Интерференционные эффекты в спектрах электроотражения прототипов светоизлучающих диодов на основе соединений нитрида галлия

1. Введение
Нобелевская премия по физике в 2014 году присуждена Х. Амано, И. Акасаки и С. Накамура [1 - 6] за разработки светоизлучающих диодов синей части спектра на основе нитрида галлия и его соединений. За сравнительно короткий промежуток времени эти светодиоды (СД) стали основой энергоэффективного освещения ближайшего будущего. В то же время остаётся немало вопросов, ответы на которые помогли бы качественно улучшить светодиоды. К их числу относятся вопросы спектрального состава и направленности излучения светодиода. Сравнительно малые толщины слоёв в гетероструктуре и сравнительно большие значения показателя преломления приводят к тому, что интерференция в СД влияет, в том числе, на направленность и спектральный состав излучения [7]. Поэтому исследование интерференционных эффектов в структурах светодиодов – один из мощных инструментов для дальнейшего развития технологий их производства. В данной работе приведены результаты исследования методом спектроскопии электроотражения (ЭО) серии интерференционных эффектов: интерференции в тонких плёнках и интерференции электромодуляционного сигнала от области множественных квантовых ям (МКЯ), исследован линейный электрооптический эффект в гетероструктурах на основе InGaN/AlGaN/GaN

2. Интерференция в тонких плёнках и её проявление в спектрах электроотражения

Структуры на основе соединений нитрида галлия используют для производства маломощных сверхъярких источников света в зелёном, синем и ультрафиолетовом спектральных диапазонах [8]. Полупроводниковые структуры этих светодиодов представляют собой набор чередующихся слоёв с различными оптическими и электрофизическими свойствами [9]. Характерные толщины отдельных слоёв составляют единицы-сотни нм [10]. Качественно изготавливать такие структуры стало возможно, благодаря развитию таких методов роста, как молекулярно-лучевая эпитаксия [11, стр. 161], металлоорганическая газофазная эпитаксия [12] и жидкофазная эпитаксия [13]. В многослойных гетероструктурах современных светоизлучающих диодов происходит интерференция излучаемого света [14], которая, как показал Крамерс [7], оказывает влияние не только на направленность излучения, но и на его спектральный состав. 2.1. Формулы Френеля и следствия из них Так как современные светодиоды представляют собой совокупность плоскопараллельных слоёв с различными показателями преломления [15, стр. 152-156], рассмотрим распространение света в слоистой структуре перпендикулярно границам. Плоская волна, распространяющаяся в направлении единичного вектора S (i) , под углом Θi к оси z (рис.1.), в среде с показателем преломления n1 , падает на границу раздела со средой, показатель преломления которой n2 . Волна разделяется на две: проходящую во вторую среду, распространяющуюся вдоль единичного вектора S (t) , под углом Θt к оси z, и отражённую, распространяющуюся вдоль S (r) , под углом Θr к вертикальной оси (рис.1). A – амплитуда вектора напряжённости электрического поля падающей волны, считаем её комплексной величиной. Разложим каждый вектор на компоненты – параллельную и
перпендикулярную направлению распространения волн. Выбор положительных направлений компонент указан на рисунке 1. Для компонент отражённой (R) и прошедшей (T) волн справедливы формулы Френеля [16, стр. 57]: