Исследование методом спектроскопии электроотражения пьезоэлектрических полей в множественных квантовых ямах нитрид-содержащих гетероструктур

Глава I. Введение

Полупроводниковые структуры на основе нитрида галлия (GaN) и его соединений широко применяются в современной полупроводниковой электронике. Основные достоинства этих соединений заключаются в прямозонности, сильных межатомных связях, а также в возможности изменения в широком диапазоне энергии фундаментального перехода [1]. На основе нитрид-содержащих полупроводниковых гетероструктур изготавливают высокоэффективные световые источники света в зелёном, синем и ультрафиолетовом диапазонах оптического спектра [2], а также высокотемпературные и высокочастотные приборы [3]. Кроме того, часть сверхярких светодиодов, излучающих в синем и зелёном диапазонах, ультрафиолетовые детекторы и лазерные диоды в оптоэлектронных устройствах, сделанных на основе квантово-размерных структур GaN, успешно внедрены в производство [4].
Излучающим элементом современных светодиодов является квантовая яма, помещённая в область pn-перехода полупроводника. Наличие механических напряжений в слоях GaN и его соединений гексагональной сингонии, выращенных на полярных (0001) и полуполярных (1122) плоскостях, приводит к появлению пьезоэлектрических полей, модифицирующих зонную структуру [5]. В результате носители зарядов – электроны и дырки – оказываются разделёнными в реальном пространстве. Следствием этого является уменьшение вероятности излучательной рекомбинации в области квантовой ямы, что приводит к снижению эффективности светодиодов. Таким образом, пьезоэлектрические поля – один из основных факторов, влияющих на развитие полупроводниковой технологии на основе нитридсодержащих гексагональных соединений [6].
В данной работе приводятся результаты исследования пьезоэлектрических полей в светодиодных структурах на основе соединений GaN. Метод исследования - спектроскопия электроотражения.

Глава II. Пьезоэлектрический эффект в полупроводниковых гетероструктурах и методы его изучения
2.1 Пьезоэлектрический эффект в кристаллах.

Связь с симметрией На гранях некоторых ионных и ковалентных полярных кристаллов, при деформации в определённых направлениях, возникают разноимённые заряды. Этот эффект, называемый прямым пьезоэлектрическим эффектом, обнаружили в 1880 г. Жак и Пьер Кюри [7]. Рассмотрим ячейку кристалла гексагональной сингонии, состоящую из трёх положительно заряженных (заштрихованные круги) и трёх отрицательно заряженных (светлые круги) ионов, расположенных как показано на рис. 1а. В недеформированном состоянии «выступающие» вдоль пьезоэлектрической оси Х1 положительный (у границы А) и отрицательный (у границы Б) заряды создают слабую поляризацию, которая компенсируется поверхностными Рис. 1. Прямой пьезоэффект [8] 7 зарядами. Создавая деформацию сжатия (рис. 1б) или растяжения (рис. 1в), можно изменять зарядовую плотность в зависимости от типа деформации, тем самым изменяя вектор поляризации в том или ином направлении. В результате действия механических напряжений в рассматриваемой кристаллической ячейке появляется электрическое поле. Таким свойством обладают исключительно кристаллы, ячейки которых не имеют центра симметрии (20 из 32 классов кристаллографической симметрии) [8, cc. 104-114].