Автореферат (1149548), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В случае короткопериодных СР зависимостьчастот от отношения слоев носит монотонный характер, меняясь между значениями,характерными для объемных образцов соответствующих материалов. При увеличении полногопериода СР зависимость частот от отношения слоев меняется. Для СР с достаточно толстыми11слоями зависимость частоты от структуры постепенно исчезает и независимо от отношениятолщин слоев частота принимает значение, характерное для ИГ.В главе 6 на примеревюрцитных материалов GaN и AlN показано, что однооснаяанизотропия приводит к появлению фононов нового типа – квазиконфайнментных, которыеимеют разный характер в соседних слоях: характер распространяющейся плоской волны водном слое сменяется экспоненциальным затуханием в другом, свойственным интерфейснымфононам.
Для разных типов структур (ИГ, ОКЯ, СР) определены частотные диапазоны, вкоторых существуют полярные оптические фононы разных типов. В случае ИГ возможносуществование лишь интерфейсных мод. В случае ОКЯ, кроме интерфейсных, возможныквазиконфайнментные моды с распространяющимся характером вслое квантовой ямы. Вбинарных СР, кроме интерфейсных, возможны два типа квазиконфайнментных мод сраспространяющимся характером в одном из двух типов слоев.
Для всех типов структурвыведены формулы, описывающие пространственное распределение поля и получены вековыеуравнения, позволяющие определить частоты как интерфейсных, так и квазиконфайнментныхфононов. Рассмотрены особенности решений вековых уравнений в трех предельных случаях: вслучае, когда толщина одного из слоев существенно больше длины волны фонона (предельныйслучай ОКЯ), в случае, когда толщина обоих слоев гораздо больше длины волны фонона(предельный случай одиночного гетероперехода), и случай тонких слоев. Показано, что тольков случае тонких слоев (или иначе, в длинноволновом приближении) в уравнениях можнопровести разделение пространственной (связанной с геометрией образца) и частотной(связанной с составляющими гетероструктуру материалами) зависимостей.Показано, что в короткопериодных СР (рис 2а) учет анизотропии не приводит кизменению вида уравнений как для IF-фононов, так и для QC-фононов.
Анизотропию слоев СРможно учесть выбором соответствующей компоненты диэлектрической функции. Зависимостиω(f) (ω – частота фонона, f – относительная толщина слоя AlN) также не меняют своего вида,сдвигаются лишь частотные интервалы значений этих зависимостей. В фононном спектре СР столщинами слоев сравнимых с длинной волны рассеиваемого света (рис. 2б) наблюдаетсясмешивание мод разной симметрии A(TO)-E(TO) и E(LO)-A(LO) и наблюдается расщеплениеспектральных линий.
Величина расщепления в достаточно большом диапазоне частот заметнозависит от толщины периода, этот результат может быть использован для оценки, каксоотношения толщин слоев, так и периода выращенной СР. В длиннопериодных СР (рис. 2в)расщепление достигает максимума, а IF-фононы становятся подобными IF-модам ИГ.В главе 7 с использованием МДК и уравнений теории упругости изучено влияниеаксиально-симметричных упругих деформаций на частоты полярных оптических фононов вбесконечной периодической СР в практически важном случае вюрцитных тонкопериодных СР12GaN/AlN. Показано, что частоты интенсивных в КРС мод (A(TO)+ и E(LO)+) под влияниемупругих деформаций изменяются незначительно.
Причем, вызванный деформациями частотныйсдвиг имеет одинаковый знак и слабо зависит от отношения толщин слоев.(а)(б)(в)E1(LO) AlN900полярных оптических фононов –-1850Частота фонона, смРисунок 2 - Зависимость частотA1(LO) AlNIF-ИГинтерфейсных фононов и головной800линии квазиконфайнментных от750700E1(LO) GaNA1(LO) GaNs = 0.1s = 10s=1E1(TO) AlNвыраженной через параметр f, длянескольких значений параметра s=qdср,650A1(TO) AlN600IF-ИГE1(TO) GaN550A1(TO) GaN0,0относительной толщины слоя AlN,0,51,00,00,50,01,00,5где q - модуль волнового векторафонона, dcp – период СР.1,0Параметр f , отн. ед.Этот результат позволяет оправдать использование положения линийA(TO)+ и E(LO)+ вкачестве высокочувствительного метода оценки толщин слоев в бинарных СР.
Полученныерезультатыпоказывают,чтовлияние--упругихдеформацийназначениячастотслабоинтенсивных мод (A(TO) и E(LO) ) приводит к заметным изменениям зависимостей ( f ) .Частотные сдвиги, вызванные упругими деформациями наиболее значительны в случае, когдаодин слой СР много тоньше другого. Этот эффект имеет простую физическую интерпретацию.Частоты этих «неправильных» мод в указанных пределах значений f приближаются к частотамматериалов тонких слоев. Но, именно эти тонкие слои испытывают наибольшие упругиедеформации, которые и вызывают значительный сдвиг частот локализованных в этих слояхфононов. В целом, можно констатировать, что полярные оптические фононы симметрии A(TO)и E(LO), в которых атомные смещения в соседних слоях синфазны, испытывают гораздоменьшее влияние деформаций, чем фононы, в которых атомные смещения в соседних слояхантифазны.
Это позволяет использовать частоты фононов с синфазными атомнымисмещениями в соседних слоях для характеризации структуры. Наименее чувствительной кдеформациям оказывается мода с синфазными атомными смещениями в соседних слоях,расположенная в ТО диапазоне.Частота фонона, см-113Рисунок 3 - Частоты А(ТО) и Е(LO) мод в920_900A(TO)880860840820800E(LO)+780760740_640зависимости от относительной толщины слояAlN для напряженной (сплошная линия) иненапряженнойGaN/AlN.(штриховаялиния)СимволамиСРотмеченыэкспериментальные данные из [1] (круги), из[2] (треугольники), из данной работы (ромбы).E(LO)620600580560540520A(TO)+0,00,20,40,60,8Параметр f, отн. ед.1,0В главе 8 в рамках МДК оценено влияние буферных слоев на частоты полярныхоптических фононов.
Для изучения вопроса о влиянии анизотропии оценки проводились длягетероструктур, слои которых содержали как сфалеритные, так и вюрцитные модификации GaNи AlN. Для определенности были выбраны гетероструктуры с буферными и барьерными слоямиAlN и ямными слоями GaN. Представлен формальный метод написания векового уравнения дляоценки влияния буферных слоев. Показано (рис.
4), что в предельных случаях N=1 и N→полученные уравнения переходили в соответствующие вековые уравнения для ОКЯ и CР.Установлено, что для изотропной гетероструктуры МКЯ с буферными слоями расчет даетчастоты интерфейсных фононов в тех же частотных интервалах, что и для ОКЯ и СР.В анизотропных МКЯ сосуществуют интерфейсные фононы и квазиконфайнментные фононы,имеющие распространяющийся характер в ямном слое. Таким образом, частотный диапазонполярных оптических фононов для иллюстрируемой системы совпадаетс частотнымдиапазоном, характерным для ОКЯ.В главе 9 Проведена оценка влияния конечной толщины интерфейса на частотыполярных оптических фононов в короткопериодных бинарных СР.
Традиционная модель сдвуслойным периодом была расширена путем добавления двух слоев с промежуточнымисвойствами, моделирующими переходный слой. В качестве количественной меры размытостиинтерфейсов был введен параметр h, равный отношению толщины промежуточного слоя кполному периоду СР. Было установлено (см. рис. 5), что введение дополнительных слоев слабовлияет на частоты нормальных фононов, в которых атомные смещения в слоях синфазны. С14другой стороны, отмечено появление двух аномальных мод, в которых движения атомов в880Частота фонона, см-1Частота фонона, см-1основных слоях антифазны.LО-диапазон860840820800780020406080100Число квантовых ям, шт.620ТО-диапазон610600590580570560020406080100Число квантовых ям, шт.Рисунок 4 - Зависимость частот IFZ (синий цвет) и IFX (красный цвет) фононов от количестваквантовых ям, рассчитанная по формулам, выведенным в длинноволновом прибижении(непрерывная линия) и общим методом (точки) в сфалеритных МКЯ GaN/AlN c равнымитолщинами слоев и полубесконечными барьерами AlN.
Горизонтальные штриховые линиисоответствуют частотам фононов в бесконечной равнопериодной СР.Расщепление частот в дублете аномальных мод связано с различными (синфазными иантифазными) движениямиатомов в промежуточныхслоях. Величина расщепленияаномальных мод зависит от толщины промежуточного слоя и может быть использована дляоценки степени размытости интерфейсов.Рисунок 5 - Рассчитанные частоты А(ТО) (а) и Е(LO) (б) мод в бинарной СР(символы) и в 4-хслойной СР(линии) для различных значений параметра h (1 – 0.01, 2 – 0.05, 3 – 0,10) взависимости от толщины слоя AlN (s2) при постоянной суммарной толщине основных слоевs1+s2 (s1 – толщина слоя GaN)15ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫВ результате проделанной работы были получены следующие результаты:1)установлено, что электрическое поле, индуцируемое полярными интерфейснымифононами в плоских гетероструктурах, должно удовлетворять следующему условию: средниевдольнаправления,перпендикулярногоплоскостиинтерфейса,значениякомпонентыэлектрического поля в направлении, перпендикулярном к интерфейсам, и компоненты вектораэлектрического смещения в плоскости интерфейса должны одновременно обращаться в ноль;2)предложен метод учета влияния буферных слоев на частоты полярных оптическихфононов в СР;3)с учетом упругих деформаций исследованы спектры полярных фононов в анизотропныхСР GaN/AlN в практически важном тонкопериодном пределе;4)установлено, что упругие деформации слабо влияют на частоты полярных оптических модв СР, в которых смещения атомов в соседних слоях синфазны, и сильно влияют на моды сантифазными атомными смещениями; показано, что последний эффект можно использовать дляоценки величин упругих деформаций;5)продемонстрирована возможность оценки длины периода СР на основании расщепленияспектральных линий, соответствующих квазиконфайнментным и интерфейсным модам;6) предложен способ модификации МДК, позволяющий учесть влияние на фононный спектргетероструктуры степени размытости интерфейсов;7)вспектрахгетероструктурсразмытымиинтерфейсамипредсказанопоявлениедополнительных фононных дублетов, величина расщепления которых отражает относительнуютолщину переходных слоев;8)продемонстрирована возможность использования спектров КРС, содержащих вкладыразличныхтиповполярныхвыращенной гетероструктуры.оптическихфононов,дляхарактеризацииособенностей16СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ1.Панькин Д.В., Смирнов М.Б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
