонким покровным слоем и даже без него, что невозможно с другими барьерными структурами. Однако, в связи с тем, что система полупроводник/электролит обладает фотоэлектрохимической активностью, особое внимание было уделено выделению физических эффектов влияния электрического поля в этой системе от фотоэлектрохимических эффектов. Система полупроводник/электролит уникальна также в том отношении, что позволяет осуществлять электрохимическую модификацию поверхности ГНС и контролировать in situ влияние этой модификации на фотоэлектрические и фотолюминесцентные спектры ГНС.
2. Исследование квантово-размерного эффекта Штарка на экситонах в гетероструктурах с КЯ (ГКЯ) и КТ (ГКТ) In(Ga)As/GaAs, выращенных ГФЭ МОС АДВ, в частности влияния температуры на спектр экситонов в КЯ и влияния толщины и состава покровного слоя на дипольный момент экситонов в КТ.
3. Исследование температурной зависимости фотоэлектрических спектров ГНС с КТ и КЯ в связи с выяснением механизма эмиссии фотовозбужденных носителей с уровней размерного квантования.

напряженности поля в барьере. В дальнейших исследованиях обычно использовался химически нейтральный к GaAs электролит КС1.

V, в
Рис 2.11. Волыпамперных характеристики барьера
ГНС/металл (Аи). 1 - обратный ток, 2 - прямой ток, 3 - фототок в фотодиодном режиме.
Рис. 2.12. Волыпамперные характеристики барьера
ГНС/электролит (KCl). 1 -
обратный ток, 2 - прямой ток, 3 -фототок в фотодиодном режиме.
Прямые ветви ВАХ в барьерах существенно различаются (кривые 2). Их можно экстраполировать на отдельных участках экспоненциальной зависимостью вида
/ ос Є

(2.1)
где т - так называемый показатель неидеальности ВАХ. Для барьера Шоттки на начальном участке он » 1.3, для электролитического контакта он значительно больше: при У<0.2 В т « 4 и достигает -10 при больших смещениях, что, очевидно, обусловлено значительным падением напряжения в электролите. Это затрудняет исследование влияния электрического поля