Автореферат (1149650)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиУДК 538.958Капитонов Юрий ВладимировичПространственная модуляция экситоннойвосприимчивости квантовых ям InGaAs/GaAsсфокусированными ионными пучкамиСпециальность: 01.04.07 — Физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург2016Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университетеНаучный руководитель:Чижов Юрий Владимировичд. ф.-м. н., доцент, профессор кафедрыфотоники физического факультета СПбГУОфициальные оппоненты:Заморянская Мария Владимировнад.
ф.-м. н., заведующая лабораторией,Физико-техническийинститутим. А.Ф. Иоффе Российской академии наук,г. Санкт-ПетербургМакаров Сергей Владимировичк. ф.-м. н., старший научный сотрудник,кафедра Нанофотоники и Метаматериалов,Санкт-Петербургскийнациональныйисследовательский университет информационных технологий, механики и оптики,г.
Санкт-ПетербургВедущая организация:Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имениВ.И. Ульянова (Ленина), г. Санкт-ПетербургЗащита состоится « »2016 г. вчасов на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.33 на базе Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: 198504, г. Санкт-Петербург, СтарыйПетергоф, ул. Ульяновская, д. 1, малый конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им.
М. ГорькогоСанкт-Петербургского государственного университета и на сайте СПбГУ(www.spbu.ru).Отзывы на автореферат в двух экземплярах просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя учёного секретаря диссертационного совета.Автореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационного совета,к. ф.-м. н., доцент»2016 г.Поляничко А.М.3Общая характеристика работыНастоящая работа посвящена исследованию возможностей модификацииэпитаксиальных наноструктур A3B5, а именно, одиночных квантовых ямInGaAs/GaAs, с помощью сфокусированных пучков ионов Ga+ и He+ . Предлагаемые в работе методы модуляции резонансных оптических свойств такихструктур путем облучения сфокусированными пучками ионов до или послеэпитаксиального роста позволяют создавать новые объекты, совмещающие всебе свойства экситонного резонанса в квантовой яме со свойствами дифракционных оптических элементов.В работе проведено моделирование процессов рассеяния пучка ионов вGaAs и радиационного дефектообразования методом Монте-Карло.
Построено теоретическое описание рассеяния света на квантовой яме с пространственно модулированными резонансными экситонными свойствами. Изготовлены образцы с квантовыми ямами, облученные ионами до или после эпитаксиального роста. Для изучения оптических свойств модифицированныхобразцов с квантовыми ямами использовалась спектроскопия отражения идифракции в геометрии Брюстера.
В работе были продемонстрированы простейшие резонансные дифракционные оптические элементы — «экситонныедифракционные решетки».Актуальность темы исследования и степень ее разработанностиДостигнутаяпроизводительностьэлектронныхвычислительныхустройств близка к своему принципиальному пределу, обусловленному проблемами «связей» и «теплоотвода» [1]. Дальнейшее увеличениевычислительной мощности возможно при переходе к чисто оптическим вычислениям [2].
Одними из реальных кандидатов на роль базовых структурдля функциональных элементов сверхбыстрых параллельных фотонныхвычислительных устройств являются структуры с одиночными квантовыми ямами на основе прямозонных полупроводников [3]. Это обусловленоналичием в спектре их оптической восприимчивости узких изолированныхрезонансов, связанных с прямым возбуждением 2D-экситонов Ванье-Мотта.Современная технология молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) позволяет создавать структуры с квантовыми ямами со спектральной ширинойэкситонного резонанса, близкой к теоретическому пределу [4, 5].Следующей технической проблемой, возникающей на пути к созданиюэлементов и устройств фотонной логики на основе таких структур, являетсянеобходимость предложить метод их адресуемого латерального структурирования, позволяющий интегрировать дифракционные оптические элементыв функциональные элементы фотонной логики.
При латеральной фрагментации квантовых ям большой интерес представляют методы, позволяющиепространственно модулировать только резонансные свойства квантовых ямбез существенного изменения нерезонансных свойств образца.4В литературе наибольшее внимание уделено модуляции нерезонансныхсвойств образца, например, для интеграции дифракционных решеток вVCSEL-структуры [6]. Модуляции резонансных оптических свойств квантовых ям можно добиться динамически с помощью нелинейных оптическихэффектов [7]. Однако, такой способ пространственной модуляции малопригоден для создания пространственного распределения свойств квантовых ям,отличного от простейшей дифракционной решетки, а его пространственноеразрешение ограничено длиной волны подсвечивающих лазерных пучков.Предлагаемые в настоящей работе новые методы латерального структурирования свойств квантовых ям заключаются в ex-situ обработке подложекдо роста или эпитаксиальных структур после роста с помощью облучениясфокусированным ионным пучком.
Чувствительность экситонной восприимчивости квантовых ям к структурным дефектам позволяет подбором минимального воздействия выбрать режимы модуляции именно резонансныхоптических свойств образца.Цель и задачи настоящей работыЦелью настоящей работы является разработка методов пространственной модуляции экситонных свойств одиночных квантовых ям InGaAs/GaAsс помощью сфокусированных ионных пучков для создания резонансных дифракционных оптических элементов.В рамках настоящей работы предполагается решить следующие задачи:1.
Изучить воздействие облучения пучками ионов 30 кэВ Ga+ и 35 кэВHe+ с поверхностными дозами < 1012 1/см2 на оптические свойства тонких одиночных квантовых ям InGaAs/GaAs. Сопоставить полученныеэкспериментальные данные с предсказаниями моделирования рассеяния ионов методом Монте-Карло.2. Продемонстрировать возможность пространственной модуляции оптических свойств тонких одиночных квантовых ям InGaAs/GaAs с помощью облучения ионами 35 кэВ He+ после эпитаксиального роста напримере «экситонной дифракционной решетки».3. Продемонстрировать «экситонные дифракционные решетки», созданные с помощью модификации подложки GaAs пучком ионов 30 кэВ Ga+и последующего эпитаксиального роста квантовых ям InGaAs/GaAs натакой подложке.4. Построить теоретическую модель, описывающую рассеяние света напространственно модулированной квантовой яме, и сопоставить теоретические предсказания с экспериментальными данными.Защищаемые научные положения1. Облучение ионами Ga+ 30 кэВ и He+ 35 кэВ с поверхностной дозой облучения <1012 1/см2 эпитаксиальных структур с одиночными кванто-5выми ямами InGaAs/GaAs приводит к росту неоднородного уширенияэкситонных резонансов без изменения морфологии образца.2.
При облучении ионами Ga+ 30 кэВ изменение оптических свойств квантовых ям обнаружено на глубине на порядок величины большей, чемпредсказывает моделирование рассеяния ионов методом Монте-Карло.3. Облучение эпитаксиальных структур с одиночными квантовыми ямами InGaAs/GaAs сфокусированным пучком ионов He+ 35 кэВ, а такжепредварительное облучение подложек GaAs до эпитаксиального ростасфокусированным пучком ионов Ga+ 30 кэВ и последующий эпитаксиальный рост одиночных квантовых ям InGaAs/GaAs, позволяют создавать резонансные дифракционные оптические элементы.4. Полученные в методе последовательных приближений аналитическиевыражения для решения задачи о рассеянии света на пространственно модулированной квантовой яме позволяют описать спектральные,угловые и температурные особенности регистрируемых в эксперименте сигналов отражения и дифракции, и их зависимость от параметровпространственной модуляции.Научная новизна и практическая ценностьВпервые были получены следующие результаты:1.
Изучено воздействие облучения ионами 30 кэВ Ga+ и 35 кэВ He+ споверхностными дозами < 1012 1/см2 на резонансные оптические свойства квантовых ям InGaAs/GaAs.2. Продемонстрирован метод создания экситонных дифракционных решеток с помощью облучения пучком ионов 35 кэВ He+ квантовых ямInGaAs/GaAs после эпитаксиального роста.3. Продемонстрирован метод создания экситонных дифракционных решеток с помощью роста квантовых ям InGaAs/GaAs на подложке GaAs,модифицированной облучением пучком ионов 30 кэВ Ga+ .Одной из возможных областей применения дифракционных оптическихэлементов (ДОЭ), созданных с использованием описанных в работе методов, является замена традиционных ДОЭ, например, дифракционных решеток ввода, используемых для наблюдения экситон-поляритонов в плоскихволноводах полного внутреннего отражения [8] или плазмон-поляритонов вгибридных металл-диэлектрических структурах с квантовыми ямами [9].Поддержка работыРабота была поддержана из следующих источников: гранты РФФИ 1402-31617 мол_а (2014–2015 гг.), 15-52-12016 ннио_а (2015 г.), 15-02-07668 а(2015–2016 гг.); гранты для молодых ученых от компании Carl Zeiss (2009 г.,2014 г.); междисциплинарный проект G-RISC DAAD (2010 г.); НИР из6средств СПбГУ (Мероприятие 2) 11.38.67.2012 (2012–2014 гг.).
Работа былавыполнена с использованием оборудования Ресурсных центров «Нанофотоника» и «Нанотехнологии» Научного парка СПбГУ.Степень достоверности и апробация работыТеоретические результаты получены путем последовательного решенияуравнений Максвелла для изучаемой системы. Их достоверность подтверждается совпадением с известными из литературы результатами для систем,являющихся предельными случаями изучаемой, а также совпадением с наблюдаемыми экспериментальными зависимостями.Достоверность использованного для моделирования рассеяния ионов методом Монте-Карло программного пакета SRIM подтверждается известнымиз литературы соответствием предсказаний моделирования с экспериментальными наблюдениями во многих областях физики.Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается, вопервых, использованием новейшего оборудования: установки молекулярнопучковой эпитаксии SVTA, установки для облучения образцов сфокусированным пучком ионов галлия Zeiss Crossbeam 1540XB и одного из первых вЕвропе сканирующих гелиевых ионных микроскопов Zeiss ORION, гелиевого криостата замкнутого цикла Cryomech, лазера Spectra Physics Tsunami.Во-вторых, высочайшим уровнем развития методики эпитаксиального ростав Лаборатории физики и технологии эпитаксиальных наноструктур кафедры Фотоники Физического факультета СПбГУ, а также развитием методикнанообработки и оптической характеризации таких структур.Работа была представлена на 16-ти международных и всероссийских конференциях: IX Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика-2015», Санкт-Петербург, 2015 г.; 3rd International Conferenceon Quantum Technologies, Москва, 2015 г., Ion-surface interactions (ISI-2015),Москва, 2015 г.; 18th European Molecular Beam Epitaxy Workshop, Канацеи,Италия, 2015 г.; Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in Semiconductors(NOEKS-12), Бремен, Германия, 2014 г.; Physics of Light-Matter Coupling inNanostructures (PLMCN-2014), Монпелье, Франция, 2014 г.; 22nd, 21st и 20thInt.
Symp. ”Nanostructures: Physics and Technology”, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, 2014, 2013 и 2012 г.; 13th International Conference ”Optics ofExcitons in Confined Systems” (OECS-13), Рим, Италия, 2013 г.; Тринадцатаявсероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург,2011 г.; Международная студенческая конференция «Физика и прогресс»,Санкт-Петербург, 2011 г.; Конференция молодых ученых «ФизикА.СПб»,Санкт-Петербург, 2011 г., Международная конференция молодых ученых иаспирантов IЕФ-2011, Ужгород, Украина, 2011 г.; Международная конференция «Приоритетные направления научных исследований нанообъектов7искусственного и природного происхождения» STRANN, Санкт-Петербург2009 и 2014 г.Личный вклад автораТеоретические результаты получены автором лично.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
