Диссертация (1149651), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Тем не менее, можно сделать несколько предположений об этой зависимости.Первым механизмом, который мог бы объяснить уменьшение резонанснойдифракционной эффективности для дальше отстоящих от подложки квантовыхям является латеральное разрастание дефектной области (рис. 48, б). Этот случай соответствует зависимости коэффициента заполнения α от толщины слояв (72). Другой возможный механизм — затухание плотности дефектов с ростомтолщины эпитаксиального слоя (рис. 48, б).
Этот случай соответствует постепенному уменьшению амплитуды модуляции (ΓN R2 → ΓN R1 ) в (72) с ростом118толщины слоя. Реальный механизм, скорее всего, явлется комбинацией этихдвух механизмов.Также были проведены измерения зависимости спектров отражения и дифракции от температуры в диапазоне 10 – 100 К (рис. 49, а и б). С ростомтемпературы положение экситонных резонансов сдвигается в длинноволновуюобласть по параболическому закону, сами спектральные особенности уширяются, резонансные коэффициенты отражения и дифракционные интенсивности падают. На рис. 49 показаны зависимости резонансных коэффициентов оттемпературы (резонансные дифракционные эффективности масштабированы,чтобы коэффициенты совпадали при низких температурах).
Видно, что резонансная дифракционная эффективность падает значительно быстрее, чем резонансный коэффициент отражения, что обусловлено уменьшением контрастадифракционной решетки с температурой. Такое поведение качественно согласуется с теоретическими предсказаниями (рис. 17, в).119Рис. 49: Температурная зависимость спектров отражения (а) и дифракции (б,логарифмический масштаб) для образца P566 при нагреве от 10 до 100 К сшагом 10 К.
Спектры сдвинуты по вертикали (температура растет снизу вверх).Справа — температурное поведение резонансных коэффициентов отражения идифракционных интенсивностей (масштабированы) для трех квантовых ям.1205.4ВыводыВ настоящей главе был предложен еще один метод создания резонансных дифракционных решеток — с помощью эпитаксиального роста на предварительно облученной пучком ионов подложке. Продемонстрированы резонансные дифракционные решетки, созданные путем модуляции неоднородного уширенияодиночных квантовых ям InGaAs/GaAs, выращенных на облученной 30 кэВионами Ga+ подложке GaAs.
Так, при облучении подложки ионами с линейнойдозой 1.25 · 1010 1/см решетки с периодом 800 нм, резонансная дифракционнаяэффективность для расположенной на расстоянии 270 нм от подложки квантовой ямы при температуре 10 К составила 3.4 · 10−4 при нерезонансном фоне< 10−6 .Также получены следующие основные результаты:1.
Облучение кристаллической подложки GaAs ионами 30 кэВ Ga+ с линейной дозой менее 1011 1/см приводит к образованию приподнятых надповерхностью областей, что может быть объяснено увеличением объемаGaAs при аморфизации, а также осаждением углеводородного загрязнения под действием вторичных электронов. При больших дозах облучениянаблюдается линейное по дозе травление подложки.2. Облучение ионами 30 кэВ Ga+ подложки GaAs приводит к упорядочиванию вдоль облученных областей возникающих при эпитаксиальном ростеповерхностных овальных дефектов.3. Полученное уменьшение резонансной дифракционной эффективности сростом расстояния от квантовой ямы до модифицированной подложкиможет быть объяснено как латеральным разрастанием индуцированныхионами дефектов, так и затуханием плотности дефектов с расстоянием.4.
В соответствии с теоретическими предсказаниями резонансная дифракционная эффективность падает с ростом температуры значительно быстрее,чем коэффициент отражения.121ЗаключениеВ настоящей работе проведено исследование воздействия облучения пучкамиионов 30 кэВ Ga+ и 35 кэВ He+ на оптические свойства квантовых ям, и изученывозможности латеральной модуляции этих свойств с помощью такого ионногооблучения.Следующие результаты являются основными, полученными в работе:1. Получены аналитические выражения для электромагнитного поля, рассеянного на плоской диэлектрической структуре с тонкой квантовой ямой спространственно модулированными свойствами экситонного резонанса, вприближении однократного рассеяния, и в рекуррентном виде для точного решения уравнения Максвелла. Описано спектральное и температурноеповедение коэффициента отражения и дифракционной эффективности,оценено влияние эффекта близости при модуляции оптических свойствквантовой 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+ и 35 кэВHe+ в GaAs методом Монте-Карло показал, что эффективность генерациивакансий может быть разложена на две основных компоненты: вакансии,рожденные под действием первичного пучка, и вакансии, рожденные поддействием диффузионно-двигающихся ионов.4. С помощью спектроскопии отражения показано, что облучение ионами12230 кэВ Ga+ и 35 кэВ He+ с поверхностной дозой < 1012 1/см2 квантовыхям InGaAs/GaAs, приводит, в первую очередь, к возникновению дополнительного неоднородного уширения экситонного резонанса, обусловленногоиндуцированными ионами дефектами.
При этом радиационная ширина,спектральное положение резонанса и нерезонансные свойства структурысохраняются.5. Предложен удобный метод визуализации пространственного распределения дефектов в структурах с квантовыми ямами InGaAs/GaAs с помощьюкартографирования фотолюминесценции.6. Предложен метод пространственной модуляции неоднородного уширения экситонного резонанса с помощью облучения квантовой ямыInGaAs/GaAs ионами 35 кэВ He+ с поверхностными дозами до 1012 1/см2после эпитаксиального роста.
С помощью этого метода были созданы 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 ионами 30 кэВGa+ с линейной дозой менее 1011 1/см приводит к образованию приподнятых над поверхностью областей, что может быть объяснено увеличением объема GaAs при аморфизации, а также осаждением углеводородногозагрязнения под действием вторичных электронов.
При больших дозахоблучения наблюдается линейное по дозе травление подложки.9. Показано, что облучение ионами 30 кэВ Ga+ подложки GaAs приводит купорядочиванию вдоль облученных областей возникающих при эпитаксиальном росте поверхностных овальных дефектов.10. Получено качественное согласие экспериментальных результатов с теоретическими предсказаниями для сигналов отражения и дифракции, ихтемпературного поведения.123БлагодарностиАвтор благодарит к.ф.-м.н.
Овсянкина В.В. и д.ф.-м.н. Чижова Ю.В. за руководство, ростовую группу в составе к.ф.-м.н. Петрова В.В., к.ф.-м.н. Ефимова Ю.П., к.ф.-м.н. Елисеева С.А. и к.ф.-м.н. Долгиха Ю.К. за предоставленныеуникальные образцы с квантовыми ямами, д.ф.-м.н. Козлова Г.Г. за плодотворное обсуждение теоретической части работы, к.ф.-м.н. Петрова Ю.В.
за облучение образцов ионами гелия, Шапочкина П.Ю., Кожаева М.А., Строганова Б.В.и Беляева Л.Ю. за помощь в проведении оптических экспериментов.Также автор благодарит коллективы кафедры Фотоники, Лабораториифизики и технологии эпитаксиальных наноструктур, Лаборатории Оптики спина и Ресурсных центров ”Нанофотоника” и ”Нанотехнологии” СПбГУ, в особенности д.ф.-м.н. Вывенко О.Ф., к.ф.-м.н. Полтавцева С.В., д.ф.-м.н. Запасского В.С., к.ф.-м.н. Герловина И.Я., д.ф.-м.н. Игнатьева И.В.
и других.Работа была выполнена с использованием оборудования Ресурсных центров ”Нанофотоника” и ”Нанотехнологии” Научного парка СПбГУ. Автор благодарит Левантовского А.А. за MagicPlot — удобный инструмент для визуализации и обработки экспериментальных данных.Диссертация посвящается светлой памяти моего отца, КапитоноваВладимира Михайловича.124Литература[1] Huang A. Architectural Considerations Involved in the Design of an OpticalDigital Computer // Proc. IEEE. — 1984. — Vol. 72.
— No. 7. — Pp. 780-786.[2] Sawchuk A.A., Strand T.C. Digital Optical Computing // Proc. IEEE. — 1984.— Vol. 72. — No. 7. — Pp. 758-779.[3] Nonlinear optical dynamics of semiconductor nanostructures: Feasibility of thephotonic quantum gate / Gerlovin I.Ya. [и др.] // J. Lumin. — 2000. — Vol. 87.— Pp. 421-422.[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. — Pp. 1899-1905.[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] Ordered InAs quantum dots on pre-patterned GaAs (001) by local oxidationnanolithography / Martin-Sanchez J. [и др.] // Journal of Crystal Growth.
—2005. — Vol. 284. — Pp. 313-318.[7] Site-controlled InAs single quantum dot structures on GaAs surfaces patternedby in situ electron-beam lithography / Ishikawa T. [и др.] // Appl. Phys. Lett.— 2000. — Vol. 76. — No. 2. — Pp. 167-169.[8] Site-controlled self-organization of individual InAs quantum dots by scanningtunneling probe-assisted nanolithography / Kohmoto S.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
