Автореферат (1149650), страница 3
Текст из файла (страница 3)
2: Экспериментальные спектры отражения (а) и дифракции (б), (в) (логарифмический масштаб) для решеток с различной поверхностной дозой облучения ионами на образце P602. (г) Теоретические спектры дифракции. (д)Зависимость резонансной дифракционной эффективности от поверхностнойдозы облучения ионами (логарифмический масштаб по дозе). Точки — экспериментальные данные, прямая — теоретическая модель.12В соответствии с теорией температурные измерения продемонстрировалиболее быстрое уменьшение резонансной дифракционной эффективности посравнению с резонансным коэффициентом отражения с ростом температуры.Таким образом, для поверхностной дозы облучения ионами 1 · 1012 1/см2полученная для дифракционной решетки с периодом 800 нм резонансная дифракционная эффективность составляет 1.4·10−3 при уровне обусловленногорассеянием нерезонансного фона порядка 10−6 , что лишний раз подчеркивает, что с помощью описанного метода были промодулированы исключительнорезонансные экситонные свойства квантовой ямы.В Пятой главе продемонстрирован метод создания экситонных дифракционных решеток с помощью роста квантовых ям InGaAs/GaAs на облученной 30 кэВ Ga+ ионами подложке GaAs, приведены результаты оптическихизмерений и их обсуждение.Для определения оптимальных условий модификации подложки GaAs доэпитаксиального роста были проведены эксперименты по облучению подложки GaAs ионами 30 кэВ Ga+ .
Облучались линии с линейной дозой облученияионами D в диапазоне 109 – 1012 1/см. Поперечные профили облученных областей показаны на рис. 3.Рис. 3: Поперечные профили линий, облученных ионами 30 кэВ Ga+ с различной линейной дозой D, на подложке GaAs. На вкладке показана зависимость высоты в центре линии от линейной дозы D (логарифмический масштаб по дозе). Точки — эксперимент, пунктир — линейная аппроксимация.При малых D облучение ионами не приводит к травлению образца, более того, наблюдаются возвышения над поверхностью.
В литературе данныйэффект объясняется увеличением объема кристалла при аморфизации. Ещеодной причиной повышения уровня облученных областей может являться13осаждение углеводородного загрязнения из атмосферы камеры под действием вторичных электронов. С ростом D наблюдается травление образца наглубину, пропорциональную дозе. Для облучения подложки перед эпитаксиальным ростом были выбраны линейные дозы облучения ионами, не приводящие к существенному травлению подложки (< 1011 1/см).На подложке GaAs были облучены массивы из 41 линии длиной 400 мкм,расположенные с шагом 9 мкм с линейными дозами 6.25 · 108 1/см и1.25 · 1010 1/см.
На подложке методом МПЭ был выращен образец P566 стремя тонкими квантовыми ямами InGaAs/GaAs с одинаковым процентнымсодержанием индия, и различной толщиной ямы. Толщина эпитаксиального слоя, отделяющего квантовые ямы от подложки, составляла 270, 422 и575 нм. В росте также участвовал образец-свидетель, который не выносилсяна атмосферу.
Спектроскопические измерения проводились при температуре10 К в геометрии Брюстера.Спектроскопия отражения показала, что морфология квантовых ям вмодифицированном образце и образце-свидетеле практически одинакова, анерадиационное уширение в модифицированном образце в несколько разбольше, чем в свидетеле.
Существенной разницы в качестве облученных инеоблученных областей модифицированного образца не наблюдается. Такимобразом, основной причиной дефектности модифицированного образца является загрязнение подложки при переносе. На рис. 4 представлены спектрыдифракции для первого дифракционного рефлекса для двух облученных областей модифицированного образца.Рис. 4: (а) Спектры дифракции для различных D (логарифмический масштаб). (б) Латеральное разрастание дефектной области. (в) Затухание плотности дефектов.14Соотношение интенсивностей резонансных дифракционных эффективностей для квантовых ям QW1, QW2 и QW3 составляет 1 : 0.04 : 0.008, и существенно отличается от соотношения соответствующих резонансных коэффициентов отражения 1 : 0.7 : 0.25, что свидетельствует о различном характеремодуляции этих квантовых ям. Уменьшение резонансной дифракционной эффективности для дальше отстоящих от подложки квантовых ям моет бытьобъяснено латеральным разрастанием дефектной области (рис.
4, б), затуханием плотности дефектов с ростом толщины эпитаксиального слоя (рис. 4, в),либо комбинацией этих механизмов.Температурные измерения (рис. 5, а и б) показали, что резонансная дифракционная эффективность падает значительно быстрее, чем резонансныйкоэффициент отражения, что обусловлено уменьшением контраста дифракционной решетки с температурой, и качественно согласуется с теоретическими предсказаниями.Рис. 5: Спектры отражения (а) и дифракции (б, логарифмический масштаб)в диапазоне температур 10 – 100 К с шагом 10 К.
Спектры сдвинуты по вертикали (температура растет снизу вверх). Справа — температурное поведениерезонансных коэффициентов отражения и дифракционных интенсивностей(масштабированы) для трех квантовых ям.15В Заключении сформулированы основные результаты работы:1. Получены аналитические выражения для электромагнитного поля, рассеянного на плоской диэлектрической структуре с тонкой квантовойямой с пространственно модулированными свойствами экситонного резонанса, в приближении однократного рассеяния, и в рекуррентном виде для точного решения уравнения Максвелла. Описано спектральное итемпературное поведение коэффициента отражения и дифракционнойэффективности, оценено влияние эффекта близости при модуляции оптических свойств квантовой ямы.2.
Получено аналитическое выражение для коэффициента отражения отописанной выше структуры для случая однородной квантовой ямы,позволяющее объяснить эффекты компенсации дисперсии коэффициента отражения и резонансного пропускания.3. Проведенный анализ моделирования рассеяния ионов 30 кэВ Ga+ и35 кэВ He+ в GaAs методом Монте-Карло показал, что эффективностьгенерации вакансий может быть разложена на две основных компоненты: вакансии, рожденные под действием первичного пучка, и вакансии,рожденные под действием диффузионно-двигающихся ионов.4. С помощью спектроскопии отражения показано, что облучение ионами30 кэВ Ga+ и 35 кэВ He+ с поверхностной дозой < 1012 1/см2 квантовых ям InGaAs/GaAs, приводит, в первую очередь, к возникновению дополнительного неоднородного уширения экситонного резонанса,обусловленного индуцированными ионами дефектами.
При этом радиационная ширина, спектральное положение резонанса и нерезонансныесвойства структуры сохраняются.5. Предложен удобный метод визуализации пространственного распределения дефектов в структурах с квантовыми ямами InGaAs/GaAs с помощью картографирования фотолюминесценции.6. Предложен метод пространственной модуляции неоднородного уширения экситонного резонанса с помощью облучения квантовой ямыInGaAs/GaAs ионами 35 кэВ He+ с поверхностными дозами до1012 1/см2 после эпитаксиального роста. С помощью этого метода былисозданы простейшие резонансные дифракционные оптические элементы — ”экситонные дифракционные решетки”.7. Предложен метод создания резонансных дифракционных решеток с помощью эпитаксиального роста квантовых ям InGaAs/GaAs на предварительно облученной пучком 30 кэВ Ga+ ионов подложке.8. Показано, что облучение кристаллической подложки GaAs ионами30 кэВ Ga+ с линейной дозой менее 1011 1/см приводит к образованиюприподнятых над поверхностью областей, что может быть объясненоувеличением объема GaAs при аморфизации, а также осаждением углеводородного загрязнения под действием вторичных электронов.
При16больших дозах облучения наблюдается линейное по дозе травление подложки.9. Показано, что облучение ионами 30 кэВ Ga+ подложки GaAs приводит к упорядочиванию вдоль облученных областей возникающих приэпитаксиальном росте поверхностных овальных дефектов.10. Получено качественное согласие экспериментальных результатов с теоретическими предсказаниями для сигналов отражения и дифракции,их температурного поведения.Цитируемая литература[1] Huang A.
Architectural Considerations Involved in the Design of an Optical DigitalComputer // Proc. IEEE. — 1984. — Vol. 72. — P. 780.[2] Sawchuk A.A. Digital Optical Computing // Proc. IEEE.— 1984.— Vol.72.— P.758.[3] Nonlinear optical dynamics of semiconductor nanostructures: Feasibility of thephotonic quantum gate / Gerlovin I.Ya. [и др.] // J. Lumin. — 2000. — Vol.87.
—P. 421.[4] Poltavtsev S.V., Stroganov B.V. Experimental investigation of the oscillatorstrength of the exciton transition in GaAs single quantum wells // Phys. SolidState. — 2010. — Vol. 52. — P. 1899.[5] Extremely low inhomogeneous broadening of exciton lines in shallow(In,Ga)As/GaAs quantum wells / Poltavtsev S.V. [и др.] // Solid StateCommun. — 2014. — Vol. 199. — Pp. 47–51.[6] VCSELs with monolithic coupling to internal horizontal waveguides usingintegrated diffraction gratings / Louderback D.A. [и др.] // Electronics Letters. —2004. — Vol.
40. — No. 17. — Pp. 1064-1065.[7] Spectrum of radiation diffracted by laser-induced gratings in GaAs/AlGaAsquantum wells / Gorshunov A.G. [и др.] // Journal of Experimental andTheoretical Physics. — 1996. — Vol. 82. — No. 2. — P. 356.[8] Exciton polaritons in semiconductor waveguides / Walker P.M. [и др.] // Appl.Phys. Lett. — 2013. — Vol.
102. — P. 012109.[9] Quantum Beats in Hybrid Metal–Semiconductor Nanostructures / Dass C.K. [идр.] // ACS Photonics. — 2015. — Vol. 2. — No. 9. — Pp. 1341-1347.Список публикаций по теме диссертации1. Ion-beam-assisted spatial modulation of inhomogeneous broadening of a quantumwell resonance: excitonic diffraction grating / Kapitonov Yu.V. [и др.] // OpticsLetters. — 2016. — Vol. 41.
— No. 1. — P. 104.2. Effect of irradiation by He+ and Ga+ ions on the 2D-exciton susceptibility ofInGaAs/GaAs quantum-well structures / Kapitonov Yu.V. [и др.] // Phys. StatusSolidi B. — 2015. — Vol. 252. — No. 9. — Pp. 1950–1954.3. Spectrally selective diffractive optical elements based on 2D-exciton resonance inInGaAs/GaAs single quantum wells / Kapitonov Yu.V. [и др.] // Phys. StatusSolidi B. — 2013. — Vol.
250. — No. 10. — Pp. 2180–2184..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
