Введение к работе
Актуальность темы.- -Значительный прогресс в полупроводниковой технологии в последние 15 лет сделал возможным создание вы-" сококачественных многослойных полупроводниковых структур с любой заданной толщиной слоев, вплоть до моноатомных. Появление таких структур открыло новое направление физики твердого тела, связанное с исследованием физических явлений в условиях пониженной размерности.
Структуры с периодически повторяющимися слоями различных материалов получили название сверхрешеток (СР). Интерес к ним обусловлен принципиально новыми физическими свойствами, возникающими вследствие эффектов размерного квантования электронного и фононного спектра в направлений нормально к слоям СР. При исследовании этих эффектов модельными являются СР, состоящие из чередующихся слоев GaAs и АІАз, поскольку эти материалы.имеют хорошо согласующиеся постоянные решетки, что позволяет выращивать высококачественные гетероструктуры с любой толщиной слоев и совершенными границами. Сверхрешетки уде получили применение для создания ряда новых- электронных и оптоэлектронных приборов, что является стимулом для дальнейшего исследования физических явлений в них.
Наряду с электронными.свойствами структур с пониженной размерностью представляет интерес также исследование их колебательного спектра. С точки зрения динамики кристаллической решетки СР является принципиально новой системой, фононный спектр которой существенно отличается от спектров образующих ее объемных материалов. Одним из наиболее информативных методов исследования фононного спектра как в объемных полупроводниках, так и в СР является спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС). Этот метод широко применяется для исследования элементарных возбуждений в твердых телах (фононов, плазмонов, магнонов), и взаимодействий между ними.
К моменту начала данной работы основные особенности колебательного спектра СР (свертка ветвей акустических фононов, локализация оптических фононов, образование интерфейсных фононов) были исследованы достаточно подробно. Однако ряд существенных вопросов оставался неизученным. В частности, недостаточно иссле-
дован был фононный спектр СР QaAs/AlAs в области частот AlAs. Имевшиеся экспериментальные данные о локализованных оптических фононах в AlAs были счень немногочисленны и противоречивы. Определенный интерес представляло исследование особенностей КРС в СР со сверхтонкими слоями AlAs и б спаренных квантовых ямах GaAs, разделенных тонким барьером AlAs. Экспериментально не было изучено влияние электрического поля на спектры КРС в СР GaAs/AlAs. Наконец, вопросы зависимости фононного спектра от структурных параметров СР и использования спектроскопии КРС для контроля этих параметров тоже не были проанализированы достаточно деталь- . но. В связи с этим были сформулированы следующие основные задачи исследования:
-
Летальное исследование эффектов локализации оптических фоно-нов в слоях AlAs сверхрешеток GaAs/AlAs методом КРС. Анализ дисперсии L0 фононов объемного AlAs на основе данных КРС о локализованных оптических фононах.
-
Исследование особенностей КРС на оптических фононах в сверх-решегках GaAs/AlAs со сверхтонкими слоями AlAs и в структурах со спаренными квантовыми ямами. Изучение правил отбора для процесса КРС в этих ^структурах.
-
Изучение влияния электрического поля на спектры резонансного КРС в СР QaAs/AlAs. Количественный анализ интенсивности линий КРС на локализованных оптических фононах в зависимости от приложенного поля с учетом деталей электрон-фононного взаимодействия, определение доминирующего механизма рассеяния.
-
Исследование зависимости фононного спектра СР GaAs/AlAs от . структурных параметров СР (период, толщины слоев компонентов, толщина переходного слоя на гетерограницах). Разработка метода решения обратной спектральной задачи - определения структурных параметров на основе данных спектроскопии КРС о частотах фононов в СР.
Цель данной диссертационной работы состоит в решении сформулированных выше задач.
Научная новизна работы. Большинство основных экспериментальных результатов работы получено впервые.
Детальное исследование спектра локализованных L0 фононов в
слоях AlAs сверхрешеток GaAs/AlAs позволило надежно подтвердить существующие'данные микроскопического расчета дисперсии L0 фоно-нов объемного AlAs, полученные из первых принципов. Полученные экспериментальные результаты представляются весьма значимыми, поскольку из-за нестабильности AlAs затруднено его исследование методом рассеяния холодных нейтронов.
Впервые наблюдалось нерезонансное КРС одновременно как на нечетных, так и на четных локализованных L0 фононах в структурах GaAs/AlAs со спаренными квантовыми ямами, а также в СР со сверхтонкими слоями AlAs. Приведено объяснение нарушения правил отбора в лроцессе КРС.
Впервые проведено экспериментальное исследование влияния электрического'поля на спектры резонансного КРС в СР GaAs/AlAs. Приложение электрического поля позволило уточнить некоторые детали электрон-фононного взаимодействия, в частности, изучить роль фрелиховского взаимодействия, индуцированного дефектами.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что разработан локальный, бесконтактный и неразрушающий метод контроля ряда важных структурных параметров СР (период, толщины слоев компонентов, ширина переходного слоя на гетерограни-цах) на основе данных КРС о частотах свернутых акустических и локализованных оптических фононов.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены на:
XIII Международной Конференции по спектроскопии комбинаци
онного рассеяния света (Вюрцбург, Германия, 1992).
I Международной Конференции по физике структур с пониженной размерностью (Черноголовка, 1Э93).
XIV Международной Конференции по спектроскопии комбинацион
ного рассеяния света (Гонконг, 1994).
2 Международном Симпозиуме по составным полупроводникам (Чеджу, Корея, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, список которых приведен в конце реферата.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 133 страницах (включая 34 рисунка и 1 таблицу), и списка литературы из 94 наименований.
