Автореферат докторской диссертации (1097791), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Проведенные оценки показали, чтонеоднородность каждой гетерограницы исследуемых образцов не превышает 3 – 4 монослоя.В § 7.2 рассматриваются пары идентичных квантовых ям GaAs шириной 6.5, 13 и 17.5нм, разделённых тонкой (толщина от 0.5 до 1.8 нм) широкозонной перегородкой AlAs.Вследствие туннельной прозрачности тонкого барьера в двойных связанных квантовых ямах издважды вырожденного состояния соответствующих одиночных ям образуются два состояния,описываемые симметричной и антисимметричной волновой функцией (рис.
16, 17). Символамиnmh(a, s) и nml(a, s) обозначены переходы с n уровня валентной зоны на m уровень зоныпроводимости для тяжелых и легких дырок соответственно; a, s – соответствуют переходаммежду антисимметричными или симметричными состояниями. Из анализа спектров ФОустановлено, что величина расщепления спектральных линий уменьшается с ростом толщиныбарьера AlAs и увеличивается с ростом энергии уровня в квантовой яме.Рис. 16. Спектры ФО структур GaAs/AlxGa1- Рис.
17. Образование антисимметричных (A) иxAsс одиночной и двойными квантовыми симметричных (S) состояний в квантовых ямах,ямами. Ширины ям 6.5 нм и 2х6.5 нм.разделенных туннельно прозрачным барьером.В § 7.3 методом спектроскопии ФО исследуется влияние модулированного легированиябарьеров на энергетический спектр электронов и дырок в квантовых ямах. Исследовалисьструктуры с квантовыми ямами GaAs шириной 6.5, 13, 18, 26 и 35 нм и концентрациейлегирующей примеси (кремний) в барьерах n-AlGaAs от 1018 до 2·1018 см-3.
Легированная частьбарьера отделялась от области квантовой ямы i-AlGaAs спейсером. Толщины спейсера илегированного барьера составляли 16.5 нм.В спектрах ФО присутствуют линии в области 1.41 и 1.65 - 1.90 эВ, связанные сфундаментальными переходами E01 GaAs, и E02 AlxGa1-xAs соответственно. Линии, связанные с32барьерами Al0.2Ga0.8 As представляют собой осцилляции Франца-Келдыша. Линии в областиэнергий 1.38 - 1.65 эВ, представляют собой структуры с двумя экстремумами разных знаков,соответствующие низкополевой модели Аспнеса (11). Эти линии связаны с межзоннымипереходами в квантовых ямах. С ростом концентрации примеси в барьерах происходитуменьшение интенсивности и увеличение ширины спектральных линий, обусловленныхмежзонными переходами в квантовой яме.
В отличие от спектров ФО нелегированныхструктур с квантовыми ямами, где интенсивность спектральных линий монотонноуменьшалась с ростом энергии, в спектрах структур с модулированным легированием барьеровинтенсивность линий с ростом энергии перехода сначала увеличивается, а потом уменьшается.Профиль квантовой ямы в гетероструктуре с модулированным легированием барьеровсущественно отличается от прямоугольного. Следовательно, для описания спектра межзонныхпереходов пользоваться системой (12) и соответствующими правилами отбора нельзя. Дляобъяснения экспериментальных данных самосогласованно решались уравнения Пуассона иШредингера.
В ходе решения определялись профиль квантовой ямы, волновые функциичетырех электронных и четырех дырочных состояний в гетероструктуре, интегралыперекрытия волновых функций электронов и дырок. Сопоставление экспериментальных итеоретических результатов показало, что изменение типов межзонных переходов в квантовыхямах связано с изменением интегралов перекрытия волновых функций электронов и дырок.В заключении диссертационной работы сформулированы основные результатыисследований их практическая ценность и выводы.Основные результаты диссертации состоят в следующем:1. Трансформация спектров КР при имплантации кремния и арсенида галлия ионами P+,Se+, Sb+, As+, B+, Si+, Ga+ в широком диапазоне доз (1011 – 1015 см-2) и энергий (50 -150кэВ), обусловлена размерными эффектами, и соответствует различным типамразупорядоченных структур (монокристалл с точечными дефектами, аморфная матрицас нанокристаллами, полностью аморфная фаза).2.
Особенности, наблюдаемые в спектрах КР имплантированных кристаллов кремния,подвергнутыхтепловомуилазерномунанокристаллическойфазыприимплантированногослоя,такотжигувосстановлениииобусловленыкаккристаллическойэлектрон-фононнымналичиемструктурывзаимодействием(интерференционными эффектами типа Фано) вследствие электрической активациипримеси.333. Перераспределение интенсивностей ТО-ТА компонент в спектрах КР аморфногокремния вблизи порога кристаллизации связаны с изменением структуры аморфнойфазы вследствие изменения среднего значения разброса углов тетраэдрических связей вдиапазоне 10.5 - 8.5 о. Указанные особенности носят общий характер и наблюдаются в aSi при имплантации с дозами, превышающими порог аморфизации, при импульсном инепрерывном лазерном отжиге, а также в пленках a-Si при химическом осаждении паров(CVD).4.
Обнаруженные особенности КРв ионно-имплантированных кристаллахGaAs,подвергнутых термическому отжигу, обусловлены восстановлением кристаллическойструктуры имплантированного слоя, и рассеянием на связанных фонон-плазмонныхмодах вследствие электрической активации примеси.
В случае примеси n-типа, при n >1018 см-3, частота высокочастотной связанной моды L+, существенно зависит отконцентрации свободных носителей, в то время, как низкочастотная мода L- попадает в“запрещенную” область частот между TO и LO колебаниями вследствие затуханияЛандау. В случае примеси p-типа, связанные колебания передемпфированы и имеютслабую концентрационную зависимость.5. Рассеяние на связанных фонон-плазмонных модах в n-GaAs может быть описано спомощью продольной диэлектрической функции Линхарда-Мермина, полученной ваналитическом виде в низкотемпературном приближении, учитывающей затуханиеЛандау и непараболичность зоны проводимости.6.
Наблюдаемые особенности КР на связанных фонон-плазмонных модах в тройныхсоединениях n-InxGa1-xAs могут быть объяснены в рамках трехосцилляторной моделиСФПМ. Характерным для связанных мод в тройных соединениях является наличиепромежуточной ветви L0 (между L+ и L-), которая не наблюдается в двойныхсоединениях. Показано, что в n-InxGa1-xAs в диапазоне концентраций свободныхносителей n~1017-1019 см-3 низкочастотные СФПМ попадают в область затуханияЛандау, в то время как мода L+ является плазмоноподобной, и для расчета ее частотыможноиспользоватьприближениеДрудесучетомнепараболичностизоныпроводимости.7.
Показано, что полученные из спектров фотоотражения энергии межзонных переходовнелегированных гетероструктур с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs, соответствуютрассчитанным в рамках модели огибающей волновой функции для прямоугольногопотенциала с учетом правил отбора по четности.8. Установлено, что в модулировано-легированных квантовых ямах GaAs/AlGaAs приконцентрации легирующей примеси в барьерах, более 2·1018 см-3, происходит изменение34типов межзонных переходов, связанное с изменением интегралов перекрытия волновыхфункций электронов и дырок.9. Обнаруженное в спектрах фотоотражения двойных квантовых ям расщеплениеспектральных линий связано с снятием вырождения уровней одиночных квантовых ямпри их взаимодействии через туннельно-прозрачный (толщиной 0.5-1.8 нм) барьерAlAs.
Величина расщепления увеличивается с уменьшением толщины барьера AlAs иувеличением энергии уровня в квантовой яме.10. На основе полученных результатов и предложенной теории разработаны методики, длябесконтактного неразрушающего контроля оптических (ширина запрещенной зоны,энергии межзонных переходов), электрофизических (концентрация и подвижностьсвободных носителей, величина и пространственное распределение встроенныхэлектрических полей,) и структурных (степень аморфизации, величина механическойдеформации, радиус трека) параметров полупроводниковых наноструктур на основекремния и арсенида галлия.В результате проведенных исследований в диссертационной работе получилидальнейшее развитие представления о характере изменений спектров КР, обусловленныхлокализацией колебательных состояний при разупорядочении кристаллической решеткикремния и арсенида галлия в результате ионной имплантации и процессах рекристаллизациипри тепловом и лазерном отжиге.Развиты представления о механизмах неупругого рассеяния света на связанных фононплазмонных модах в GaAs и тройных соединениях на его основе в случаях существенноговлияния затухания Ландау и непараболичности зоны проводимости.Развиты представления об особенностях фотоотражения в двойных квантовых ямахGaAs/AlGaAs обусловленных взаимодействием квантовых ям через туннельно-прозрачныйбарьер AlAs.Таким образом, в диссертации установлены закономерности трансформации спектровКР и ФО при имплантации и легировании полупроводниковых структур на основе кремния иарсенида галлия и получен ряд новых научных результатов по оптике квантово-размерныхструктур.35СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ1.
Авакянц Л.П., Китов И.А., Червяков А.В. Автоматизированная установка для разностнойспектроскопии комбинационного рассеяния. // ПТЭ. -1988. -№ 2. -С. 145-149.2. Авакянц Л.П., Бегишев А.Р., Горелик В.С., Образцова Е.Д. Разностная спектроскопия КР вприповерхностной области имплантированных кристаллов кремния. // Препринт ФИАН.-1989. -№55. -С. 1-25.3.Авакянц Л.П., Образцова Е.Д. Исследование механических напряжений в пористомкремнии методом разностной спектроскопии комбинационного рассеяния света.
// ЖПС.-1988. -Т.49. -№ 4. -С. 612-615.4. Avakyants L.P., Obraztsova E.D., Demidovich G.B. Raman investigation of porous silicon sufaceduring cw-laser irradiating. // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. -1993. –V. 64/65. -P. 857–864.5. Авакянц Л.П., Киселев Д.Ф., Фирсова М.М. Разностная спектроскопия КРС в кварце,облученном в гамма-нейтронных полях. // ФТТ.
-1987. -Т. 29. -Вып. 8. -С. 2468–2470.6. Авакянц Л.П., Боков П.Ю., Червяков А.В. Автоматизированная установка для регистрацииспектров фотоотражения полупроводниковых структур с использованием двойногомонохроматора. // ЖТФ. -2005. -Т. 75. -Вып. 10. -С. 66–68.7. Авакянц Л.П., Горелик В.С.,Образцова Е.Д., Хашимов Р.Н. Спектры комбинационногорассеяния приповерхностных слоев кремния, имплантированного селеном. // Краткиесообщения по физике ФИАН.-1988.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
