Особенности распределения азота в азотосодержащих GaAs1-yNy и InxGa1-xAs1-yNy твердых растворах

• Автор: Блажнов, Павел Альбертович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 142 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Г лава 1. Исследование оптических и электронных свойств ОаАяЫ и 1пОаАзХ полупроводниковых твердых растворов (обзор литературы)
1.1 Эффекты расслоения фаз и флуктуации состава в полупроводниковых твердых растворах
1.2 Обзор экспериментальных результатов.
1.2.1 Характерные особенности ОаАь1[ и 1пОаАз1Л
1.2.2 Исследования излучательных спектров
1.2.3 Исследования колебательных спектров
1.3 Обзор теоретических работ.
1.3.1 Модель непересекающихся зон
ф 1.3.2 Метод псевдопотенциалов
Глава 2. Экспериментальные методы исследования.
2.2 Комбинационное рассеяние и ИК-отражение света.
2.1 Л Описание метода
2.2.2 Экспериментальная установка
2.1 Оптическая спектроскопия ближнего поля.
2.1.1 Описание метода
2.1.2 Экспериментальная установка
Глава 3. Особенности колебательных свойств ваАзЫ и МОаАэЫ твердых растворов
^ 3.1 Геометрия рассеяния и правила отбора
3.2 Экспериментальные спектры комбинационного рассеяния

и ИК-отражения вета
3.3 Анализ интенсивности комбинационного рассеяния света в СаАьЫ твердом растворе с помощью модели поляризуемости связей
Глава 4. Квантово-размерные флуктуации состава в спектрах
ближнеполевой магнито-фотолюминесценции СаАэЫ и ЬЮаАзЫ твердых растворов
4.1 Температурная зависимость спектров ближнеполевой

4.2 Спектры ближнеполевой ФЛ в магнитном поле
4.3 Измерения пространственного распределения флуктуаций состава
4.4 Вероятностный расчет флуктуаций состава
Г лава 5. Обобщение полученных результатов для СаАзЫ и ФСаАзЫ твердых растворов
5.1 Схожесть и различие характеристик
5.2 Сравнение экситонных переходов в магнитном поле
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Азотосодержащие твердые растворы, такие как GaAsN и InGaAsN, в последние годы являются объектом повышенного интереса для теоретических и экспериментальных исследований благодаря своим уникальным оптическим свойствам и возможности широкого применения в микро- и оптоэлектронике. В отличие от других обычных тройных III-V полупроводниковых твердых растворов, таких как AlGaAs, InGaAs, InGaP и т. д., в которых энергия запрещенной зоны может быть линейно аппроксимирована как средневзвешенное значение энергий запрещенных зон двойных полупроводников, составляющих твердый раствор, азотосодержащие твердые растворы имеют большой коэффициент прогиба (bowing parameter) энергии запрещенной зоны от содержания азота. Например, добавление всего лишь 3% азота в GaAs вызывает резкое уменьшение энергии запрещенной зоны на 0,4 эВ. Такие свойства GaAsN и InGaAsN тройных и четверных твердых растворов в комбинации с возможностью плавно изменять постоянную решетки, меняя содержание азота, позволяет соответствовать необходимым современным требованиям, возникающим при изготовлении полупроводниковых приборов на основе III-V материалов. Например, InxGai.xAsi.yNy твердый раствор с низким содержанием азота является согласованным с GaAs при соотношении составов азота и индия у ~ 0,28х и позволяет изменять возможные энергии запрещенной зоны в диапазоне от ~1,42 эВ до 0,6 эВ. Это позволяет использовать такие твердые растворы, во-первых, как источник света, излучающего в диапазоне 1,3 - 1,55 мкм, что весьма перспективно для применений в устройствах волоконно-оптических линий связей, и, во-вторых, для высокоэффективных многокаскадных солнечных элементов (фотовольтаическое применение). Для лазерных применений этот новый

Рис. 4 Зависимость азотной моды, наблюдаемой в спектре КР (таАьЫ твердого раствора, от состава азота, найденого с помощью дифракции рентгеновских лучей. Сплошная линия представляет линейную аппроксимацию экспериментальных данных для п < 0,03. Штриховая линия является эмпирической квадратичной аппроксимацией из [66].
включая атомы в междоузлие, производят изменение в постоянной решетке, наблюдаемой в дифракции рентгеновских лучей.
В случае практического применения, например в полупроводниковых лазерах с рабочей длиной волны 1,3 мкм, необходимо точно определять концентрацию азота в СтаЛз1_хЫх. Для этих тройных твердых растворов самым распространенным методом является дифракция рентгеновских лучей. Однако для четверных твердых растворов 1пОаАзЫ такой метод не может напрямую определить концентрацию азота из-за компенсации постоянной решетки в присутствии атомов индия. В то же время известно, что частота азотной моды в спектрах отражения прямо пропорциональна концентрации изовалентной примеси. Альт определил концентрацию азота методами ИК-отражения пИк и дифракцией рентгеновских лучей пДРЛ [63]. Он получил, что Пик = Пдрл для Пик < 0,01, но при Пик > 0,02 нарушается равенство концентраций, определенных этими двумя методами. Вагнер [68] и Сеонг [66] в своих работах произвели количественный анализ интенсивности азотной моды в спектрах КР как функции концентрации