Двухволновая модуляционная спектроскопия неравновесных электронов в полупроводниковых структурах

• Автор: Черников, Максим Александрович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

1. Основы оптической модуляционной спектроскопии полупроводников

1.1 Отражение и поглощение света полупроводниками

1.2 Особенности зонной структуры СаАя

1.3 Спектральные особенности вблизи края фундаментального поглощения

1.4 Поглощение света квантовыми ямами

1.5 Оптическое модуляционное отражение

1.5.1 Синхронное детектирование

1.5.2 Принципы оптического модуляционного отражения

1.5.2.1 Эффект Франца-Келдыша

1.5.2.2 Модуляция энергии связи экситонов свободными носителями

1.5.2.3 Действие однородного электрического поля на экситон

1.5.2.4 Квантовая яма в однородном электрическом поле
1.5.3 Методы модуляционного отражения света
1.5.3.1 Термоотраженис
1.5.3.2 Пьезоотражение
1.5.3.3 Электроотражение
1.5.3.4 Фотоотражение
1.5.3.5 Фотоотражение с пространственным отклонением света накачки
1.5.3.6 Бесконтактное электроотражение
1.5.3.7 Разностное модуляционное отражение
1.5.3.8 Метод модуляции длины волны
1.5.3.9 Фазоразрешённое модуляционное отражение
1.5.3.10 Фурье - анализ спектров модуляционного отражения света
2. Новые нетрадиционные методы модуляционной спектроскопии
2.1 Радиочастотное модуляционное отражение света от полупроводников
2.2 Радиочастотное модуляционное отражение при двух пространственных конфигурациях электрического поля
2.3 Радиочастотное модуляционное отражение в локализованном
радиочастотном электрическом поле
2.4 Токоотражение
3. Модуляционное отражение полупроводниковой плёнки арсенида галлия
3.1 Исследуемый образец
3.2 Экспериментальная установка
3.3 Фотоотражение плёнки арсенида галлия
3.4 Микроволновое модуляционное отражение и токоотражение полупроводниковой плёнки арсенида галлия
3.5 «Акцепторный пик» на спектрах модуляционного
отражения полупроводников
3.6 Анализ спектров микроволнового модуляционного отражения
и токоотражения плёнки арсенида галлия
3.7 Детектирование сверхвысокочастотного электрического поля
в полупроводниковых структурах оптическим излучением
4. Модуляционное отражение полупроводниковой лазерной структуры
4.1 Исследуемая структура
4.2 Отражение света от полупроводниковой лазерной структуры
4.3 Токо- и электроотражение полупроводниковой лазерной структуры
4.4 Фотоотражение полупроводниковой лазерной структуры
при локальной оптической накачке
Заключение
Благодарности
Список литературы
Возрастающие требования, предъявляемые к характеристикам современных оптоэлектронных приборов, сохраняют актуальность задачи поиска новых методов исследования полупроводниковых и диэлектрических структур. Наиболее информативными методами исследования полупроводников и диэлектриков по праву считаются методы оптической спектроскопии, такие как фотолюминесценция, модуляционное отражение света, комбинационное и Мандельштам-Бриллюэновское рассеяние света.
Комбинационное и Мандельштам-Бриллюэновское рассеяние света в основном используются для исследования электрон-фононного взаимодействия в полупроводниках и диэлектриках. Фотолюминесценция применяется для исследования зонной структуры полупроводников, энергетического распределения и кинетики излучательной рекомбинации свободных и связанных носителей заряда. Метод фотолюминесценции, однако, не позволяет определять все параметры зонной структуры.
В спектроскопии оптического модуляционного отражения изучаются малые относительные изменения в спектре отражённого от исследуемого образца зондирующего света, вызванные внешним периодическим воздействием. Спектры модуляционного отражения света содержат уникальную информацию о параметрах зонной структуры объёмных полупроводников, об энергетической зонной диаграмме полупроводниковых структур, об энергиях размерного квантования электронов в низкоразмерных полупроводниковых структурах, а также об особенностях электрон-дырочного, электрон-элсктронного и электрон-фононного взаимодействий.
С начала 60-х годов прошлого столетия эти методы применялись для исследования «однородных» материалов (полупроводников, диэлектриков и металлов). В ходе исследований выяснилось, что даже однородные по составу материалы по физическим свойствам неоднородны. Так, однородные по составу полупроводниковые пленки могут содержать слои с различающимися физическими свойствами - объёмный слой, с независящей от координаты концентрацией свободных носителей, и обеднённые (либо обогащенные) слои со встроенными электрическими полями вблизи поверхности и у границы с подложкой. Традиционный бесконтактный метод оптического модуляционного отражения — фотоотражение, как правило, даёт информацию лишь о приповерхностном слое плёнок. Отсутствие эффективных методов оптической

зондирующий свет отражается от двух половин образца имеющих различные встроенные поля. Периодическое измерение коэффициента отражения от двух половин образца аналогично электро-, или фотоотражению.
В методе разностного модуляционного отражения крайне важно обеспечивать высокое качество поверхности исследуемого образца и оптической юстировки измерительной установки. В противном случае, на частоте измерения возникает паразитный, независящий от характеристик полупроводника сигнал с большой амплитудой (например из-за механических вибраций в оптической системе), что делает невозможным измерение спектров модуляционного отражения. Однако основной недостаток этого метода - необходимость необратимого изменения поверхности образца.
Метод разностного модуляционного отражения может быть также использован для сравнения оптических свойств специально выращенных образцов со слабо различающимися параметрами (например степенью легирования, шириной слоев, температурой роста, качеством подложки). В этом случае можно обойтись без необратимых изменений исследуемых образцов, но проблемы, связанные с возникновением паразитных сигналов, остаются.
Рисунок 30: схема измерения разностного отражения. Модифицированная часть образца обозначена более светлым цветом.