Фотопроводимость и фотолюминесценция эпитаксиальных пленок и структур с квантовыми ямами на основе HgCdTe в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне

• Автор: Румянцев, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Основные сведения об узкозонных полупроводниках и их применении

1.2 Поглощение света и фотопроводимость в узкозонных

полупроводниковых структурах на основе Н§Сс1Те

1.3 Рекомбинация носителей в узкозонных полупроводниковых

структурах на основе Іф>СсіТе

1.4 Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниковых структурах на основе Н^СбТ е

1.5 Фотолюминесценция и стимулированное излучение в узкозонных полупроводниковых структурах на основе Н£СбТе
Глава 2. Исследования спектров фотопроводимости эпитаксиальных пленок и структур с КЯ на основе Е^СсГГе в среднем и дальнем ИК диапазоне
2.1 Исследуемые образцы
2.2 Методика измерения спектров фотопроводимости
2.3 Красная граница межзонных переходов в объемных эпитаксиальных пленках и структурах с КЯ на основе Р^СсГГе
2.4 Особенности спектров фотопроводимости, обусловленные примесями и дефектами
Глава 3. Исследования кинетики фотопроводимости эпитаксиальных пленок и структур с КЯ на основе Н^СсГГе в среднем и дальнем ИК диапазоне
3.1 Методика исследования кинетики фотопроводимости
3.2 Кинетика фотопроводимости в условиях слабого возбуждения
3.3 Кинетика фотопроводимости в условиях сильного возбуждения
Глава 4. Исследования спектров и кинетики фотолюминесценции эпитаксиальных пленок и структур с КЯ на основе Н§Сс1Те в среднем и дальнем ИК диапазоне
4.1 Методика исследования спектров и кинетики фотолюминесценции
4.2 Спектры фотолюминесценции исследуемых структур в условиях непрерывного возбуждения
4.3 Спектры и кинетика фотолюминесценции исследуемых структур в условиях импульсного возбуждения
Заключение
Приложение
Список литературы
Список публикаций автора
Введение

Актуальность темы
В настоящее время твердые растворы Hgi_xCdxTe (кадмий-ртуть-теллур, КРТ) занимают лидирующее положение среди материалов, на основе которых разрабатываются фотоэлектрические детекторы излучения среднего инфракрасного диапазона, в том числе на окна прозрачности атмосферы 3-5 мкм и 8 - 14 мкм. Благодаря тому, что HgTe обладает инвертированной зонной структурой или, иначе, «отрицательной» шириной запрещенной зоны, в твердом растворе Hgi_xCdxTe можно получить произвольную ширину запрещенной зоны от 0 до 1.6 эВ. Гетероструктуры с квантовыми ямами (КЯ) на основе Hgi_xCdxTe открывают дополнительные возможности по управлению энергией межзонных переходов и «дизайну» энергетического спектра носителей.
Тем не менее, несмотря на большое количество информации по технологии и свойствам этих соединений, полученной за годы исследований, свойства узкозонных твердых растворов Hg,_xCdxTe, отвечающих составам с х < 0.2 и энергиям межзонных переходов менее 100 мэВ, остались плохо изученными. Считается, что «продвижению» объемных КРТ структур в длинноволновую область (красная граница фундаментального поглощения А, > 15 мкм) препятствуют флуктуации состава твердого раствора х, что при малых значениях ширины запрещенной зоны Eg приводит к недопустимо большим флуктуациям Eg.
Современные методы молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) позволяют проводить рост слоев Hg|.xCdxTe при низких температурах и выращивать как эпитаксиальные слои Hg!_xCdxTe высокого качества с х < 0.2, так и структуры с КЯ на основе узкозонных твердых растворов Hgi.xCdxTe. Это привело к возрождению интереса к таким системам, в которых был

спектроскопия ФЛ использовалась для идентификации переходов между минизонами в сверхрешетках Н§Те/СёН§Те.
Исследования стимулированного излучения ограничены гораздо более коротковолновой областью [87-92]. В обзоре предшествующих публикаций по созданию лазеров среднего ИК диапазона на основе Н§1_хСс1хТе [47] наиболее низкочастотная генерация соответствует длинам волн около 5.4 мкм при температурах жидкого азота и ниже. Следует также отметить работы по наблюдению стимулированного излучения среднего ИК диапазона при оптической накачке на объемных структурах И^СбТе, выращенных в той же лаборатории ИФП СО РАН, что и структуры, которые исследуются в рамках настоящей работы. Наибольшая достигнутая длина волны - 4.5 мкм при Т = 77 К [93]. В работе 2013 г.[94] те же авторы сообщают о наблюдении в интервале температур 77-150 К двухчастотной генерации на длинах волн 2 и 3 мкм в «трехслойной» структуре на основе Н^СсГГе. Отметим, что структуры, исследовавшиеся в работах [93; 94] не были специально сконструированы для получения стимулированного излучения, а предназначались для фотоприемников соответствующих диапазонов. Однако наличие буферного слоя СбТе с меньшим по сравнению с «фоточувствительным» слоем Р^СсГГе показателем преломления с одной стороны и «вакуумом» с другой приводили фактически к формированию диэлектрического волновода.
В обзорной работе [47] делается вывод о неконкурентноспособности межзонных лазеров на основе Т^СсГГе по сравнению с монополярными квантовыми каскадными лазерами (ККЛ) среднего ИК диапазона. Основная причина - возрастание роли межзонной оже-рекомбинации при уменьшении ширины запрещенной зоны. Тем не менее, в работе отмечается, что оже-рекомбинация оказывается подавленной в квантовых ямах Ь^СсГГе по сравнению с объемными твердыми растворами с той же шириной запрещенной зоны.