Люминесцентная спектроскопия электронных и примесных состояний в эпитаксиальных слоях и наногетероструктурах на основе полупроводников AIIIBV и их твердых растворов

• Автор: Яременко, Наталья Георгиевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Фрязино
• Количество страниц: 383 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Используемые сокращения

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ОБЗОР РАБОТ В ОБЛАСТИ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ АШВУ

1.1 Фотолюминесцентная спектроскопия структур с квантовыми ямами

различной конфигурации

Г1Л. Модулированно-легированные структуры

1Л .2. Двойные туннельно-связанные квантовые ямы

1 Л.З. Экситонная люминесценция при сильном оптическом

возбуждении
1Л .4. Фотолюминесцентные исследования эффективности захвата
неравновесных носителей в квантовую яму
1.2. Влияние условий выращивания на амфотерное поведение примеси кремния в Бьлегированном эпитаксиальном ОаАэ
1.3. Влияние неидеальности гетерограниц, примесных и композиционных неоднородностей на люминесцентные свойства гетероструктур
1.3.1. Несоответствие параметров решеток слоев
1.3.2. Флуктуации концентрации примеси
1.3.3. Флуктуации ширины ямы и состава твердого раствора
в квантовых структурах
1.4. Выводы к главе 1. Постановка задачи
Глава 2. ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ 81-ЛЕГИРОВАННОГО ЭПИТАКСИАЛЬНОГО ваАз, ВЫРАЩЕННОГО ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ДАВЛЕНИЯХ МЫШЬЯКА И ГАЛЛИЯ
2.1. Методика измерения спектров фотолюминесценции
2.2. Технологические параметры исследованных образцов. Экспериментальные спектры ФЛ
2.3. Влияние амфотерного поведения кремния на формирование краевой полосы ФЛ слоев п-ОаАв
2.3.1. Расчет спектров краевой ФЛ для ВТ-рекомбинации
2.3.2. Анализ краевой полосы. Определение концентрации

электронов и степени компенсации
2.4. Нестехиометрические дефекты в Si-легированных эпитаксиальных
слоях GaAs
2.4.1. Дефекты, вызванные избыточным давлением галлия
2.4.2. Дефекты, вызванные избыточным давлением мышьяка
2.5. Выводы к главе
Глава 3. ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ДВУМЕРНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ В МОДУ ЛИРОВАННОЛЕГИРОВАННЫХ СТРУКТУРАХ n-AlGaAs/GaAs С КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ
3.1. Модель расчета уровней энергии и волновых функций двумерных носителей тока в модулированно-легированных структурах n-AlGaAs/GaAs методом возмущений
3.1.1. Энергии и волновые функции двумерных носителей тока в «невозмущенной» системе - нелегированной структуре
3.1.2. Расчет профиля электростатического потенциала в двусторонне легированной МЛС с симметричной квантовой ямой
3.1.3. Расчет зонного профиля в односторонне легированной МЛС
3.1.4. Решение уравнения Шредингера методом возмущений
3.2. Спектры ФЛ двусторонне легированных структур n-AlGaAs/GaAs с симметричными квантовыми ямами. Влияние степени легирования на спектральные характеристики
3.3. Спектры ФЛ односторонне легированных структур n-AlGaAs/GaAs со сверхрешеткой в качестве нелегированного барьерного слоя
3.3.1. Анализ спектральных характеристик ФЛ в зависимости от ширины квантовой ямы (6,5 - 22,5 нм) и температуры
3.3.2. Резонансный захват фотовозбужденных дырок в квантовую
яму МЛС n-AlGaAs/GaAs
3.4. Выводы к главе
Глава 4. ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ НЕЛЕГИРОВАННЫХ СТРУКТУР AlGaAs/GaAs/AlGaAs С ОДИНОЧНЫМИ И ДВОЙНЫМИ СВЯЗАННЫМИ КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ
4.1. Фотолюминесцентная спектроскопия двумерных состояний в двойных связанных квантовых ямах АЮаАз/СаАэ/АЮаАз с тонким разделяющим А1АБ-слоем

4.1.1. Расчет уровней энергии в двойных туннельно-связанных квантовых ямах AlGaAs/GaAs/AlGaAs с разделяющим AlAs-слоем
4.1.2. Анализ экспериментальных спектров ФЛ
4.2. Экситон-экситонное взаимодействие в квантовых ямах
AlGaAs/GaAs/AlGaAs при интенсивном оптическом возбуждении
4.2.1. Спектры экситонной ФЛ в зависимости от ширины квантовых
ям и плотности оптического возбуждения
4.2.2. Обсуждение экспериментальных результатов. Выводы
Глава 5. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ InxGai.xAs1.yPyHnP НА ДЛИНУ ВОЛНЫ
Х= 1,55 МКМ
5.1. Влияние несоответствия параметров решеток эпитаксиальных слоев
на люминесцентные свойства гетероструктур InxGai.xAsi_yPy/InP
5.1.1. Фотолюминесцентные характеристики структур
с различным НПР слоев
5.1.2. Влияние НПР слоев на эффективность электролюминесценции
5.2. Катодолюминесцентные исследования дефектов в эпитаксиальных слоях структур InxGa,_xAsi_yPy/InP
5.2.1. Дислокации несоответствия
5.2.2. Неоднородность в распределении компонентов
твердого раствора
5.2.3. Дефекты, связанные с несовершенством подложки InP
5.3. Выводы к главе
Глава 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРЦЕВЫХ СВЕТОДИОДОВ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР InGaAsP/InP
6.1. Технологические параметры двойных гетероструктур InGaAsP/InP
6.1.1. Структуры на длину волны 7.=1,3 мкм
6.1.2. Структуры на длину волны Х.=1,55 мкм
6.2. Методики измерения основных светодиодных характеристик
6.3. InGaAsP/InP-светодиоды планарного типа

поведения спектров ФЛ в зависимости от температуры и плотности возбуждения.
В данной работе проведены измерения спектров ФЛ сильно легированных образцов ХпОаЛвР п- и р-типа в диапазоне температур (77-300)К) и плотностей возбуждения (101-103)Вт/см2. Для сравнения в тех же условиях были измерены спектры нелегированного образца ЬЮаАвР. Амплитуда флуктуаций у в образцах п- и р-типа, по оценкам, составляла соответственно 20 мэВ и 30 мэВ. Экспериментальные температурные зависимости положения максимума и полуширины спектров хорошо согласуются с результатами расчетов, проведенных в рамках строгой теории люминесценции СЛП [22]. При низких температурах Т < у в сильно легированном ЬЮаАвР как р-, так и п-типа, наблюдается смещение энергии максимума в сторону низких частот, уширение спектров и снижение интенсивности фотолюминесценции по сравнению с аналогичными параметрами спектров нелегированного образца ТпСаАзР. Наиболее ярко эти эффекты проявляются в невырожденном материале р-типа; для этого образца характерно сильное смещение спектра с ростом оптического возбуждения в сторону высоких энергий и наличие максимума на температурной зависимости полуширины спектра. Сопоставление экспериментальных и расчетных кривых позволило сделать вывод, что при Т<у основную роль в формировании спектров краевой ФЛ в невырожденном ТпСаАэР р-типа играет рекомбинация электронов, локализованных во флуктуационных состояниях «хвоста» зоны проводимости, со свободными дырками (ТВ-механизм); а в вырожденном ЫСаАэР п-типа - рекомбинация свободных электронов с локализованными дырками (ВТ-механизм).
Глава 8 посвящена фотолюминесцентной диагностике псевдоморфных гетероструктур в системе ТПуСауАз/СаАв. Одна из проблем, возникших при исследовании структур со слоями тройного твердого раствора ГпуСауАэ, состояла в том, что опубликованные в разных работах зависимости ширины запрещенной зоны ЫуОауАэ от содержания индия заметно различались и приводили к существенным расхождениям при расчетах. Кроме того, эти