Оптические свойства квантовых нитей CdSe/Al2 O3 и квантовых точек CdSe/ZnSe

• Автор: Шалыгина, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Квазиодномерные полупроводниковые структуры: особенности

свойств экситонов

§1. Экситоны в квазиодномерных полупроводниковых структурах.

Эффект диэлектрического ограничения экситонов

§2. Методы получения полупроводниковых квазиодномерных

структур

§3. Нелинейные процессы в полупроводниковых квантовых нитях при

высоких уровнях возбуждения

Глава 2. Оптические свойства экситонов в квантовых нитях

полупроводник (СбБе) - диэлектрик (А1203)
§1. Описание экспериментальной установки и изучаемых образцов..
§2. Результаты эксперимента и их обсуждение
Глава 3. Квазинульмерные полупроводниковые структуры: линейные и
нелинейные оптические свойства
§1. Эффект заполнения состояний в квантовых точках при высоких
уровнях возбуждения
§2. Методы получения самоорганизованных квантовых точек
§3. Оптические свойства квантовых точек Сс18е/2п8е (обзор
литературы)
Глава 4. Разрешенные во времени спектры люминесценции
самоорганизованных квантовых точек СбБе/^пБе
§1. Описание экспериментальной установки и изучаемых образцов..
§2. Результаты экспериментов и их обсуждение
Заключение
Список литературы

Введение.
Актуальность работы. В течение последних лет исследование оптических свойств полупроводниковых наноструктур является одним из наиболее быстро и успешно развивающихся направлений в физике твердого тела. Структуры пониженной размерности - квантовые ямы, нити и точки, в которых движение носителей ограниченно в одном, двух и трех направлениях соответственно, привлекают большой интерес исследователей благодаря своим уникальным физическим свойствам, отличным от свойств объемных материалов, а так же в связи с возможностью использования их в приборах квантовой и оптоэлектроники. В частности, электрооптические свойства квазиодномерных (Ш) и квазинульмерных ((Ю) структур (дискретная плотность состояний электронов и дырок, увеличенное экситонное взаимодействие) дает возможность использования их в полупроводниковых лазерах и модуляторах, которые должны обладать желаемыми характеристиками, не достигнутыми в объемных и квазидвумерных структурах.
Влияние экситонов Ванье-Мотта на оптические свойства объемных полупроводников проявляется обычно только вблизи края зоны поглощения, а при комнатных температурах из-за малой энергии связи эти экситоны термически диссоциируют. В полупроводниковых квантовых нитях - структурах, в которых экситоны и электроны могут свободно двигаться только в одном направлении, экситонные переходы начинают доминировать в спектрах поглощения и люминесценции. В квантовых нитях, вследствие ограничения движения, уменьшается среднее расстояние между электроном и дыркой, что приводит к увеличению энергии их кулоновского взаимодействия, и значит, энергии связи экситонов. В случае полупроводниковых квантовых нитей с

полупроводниковыми барьерами размерное квантование может приводить к увеличению энергии связи экситона в несколько раз по сравнению с соответствующим параметром в объемных полупроводниках.
Энергию связи экситона можно значительно увеличить, если заменить барьерный полупроводниковый материал квантовой нити на изолятор с малой диэлектрической проницаемостью. В такой системе "диэлектрическое усиление" экситонов связано с концентрацией кулоновской энергии взаимодействия электрона и дырки в диэлектрике (силовые линии электрического поля, соединяющие электрон и дырку, частично, а для тонких нитей в основном, проходят через диэлектрик). Диэлектрическая матрица, окружающая полупроводниковую наноструктуру, способна также существенно повлиять на процессы релаксации и рекомбинации носителей и экситонов в самой квантовой нити или точке из-за большого числа поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик.
Аналогичными причинами определяется существенная зависимость положения экситонных уровней в полупроводниковых квантовых точках (структурах, в которых движение носителей ограничено по всем возможным направлениям) от значения диэлектрической константы окружающей среды.
Таким образом, изучение полупроводниковых наноструктур, окруженных диэлектриком, привлекательно не только с точки зрения фундаментальных исследований особенностей электронных и экситонных свойств, но и из-за перспективности их прикладного использования в электронике и оптоэлектронике: подбирая материал полупроводниковой наноструктуры и окружающего ее барьера, возможно в широких пределах менять положение экситонных уровней

эффективной массы были рассчитаны зависимости спектров поглощения и дисперсии квантовых нитей ОаЛз/СаА1Л8 от плотности электрон-дырочной плазмы. При выполнении этих расчетов были приняты во внимание такие эффекты, как заполнение фазового пространства, плазменное экранирование кулоновского взаимодействия, перенормировка ширины запрещенной зоны, возникающие в квазиодномерной системе в результате присутствия оптически возбужденной электрон-дырочной плазмы высокой плотности. В работе было показано, что для квазиодномерной системе, как и в случаях двумерной и объемной систем, электрон-дырочная плазма вызывает перенормировку (уменьшение) ширины запрещенной зоны. В работе отмечено, что полученные сильные оптические нелинейности в области основного экситонного состояния возникают в основном за счет эффекта заполнения состояний электрон-дырочной плазмой, тогда как эффект плазменного экранирования кулоновского взаимодействия вносит лишь небольшую поправку в значение силы осциллятора экситонного перехода и приводит к небольшому дополнительному “красному” сдвигу в спектре поглощения.
Выполненные в [32] теоретические расчеты хорошо согласуются с экспериментальными результатами. В работе [33] экспериментально исследовалась зависимость спектра люминесценции квантовых нитей 1по:5з Са047Аэ/1пР от интенсивности возбуждения. Квантовые нити 1по,5з Оа0,47Аэ были выращены на подложке 1пР и сверху покрыты барьерным слоем 1пР. Один из поперечных размеров нитей составлял 8 нм (вертикальное ограничение), другой изменялся от образца к образцу в области 30 нм (поперечное ограничение). Исследование спектров люминесценции проводилось для двух образцов с поперечным размеров 29 и 33 нм. Полученные результаты показали, что при низком уровне возбуждения (0,01 кВт/см2) наблюдается только один пик в