Автореферат (1149965), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В образце#2 частота − лежит на краю области чувствительности детектора, что такжезатрудняет ее наблюдение.Рассчитанные нами концентрации свободных носителей немного отличаются отполученных по измерениям эффекта Холла. Электрофизические методы являетсяинтегральным и усредняют значение концентрации по всему образцу, тогда какспектральным методом определяется локальная концентрация.

Кроме того, вкладыдонорных электронов в плазменные колебания и в холловские характеристики могутотличаться.Четвертая глава посвящена изучению объёмного кристалла GaN, выращенногоиз газовой фазыс переходом от режима роста 3D к режиму 2D. Такойкомбинированный режим роста применялся для минимизации механическихнапряжений в слое типа 2D. Цель выращивания объёмных кристаллов нитрида галлия– получение материала, из которого методом лазерного расслаивания можно получитьсериюподложек,которыеможноиспользоватьдляформированиявысококачественных слоев GaN.

Такие подложки перспективны для выращиваниясвободных от напряжений тонких слоёв GaN и сверхрешёток на его основе ввидуотсутствия рассогласования параметров решётки. На рис. 4 представлены спектры11люминесценции, полученные от пяти характерных областей объемного кристаллаGaN.Рисунок 4 – Спектры люминесценции объемного образца GaN при Т = 5 К(полулогарифмический масштаб). Цифры слева соответствуют точкам на рис. 5.1.Аn=1 – свободный экситон, D0x и A0x – экситоны, связанные на нейтральных донорах иакцепторах, 1–5 LO – фононные реплики экситонного излучения с рождениемпродольных оптических фононовСпектр излучения ростовой поверхности образца (точка 2) содержит полосыбесфононного излучения свободных экситонов, экситонов, связанных на нейтральныхдонорах и акцепторах, а также их фононные реплики, соответствующие рождению допяти продольных оптических (LO) фононов решетки GaN с энергией 91 мэВ. Спектризлучения скола боковой поверхности образца (точка 1) также хорошо структурирован,обращает на себя внимание малая интенсивность фононной реплики свободногоэкситона, которая соответствует рождению одного LO-фонона.

Как говорилось выше,это свидетельствует о высоком качестве этой области объемного кристалла.Таким образом, можно сделать вывод о хорошем качестве исследуемогокристалла GaN в точках 1 и 2, спектры люминесценции этих областей близки кспектрам высококачественных тонких эпитаксиальных слоев GaN, легированныхдонорами на уровне 1016 см-3.Спектры люминесценции от нижней плоскости образца, контактировавшей сподложкой, и спектры от поверхности инверсных гексагональных пирамид (точки 3 и5) уширены, отдельные компоненты бесфононного излучения свободных и связанныхэкситонов в них не разрешаются. Для спектра в точке 5 характерно сильноерасширение в область высоких энергий, что, как показано в нашей работе [9], является12особенностью спектра кристаллов GaN с концентрацией кремния на уровне 1019 см-3 ивыше.

Можно заключить, что слои образца, контактировавшие с сапфировойподложкой, имеют высокую концентрацию дефектов, это могут быть как дислокации,так и примеси, внедрившиеся из подложки в процессе роста. Что касаетсяповерхностей инверсных пирамид, эти слои растут медленнее, чем слои,формирующие регулярную поверхность образца, и рост идет в другихкристаллографических направлениях. Это может способствовать как появлениюструктурных дефектов, так и накоплению примесей.В пятой главе приводятся результаты исследования плёнок кристалла ZnO,выращенных методом магнетронного распыления на подложках из кремния икварцевого стекла.

Образцы выращивались в двух режимах – низкотемпературном ивысокотемпературном. Спектры люминесценции, отражения и комбинационногорассеяниясвета пленок окиси цинка, выращенных методом магнетронногораспыления на горячих подложках, свидетельствуют об их высоком качестве. Изанализа спектров делается вывод, что оптимальными параметрами для получениявысококачественных пленок окиси цинка являются температура подложки 450 оС,мощность магнетрона 150 Вт, давление газа в камере 0,25 Па при парциальномдавлении кислорода около 30%.Шестая глава посвящена изучению качества выращенных методоммагнетронного распыления тонких кристаллических плёнок закиси меди Cu2O.Провести сравнение качества этих пленок и объемных кристаллов Cu2O можно наоснове их низкотемпературных спектров отражения в области экситонных резонансов,соответствующих дипольно-разрешенным переходам из валентных зон Г7+ и Г8+ вверхнюю зону проводимости Г3–, энергии этих резонансов при низких температурахравны 2,62 и 2,75 эВ соответственно [10].

Видно, что к пленке Cu2O, выращенной нахолодной подложке, экситонная структура в спектре отражения вообще ненаблюдается, тогда как формы контуров экситонного отражения в спектрах образцаМ706а, выращенного на горячей подложке из кварцевого стекла, ивысококачественного кристалла, полученного гидротермальным методом, малоотличаются друг от друга (рис. 5). Качество пленки закиси меди, выращенной нагорячей кремниевой подложке, судя по спектрам экситонного отражения, несколькониже.13Рисунок 5 – Спектры отражения Cu2O при Т = 5 К: объемный кристалл,выращенный гидротермальным методом (a); пленки, выращенные методоммагнетронного распыления в высокотемпературном режиме при повышенномдавлении кислорода на кремниевой (b) и стеклянной (с) подложках; пленка,выращенная в низкотемпературном режиме (d).

Структура в спектрах отражениясоответствует экситонным резонансам дипольно-разрешенных межзонныхпереходов.В области прозрачности пленок Cu2O наблюдаются интерференционные полосы,различие в периодичности полос в спектрах образцов М706а и М706b объясняется тем,что кремниевая подложка в этой области, в отличие от стеклянной, непрозрачна. Вспектре отражения пленки Сu2O, выращенных в низкотемпературном режиме (М474)интерференционные полосы не наблюдаются вследствие неоднородности пленки потолщине.Объёмные кристаллы Cu2O относятся к группе симметрии ℎ4 ,т.е., являютсякубическими. Однако тонкие плёнки, выращенные на подложках, в частности на MgO,могут быть и орторомбическими [11]. Однако идентичность спектров наших пленок иобъемных кубических кристаллов закиси меди свидетельствует о том, что пленкитакже относятся к к группе симметрии ℎ4 .Это подтверждается спектрами КРС пленок М706 и высококачественногообъемного кристалла закиси меди, которые практически не отличаются друг от друга(рис.

6).14Рисунок 6 – Резонансное КРС в Cu2O при Т = 300 К: a – объемный кристалл,выращенный гидротермальным методом; b – пленки, выращенные методоммагнетронного распыления в высокотемпературном режиме при более высокомдавлении кислорода на кремниевой и стеклянной подложках; c – пленка, выращенная внизкотемпературном режиме на стеклянной подложке. Симметрия фононов,участвующих в рассеянии, указана около соответствующих компонент спектра.Спектры КРС закиси меди получены с помощью лазера с энергией фотонов,превышающей ширину запрещенной зоны Cu2O, так что рассеяние являетсярезонансным, и в спектре сильно проявляются нечетные по симметрии фононныесостояния, в том числе дипольно-активные моды 3T1g(1) и T1g(2) при сравнительномалой интенсивности колебательной моды T1u+.

Для спектров пленок Cu2O,выращенных в низкотемпературном режиме, характерны бòльшая ширина основныхфононных компонент и дополнительная структура, инициированная собственнымидефектами решетки [12]. Таким образом, спектры КРС слоев Cu2O, полученныхметодом магнетронного распыления на горячей подложке, свидетельствуют об иххорошем качестве их кристаллической структуры. Наиболее совершенные пленкизакиси меди формируются на подложках из кварцевого стекла при температуреподложки 450оС, мощности магнетрона 300 Вт, давлении газов 0,14 Па и парциальномдавлении кислорода около 40%.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Трансформация спектров люминесценции эпитаксиальных слоев нитридагаллия, легированных кремнием в широком диапазоне концентраций,соответствует представлениям об образовании примесной зоны и ее слияния с15зоной проводимости и находится в согласии с концентрационной зависимостьювида вольт-амперных характеристик.Структура и температурная зависимость спектров люминесценции и отражениянелегированных и слабо легированных эпитаксиальных слоев нитрида галлия,выращенных из газовой фазы, свидетельствует об их высоком качестве.Концентрации свободных электронов, определенные по спектрамкомбинационного рассеяния легированных кремнием эпитаксиальных слоенитрида галлия, где наблюдаются плазмон-фононные моды, находятся всогласии с данными электрофизических измерений.Оптические спектры, полученные от различных характерных областей нелегированного специально объемного кристалла нитрида галлия, выращенногоиз газовой фазы, свидетельствуют о сильном различии качествакристаллической решетки в этих характерных областях.Сравнение оптических спектров не легированного специально объемногокристалла нитрида галлия со спектрами тонких эпитаксиальных слоев,легированных кремнием, позволяет оценить концентрацию дефектов вразличных характерных областях объемного кристалла.Характеризация оптическими методами кристаллических пленок оксидов цинкаи меди, выращенных методом магнетронного распыления, свидетельствует отом, что их качество при выборе оптимальных режимов роста сопоставимо скачеством объемных кристаллов, выращенных традиционными методами.Оптимальными параметрами для получения высококачественных пленок окисицинка являются температура подложки 450оС, мощность магнетрона 150 Вт,давление газа в ростовой камере 0,25 Па при парциальном давлении кислородаоколо 30%.Наиболее совершенные пленки закиси меди формируются на подложках изкварцевого стекла при температуре подложки 450оС, мощности магнетрона 300Вт, давлении газа в ростовой камере 0,14 Па при парциальном давлениикислорода около 40%.СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙА1.

Характеристики

Список файлов диссертации