Диссертация (1149550), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Показано, чточастотное положение спектральных линий и их интенсивности несут важнуюинформацию о толщинах слоев, их числе, качестве интерфейсов и наличии ивеличине упругих напряжений. Полученные в работе количественныекорреляциипозволяютизнаблюдаемыхспектровКРСполучатьколичественные оценки важных структурных характеристик слоистыхгетероструктур, таких как толщины слоев, степень размытости интерфейса ивеличины упругих деформаций. Установленные в работе общие свойстварешений уравнений МДК позволяют значительно упростить процедурурасчѐта частот нормальных колебаний.9Основные положения, выносимые на защиту.1)Общимсвойствомпространственногораспределенияполяризации, индуцированной полярными интерфейсными фононами впроизвольной плоской гетероструктуре, является равенство нулю среднихвдоль направления перпендикулрного плоскости интерфейса значенийпродольной компоненты напряженности электрического поля и поперечнойкомпоненты вектора смещения.
Использование этих положений значительноупрощает процедуру решения уравнений, описывающих в приближениидиэлектрического континуума спектр полярных фононов в произвольнойплоской гетероструктуре.2) Упругие деформации, возникающие в слоях СР GaN/AlN из-зарассогласования параметров кристаллической структуры, слабо влияют начастоты полярных оптических мод симметрии А(ТО) и E(LO), в которыхсмещения атомов в соседних слоях синфазны, и сильно влияют на моды сантифазными атомными смещениями. Первый результат оправдываетиспользование спектральных линий синфазных мод для определениясоотношения толщин слоев в исследуемой структуре.
Второй результатпозволяет использовать линии антифазных мод для оценки величиныупругих деформаций.3) Предложен способ модификации МДК, позволяющий учесть влияниебуферного слоя на фононный спектр слоистой гетероструктуры. Показано,что в случае МКЯ с полубесконечными буферными слоями частотныйдиапазон полярных оптических фононов совпадает с частотным диапазоном,характерным для ОКЯ.4)Наличие интерфейсных слоев конечной толщины приводит кпоявлению дополнительных фононных мод, активных в спектрах КР.10Частотыэтихновыхспектральныхлинийсодержатинформацию,позволяющую оценить относительную толщину интерфейсных слоев.5)Частоты полярных оптических мод симметрии А(ТО) и E(LO),соответствующих интенсивным линиям в спектрах КР сверхрешетокGaN/AlN, сильно зависят от отношения толщин слоев.
Эти зависимостименяются при вариации длины периода сверхструктуры, что позволяет изанализа частотного распределения линий КР получить количественнуюоценку не только отношения толщин слоев, но и длины полного периода СР.Апробация работы.Результаты работы были доложены на следующих конференциях:1)M. B. Smirnov, D. V. Pankin. Polar phonons and Raman spectra ofthe long period nitride-based superlattices, Proceedings -20th InternationalSymposium “Nanostructures: physics and technology”, Saint-Petersburg, NizhnyNovgorod, 2012, Р. 47-48.2)M. B. Smirnov, D. V. Pankin. Polar phonons and Raman spectra inthe III-V multiple quantum wells and superlattices, Proceedings -21thInternational Symposium “Nanostructures: physics and technology” , SaintPetersburg, Russia, 2013, P.
172-173.3)D. V. Pankin. Theoretical investigation of manifestation of polaroptical phonons in Raman spectra of short-period strained GaN/AlN superlattices,International student conference “Science and progress”, Saint-Petersburg, Russia,2014, P. 82.4)Д. В. Панькин. Исследование вкладов полярных оптическихфононов в спектры комбинационного рассеяния света для напряженныхкороткопериодных сверхрешеток GaN/AlN, XVI Всероссийская молодежнаяконференцияпофизикеполупроводниковинаноструктур,полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, Россия,2014, C.
56.115)Д. В. Панькин, М. Б. Смирнов. Влияние механическогонапряжения на частоты полярных оптических фононов в короткопериодныхсверхрешеткахGaN/AlN,1-аямеждисциплинарнаяконференция«Современные решения для исследования природных, синтетических ибиологических материалов», C. 76, 20146)Д. В. Панькин, М. Б. Смирнов. Полярные оптические фононы вчетырехслойной нитридной сверхрешетке Al0.5Ga0.5N/GaN/Al0.5Ga0.5N/AlN,10-я Всероссийская конференция Нитриды галлия, индия и алюминия:структуры и приборы, Санкт-Петербург, Россия, 2015, C.
95-96.7)Д. В. Панькин. Исследование полярных оптических фононов вмножественных квантовых ямах с слоями GaN и AlN при переходе отодиночной квантовой ямы к сверхрешетке, XVI Всероссийская молодежнаяконференцияпофизикеполупроводниковинаноструктур,полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, Россия,2015, C. 56.8)полярныхД. В. Панькин, М.
Б. Смирнов. Моделирование спектровоптическихсверхрешеток GaN/AlN,фононовмножественныхквантовыхями18 всероссийская молодѐжной конференцииФизикА.СПб, Санкт-Петербург, Россия, 2015, C. 168-169.9)D. V. Pankin, M.B. Smirnov. Influence of AlN/GaN superlatticeperiod on frequency of polar optical modes, 3rd International School andConference "Saint-Petersburg OPEN 2016“, Saint-Petersburg, Russia, 2016, P.439.10)D.V.
Pankin, M.B. Smirnov. Impact of elastic strain on frequencies ofdelocalized polar phonons in AlN/GaN superlattices, V International ScientificConference STRANN 2016, Saint-Petersburg, Russia, 2016, P. 244-246.Публикации и личный вклад автораПо результатам работы было опубликовано 4 статьи в журналах,входящих в список ВАК, в том числе 3 из них индексируются в12международной базе Scopus. Личный вклад автора заключался в том, что имбыли предложены все изложенные в работе теоретические подходы ипроведено компьютерное моделирование фононных состояний в различныхгетероструктурах. Автор также участвовал в обсуждении полученныхрезультатов и проводил эксперименты по комбинационному рассеяниюсвета.Структура и объем диссертации.В разделе «Введение» кратко излагается актуальность направленияисследования в рамках данной тематики, научная и практическая ценностьисследования СР и полярных оптических фононов в них, рассматриваетсяряд факторов, влияющих на их поведение, формулируется круг основныхзадач, обосновывается причина выбора теоретических и экспериментальныхметодов решения поставленных задач.В главе 1 демонстрируется прикладная важность исследования слоистыхгетероструктур, приводится обзор работ в этом направлении.
Обсуждаетсякругпроблем,связанныхсростомидиагностикойнитридныхгетероструктур.В главе 2 подчеркивается актуальность исследования фононов вгетероструктурах. Приводятся доводы, поясняющие важность исследованияполярных оптических фононов методами спектроскопии КРС. Сделанкраткий обзор экспериментальных работ в данном направлении.В главе 3 приведен обзор теоретических подходов, применяемых длярасчета частот фононов и интерпретации экспериментальных спектров КРС.В главе 4 изложены основы модели диэлектрического континуума вприменении к слоистым гетероструктурам. Сделан анализ общих свойстврешений уравнений данной модели.В главе 5 рассмотрены спектры интерфейсных фононов в изотропныхслоистых гетероструктурах и их зависимость от структурных особенностейобразца.Обсуждаетсявозможностьвыделенияматериального13(индивидуальные свойства материалов слоев) и структурного (толщиныслоев) факторов.
Обсуждается поведение фононных состояний в различныхпредельных случаях: переход от ИГ к МКЯ и от МКЯ к СР.В главе 6 на примере гетероструктур GaN/AlN рассматриваютсяспектры полярных фононов в гетероструктурах, построенных из одноосноанизотропных материалов. Обсуждается вопрос о смешивании интерфейсныхи квазиконфайнментных мод при увеличении толщин слоев.В главе 7 рассмотрено влияние упругих деформаций, возникающих вматериалах слоев при росте гетероструктуры, на частоты полярныхоптических фононов в СР GaN/AlN.
Полученные теоретические данныесравниваютсясимеющимисяэкспериментальнымирезультатами,наосновании чего делается вывод о перспективности исследований различныхтипов полярных оптических фононов для оценки соотношения толщин слоеви деформаций в слоях.В главе 8 обсуждается влияние буферных слоев на частоты полярныхоптических фононов в структурах с МКЯ и СР.
Приводится способсоответствующей модификации уравнений МДК. Приводятся результатычисленного моделирования для гетероструктур GaN/AlN из изотропных ианизотропных материалов (для сфалеритных и вюрцитных модификаций).В главе 9 рассмотрена возможность усовершенствования МДК, спомощью которого можно учесть влияние на фононный спектр размытостиинтерфейсов. Исследованвопрос очувствительностиразныхтиповфононных состояний к соотношению толщин слоев СР и к толщинеразмытого интерфейса.В главе «Заключение» приведены основные выводы, полученные порезультатам данной работы.Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов и спискаиспользованной литературы.
Общий объем составляет 161 страницы,включая 38 рисунков, 9 таблиц, список цитируемой литературы содержит134 наименований.14Глава 1 Слоистые гетероструктуры1.2 Свойства и применения слоистых гетероструктур.В настоящий момент полупроводниковые слоистые гетероструктурыявляютcяключевымиэлементамисуществующихипроектируемыхоптоэлектронных приборов [1, 2]. Без слоистых гетероструктур труднопредставитьсеберазвитиелазернойтехники.Диодныелазерысконструкцией типа двойной гетероструктуры (ДГС), первые образцыкоторых появились в 60х гг. XX века, в настоящее время используются дажев бытовых приборах, таких как, лазерные принтеры, проигрывателикомпьютерных дисков, и средства оптоволоконной коммуникации [1, 3].Следующим этапом развития идеи ДГС-лазера стала замена активнойобласти гетероструктурой с множественными квантовыми ямами (МКЯ), чтопозволило варьировать длину излучения путем изменения ширины квантовойямы [2].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
