Диссертация (1149651), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Для учета эффекта каналирования в [55]91предложен подход, основанный на представлении эффективности генерации вакансий с учетом каналирования Vc (h) в следующем виде:Vc (h) = (1 − α)V (h) + αV (h − ∆h),(85)где V (h) — эффективность генерации вакансий, полученная с помощьюмоделирования TRIM, а α и ∆h — подгоночные параметры. В работе [55] дляоблучения GaAs по нормали при комнатной температуре ионами 50 кэВ Ga+были получены значения α = 0.15 и ∆h = 16 нм.На рис. 33 приведена иллюстрация из работы [55], на которой показанаплотность распределения дефектов для случая облучения ионами 50 кэВ Ga+мишени из 6H-SiC, полученная с помощью спектроскопии резерфордовскогообратного рассеяния.
Разложение на сумму двух компонент не позволяет объяснить сигнал, наблюдаемый на больших глубинах (отмечен на рисунке стрелкой). Однако, этот затухающий сигнал и описываемое в настоящей работе расхождение моделирования и эксперимента скорее всего вызваны одной общейпричиной.Рис. 33: Иллюстрация из работы [55]. Мелким пунктиром показана аппроксимация (85). Стрелкой отмечена медленно затухающая с глубиной компонента.Еще одним возможным способом описания эффекта каналирования явля-92ется ввод отвечающей за каналирование компоненты, получаемой путем моделирования TRIM с меньшей эффективной плотностью вещества. На рис. 32 показаны результаты моделирования для различных плотностей материала GaAs.Качественно схожее с поведением a(h) поведение V (h) наблюдается для эффективной плотности примерно в 5 раз меньшей чем реальная плотность GaAs.Однако, недостаточное количество экспериментальных данных не позволяет сделать окончательный вывод о справедливости предложенного способаучета эффекта каналирования.3.4.3Облучение ионами He+В связи с большой глубиной проникновения ионов 35 кэВ He+ для изученияих влияния был выбран образец P602 (табл.
4) с одной тонкой квантовой ямойQW2. Кроме того, образец содержал толстую квантовую яму QW1, оптическиесвойства которой будут обсуждаться далее лишь качественно.СлойСоставПодложкаGaAs:Si≈ 3 · 105GaAs950In0.015 Ga0.985 As190GaAs60In0.015 Ga0.98 As4.5GaAs60QW1QW2Толщина, нм Глубина h, нм12460Таблица 4: Схема структуры P602.На образце ионами 35 кэВ He+ были облучены области 300 × 150 мкм споверхностными дозами 1010 – 1012 1/см2 . Ток пучка при облучении составлял0.15 пА, пучок был расфокусирован в пятно диаметром порядка 50 нм, шагзаполняющего области растра составлял 50 × 50 нм, доза облучения регулировалась путем изменения времени засветки одной точки растра в пределах0.2 – 20 мкс.Удобным способом визуализации облученной ионами структуры является93картографирование сигнала фотолюминесценции.
Для этого образец освещался равномерно расфокусированным пучком лазера с энергией, большей ширинызапрещенной зоны GaAs (использовался монохроматический полупроводниковый лазер с длиной волны 650 нм). С помощью линзы изображение образцапроецируется на ПЗС-камеру, с установленным перед ней светофильтром КС18, пропускающим свет с длиной волны больше 700 нм. Фильтр позволяет отсечь рассеянное лазерное излучение. Таким образом, камерой с пространственным разрешением детектируется интегральный по спектру сигнал инфракрасной фотолюминесценции от образца.На рис.
34, а показана полученная описанным методом карта образцаP602. Темные области на изображении соответствуют подавлению сигнала фотолюминесценции за счет безызлучательной рекомбинации носителей. Отчетливо видны прямоугольные области, соответствующие облученным областям(рис. 34, б). Следует отметить 100% контраст изображения даже для минимальных доз облучения ионами. На карте фотолюминесценции также видныотдельные дефектные области, которые могли возникнуть как в ходе эпитаксиального роста, так и в процессе модификации образца.абРешеткиОднородныеобластиДоза:1·1010 1/см25·1010 1/см21·1011 1/см25·1011 1/см21·1012 1/см2300 мкм300 мкмРис. 34: Карта фотолюминесценции (а) и схема облучения ионами (б) для образца P602.94Для измерения спектров отражения от облученной структуры использовалась описанная в разделе 3.4.1 установка.
На рис. 35 показаны спектры отражения для необлученной и облученных различными поверхностными дозамиионов областей образца. Видно, что облучение ионами приводит к уширениюспектра отражения и уменьшению коэффициента отражения как для расположенной близко к поверхности квантовой ямы QW2, так и для залегающейглубже ямы QW1. Такое поведение качественно соответствует показанному нарис. 28 поведению функции V (h).Рис. 35: Спектры отражения образца P602 в необлученной и облученных ионамиHe+ областях. На вкладке показан сигнал в районе резонансов квантовой ямыQW1 в логарифмическом масштабе.С помощью формулы (37) из спектров извлекались значения ΓR и ΓN R ,показанные на рис. 36. Значения ΓR до облучения определялись по аналогиис рис.
31 путем усреднения резонансных параметров, измеренных вокруг облученных областей. Значения ΓR до облучения незначительно отличаются дляобластей, облученных разными поверхностными дозами ионов, в связи с неоднородностью образца.При облучении ионами величина ΓR сохранялась (рис. 36, а), а вызванноеионным облучением дополнительное неоднородное уширение ∆Γ∗2 росло про-95Рис. 36: Параметры экситонных резонансов в образце P602 в зависимости отповерхностной дозы облучения ионами D: (а) ΓR (D) (логарифмический масштаб по дозе), кресты — до облучения ионами, круги — после облучения.
(б)∆Γ∗2 (D) (двойной логарифмический масштаб), пунктир — аппроксимация линейной зависимостью.порционально поверхностной дозе облучения Γ∗2 (D) = a · D (рис. 36, б) с коэффициентом пропорциональности a = 2.15 · 10−9 мкэВ см2 .Таким образом, облучение ионами 35 кэВ He+ , как и облучение ионами30 кэВ Ga+ , с поверхностными дозами облучения < 1012 1/см2 не приводит ксущественному изменению морфологии образца, а лишь генерирует пропорциональное поверхностной дозе дополнительное неоднородное уширение экситонного резонанса.963.5ВыводыВ настоящей главе было рассмотрено взаимодействие ионов Ga+ и He+ с GaAsи квантовыми ямами InGaAs/GaAs.
Был проведен подробный анализ результатов, полученных с помощью моделирования рассеяния ионов в веществе методом Монте-Карло, описан эксперимент по наблюдению изменения оптическихсвойств структур с квантовыми ямами InGaAs/GaAs под действием ионного облучения, и проведено сравнение полученных экспериментальных зависимостейс моделированием.Следующие результаты можно отнести к основным, полученным в настоящей главе:1. Анализ моделирования рассеяния ионов 30 кэВ Ga+ и 35 кэВ He+ в GaAsметодом Монте-Карло показал, что эффективность генерации вакансийможет быть разложена на две основных компоненты: вакансии, рожденные под действием первичного пучка, и вакансии, рожденные под действием диффузионно-двигающихся ионов. Характерная глубина переходаионов к диффузионному движению h0 составляет порядка 200 нм для35 кэВ He+ и порядка 15 нм для 30 кэВ Ga+ .2. Спектроскопия отражения квантовых ям InGaAs/GaAs, облученныхионами 30 кэВ Ga+ и 35 кэВ He+ с поверхностной дозой < 1012 1/см2 ,показывает, что облучение приводит, в первую очередь, к возникновениюпропорционального поверхностной дозе облучения ионами дополнительного неоднородного уширения экситонного резонанса ∆Γ∗2 , обусловленного индуцированными ионами дефектами.
При этом радиационная ширина ΓR и спектральное положение резонанса ω0 сохраняются, равно как инерезонансные свойства структуры, в том числе гладкость поверхности.3. При облучении ионами 30 кэВ Ga+ дополнительное неоднородное уширение возникает в квантовых ямах, глубина залегания которых намногопревосходит глубины, на которых возникают дефекты при при моделировании методом Монте-Карло. Такое расхождение может быть объясненоэффектом каналирования ионов в кристалле GaAs.974.
Предложен удобный метод визуализации пространственного распределения дефектов в структурах с квантовыми ямами InGaAs/GaAs с помощьюкартографирования фотолюминесценции.98Глава 4Модификация квантовых ям послеэпитаксиального ростаНастоящая глава посвящена демонстрации простейшего резонансного дифракционного оптического элемента — ”экситонной дифракционной решетки”, созданной с помощью периодической модуляции резонансных оптических свойствквантовых ям InGaAs/GaAs после эпитаксиального роста с помощью облученияпучком ионов 35 кэВ He+ .4.1Разрешение пространственной модуляцииНа основании полученных в Главе 3 результатов моделирования рассеянияионов методом Монте-Карло можно оценить достижимое при облучении квантовой ямы сфокусированным пучком ионов 35 кэВ He+ разрешение модуляции взависимости от глубины залегания квантовой ямы. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
