Исследование эмиссии носителей заряда из квантовых точек и ям In(Ga)As/GaAs в матрицу полупроводника методами фотоэлектрической спектроскопии

• Автор: Волкова, Наталья Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Список основных сокращений и обозначений

1. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА И ДИНАМИКА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ СТРУКТУРАХ 1п(Са)Аз/ОаА8 (Обзор литературы)

1.1. Динамика носителей заряда в КТ ІпАзАЗаАз

1.1 Л. Эмиссия

1.1.2. Рекомбинация

1.1.3. Межуровиевая релаксация

1.1.4. Результаты экспериментальных исследований эмиссии носителей

заряда из КТ ІпАз/СаАв

1.2. Эмиссия носителей заряда из КЯ
1.3. Влияние дефектообразования на оптоэлектронные характеристики КРС
1.3.1. Роль дефектов в работе приборов на основе КРС
1.3.2. Точечные дефекты в ваАз
1.3.3. Дефектообразование в структурах с КЯ ІпОаАзЛЗаАз
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Типы исследованных КРС и методика их получения
2.2. Методы фотоэлектрической диагностики КРС
2.3. Методы введения дефектов в КРС
2.4. Определение напряженности электрического поля в окрестности квантоворазмерного слоя
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭМИССИИ НОСИТЕЛЕЙ ИЗ КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ СЛОЕВ
3.1. Общая характеристика спектров фоточувствительпости КРС и её температурной
зависимости
3.2. Моделирование эффективности эмиссии носителей из КТ ІпАзАЗаАз
3.3. Применение теории квантовой эффективности эмиссии для описания
температурных зависимостей фоточувствительности в области основного и первого возбужденного переходов в КТ
3.4. Влияние электрического поля на температурные зависимости фотоэлектрических
спектров КТ
3.5. Фотоэлектрические явления в структурах с КТ ІпАя/СаАз, выращенными в
режиме с прерыванием роста

3.5.1. Фотоэлектрические свойства бимодальных массивов КТ ІпЛз/СаАь
3.5.2. Влияние нанесения КЯ ІпОаАв на энергетический спектр КТ
3.5.3. Влияние КЯ на эффективность эмиссии фотовозбужденных носителей
из КТ
3.6. Влияние дополнительного потенциального барьера на эмиссию носителей из КЯ БЮаАз/ОаАв
3.7. Выводы к главе
4. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ НА ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР Іп^Аз/ОаАв
4.1. Влияние анодного окисления на оптоэлектронные свойства КРС
4.1.1. Структуры с КТ ІпАв/СаАз
4.1.2. Структуры с КЯ ІпОаАв/ОаАз
4.1.3. Структуры с комбинированным слоем КЯ/КТ
4.2. Влияние имплантации ионов гелия на оптоэлектронные свойства КТ
4.3. Влияние нанесения химически активного металла (кобальта) на оптоэлектронные
свойства КРС
4.4. Влияние нейтронного облучения на оптоэлектронные свойства КРС
4.5. Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Квантово-размерные гетеронаноструктуры (КРС) с квантовыми ямами (КЯ) и самоорганизованными квантовыми точками (КТ) 1п(Са)Аз/СаЛ5 являются перспективными объектами исследований и разработок в современной физике полупроводников [1, 2, 3, 4]. Их применение позволило значительно улучшить характеристики ряда приборов опто- и наноэлектроники и создать новые приборы: высокоэффективные
инжекционные лазеры [5, 6], фотоприемники [7, 8] и светодиоды [9], транзисторы с высокой подвижностью электронов [ 10] и др.
Применение КРС в качестве активных областей электронных и оптоэлектронных устройств требует исследования не только энергетического спектра КЯ и КТ, но и динамики носителей заряда в них. Традиционно для изучения временных характеристик процессов захвата, эмиссии и рекомбинации используются измерения кинетики фотолюминесценции [11] и нестационарная спектроскопия глубоких уровней [12]. Фотоэлектрическая спектроскопия также может быть применена для изучения эмиссии неравновесных носителей из квантово-размерных объектов. Этот простой в реализации метод позволяет получать информацию о механизмах эмиссии, соотношениях между скоростями эмиссии, рекомбинации и межуровневой релаксации, и влиянии на эти соотношения параметров структур.
Величину квантовой эффективности эмиссии можно рассматривать как параметр, отражающий степень влияния дефектов на оптоэлектронные свойства КРС. Достоинство такого подхода к исследованию дефектообразования заключается в том, что эффективность эмиссии чувствительна только к дефектам, находящимся непосредственно в самих квантово-размерных слоях, а не в матрице полупроводника. Заметим, что влияние дефектообразования, которым сопровождается процесс

анодного окисла [57]. При достаточно толстом слое окисла (-20 нм) эффективность электролюминесценции снижается из-за уменьшения вероятности туннелирования дырок [57]. Однако в данных работах не произведена оценка влияния дефектообразования, сопровождающего процесс анодирования, на интенсивность электролюминесценции, хотя известно, что при химических реакциях на поверхности твердых тел (в частности при анодном окислении) происходит образование точечных дефектов [61].Они способны перемещаться в объем, вступать в реакции между собой, а также с изначально присутствующими дефектами и примесями, с образованием различных комплексов, которые могут существенно влиять на оптоэлектронные характеристики приборов. В связи с этим важным является систематический контроль качества поверхности и объема структур на каждом этапе технологического маршрута изготовления прибора.
Отметим, что нанесение на поверхность полупроводника некоторых металлов также может сопровождаться дефектообразованием. Выпрямляющие контакты каталитически активных металлов (Рс1, П и др.) используются для создания на КРС газовых сенсоров [62], а ферромагнитных металлов (Ре, Со, N1 и др.), которые также вступают в химические реакции с СаАя, - в приборах спинтроники для инжекции спин-ориентированных носителей [63, 64, 65]. В [66] показано, что в диодах с непосредственным нанесением № (Со)-контакта на поверхность ваАя наблюдалось гашение электролюминесценции по сравнению с аналогичными диодами с Аи-контактом. Этот эффект, по мнению авторов, обусловлен взаимной диффузией и взаимодействием атомов ва, Аб и N1 (Со) с образованием в приповерхностной области ОаЛэ центров безызлучательной рекомбинации. В отличие от ферромагнитных контактов, золото менее интенсивно взаимодействует с СаАя.
Анодное окисление и нанесение химически активных металлов могут применяться совместно. Анодное окисление ОаАя перед нанесением №-контакта частично предотвращает диффузию Оа, Аэ и N1 и позволяет