Фотолюминесцентные свойства гетероструктур на основе CdxHg1-xTe с потенциальными и квантовыми ямами, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии

• Автор: Горн, Дмитрий Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 Аналитический обзор литературных источников

1.1 Метод МЛЭ для получения наноразмерных структур на основе КРТ

1.2 Технология изготовления наногетероструктур КРТ

1.3 Фотолюминесценция в структурах КРТ с квантовыми ямами

1.4 Оптическое поглощение в структурах КРТ с квантовыми ямами

1.5 Оптоэлектронные приборы на основе квантово-размерных

структур КРТ

1.6 Выводы по главе

2 Физико-математическая модель описания спектральных характеристик

структур КРТ с квантовыми ямами
2.1 Методика расчёта профиля потенциала в гетероструктурах
на основе КРТ
2.1.1 Постановка задачи
2.1.2 Концентрации носителей заряда в однородном полупроводнике
2.1.3 Концентрации носителей заряда в квантовой яме
2.1.4 Неравновесные носители заряда
2.1.5 Уравнение Пуассона
2.1.6 Зависимость электронного сродства от состава х в КРТ
2.1.7 Учёт эффекта размерного квантования в квантовой
яме при расчёте профиля потенциала
2.2 Спектральные характеристики ГЭС КРТ МЛЭ
2.2.1 Спектральные характеристики структур КРТ с потенциальными
ямами
2.2.2 Спектральные характеристики структур КРТ
с квантовыми ямами
2.3 Методы моделирования рекомбинационных процессов
2.4 Выводы по главе
3 Расчёт спектральных характеристик гетероструктур КРТ с квантовыми ямами
3.1 Спектральные характеристики структур КРТ с потенциальными ямами
3.1.1 Оптическое поглощение в объёмном КРТ
3.1.2 Фотолюминесценция в структурах на основе объёмного КРТ
3.2 Спектральные характеристики структур КРТ с квантовыми ямами
3.2.1 Межподзонное поглощение в квантово-размерных
структурах на основе КРТ
3.2.2 Межзонное поглощение в квантово-размерных
структурах на основе КРТ МЛЭ
3.2.3 Фотолюминесценция в структурах КРТ с квантовыми ямами

3.3 Выводы по главе
4 Экспериментальное исследование фотолюминесценции структур КРТ МЛЭ с
потенциальными и квантовыми ямами
4.1 Описание экспериментальной методики
4.2 Фотолюминесценция структур КРТ с потенциальными ямами
4.3 Фотолюминесценция структур КРТ с квантовыми ямами
4.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
АОП - анодно-окисная плёнка ACM - атомно-силовая микроскопия
АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом
ГЭС - гетероэпитаксиальная структура
ДБЭО - дифракция быстрых электронов на отражение
ЖФЭ - жидкофазная эпитаксия
ИК - инфракрасный
КРТ - кадмий-ртуть-теллур, теллурид кадмия-ртути, Hg|.vCdvTe; CdrHg|.Te, CdHgTe КЯ - квантовая яма
МДП - металл-диэлектрик-полупроводник
МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия
МКЯ - структура с множественными квантовыми ямами
НГЭС - наногетероэпитаксиальная структура
НГЭС КРТ МЛЭ - наногетероэпитаксиальная структура на основе твёрдого раствора кад-мий-ртуть-теллур, выращенная методом молекулярно-лучевой эпитаксии
ОКЯ - одиночная квантовая яма ПЯ - потенциальная яма СР - сверхрешётка
MQW - multiple quantum wells - структура с множественными квантовыми ямами SOW - single quantum wells - одиночная квантовая яма

со значением темепратуры на рисунке изображен масштаб, в котором изображён данный спектр.
Поведение спектра при увеличении температуры объясняется авторами следующим образом. При температуре 10 К в спектре фотолюминесценции наблюдается две полосы излучения — от буферного слоя на энергии 325 мэВ и от структуры с МКЯ на энергии 395 мэВ. При увеличении температуры интенсивность низкоэнергетического пика начинает падать значительно сильнее по сравнению с интенсивностью высокоэнергетического. Измерения зависимости интенсивности излучения от мощности лазера накачки для эпитаксиальных слоев КРТ с составом 0,36 показали, что интенсивность излучения в данном случае выходит на насыщение при увеличении мощности лазера накачки, что говорит о том, что данный пик излучения связан с оптическими переходами «зона-примесный уровень». Таким образом, авторами было выяснено, что низкоэнергетический пик излучения связан с наличием примеси.
При дальнейшем увеличении температуры происходит полная ионизация примесных уровней и полоса излучения, связанная с ними, исчезает. Это можно наблюдать на спектре при 77 К. При значении температуры -200 К излучение из буферного слоя вновь начинает проявляться, но связано оно уже с межзонными оптическими переходами. При этом излучение из структуры с МКЯ уже практически не наблюдается.
Этой же группой авторов в [30] была исследована фотолюминесценция структуры МКЯ, состоящей из 4-х периодов Cdo.36Hgo.64Te (яма) / Cdo.6iHgo.39Te (барьер) с толщиной ям и барьеров 10 и 30 нм, соответственно, отличающейся от уже рассмотренных тем, что на её поверхности была выращена дополнительно одиночная КЯ толщиной 6 нм с такими же составами ямы и барьеров. Структура также выращена методом МЛЭ на подложке С<Т£пТе (211)В с буферным слоем Cdo.36Hgo.64Te, толщиной 3 мкм.
Energy (meV)
Рисунок 1.11 - Спектры фотолюминесценции структуры, включающей область с МКЯ и дополнительную одиночную квантовую яму при 10 К [30]