Введение к работе
Актуальность темы. В диссертации представлено исследование методом оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР) рекомбинационных процессов в низкоразмерных полупроводниковых системах, полученных в результате самоорганизованного роста.
Системы пониженной размерности являются перспективными для опто- и микроэлектроники. Особое значение имеет создание одиночных и периодически повторяющихся потенциальных ям путем комбинации материалов, имеющих различные энергии запрещенной зоны и пространственные размеры, ограничивающие движение электронов и дырок. Не менее важным является изучение эффектов пространственного ограничения (конфайнмента) носителей на свойства таких систем.
Одним из перспективных технологических процессов создания низкоразмерных структур типа квантовых точек и нанокристаллов является их самоорганизованный рост. Ориентированные нанокристаллы галогенидов серебра, образующиеся в результате самоорганизованного роста в матрице иоиных щелочно-галоидных кристаллов, являются полезными модельными объектами для исследования эффектов конфайнмента методами радиоспектроскопии, так как электронные и дырочные центры, а также локализованные экситоны в объемных кристаллах AgCI и AgBr, изучены детально. Изучение рекомбинационных процессов в системе нанокристаллов CsPbBr3, образующихся внутри матричного кристалла CsBr, представляет большой интерес для разработки новых активных материалов для компьютерной радиографии. Исследования систем квантовых ям InGaAsN и самоорганизованных квантовых точек на основе InAs важны для создания лазеров в области 1.3 мкм.
Основными методами исследования систем пониженной размерности являются оптические методы. В методе ОДМР информативность и высокое энергетическое разрешение электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) сочетаются с высокой чувствительностью оптики, поэтому применение ОДМР для изучения низкоразмерных систем является актуальным и перспективным.
Цели настоящей работы
1 Исследование нанокристаллов AgBr, образующихся в результате
самоорганизованного роста в ионном кристалле КВг, методом оптически
детектируемого магнитного резонанса Изучение эффектов пространственного
ограничения (конфайнмента) рекомбинации обменно-связанных
РОС. ЧЛ!1И'<" ' ',1,1'
lijs,::." -"
С.-Гїі. * j г
онорно-акцепторных пар вследствие ограничения максимального расстояния в рекомбинирующих парах размерами нанокристаллов AgBr и его впияния на обменные взимодействия и g-фактор мелких электронных центров в нанокристалле AgBr.
Разработка методов определения размеров наночастии AgBr По величине обменных взаимодействий в донорно-акцепторных парах.
-
Изучение направленного переноса энергии, выделяющейся в процессе спиново-зависимой туннельной рекомбинации электронно-дырочных пар и автолокализованных экситонов в ионной кристаллической матрице CsBr к встроенным в матрицу в результате самоорганизованного роста полупроводниковым низкоразмерным структурам CsPbBr3
-
Исследование низкоразмерных структур с квантовыми ямами InGaAsN/GaAs с низким содержанием азота и квантовыми точками InAs/GaAs, перспективных для создания лазеров в области 1.3 мкм методами ОДМР и оптического детектирования циклотронного резонанса (ОДЦР).
Научная новизна работы заключается в следующем:
Впервые методом ОДМР исследована рекомбинационная люминесценция самоорганизованных микро- и нанокристаллов AgBr в кристаллической матрице КВг. Обнаружены эффекты, связанные с пространственным ограничением электронно-дырочной рекомбинации и приводящие к существенным изменениям в спектрах ОДМР. Наблюдалось увеличение g-фактора мелких доноров в полупроводниковых нанокристаллах. Впервые разработан метод определения размеров наночастиц AgBr по распределению обменных взаимодействий в донорно-акцепторных парах.
Впервые изучен направленный перенос энергии, выделяющейся в процессе спиново-зависимой туннельной рекомбинации электронно-дырочных пар и автолокализованных экситонов в ионной кристаллической матрице к встроенным в матрицу в результате самоорганизованного роста полупроводниковым низкоразмерным структурам.
Впервые зарегистрирован ОДМР в квантовых ямах InGaAsN/GaAs с низким содержанием азота и определен g-фактор электронов. По люминесценции квантовых точек InAs впервые наблюдался оптически детектируемый циклотронный резонанс в двумерной структуре на гетерогранице InAs/GaAs.
Положения, выносимые на защиту:
1 В нанокристаллах AgBr, образующихся в результате самоорганизованного
роста в ионном кристалле КВг, методом оптически детектируемого магнитного
резонанса обнаружены эффекты пространственного ограничения (конфайнмента)
рекомбинации обменно-связанных донорно-акцепторных пар: ограничение
максимального расстояния в рекомбинирующих парах размерами
нанокристаллов, и изменение g-фактора мелких электронных центров. На основе
анализа обменных взаимодействий определено распределение донорно-
акцепторнь> пар по расстояниям и оценены размеры нанокристаллов.
2 Обнаружен направленный перенос энергии, выделяющейся в процессе спин-
зависимой туннельной рекомбинации электронно-дырочных пар и
автолокализованных экситонов в ионной кристаллической матрице CsBr к
встроенным в матрицу в результате самоорганизованного роста
полупроводниковым нанокристаллам CsPbBrj. Спектры ЭПР рекомбинирующих
электронных и дырочных центров в матричном кристалле были зарегистрированы
по полосе излучения экситонов в низкоразмерной структуре CsPb-Вгз, положение
которой определяется размерами нанокристаллов.
3 В неотожженных низкоразмерных структурах с квантовыми ямами
InGaAsN/GaAs с низким содержанием азота ( 2% ) обнаружен сигнал ОДМР,
приписанный электронам, с аксиальной симметрией. |дц|=3.61, |д_|=0.7. Изучены
оптически детектируемый циклотронный резонанс и нерезонансные эффекты
влияния микроволнового поля на фотолюминесценцию в структурах с квантовыми
точками InAs/GaAs. Сигнал циклотронного резонанса соответствует электронам с
эффективной массой 0 07т0 с циклотронными орбитами, ограниченными в
двумерной системе, такой как гетероинтерфейс InAs/GaAs.
Практическая ценность. Результаты диссертационной работы являются новыми и вносят существенный вклад в исследования рекомбинационных процессов в низкоразмерных полупроводниковых системах, полученных в результате самоорганизованного роста.
Системы на основе AgBr являются основными для производства фотографических материалов. Системы на основе CsBr, активированные различными примесями, являются перспективными материалами для компьютерной радиографии (X-ray storage phosphors) Структуры с квантовыми ямами InGaAsN/GaAs и квантовыми точками InAs/GaAs являются перспективными для разработки лазеров, излучающих в области 1.3 мкм, совпадающей с полосой прозрачности волоконной оптики.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных конференциях, the 11th International Symposium "Nanostructures. Physics and Technology", Saint-Petersburg, Russia, June 23-28, 2003; VIII German-Russian Seminar on Point Defects in Insulators and Deep-Level Centers in Semiconductors, St.Petersburg. November 9-15, 2003, Пятая Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, 1-5 декабря, 2003, the 13th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", Saint-Petersburg, Russia, June 20-25, 2005; Седьмая Всероссийская молодежиая конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, СП6ГПУ, 5-9 декабря 2005г.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 7 печатных работах и 2 работы в виртуальных журналах. Перечень работ приведен в конце автореферата.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Список литературы содержит 65 наименований. Объем диссертации составляет 83 страницы, в том числе 21 рисунок.
