Автореферат (1149650), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рост эпитаксиальных структур был выполнен ростовой группой Ресурсного центра СПбГУ«Нанофотоника» в составе Петрова В.В., Ефимова Ю.П., Елисеева С.А. иДолгиха Ю.К. по чертежам автора. Облучение образцов ионами галлия было выполнено автором лично, ионами гелия — Петровым Ю.В. в Междисциплинарном ресурсном центре СПбГУ «Нанотехнологии» под руководствомавтора.
Все оптические измерения выполнены автором либо самостоятельно, либо совместно с Кожаевым М.А., Шапочкиным П.Ю. и Беляевым Л.Ю.под руководством автора. Анализ, интерпретация результатов и подготовкапубликаций выполнены автором лично. Постановка целей и задач работыпроведена автором, совместно с Овсяникиным В.В. и Чижовым Ю.В.Структура работыДиссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения и списка цитированной литературы из 58 наименований, содержит 129 страниц текста,включает 49 рисунков и 6 таблиц.Содержание работыВо Введении обоснована актуальность исследования, сформулированацель работы и основные защищаемые научные положения, отмечена научнаяновизна и практическая ценность работы.Первая глава посвящена обзору работ по оптической спектроскопииквантовых ям, взаимодействию пучков ионов с веществом и методам модификации структур с квантовыми ямами.
Анализ литературных данныхпоказал, что практически все описанные в литературе методы модификацииоснованы на изменении морфологии квантовой ямы с помощью облученияобразцов поверхностными дозами ионов больше 1012 1/см2 и до порога травления ∼ 1016 1/см2 .
Воздействие облучения ионами с дозой менее 1012 1/см2на квантовые ямы остается малоизученным, и этот пробел предполагаетсявосполнить в работе. Исходя из этого, в конце главы формулируются задачи,которые предполагается решить в работе.Во Второй главе рассмотрена задача о рассеянии света на структурес квантовой ямой с пространственно модулированными резонансными оптическими свойствами в приближении однократного рассеяния, и с помощьюпоследовательного приближения точного решения уравнений Максвелла.При рассмотрении трехслойной задачи (показатели преломления для слоев: nI = n1 , nII = nIII = n2 > n1 ) с экситонной восприимчивостью, локализованной в дельта-слое на границе раздела II/III, было получено следующее8интегральное уравнение Фредгольма второго рода для разложения амплитуды рассеянного электромагнитного поля R(q) по плосковолновым компонентам:ZR(q) − ia− (q, q 0 )kz2 (q 0 )G(q − q 0 )R(q 0 ) dq 0 = rδ(q − kx ) − ia+ (q, kx )G(q − kx ), (1)kz2 (kx )qгде kzj (q) = k2 n2j − q 2 , k — модуль волнового вектора света, kx — егоx-проекция, a± (q, q 0 ) — интерференционные множители, выражение для которых приведено в тексте диссертации, r — нерезонансный амплитудный коэффициент отражения для границы раздела I/II, G(q) — Фурье-образ восприимчивости.В случае бесконечной периодической восприимчивости в условиях малости дифракции можно ввести разложение G(q) = G0 δ(q) +P2πn +∞n=−∞,n6=0 Gn δ (q + qn ) , где qn =L , L — период модуляции, n — порядок дифракции, — малый параметр.
Тогда рассеянное поле принимает видP+∞ P+∞pR(q) =p=0m=−∞ R(p)m δ(q − kx + qm ), где индекс в скобках обозначаетномер приближения по . Для разложения до первой степени по получены следующие выражения для амплитудного коэффициента отражения идифракционной эффективности:R(0)0R(1)n =r − irG0 − iG0 e2iϕ=,1 − iG0 − irG0 e2iϕiGn a− (kx − qn , kx )R(0)0 − a+ (kx − qn , kx )(kx −qn )1 − ia− (kx − qn , kx − qn ) kz2kz2G0(kx )(2),(3)где ϕ — набег фазы при прохождении светом слоя II. Эти выражения использовались в работе для моделирования спектров отражения и дифракцииот периодически облученных ионами квантовых ям. Для этого экситоннаявосприимчивость была представлена в виде периодической кусочно-заданнойΓR, где ΓR — радиафункции с восприимчивостями полос g1,2 = ω0 −ω−iΓN R1,2ционная ширина экситонного резонанса, ω0 — его спектральное положение,а ΓN R1,2 — нерадиационные уширения облученных и необлученных полос.В Третьей главе рассмотрены методы получения сфокусированных пучков ионов Ga+ и He+ , проведено моделирование рассеяния ионов в GaAs методом Монте-Карло.
Изучено воздействие однородного облучения ионами нарезонансные оптические свойства квантовых ям InGaAs/GaAs.На рис. 1, а показаны результаты моделирования зависимости эффективности генерации вакансий V (x, h) от глубины залегания слоя в облучаемомобразце h и расстояния от центра падающего сфокусированного пучка ионов9x для ионов 30 кэВ Ga+ . Полная эффективность генерации вакансий может быть разложена на несколько условных компонент, среди которых можно выделить вакансии, рожденные под действием первичного пучка (P), ивакансии, рожденные под действием диффузионно-двигающихся ионов (D)(рис.
1, б). На рис. 1, в, г приведены зависимости параметров гауссовых аппроксимаций компонент от глубины. Полученная в моделировании характерная глубина перехода ионов к диффузионному движению составляет порядка200 нм для 35 кэВ He+ и порядка 15 нм для 30 кэВ Ga+ .Рис. 1: (а) V (x, h) для ионов 30 кэВ Ga+ . (б) V (x) для h = 5 нм. Точки —моделирование, линии — компоненты P, S и D, черная линия — сумма компонент (Σ).
Зависимость амплитуды A (в) и полуширины на половине высотыd (г) компонент. Точки — моделирование, сплошная линия – аппроксимация.Спектроскопия отражения квантовых ям InGaAs/GaAs, облученныхионами 30 кэВ Ga+ и 35 кэВ He+ с поверхностной дозой менее 1012 1/см2 , показала, что облучение приводит, в первую очередь, к возникновению пропорционального поверхностной дозе облучения ионами дополнительного неоднородного уширения экситонного резонанса ∆Γ∗2 , обусловленного индуцированными ионами дефектами. При этом радиационная ширина ΓR , спектральноеположение резонанса ω0 и нерезонансные свойства структуры, в том числегладкость поверхности, сохраняются.10Также было обнаружено, что при облучении ионами 30 кэВ Ga+ дополнительное неоднородное уширение возникает в квантовых ямах, глубина залегания которых намного превосходит глубины, на которых возникают дефекты при при моделировании методом Монте-Карло.
Такое расхождениеможет быть объяснено эффектом каналирования ионов в кристалле GaAs.В Четвертой главе продемонстрирован простейший резонансный дифракционный оптический элемент — «экситонная дифракционная решетка», созданная с помощью периодической модуляции резонансных оптических свойств квантовых ям InGaAs/GaAs после эпитаксиального роста пучком ионов 35 кэВ He+ .
Подробно изучены оптические свойства «экситоннойдифракционной решетки», проведено сравнение с теоретическими предсказаниями.Для изучения возможности пространственной модуляции оптическихсвойств квантовых ям с помощью сфокусированного пучка ионов 35 кэВ He+ ,был выбран образец P602 с In0.015 Ga0.98 As/GaAs квантовой ямой толщиной4.5 нм, залегающей на глубине 60 нм от поверхности. На образце были облучены массивы из 375 полос, 400 нм шириной и 150 мкм длиной, с периодом800 нм с поверхностными дозами облучения от 1 · 1010 до 1 · 1012 1/см2 .
Измерения проводились при температуре 10 К в Брюстеровской геометрии.На рис. 2 показаны спектры отражения KR (∆ω) (а) и дифракцииKD (∆ω) (б), измеренные для дифракционных решеток с различными поверхностными дозами облучения ионами (∆ω – отстройка от резонанса,ω0 ≈ 1.5105 эВ). Резонансная особенность в спектре дифракции имеет спектральную ширину меньшую, чем в спектре отражения, а также быстрее затухает с отстройкой, что соответствует полученным теоретическим предсказаниям.Для теоретического моделирования спектров дифракции были использованы следующие параметры: на основании измерений немодулированнойквантовой ямы были взяты ΓR = 45 мкэВ и ΓN R0 = 130 мкэВ, описанныйпрофиль облучения соответствует коэффициенту заполнения α = 21 , на основании описанных выше экспериментов по однородному облучению полученкоэффициент пропорциональности дополнительного неоднородного уширения поверхностной дозе облучения a = 2.15·10−9 мкэВ см2 .
На рис. 2, г показаны теоретические спектры дифракции, построенные для приведенных выше параметров, и описывающего эффект близости коэффициента β = 0.006.Такое значение β приблизительно на порядок меньше эффекта близости, полученного с помощью моделирования рассеяния ионов. Расхождение может быть обусловлено эффектом каналирования ионов, т.к. он приводит к увеличению доли направленно движущихся ионов, и уменьшениюдиффузионно-движущихся, что в свою очередь выразится в уменьшении β.11Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
