Фотомодуляционная спектроскопия полупроводниковых структур на A iiiB v

• Автор: Кузьменко, Роман Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 367 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Список условных обозначений и сокращений

ВВЕДЕНИЕ Ю

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ

КОМПОНЕНТ СПЕКТРОВ ФОТООТРАЖЕНИЯ

1.1. Особенности спектров электроотражения и фотоотражения

и проблематика количественного анализа модуляционных спектров

1.2. Объекты исследований

1.3. Моделирование электромодуляционной Е0-компоненты
в рамках одноэлектронного приближения
1.3.1. Эффект Франца - Келдыша
1.3.2. Модель приповерхностной области полупроводника
1.3.3. Общие выражения для описания электромодуляционных
сигналов
1.3.4. Различные режимы измерения электромодуляционных
компонент
1.3.5. Среднеполевая теория электроотражения Аспнеса
1.3.6. Учет энергетическогоуширения
1.3.7. Моделирование электромодуляционных компонент в случае
неоднородного электрического поля. Многослоевая модель Гобрехта
1.3.8. Обобщенная многослоевая модель
1.3.9. Сравнение различных литературных моделей для
среднеполевых Е0-компонент
1.3.10. Низкополевой режим измерения спектров 6

Низкополевая теория Аспнеса Обобщенная низкополевая теория
Экситонные эффекты в области фундаментального перехода Модели для описания модуляционных компонент в области локализованных в запрещенной зоне экситонных состояний Модель свободного от экситонов приповерхностного слоя Модель первой производной. Модуляция диэлектрической проницаемости в области экситонных переходов Экситонный континуум
Неэкситонная модуляция отражения в энергетической области ниже энергии фундаментального перехода Модуляция сигнала отражения от задней поверхности образца Модель первой производной. Модуляция диэлектрической проницаемости в области примесных переходов Компоненты спектров ФО, возникающие в области границы раздела Заключение
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРОВ ФОТООТРАЖЕНИЯ И ПРИНЦИП ЕЕ РАБОТЫ
МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРОВ ФОТООТРАЖЕНИЯ Фазовый анализ спектров фотоотражения Фазовый угол фазочувствительного усилителя и запаздывающий по времени сигнал ФО
Измерительная схема и измерение сигналов при помощи ФЧУ Форма сигнала АЛД)
Запаздывающая по времени модуляция и фазовая диаграмма Выводы

Измерения с различной частотой модуляции
Измерения с различными плотностями лазерного возбуждения
Изменение температуры образца
Измерения с различной длиной волны возбуждающего лазерного света
Влияние дополнительного постоянного освещения поверхности Изготовление образцов с различной концентрацией легирующей примеси
Эффекты, вызванные обработкой поверхности Комбинированное применение модифицированных методик измерений и стратегия исследований многокомпонентных спектров
ИДЕНТИФИКАЦИЯ КОМПОНЕНТ СПЕКТРОВ ФОТООТРАЖЕНИЯ ОаАэ И ЬР
Проверка достаточности одноэлектронного приближения для описания электромодуляционных компонент спектров ФО подложек и гомоэпитаксиальных образцов ОаАя и 1пР Анализ спектров ФО структур ван-Хофа ЗКОаАзЧГ-ОаАя Электромодуляционные Е0-компоненты, измеряемые в среднеполевом режиме
Электромодуляционные Е0-компоненты, измеряемые в
низкополевом режиме
Выводы
Анализ двухкомпонентных спектров ФО, формирующихся в приповерхностной области образца Двухкомпонентные спектры ФО, содержащие примесные компоненты Фазовый анализ
Измерения с различными значениями плотности лазерного

ны. Этот эффект, впервые предсказанный Францем (Franz) [97] и Келдышем [98] в 1958 г., в области перехода Е0 должен обнаружиться в первую очередь в сдвиге края поглощения в сторону меньших энергий и появление осцилляций в коэффициенте поглощения или мнимой части диэлектрической проницаемости при превышающих ширину запрещенной зоны энергиях (см. рис. 3 [13]).
Наличие осцилляций непосредственно следует из решения уравнения Шре-дингера в электрическом поле.
Поскольку изменение оптического поглощения в электрическом поле в силу соотношений Крамерса-Кронига обусловливает изменение показателя преломления, то эффект Франца-Келдыша вызывает изменение оптических свойств кристалла даже в энергетических областях, где вклад мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости относительно мал.
Теоретический анализ [1] показывает, что эффект Франца-Келдыша должен наблюдаться в областях вблизи всех критических точек зонной структуры независимо от типа перехода (прямой или непрямой). Однако значительное по величине изменение оптических свойств регистрируется только в области прямых электронно-оптических переходов.
Эффект Франца-Келдыша может быть вызван как путем приложения внешнего электрического поля, так и в результате собственных полей, которые существуют в приповерхностной области полупроводника, в области границ разделов, а также вблизи заряженных дефектов или примесей.

Рис. 3. Эффект Франца-Келдыша. Слева: мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости е2 в случае отсутствия электрического поля (непрерывная линия) и в электрическом поле (штрихованная линя). Справа - индуцированное электрическим полем изменение Де2. п=1 - 1-ый дискретный экситонный уровень.