Исследование электрических и фотоэлектрических свойств гетероструктур InGaN/GaN с множественными квантовыми ямами и разработка неразрушающего метода контроля их качества

• Автор: Барановский, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Неразрушающие методы анализа полупроводниковых
гетероструктур (обзор литературы)
1.1. Нитрид галлия и гетероструктуры на его основе
1.2. Адмиттансные методы исследования полупроводниковых
гетеро структур
1.3. Оптические и фотоэлектрические методы исследования
гетероструктур
2. Экспериментальная установка и методика исследований
2.1. Измерение адмиттанса полупроводниковых гетероструктур
2.2. Исследования фотоэлектрических характеристик
гетероструктур ІпОаИ/ОаМ
2.3. Исследуемые образцы
3. Адмиттанс гетеро структур ІпСаМ/СаИ с множественными
квантовыми ямами
3.1. Исследование вольт-фарадных характеристик
3.2. Статическая теория барьерной емкости
3.3. Динамическая теория адмиттанса полупроводниковых
барьерных структур
4. Фотоэлектрические характеристики гетероструктур [пСІаИ/СаН
с множественными квантовыми ямами
4.1. Экспериментальные исследования фототока
4.2. Теория фототока в структурах с квантовыми ямами
4.3. Разработка методики экспресс-анализа гетероструктур
ЫОаМЛЗаЫ с множественными квантовыми ямами
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Гетероструктуры ТпСтаЫ/СаН с множественными квантовыми ямами (МКЯ) в настоящее время широко используются в качестве активной области светодиодов, а также полупроводниковых лазеров, излучающих в сине-зеленой области спектра. Их свойства во многом определяют параметры производимых приборов. К ним относятся спектр излучения, мощность и эффективность. Производство гетероструктур 1пОаИ/ОаИ связано с преодолением ряда технологических трудностей, таких как создание эпитаксиальной структуры на чужеродных подложках (нитрид галлия на сапфире), а также рост слоев ваИ и ГлваИ, сильно рассогласованных по периоду кристаллической решетки. Это отражается на качестве создаваемых структур, что в свою очередь влияет и на параметры приборов.
В этой связи исследование и диагностика квантово-размерных структур 1пОа1Ч/ОаЫ в последнее время становится особенно актуальным и востребованным направлением. Помимо заинтересованности производителей в повышении эффективности излучателей, данное направление представляет также определенный научный интерес. Он обусловлен тем, что к настоящему моменту не существует ясного представления о многих физических процессах в активной области излучающих структур, в частности, о механизмах транспорта носителей заряда и механизмах их излучательной и безызлучательной рекомбинации.
Диагностические методы, применяемые для исследования квантоворазмерных структур, должны обладать высоким пространственным разрешением для обеспечения возможности анализа электрофизических свойств отдельных слоев. Но не менее важным требованием является неразрушающий характер внешнего воздействия на диагностируемый объект. Это позволяет проводить различные исследования на одном образце, тем самым получая наиболее полную информацию о его структуре, свойствах и механизмах тех или иных процессов.
В области неразрушающей диагностики полупроводниковых наногетеро-струкгур свою эффективность доказал метод вольт-фарадного профилирования. В рамках настоящей диссертационной работы проводятся исследования как вольт-фарадных, так и фотоэлектрических характеристик гетероструктур 1пСаЫ/СаЫ с МКЯ. Результатом этих исследований явилась разработка нового неразрушающего фотоэлектрического метода диагностики таких структур, основанного на исследовании зависимости фототока от обратного напряжения. По сравнению с вольт-фарадным профилированием, данный метод обладает большим быстродействием и более высокой чувствительностью. Всё вышесказанное подчеркивает актуальность темы диссертационной работы.
Цель работы заключалась в исследовании фотоэлектрических явлений в гетероструктурах ТпОаК/СаИ с множественными квантовыми ямами и разработка нового неразрушающего фотоэлектрического метода их диагностики.
Для достижения данной цели решались следующие задачи:
1. Разработка и создание автоматизированной установки, позволяющей измерять адмиттанс и фототок в полупроводниковых гетероструктурах в широком диапазоне температур, частот и обратных смещений.
2. Разработка программного обеспечения для автоматизации процесса измерений характеристик гетероструктур, обработки экспериментальных данных и расчета параметров исследуемых образцов.
3. Исследование зависимостей дифференциальных емкости и проводимости от прикладываемого обратного смещения в структурах 1пОаП/ОаИ с МКЯ.
4. Развитие динамической теории адмиттанса полупроводниковых барьерных структур с квантовыми ямами, основанной на самосогласованном решении уравнений Шредингера и Пуассона.
5. Исследование фототока в гетероструктурах 1пОаЫ/ОаИ с МКЯ и его зависимости от прикладываемого обратного напряжения при различных температурах и длинах волн оптического возбуждения.

2. Большое рассогласование периодов кристаллических решеток ОаИ и 1гЮаМ приводит к возникновению существенных механических напряжений и пьезоэлектрических полей в слоях квантовых ям.
3. Адмиттансные методы доказали свою эффективность для анализа квантоворазмерных гетероструктур. Они позволяют анализировать пространственное распределение носителей заряда, их энергетический спектр, разрывы энергетических зон на гетерограницах, количество квантовых ям и расстояние между ними.
4. Оптические и фотоэлектрические методы исследования гетероструктур используются для определения энергетического спектра носителей заряда, встроенных электрических и пьезоэлектрических полей, механизмов транспорта носителей заряда.