Введение к работе
Актуальность темы определяется тем, что полупроводниковые гетероструктуры, содержащие низкоразмерные квантовые объекты, в последние годы заняли ведущее место в физике полупроводников и оптоэлектроники.
Интенсивные исследования полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами, квантовыми нитями и квантовыми точками позволили существенно развить теорию полупроводников, привели к открытию явлений ранее неизвестных в физике полупроводников. На основе этих исследований создаются принципиально новые полупроводниковые приборы и улучшаются параметры уже существующих.
Однако к началу диссертационной работы ряд особенностей излучательной рекомбинации в квантоворазмерных объектах не был исследован. Так, не было проведено детального исследования зависимости эффективности излучательной рекомбинации от параметров квантовой ямы и уровня возбуждения в реальных гетероструктурах. В работах, посвященных фотолюминесцентным исследованиям квантовых точек, практически не приводятся конкретные значения эффективности излучательной рекомбинации, а характер её зависимости от температуры и уровня возбуждения не обсуждается. Знание этих характеристик важно, как для понимания происходящих в низкоразмерных гетероструктурах фундаментальных процессов, так и для реализации уникальных свойств этих гетероструктур в оптоэлектронных приборах.
Цель диссертационной работы - исследование особенностей излучательной рекомбинации и выявление основных механизмов, определяющих её эффективность, в низкоразмерных гетероструктурах: квантовых ямах GaAs/AIGaAs, InGaAs/AlGaAs и однослойных массивах квантовых точек InAs.
Для выполнения поставленной цели в работе предполагалось: - изготовление методом молекулярно-пучковой эпитаксии гетероструктур GaAs/AIGaAs и InGaAs/AlGaAs, содержащих высококачественные квантовые ямы GaAs и InGaAs с заданными шачениями толщин и высот барьеров;
проведение в широком диапазоне температур исследований спектров фотолюминесценции выращенных гетероструктур с целью точного определения параметров квантовых ям;
исследование характера зависимости эффективности излучательной рекомбинации от концентрации неравновесных носителей для различных по толщине и ширине запрещенной зоны квантовых ям;
разработка способа получения высокооднородных массивов квантовых точек InAs на основе метода молекулярно-пучковой эпитаксии;
исследование характера зависимости эффективности излучательной рекомбинации от концентрации неравновесных носителей для однослойных массивов квантовых точек InAs.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
-
Исследованы зависимости эффективности излучательной рекомбинации в гетероструктурах с квантовыми ямами GaAs/AIGaAs и InGaAs/AlGaAs от уровня возбуждения и ширины квантовой ямы при температуре 300К.
-
Экспериментально обнаружена беспороговая оже-рекомбинация в тонких квантовых ямах InGaAs/AlGaAs.
-
Исследованы спектры фотолюминесценции зарощенных однослойных массивов квантовых точек InAs; полученных на основе оригинальной методики роста квантовых точек на разориентированных в сторону [010] поверхностях GaAs (001).
-
Экспериментально исследованы зависимости эффективности излучательной рекомбинации от уровня возбуждения и температуры для однослойных массивов квантовых точек InAs, выращенных на подложках, разориентированных в сторону [010] подложках GaAs (001).
Научная и практическая значимость работы заключается в том, что е ней:
-
выявлены основные каналы безызлучательной рекомбинации определяющие значение эффективности люминесценции квантовых ям, і практически важном диапазоне толщин 28-180А для гетерострукту{ GaAs/AIGaAs и 28-70А для гетероструктур InGaAs/AlGaAs;
-
показано, что в квантовых ямах InGaAs/AlGaAs с толщиной менеї 50А существенное влияние на значение эффективности излучательноі
рекомбинации оказывает безызлучательнын канал по механизму оже-рекомбинации;
-
установлено, что применение в молекулярно пучковой эпитаксии разориентированных в сторону [010] подложек GaAs (001) улучшает однородность размеров квантовых точек InAs;
-
обнаружено, что при молекулярно пучковой эпитаксии InAs квантовых точек на разориентированных поверхностях GaAs (001), уменьшение времени прерывания роста после осаждения слоя InAs увеличивает однородность квантовых точек по размерам;
-
показано, что массивы квантовых точек InAs, выращенные на разориентированных поверхностях GaAs (001) обладают более высокой эффективностью излучательной рекомбинации, чем аналогичные массивы, полученные на точно ориентированной поверхности GaAs (001).
Представляемые к защите научные положения.
Положение 1.
Основным каналом безызлучательной рекомбинации в квантовых шах GaAs/AIGaAs и InGaAs/AIGaAs с шириной менее 100А при больших уровнях возбуждения при Т=300К является безызлучательная рекомбинация термически выброшенных неравновесных носителей в 5арьерных слоях.
Положение 2.
При низких температурах (Т=77К) в узких квантовых ямах InGaAs проявляется беспороговый механизм оже-рекомбинации.
Положение 3.
Дополнительное снижение эффективности излучательной іекомбинации в квантовых ямах InGaAs/AIGaAs с шириной менее 50А при іольших уровнях возбуждения обусловлено оже-рекомбинацией.
Положение 4.
Применение разориентированных в направлении [010] подложек }aAs (001) для роста квантовых точек InAs приводит к изменениям пектров их фотолюминесценции: сдвигу положения пика ютолюминесценции в сторону больших энергий и уменьшению юлуширины линии при увеличении угла разориентации.
Положение 5.
Эффективность излучательной рекомбинации в InAs квантовых точках, выращенных на разориентированных в сторону [010] подложках GaAs (001) возрастает с увеличением угла разориентации подложки.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах отделения физики университета г. Падерборн (Германия) и ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, а также на II Российской конференции по физике полупроводников в г. Зеленогорске, 1996 г., на 3 международном симпозиуме по молекулярно-пучковой эпитаксии в г. Велико-Тырново (Болгария), 1989 г., на 12 международном вакуумном конгрессе в г. Гаага (Нидерланды), 1992 г., на 23 международном симпозиуме по полупроводникам в г.С.-Петербурп (Россия), 1996 г., на 5 международном симпозиуме "Наноструктуры: физика и технология" в г.С.-Петербурге (Россия), 1997 г., на 7 международном симпозиуме "Наноструктуры: физика и технология" в г.С-Петербурге(Россия), 1999 г., на 10-ой международной конференции по молекулярно-пучковой эпитаксии в г. Канны (Франция), 1998 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Она содержит 4(?9 страниц машинописного текста, 32. рисунка на «Зі- страницах. Список цитируемой литературы содержит о у наименований.
