Оптические свойства гетероструктур InGaAsN на основе GaAs

• Автор: Крыжановская, Наталья Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 105 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Методы синтеза (In)GaAsN слоев на подложке GaAs
1.2. Основные свойства соединения InGaAsN
1.2.1. Ширина запрещенной зоны соединения GaAsN. Теоретические модели, описывающие изменение ширины запрещенной зоны GaAsN
1.2.2. Эффективная масса электрона (In)GaAsNсоединений
1.2.3. Оптические свойства соединения (In)GaAsN
^ 1.2.4. Существующие дизайны структур с (In)GaAsN квантовыми ямами,
излучающими на длине волны 1,5 мкм
1.3. Основные характеристики лазеров на основе (In)GaAsN/GaAs
1.3.1. Лазеры полосковой конструкции
1.3.2. Вертикально- излучающие лазеры
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ
2.1. Рост гетероструктур методом молекулярно-пучковой эпитаксии
2.2. Экспериментальные методы исследований гетероструктур
ГЛАВА 3. ЗОННАЯ СТРУКТУРА И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОГО РАСТВОРА (IN)GAASN
3.1. Зависимость ширины запрещенной зоны твердого раствора (In)GaAsN от состава по [N] и по [In]
3.2. ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА GaAsN
ГЛАВА 4. СВОЙСТВА ТОНКИХ И СВЕРХТОНКИХ СЛОЕВ (IN)GAASN/GAAS

ГЛАВА 5. ПОЛУЧЕНИЕ ДЛИННОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СТРУКТУРАХ С ШСААБХ КВАНТОВОРАЗМЕРНЫМИ СЛОЯМИ
5.1. Свойства ГыОаАбЫ/ОаАз квантоворазмерных слоев, излучающих в области 1,3-1,55 мкм
5.2. Исследование свойств структур с квантовыми точками ЬтАбЛыСаАб, осажденными в ОаАбЫ, и структур с квантовыми точками ЫАбЛиОаАбЛыСаАбН
5.3. Исследование свойств ШАбЛкОаАбЫ структур, помещенных в ОаАбШкОаАбМ барьеры
5.3.1. Исследование типа гетероперехода на примере структур ОаА.ч/СаАзМ/1пОаАх
5.3.2. Оптические и структурные свойства ІпАв/ІпСаАвИ структур, помещенных в ОаАхИ/ІпСаАхИ барьеры
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Еще совсем недавно телекоммуникационная область длин волн была разделена на две части: полупроводниковым лазерам на основе ваАв принадлежала область от 750 нм до 1100 нм, в то время как для области 1300 и 1550 нм использовались лазеры на подложке 1пР. Такое разграничение было обусловлено технологической возможностью псевдоморфного роста активных областей и материалов барьеров на соответствующих подложках.
Слои ОаАэЫ впервые были получены в 1992г [1]. Соединение ОаАзЫ привлекло внимание исследователей благодаря уникально сильному уменьшению ширины запрещенной зоны с увеличением концентрации азота, необычной для соединений АШВУ. Такое сильное уменьшение ширины запрещенной зоны как в ОаЫАз (180 мэВ при концентрации азота только 1% [1, 2]) не наблюдается в таких тройных твердых растворах как ОайтАя, АЮаАя, Оа1пР, в которых запрещенная зона меняется с изменением состава практически линейно. Однако эффекты, свойственные СаАзИ, наблюдались в подобных твердых растворах, содержащих азот: ОаЫР [3], 1пМР [4], ЛаИБЬ [5]. В 1996г был предложен новый материал для активной области лазеров на подложке СаАэ - МЗаАзЫ [6]. Добавление 1п или БЬ в твердый раствор СаЫАэ приводит к компенсации сжатия решетки, вызванного азотом и к еще большему уменьшению ширины запрещенной зоны. Таким образом, с помощью соединения ОаГпКАз возможно получить слои решеточно согласованные к ОаЛэ и излучающие в ближнем инфракрасном диапазоне 1300-1550 нм. В качестве основных преимуществ использования в лазерах соединений ГпСаАзИ, выращенных на подложках ОаАз, по сравнению с распространенными в настоящее время [пСаАхРЯпР гетероструктурами можно перечислить следующие: лучшая температурная стабильность характеристик лазеров вследствие увеличения энергии локализации носителей в активной области; возможность создания поверхностно-излучающих лазеров с монолитными АЮаАэ/ОаАз брэгговскими зеркалами; более высокая теплопроводность слоев структур. Соединения ГпСаАзИ также используются для создания солнечных элементов [7] и биполярных транзисторов [8]. К настоящему времени, с использованием в

образовавшихся локализующих центров. С увеличением температуры становится возможным термический выброс носителей в мелкие, неглубокие центры (диапазон температур 80-140К), что объясняет коротковолновое смещение пика. Дальнейшее увеличение температуры приводит к длинноволновому смещению пика, связанному с уменьшением ширины запрещенной зоны материала. Необходимо отметить, что в структуре Г доминирование длинноволнового пика начинается в диапазоне 60-80 К, в то время как для структуры II - при температурах 100-120 К, что свидетельствует об увеличении энергии локализации в структуре И. Для определения края поглощения для данных слоев были сняты спектры пропускания, из которых были рассчитаны спектры поглощения. При расчетах отражением от образца пренебрегли. Полученные значения края поглощения (рис. 16) в обеих структурах хорошо согласуются с приведенными в литературе значениями ширины запрещенной зоны СлАбЫ слоев [2]. Необходимо отметить, что для структуры II наблюдается более значительный сдвиг между максимумом линии излучения и краем полосы поглощения, несмотря на то, что концентрация азота в этой структуре меньше по сравнению с образцом I. Кроме того, наблюдается увеличение значения температуры, при которой коротковолновый пик становится доминирующим в температурных зависимостях. Эти факты позволяют сделать вывод о более значительном формировании центров локализации, вызванных неоднородностью встраивания атомов азота в ОдАб в структуре II в случае применения методики нитридизации для создания ваЛяМ слоев. Для структуры III наблюдаются отличия температурного поведения ФЛ по сравнению со структурами I и II (Рис. 17). Как было отмечено выше, при низких температурах в спектре ФЛ структуры III наблюдаются два пика (Р1 и Р2). Наблюдаемое плечо для пика Р1 объясняется расщеплением уровней легкой и тяжелой дырок в ОаЛэП вследствие существования напряжений в слоях [27]. Значение энергии расщепления ДЕ-40 мэВ совпадает со значением расщепления, полученным для эпитаксиальных слоев [34]. С увеличением температуры интенсивность линий Р1 и Р2 падает, а в спектре появляется дополнительная линия РЗ, которая становиться доминирующей при высоких температурах и значительных интенсивностях