Фотолюминесцентная спектроскопия полупроводниковых наноструктур с планарно-неоднородными слоями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

ХАБАРОВ Юрий Васильевич

ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОСТРУКТУР С ПЛАНАРНО-НЕОДНОРОДНЫМИ СЛОЯМИ

Специальность 01 0410 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

□озиь^ ■"

Москва - 2007

003064576

Работа выполнена в Институте сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН г Москва

Ведущая организация Физико-технический институт им АФ Иоффе РАН

Защита состоится 21 09 2007 г., в 11 — на заседании диссертационного совета Д 002 231 01 при Инстигуте радиотехники и электроники РАН по адресу 125009, Москва, ГСП-9, ул Моховая, д 11, корп.7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института радиотехники и электроники РАН

Официальные Оппоненты

доктор физико-математических наук Э А Ильичев,

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник И Н Котельников

Автореферат разослан «_.»

20071

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор СII Артеменко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена разработке, обоснованию и применению нового подхода к исследованию физических свойств квантово-размерных структур различных типов Этот подход основан на использовании планарно-неоднородных структур и разработанного в диссертации спектрально-корреляционного метода (СКМ) их исследования и обеспечивает возможность прецизионного изменения в процессе эксперимента технологически сформированных параметров этих структур, таких, как толщины квантово-размерных слоев, их компонентный состав Продемонстрирован ряд конкретных вариантов применения предложенного метода при исследовании наноструктур на основе системы АЮаАз-ЗаАз-^пСаАз В качестве инструмента измерений использовалась фотолюминесцентная спектроскопия при температуре 77 К

Актуальность темы

В настоящее время продолжаются интенсивные теоретические и экспериментальные исследования твердотельных структур, размеры которых в одном, двух или трех направлениях сравнимы с де-бройлевской длиной волны носителей заряда В таких структурах (наноструктурах) энергетический спектр носителей становится квазидискретным или полностью дискретным Это приводит к проявлению в таких структурах ряда физических эффектов, которые широко исследуются и используются во многих направлениях твердотельной электроники Экспериментальная возможность таких исследований обеспечена современными успехами нанотехнологии

Основой создания большого класса наноструктур является технология молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), позволяющая выращивать полупроводниковые слои с толщинами порядка нескольких моноатомных слоев При большом разнообразии эпитаксиальных наноструктур особое значение приобретают исследования влияния параметров, определяющих слоевую конфигурацию структуры и сформированных технологически (например, толщины квантово - размерных слоев, состава отдельных слоев, уровня их легирования и т д) на ее физические свойства Такие параметры определяют вид потенциала, ограничивающего движение носителей заряда и, таким образом, непосредственно влияют на экспериментальные проявления процессов размерного квантования

Как правило, для исследования в полупроводниковых наноструктурах зависимостей какой - либо физической величины от меняющихся параметров структуры используют ограниченную серию планарно-однородных образцов с вариацией какого - либо параметра Такой подход традиционно имеет место при исследованиях с вариацией технологически формируемых параметров независимо от используемого физического метода исследования Как правило, в экспериментальных работах такого плана объем эксперимента с изменением одного параметра ограничиваются серией из нескольких образцов При этом

дискретный набор значений варьируемого параметра не всегда достаточно полно выявляет особенности исследуемого явления

Следует отметить, что возможности такого эксперимента существенно отличают его от ситуации, когда варьируемый в процессе исследования параметр может изменяться непрерывным образом, или с достаточно малым шагом дискретности В таких случаях появляется возможность получать информацию о физических процессах в исследуемой структуре, анализируя относительно слабо выраженные особенности получаемых в эксперименте зависимостей

Результаты диссертации показывают, что возможность прецизионной вариации в процессе экспериментов тех параметров наноструктур, которые прямо определяют условия квантово-размерных явлений, может дать важную информацию об этих явлениях. В условиях большого многообразия различных типов наноструктур, исследуемых и используемых в настоящее время, развитие нового альтернативного метода их исследования может представлять интерес для изучения различных физических процессов в таких структурах

Настоящая работа посвящена разработке и применению такого альтернативного подхода, на основе использования планарно-неоднородных слоев и разработанного в диссертации спектрально-корреляционного метода исследования наноструктур Рассмотрены варианты применения предложенного метода к исследованию ряда наноструктур (изолированных квантовых ям, туннельно-связанных квантовых ям, структур с электронными 5-сломи), созданных по технологии МЛЭ на основе системы АЮаАэ-ЭаАз-¡пЗаАэ, которая в настоящее время активно исследуется Актуальность проведенных в диссертации исследований определяется новыми возможностями, возникающими в рамках предложенного в диссертации метода исследования

Цель работы

Целью настоящей работы является

поиск и обоснование нового эффективного подхода к исследованию широкого класса наноструктур, дающего возможность их изучения с прецизионным изменением их параметров, формируемых технологически,

изучение возможностей разработанного в рамках нового подхода спектрально-корреляционного метода исследования на примере исследования фотолюминесценции (ФЛ) наноструктур различных типов, созданных на основе СаАз,

изучение природы экспериментальных проявлений, анализ которых становится возможным с применением разработанного метода исследования

Научная новизна работы

1 Предложен, разработан и экспериментально продемонстрирован новый спектрально-корреляционный метод исследования физических

процессов в квантово-размерных структурах Этот метод позволяет осуществлять в процессе спектроскопического исследования специально создаваемых планарно-неоднородных структур контролируемое прецизионное изменение технологически сформированных параметров, таких, как толщины, квантово-размерных слоев, их компонентный состав Этим обеспечивается возможность получения и анализа экспериментальных зависимостей квазинепрерывного характера, при исследовании каждого экспериментального образца.

2. На основе разработанного метода проведен комплекс исследований квантово-размерных структур различных классов (изолированных квантовых ям (КЯ), туннельно-связанных КЯ, структур с электронными б-слоями) для которых экспериментально получены зависимости параметров фотолюминесценции от параметров их полупроводниковой структуры (толщин и компонентного состава наноразмерных слоев) Эти зависимости получены впервые, характеризуются прецизионным изменением варьируемых параметров и имеют квазинепрерывный характер

3 Впервые обнаружен ряд особенностей полученных экспериментальных зависимостей, которые объяснены влиянием физических процессов различной природы на параметры фотолюминесценции исследованных структур

4 Предложена и впервые исследована при помощи спектрально-корреляционного метода полупроводниковая структура, содержащая два близко расположенные 5-слоя п-типа в слое Ga^s и внедренную симметрично между ними узкую ¡пЗаАэ квантовую яму При исследовании этой структуры в условиях прецизионной вариации ее структурных параметров впервые удалось наблюдать интенсивные многокомпонентные спектры ФЛ, связанные с системой 20 электронных подзон в 6-легированных слоях п-типа и обнаружить ряд экспериментальных эффектов, проявляющихся в фотолюминесцентных свойствах такой структуры

Сформулировано положение о латеральной локализации дырок в минимумах потенциального рельефа, определяемого примесным флуктуационным потенциалом вблизи б - слоев, которое позволяет объяснить с единой точки зрения все отмеченные особенности наблюдаемой экспериментальной картины, а также многочисленные результаты исследования ФЛ в 5-слоях, представленные в литературе и демонстрирующие существенное различие спектров ФЛ п-ьр-1 и п-1-п-1 структур, а также одиночных 5 - слоев

5 Проведено систематизированное исследование влияния слабого внутреннего поперечного электрического поля на процессы ФЛ в КЯ, В результате экспериментов с применением СКМ, а также экспериментов по прямому воздействию поперечного электрического поля на структуры с квантовыми ямами установлено, что поперечное электрическое поле относительно низкой напряженности (~ 103 В/см) может сильно влиять на

интенсивность ФЛ наноструктур в связи с полевой зависимостью процессов релаксации фотогенерированных носителей.

6 Проанализированы методологические, технологические, аппаратурные аспекты реализации СКМ для исследования наноструктур и результаты его применения для конкретных задачах Показано, что разработанный спектрально-корреляционный метод является эффективным средством исследования физических процессов в наноструктурах, позволяет существенно дополнить возможности существующих способов их исследования Он может также служить основой для развития нового направления при исследований физических свойств наноструктур Рассмотрены возможные аспекты развития этого направления

Практическая значимость работы

1 Предложен и методологически разработан новый, доступный практически и эффективный спектрально-корреляционный метод исследования слоевых полупроводниковых структур, позволяющий изучать влияние технологически сформированных параметров квантово-размерных структур на их свойства в условиях прецизионного изменения значений этих параметров

2 С использованием разработанного метода

- продемонстрирована возможность получения в процессе исследования каждой исследуемой полупроводниковой пластины серий экспериментальных зависимостей квазинепрерывного характера при вариации параметров, определяющих конфигурацию квантово-размерных слоев исследуемой структуры и ее пространственный энергетический профиль,

- получены экспериментальные зависимости, определяющие возможность разработки новых методов оценки физических параметров полупроводниковой структуры, таких, как параметры рельефа гетегограниц, отношение разрывов энергетических зон на гетерогранице, величина внутреннего электрического поля полупроводниковой структуры, характеристики примесного флуктуационного потенциала, продемонстрированы некоторые примеры таких оценок,

-проведен комплекс исследований наноструктур различных классов, иллюстрирующий возможности метода, многообразие методологических вариантов его применения, широкий спектр явлений, при исследовании которых он может быть эффективно применен

Проанализированы технологические, методологические, аппаратурные аспекты применения и дальнейшего развития метода

3 Предложена и исследована структура состоящая из двух 5-легированных слоев п-типа и расположенной симметрично между ними узкой квантовой ямы Такая структура позволяет наблюдать и исследовать интенсивные многокомпонентные спектры ФЛ, связанные с системой 20 электронных подзон в 5-легированных слоях п-типа На примере исследования этой структуры впервые продемонстрирована возможность регистрации

экспериментальных зависимостей при прецизионном независимом изменении двух параметров исследуемой структуры в условиях двухпараметрической латеральной неоднородности ее слоев

4. Проведено систематизированное исследование влияния слабого поперечного электрического поля на процессы релаксации фотогенерированных носителей в КЯ, проявляющиеся в параметрах фотолюминесценции наноструктур

5 Предложен новый принцип построения азотных криогенных систем для исследования полупроводниковых пластин, основанный на охлаждении и защите исследуемого образца динамической атмосферой испаряющегося азота, на его основе создан оптический криостат, ориентированный на проведение исследований спектрально-корреляционным методом

Основные положения, выносимые на защиту

1 Разработан новый спектрально-корреляционный метод исследования квантово-размерных структур, позволяющий на основе использования специально создаваемых экспериментальных планарно-неоднородных полупроводниковых структур получать экспериментальные данные, осуществляя в процессе эксперимента контролируемое прецизионное изменение параметров квантово-размерных структур, сформированных технологически и определяющих конфигурацию их слоев и их пространственный энергетический профиль

2 Разработанный метод характеризуется значительным разнообразием методологических вариантов применения и обеспечивает возможность в процессе исследования каждого экспериментального образца (полупроводниковой пластины) получать статистически представительную совокупность экспериментальных данных, которые могут быть представлены в виде серии (серий) экспериментальных зависимостей квазинепрерывного характера

3 Результаты проведенного при помощи спектрально-корреляционного метода исследования изолированных и туннельно-связанных КЯ, проявившиеся в виде ряда зафиксированных особенностей полученных зависимостей, отражают

-влияние процессов рекомбинации экситонов, особенностей рельефа гетерограниц, параметров зонной структуры слоев, величины внутреннего поперечного электрического поля полупроводниковой структуры на вид взаимных зависимостей энергетических положений линий фотолюминесценции изолированных КЯ с технологически заданным отношением значений их ширины,

-влияние процессов релаксации фотогенерированных носителей, их латерального движения в слое КЯ, структуры квантовых подзон КЯ на зависимости интенсивности фотолюминесценции КЯ от их ширины,

- влияние процесса туннелирования электронов, «прямых» и «непрямых» (в координатном пространстве) оптических переходов, внутреннего поперечного электрического поля структуры, экситонных рекомбинационных процессов на зависимости параметров ФЛ системы двух туннельно-связанных КЯ от ширины туннельного барьера

4 Результаты комплексного исследования влияния поперечного электрического поля на ФЛ квантовых ям показывают возможность сильного влияния внутреннего электрического поля относительно малой величины (~ 103 В/см) на параметры интенсивности спектров ФЛ наноструктур вследствие полевой зависимости процессов захвата фотогенерированных носителей на локализованные состояния этих структур

5 Предложенная полупроводниковая структура, включающая два близко расположенных 5-слоя п-типа, сформированных в слое баАэ и внедренную симметрично между ними ¡пОаАэ квантовую яму позволяет регистрировать и исследовать интенсивные многокомпонентные спектры ФЛ, связанные с системой 20-электронных подзон в 5-легированных слоях п-типа, благодаря формирующемуся в КЯ двумерному дырочному слою, обеспечивающему условия прямых (в квазиимпульсном пространстве) оптических переходов

Результаты исследования ФЛ этой структуры при помощи СКМ показывают возможность изменять в широких пределах интенсивность ФЛ, связанной с 20-электронным газом б-слоев, влияя на параметры флуктуационного потенциала в области КЯ и изменяя таким образом степень латеральной локализации дырок на неоднородностях флуктуационного потенциала

Положение о локализации дырок в минимумах потенциального рельефа флуктуационного потенциала вблизи 5 - слоев позволяет объяснить с единой точки зрения ряд зафиксированных особенностей экспериментально наблюдаемой картины изменения ФЛ исследованной системы 6 - слоев, а также многие результаты исследования ФЛ в б - слоях, представленные в литературе и демонстрирующие существенное различие спектров ФЛ п-1-р-1, п-1-п-1 структур и одиночных б - слоев

6. Совокупность полученных в процессе применения спектрально-корреляционного метода научных и практических результатов, проведенный анализ его характеристик и возможностей позволяют считать предложенный метод исследования представляющим интерес Этот метод может быть положен в основу нового направления исследования полупроводниковых наноструктур с использованием латерально - неоднородных слоев

Аппробация результатов работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и опубликованы в трудах следующих конференций. Всероссийская научно-техническая конференция «Микро и наноэлектроника» (г. Звенигород 2001г.), Международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (г Ульяновск, 2002г), Международные конференции «Микро-и наноэлектроника

-2003» (г Звенигород, 2003г) и «Микро- и наноэлектроника - 2005» (г Звенигород, 2005г), «VII Российская конференция по физике полупроводников» (г Звенигород, 2005г)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе 11 статей в научных журналах, 8 публикаций в сборниках тезисов докладов и трудов конференций, 2 изобретения, в том числе 1 патент

Личный вклад автора состоит в предложении и разработке идеи исследования свойств квантово-размерных структур с прецизионным изменением их важнейших параметров, нахождении способа ее практической реализации в рамках спектрально-корреляционного метода исследования слоевых полупроводниковых структур, в формировании комплекса экспериментов, направленных на выявление возможностей метода, его методологических особенностей, области эффективного применения и на обоснование его эффективности, а также в проведении этих экспериментов Эта работа включала в себя разработку конфигурации слоевой структуры каждого исследованного новым методом образца, исследование экспериментальных образцов методом ФЛ спектроскопии, обработку данных этих экспериментов и интерпретацию полученных результатов, а также участие совместно с соавторами в обсуждении и анализе результатов и подготовке статей и докладов Лично автором был предложен и реализован в созданной конструкции криостата новый принцип построения азотных криогенных систем для исследования полупроводниковых пластин В диссертацию вошли работы, связанные с проведением расчетов параметров оптических переходов в исследованных квантово-размерных структурах, выполненные с участием соавторов В этих работах личный вклад автора заключается в участии в постановке задачи, в проведении расчетов для конкретных конфигураций и параметров наноструктур с использованием вычислительных программ, анализе результатов расчета, участии в обсуждении и изложении результатов Технологические аспекты работы и вопросы создания экспериментальных структур обсуждались и выполнялись совместно с соавторами.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения Общий объем диссертации составляет 181 страницу, включая 131 страницу основного текста, 38 рисунков, список литературы, который содержит 97 наименований, размещен на 12 страницах

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, поставлены цели работы и дана ее общая характеристика, включая научную

новизну и практическая значимость полученных результатов работы, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту

Глава 1 имеет обзорно-аналитический характер В ней даны сведения о методе фотолюминесцентной спектроскопии, используемом в работе в качестве основного инструмента исследования, рассмотрены возможности применения ФЛ спектроскопии в задачах экспериментального исследования полупроводниковых структур

В главе 2 рассмотрены общие вопросы построения разработанного спектрально-корреляционного метода исследования квантово-размерных структур и вопросы реализации его с применением фотолюминесцентной спектроскопии Глава состоит из четырех частей

В разделе 2,1 изложена идея метода и сформулированы основные положения, определяющие порядок осуществления эксперимента на его основе, рассмотрены принципы формирования необходимых для его реализации экспериментальных латерально-неоднородных полупроводниковых структур.

Идея разработанного спектрально - корреляционного метода исследования наноструктур основывается на возможности контролируемой вариации параметров наноструктур в пределах специально создаваемых латерально-неоднородных эпитаксиальных слоев В этом случае аналогом серии однородных образцов с меняющимся параметром (например, толщина слоя, его состав и тд), является один образец с встроенной планарной неоднородностью этого параметра Метод предполагает исследование многослойных полупроводниковых структур, включающих в себя сочетания планарно - однородных и скоррелированных планарно - неоднородных слоев При этом структура должна содержать вместе с исследуемой латерапьно-неоднородной структурой также вспомогательную латерально-неоднородную структуру, несущую информацию о параметрах встроенной неоднородности Для экспериментального анализа таких структур предполагается использовать спектроскопические методы исследования с достаточно хорошим пространственным разрешением, позволяющие одновременно с особенностями спектров, относящихся к локальной области исследуемой структуры, наблюдать особенности, связанные с вспомогательной структурой и характеризующие значение варьируемого параметра в каждой исследуемой локально области неоднородного образца

Таким образом, в рамках одного эксперимента при локальном (в разных точках поверхности) исследовании образца можно получить информацию как об исследуемой, так и о вспомогательной структурах, оценить их взаимную зависимость и, таким образом, проанализировать особенности исследуемого явления при изменяющихся параметрах структуры

В этом разделе в общем виде рассмотрены схемы проведения эксперимента в случаях однопараметрического и двухпараметрического характера неоднородности экспериментального образца, а также обсуждается

возможность различных вариантов реализации метода в рамках сформулированных общих принципов его построения Рассмотрены важнейшие позитивные стороны реализуемого подхода

В разделе 2 2 рассмотрены технологические аспекты реализации СКМ на базе одной из наиболее прецизионных современных технологий - молекулярно-лучевой эпитаксии Рассмотрены возможности контролируемого создания при помощи МЛЭ латерально-неоднородных эпитаксиальных слоев путем остановки вращения подложки во время роста слоя На основе анализа литературных данных обоснована возможность получения таких слоев в системе АЮаАэ-<ЗаА8-1п6аА8 при одновременном обеспечении их высокого кристаллического совершенства

В разделе 2 3 дана краткая характеристика возможностей ФЛ спектроскопии с точки зрения ее эффективного применения в составе СКМ Рассмотрены вопросы оценки параметров латеральной неоднородности экспериментальных образцов в процессе применения СКМ по результатам ФЛ анализа квантовых ям, как составляющих элементов вспомогательных структур, а также вопросы выбора значений исходных величин для расчета оптических переходов в исследуемых и вспомогательных структурах на основе численного решения уравнения Шредингера

Раздел 24 посвящен аппаратурным аспектам излагаемой работы. В нем дано краткое описание установки ФЛ анализа, и условий экспериментов -возбуждение ФЛ светом с длиной волны 488 нм и плотностью мощности до 200 Вт/см2 с локальностью -50 мкм при температуре 77К Описана предложенная оригинальная конструкция азотного оптического криостата для исследования полупроводниковых пластин, созданного на основе охлаждения и защиты поверхности исследуемого образца динамической атмосферой испаряющегося азота и ориентированного на работу с учетом особенностей СКМ

В главе 3 с применением СКМ были исследованы изолированные КЯ в составе двух экспериментальных образцов (образцы А и В), реализующих различные в методологическом отношении условия применения СКМ

На образце А реализованы наиболее сложные для результативности эксперимента условия применения метода, он представлял собой структуру, содержащую две КЯ АЮаАз-ЗаАэ и две КЯ СаАз-1пСаАз разной ширины, выполненную на подложке диаметром 76 см и имеющую латеральную неоднородность во всех эпитаксиальных слоях кроме буферного В результате исследования образца А оценены диапазоны изменения параметров эпитаксиальных слоев в пределах созданной их латеральной неоднородности, отмечено достаточно высокое качество этих слоев во всем диапазоне неоднородности, что обеспечивает возможность применения СКМ с использованием ФЛ.

На рис 1 показаны некоторые из зависимостей, полученных на образце А в условиях прецизионного изменения значений ширины двух КЯ АЮаАз-баАэ при постоянном отношении этих значений Кривая 1 отражает взаимную

зависимость энергетических положений линий ФЛ узкой (Ем) и широкой (Е\л/) КЯ, а кривая 2 - зависимость интенсивности (1и) ФЛ узкой КЯ от значения (Еку) Значения параметра Еиг могут быть преобразованы в значения ширины КЯ, поэтому Ею рассматривался как обобщенный параметр толщины слоев В рассматриваемом случае параметрами исследуемой структуры можно считать параметры Ем и 1ы, а параметром вспомогательной структуры - параметр Е\/у

Полученные зависимости демонстрируют статистически представительную совокупность экспериментальных данных, которая дает возможность детального их анализа, в том числе проводя оценку параметров исследуемой

структуры на основе

теоретической модели

рассматриваемых процессов. Проведение подобного анализа на ограниченной серии латерапьно-однородных образцов, как правило, затруднительно

Соответствие экспериментальной зависимости Е^Еш) расчетной кривой 3 объяснено в рамках модели экситонных переходов в условиях мелкомасштабного рельефа нерезких гетерограниц рассматриваемых КЯ

Эти представления позволили сделать вывод о влиянии рельефа гетерограниц на интенсивность ФЛ узкой КЯ, обнаруживающей спад при уменьшении ширины КЯ (зависимость 2, рис 1) Параметры, определяемые пересечением прямой, экстраполирующей спад интенсивности, с осью абсцисс и характеризующие «особую точку» этой зависимости, были рассмотрены как исходные данные для оценки значения отношения разрывов энергетических зон на гетерогранице АЮаАз-ЗаАэ на основе используемой теоретической модели Получено значение параметра ДЕс/ДЕд «06 (ДЕс - разрыв зоны проводимости, ДЕП -разрыв запрещенной зоны) соответствует общепринятому его значению [1,2] и подтверждает правильность изложенных представлений

Рассмотрены аналогичные зависимости для интенсивности ФЛ КЯ СаАэ-¡пбаАэ, которые показали возможность анализа процессов перераспределения фотогенерированных носителей с исследуемой структуре при изменении ее параметров

Оптимально с точки зрения применения СКМ построена слоевая структура образца В. Созданная латеральная неоднородность этого образца изменяет только толщину слоев ваЛв, образующих систему двух изолированных КЯ

Рис 1 Зависимости энергетических параметров оптических переходов (экспериментальная - 1 и расчетная - 2) и интенсивности линии ФЛ узкой АЮаАэ КЯ образца А от параметра неоднородности слоев (Е«г)

АЮаАз-ваАз разной ширины Эта система КЯ служила как самостоятельный объект исследования, а также являлась вспомогательной структурой при исследовании другой системы КЯ - двух туннельно-связанных квантовых ям (ТСКЯ) 6аАз-1п(ЗаАз разной ширины, которая, также была создана на образце В Экспериментальная картина ФЛ КЯ этого образца, полученная для малых (единицы монослоев) значений ширины узкой КЯ, подтверждает и детализирует полученную выше картину ФЛ изолированных КЯ

Аналогичная приведенной выше зависимость типа Ем(Е\и), показанная на рис 2, хорошо соответствует модели более резких, чем на образце А, гетерограниц, изменяющихся в пределах двух монослоев, при характерным латеральном размере ступенек, большим, чем размер экситона.

В этом случае фиксируемое ФЛ излучение связано, главным образом, с наиболее широкими областями КЯ [3] При теоретическом анализе

Ъ

Е

и?

>

II

а

1 О

08

06

04

02

00

»

175

Е^теУ

Зависимости энергетических

И/, пт

Рис

3 Зависимость относительной интенсивности линий ФЛ узкой КЯ образца В от ее ширины

Рис 2

параметров оптических переходов (экспериментальная -1 и расчетные -2-4) и отношения интенснвностей линия ФЛ изолированных КЯ образца В от параметра неоднородности слоев (Ей/)

экспериментальных данных этот эффект учтен путем построения расчетных кривых 2-4 для технологически заданного отношения средних значений ширины узкой и широкой т КЯ с учетом разного локального уширения узкой КЯ относительно 2 - уширение на 2т (т-размер монослоя), 3 - уширение на т, 4 - нет уширения При этом широкая КЯ считалась уширенной на 2т (точки на этих кривых соответствуют изменению ширины узкой КЯ на 1 монослой).

При изменении № до значений меньших Зт экспериментальные точки отклоняются от кривой 4 в сторону кривой 3 и далее к кривой 2 Такие особенности мы связываем с коррелирующим влиянием нижней гетерограницы на начальной стадии роста слоя ЭаАз узкой КЯ, которое при увеличении

толщины ЭаАэ > Зт,) становится менее существенным, что проявляется в появлении в узкой КЯ областей, уширенных на 2т.

Вид зависимости а(Ею) (кривая 5, рис 2) (а = - отношение интенсивностей ФЛ узкой и широкой КЯ), демонстрирует экспоненциальный спад в области < Зт В рамках изложенных представлений ширине КЯ чгы = Зт соответствует присутствие в ней одного монослоя, не нарушенного смещениями положения гетерограниц При дальнейшем сужении КЯ этот слой нарушается, затрудняя латеральное движение носителей в КЯ. Это и ведет, по-видимому, к быстрому снижению интенсивности ФЛ, поскольку все большая часть электронно-дырочных пар остаются пространственно разделенными в плоскости КЯ

Как видно из рис 3, зависимость а(\м) обнаруживает осциллирующий характер Анализ структуры квантовых подзон узкой КЯ показывает, что максимумам этой зависимости соответствует либо появление новой дырочной подзоны в КЯ, либо смещение верхней дырочной подзоны относительно энергии барьерного слоя на энергию оптического фонона в глубину КЯ Обнаруженные особенности указывают на существенную роль носителей, релаксировавших в барьерных слоях в процессах захвата их в КЯ и на влияние структуры верхних подзон КЯ на процессы захвата носителей

Исследование изолированных КЯ образцов А и В показало возможность результативного применения СКМ, и, в частности, возможность построения новых методов оценки физических параметров исследуемой структуры на основе получаемых квазинепрерывных зависимостей Проведенный анализ позволил прецизионно, в масштабе единиц монослоев и с учетом рельефа гетерограниц определить локальные значения ширины КЯ, образца В для дальнейшего использования этих данных при анализе системы ТСКЯ.

В главе 4 с применением СКМ исследовано влияние ширины туннельного барьера на ФЛ системы двух ТСКЯ ваА5-1г)ваАз-СаА5-1пОаАз-ваА8 образца В В этой системе латералная-неоднородность (скоррелированная с неоднородностью изолированных КЯ этого образца) присутствовала только в слое туннельного СаАэ барьера Локальные значения ширины туннельного барьера были определены по данным анализа изолированных КЯ

В результате исследования ФЛ этой системы были получены зависимости квазинепрерывного характера энергетических положений и интенсивностей обеих составляющих наблюдаемого спектрального дублета, а также отношения этих интенсивностей от ширины туннельного барьера

Соответствие экспериментальных и полученных в работе расчетных зависимостей для энергий оптических переходов рассматриваемой системы ТСКЯ позволило идентифицировать наблюдаемые «прямые» и «непрямые» в координатном пространстве оптические переходы и связать параметры ФЛ этой системы с внутренним постоянным поперечным электрическим полем 5 103 В/см

На основе анализа картины изменения интенсивности линий ФЛ сделан вывод о влиянии электрического поля на процесс заполнения КЯ фотовозбужденными носителями Наличие поля приводит к несимметричной неравновесной заселенности квантовых подзон системы вследствие существенной роли дрейфа носителей в процессе заполнения ими КЯ В рамках этих представлений удается качественно описать картину наблюдаемой ФЛ ТСКЯ во всем диапазоне изменения ширины туннельного барьера, включая особенности наблюдаемых зависимостей в области малых значений ширины барьера, характер которых позволяет связать их природу с рекомбинацией экситонных состояний в ТСКЯ

В главе 5 представлены результаты исследования воздействия внешнего электрического поля на спектры фотолюминесценции (ФЛ) одиночных квантовых ям (КЯ) в нелегированной системе СаАз-1п(ЗаА8 (КЯ1 шириной 10 нм) и в модуляционно-легированной системе АЮаАз-СаАв (КЯг шириной 20 нм) Внешнее смещение подавалось на полупрозрачный металлизированный электрод, через который осуществлялось возбуждение и регистрация ФЛ Эти эксперименты, помимо самостоятельного значения, позволили сопоставить полученные в предыдущих разделах выводы о влиянии электрического поля на картину ФЛ КЯ, с результатами исследования ФЛ КЯ в условиях прямого полевого воздействия

В обоих рассмотренных случаях при относительно низких значениях результирующего поля в области КЯ наблюдалось сильное и немонотонное

изменение интенсивности ФЛ от внешнего электрического смещения

На рис 4 представлены зависимости от приложенного напряжения положения основного пика ФЛ Е (1), соответствующего переходам из нижней подзоны электронов, и значения максимальной интенсивности (2) для КЯг. Резкое изменение Е{Ц) при ¿1-1 эВ соответствует обеднению КЯ электронами, сопровождающемуся сильным увеличением интенсивности ФЛ При \и\ >15 В прослеживается резонансный вид зависимости 1(Ц), хорошо описываемый распределением Лоренца (кривая 3) Проведенный теоретический анализ на основе численного самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона показал, что величина напряженности электрического поля в области КЯ, при напряжении, соответствующем максимуму 1(Ц) составляет ~ З'Ю3 В/см, и наблюдаемое изменение интенсивности ФЛ невозможно объяснить изменением интегралов

Рис 4 Зависимости параметров ФЛ, связанной с нижней электронной подзоной КЯг, от внешнего смещения

перекрытия волновых функций при таких величинах поля Показано, что немонотонное поведение Щ в обоих образцах обусловлено влиянием электрического поля на процесс захвата фотогенерированных носителей в КЯ Рассмотрены возможные механизмы такого влияния,

В результате этого исследования установлено, что поперечное электрическое поле относительно низкой напряженности (~ 103 В/см) может сильно влиять на ФЛ квантовых ям в связи с полевой зависимостью процессов захвата носителей в КЯ Этот вывод подтверждает результаты, полученные в предыдущих разделах в рамках СКМ

В Главе 6 поставлена задача изучения физических механизмов, определяющих особый характер спектров ФЛ, проявляющихся в структурах с 5-

легированными слоями п-типа Эта задача решена с применением СКМ

Квантово-размерные подзоны в 5-слоях п-типа, как правило, слабо проявляются в спектрах ФЛ в связи с вытеснением фотогенерированных дырок из области 5-слоя внутренним электрическим полем [4,5] Многочисленные попытки увеличить интенсивность ФЛ таких структур путем введения различного рода потенциальных барьеров,

ограничивающих миграцию дырок, не привели, однако, к существенному изменению этой ситуации [4-8]

В настоящей работе предложена и исследована латерально-неоднородная структура, содержащая два, находящиеся близко друг к другу (/. -100 А-300 А) а 5-легированных слоя, созданных в объеме баАэ, разделенные узкой (Л -10 А-30 А) квантовой ямой ¡пбаАэ В такой системе фотогенерированные дырки собираются, преимущественно, в КЯ, образуя двумерный дырочный слой. Исследована зависимость ФЛ такой структуры от расстояния между 5-слоями и содержания 1п (у) в КЯ Эти два параметра изменялись одновременно в пределах двухпараметрической латеральной неоднородности экспериментального образца Вспомогательная структура из двух изолированных баАвЧпЭаАз КЯ (линии Э и Н на рис 5) дала возможность при исследовании одного образца получить серии квазинепрерывных экспериментальных зависимостей параметров ФЛ исследуемой структуры от каждого из изменяемых параметров при фиксированном значении другого параметра

Е.еУ

Рис 5 Спектры ФЛ образца с 8-слоями п-типа (> = 01, расстояние между 6-слоями 17 нм (1), 22 нм (2, 4), 30 нм (3)), кривые аппроксимации компонентов спектра (5-8)

Предложенная структура позволила наблюдать многокомпонентные интенсивные спектры ФЛ в области 1 47 эВ - 1 54 эВ (линии А, В, С, О, Е, Р на рис 5) связанные с квантово-размерными подзонами в 5-слоях, с экспоненциальным увеличением интенсивности линий всех компонентов спектра при увеличении значений I и у Относительно высокую интенсивность ФЛ мы связываем с двумерным характером движения фотогенерированных дырок в плоскости КЯ, а наблюдаемое уменьшение интенсивности - с его нарушением в результате влияния процессов латеральной локализации дырок на неоднородностях флуктуационного примесного потенциала Полученные результаты позволяют полагать, что двумерный характер движения дырок является определяющим фактором процесса излучательной рекомбинации в области двумерного электронного газа Сформулированное в работе положение о локализации дырок в минимумах потенциального рельефа флуктуационного потенциала вблизи б - слоев позволяет объяснить с единой точки зрения многие результаты исследования ФЛ в 5 - слоях других авторов, демонстрирующие существенное различие спектров ФЛ гн-р-1 и гн-п-1 структур, а также одиночных б - слоев

В исследуемой структуре зарегистрирован очень незначительный сдвиг (менее 5 мэВ) энергетического спектра ФЛ при изменении расстояния между 6 -слоями Такая «энергетическая стабилизация» спектра ФЛ связывается с локализацией дырок в потенциальной яме между 5 - слоями, что приводит к накоплению в ней заряда, достаточного для формирования сглаженного поперечного распределения потенциала в области между 5-слоями, «стабилизирующего» энергетический спектр дырок Зафиксированы, также, еще ряд экспериментальных особенностей, такие, как тенденции к насыщению роста интенсивности ФЛ при увеличении I, прекращение роста интенсивности ФЛ высокоэнергетических компонентов спектра на фоне роста низкоэнергетических компонентов Эти и другие особенности объяснены в рамках изложенных выше представлений

Заключение посвящено обобщающему анализу полученного в настоящей работе опыта применения спектрально-корреляционного метода исследования Сформулированы ряд существенных особенностей метода, которые во многих случаях могут быть основой его эффективного применения возможность исследования широкого круга физических процессов и структур и разнообразие методологических решений для их исследования, возможность прецизионного изменения параметров в процессе исследования при низких технологических затратах, статистическая представительность данных, получаемых при применении метода Эти и другие особенности метода позволяют сделать вывод о возможности развития на его основе нового направления исследования физических свойств наноструктур Рассмотрены некоторые аспекты развития этого направления, суть которых стало возможным сформулировать в результате выполненной работы

Сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

В конце представлен список работ, вошедших в диссертацию

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1, Предложен, разработан и продемонстрирован путем применения в ряде задач новый спектрально-корреляционный метод исследования физических процессов в наноструктурах, позволяющий осуществлять в процессе спектроскопического исследования специально создаваемых планарно-неоднородных структур контролируемое прецизионное изменение технологически сформированных параметров, таких, как толщины, компонентный состав квантово-размерных слоев

2 Разработанный метод характеризуется значительным разнообразием методологических вариантов применения и обеспечивает возможность в процессе исследования каждого экспериментального образца (полупроводниковой пластины) получать статистически представительную совокупность экспериментальных данных, отражающих связь исследуемых параметров с прецизионно изменяемыми параметрами структуры, которые могут быть представлены в виде серии (серий) экспериментальных зависимостей квазинепрерывного характера

3 На основе применения разработанного метода проведен комплекс исследований наноструктур различных типов (изолированных квантовых ям, туннельно-связанных квантовых ям, структур с электронными б-слоями) для которых экспериментально получены зависимости параметров фотолюминесценции от параметров их полупроводниковой структуры (толщин и компонентного состава наноразмерных слоев). Эти зависимости получены впервые, характеризуются прецизионным изменением варьируемых параметров и имеют квазинепрерывный характер

4 Впервые обнаружен ряд экспериментальных особенностей, которые объяснены влиянием физических процессов различной природы на параметры ФЛ влиянием рельефа гетерограниц на параметры экситонных оптических переходов в квантовых ямах, определяющим влиянием латерального движения носителей внутри КЯ на процесс излучательной рекомбинации в КЯ, влиянием структуры верхних (близким к энергии барьерных слоев) квантовых подзон КЯ на процесс захвата фотовозбужденых носителей в КЯ, особенностями процесса релаксации фотогенерированных носителей и влиянием электрического поля на неравновесную заселенность квантовых подзон системы туннепьно-связанных КЯ и на энергию непрямых оптических переходов в этой системе, влиянием латеральной локализации дырок на процесс излучательной рекомбинации в системе электронных 5-слоев

Наблюдаемые экспериментальные проявления этих процессов определяют возможность разработки новых методов оценки физических параметров полупроводниковых структур, таких, как параметры рельефа гетегограниц, отношение разрывов энергетических зон на гетерогранице, величина

внутреннего электрического поля полупроводниковой структуры, характеристики примесного флуктуационного потенциала Продемонстрированы некоторые примеры таких оценок

5 Предложена и исследована при помощи СКМ полупроводниковая структура, включающая два близко расположенные 5-слоя п-типа в слое ваАз и внедренную симметрично между ними узкую 1пЗаА$ квантовую яму При исследовании этой структуры впервые удалось наблюдать интенсивные многокомпонентные спектры ФЛ, связанные с системой 20 электронных подзон в 5-легированных слоях п-типа благодаря формирующемуся в КЯ двумерному дырочному слою, обеспечивающему условия прямых (в квазиимпульсном пространстве) оптических переходов

На примере этой структуры впервые продемонстрирована возможность регистрации экспериментальных зависимостей при исследовании квантово-размерной структуры в условиях двухпараметрической латеральной неоднородности ее слоев При исследовании одного образца в условиях прецизионного изменения расстояния между 5-слоями и содержания 1п в КЯ получены серии экспериментальных зависимостей параметров ФЛ от параметров, изменяемых в пределах неоднородности, дающие подробную картину изучаемого процесса

В исследованной структуре обнаружен эффект экспоненциального увеличения интенсивности составляющих спектра ФЛ системы 5-слоев при увеличении каждого из изменяемых в данном эксперименте параметров Относительно высокая интенсивность наблюдаемой ФЛ объяснена двумерным характером движения фотогенерированных дырок в плоскости КЯ, а наблюдаемое уменьшение интенсивности - с нарушением «двумерности» дырок в результате влияния процессов их латеральной локализации на неоднородностях флуктуационного примесного потенциала

На полученных зависимостях обнаружены ряд экспериментальных особенностей, эффект энергетической стабилизации спектра ФЛ, тенденция к насыщению роста интенсивности ФЛ, эффект насыщения экспоненциального роста интенсивности ФЛ высокоэнергетических компонентов на фоне быстро увеличивающейся интенсивности более низкоэнергетических компонентов

На основе анализа полученных экспериментальных данных сформулировано положение о локализации дырок в минимумах потенциального рельефа, определяемого примесным флуктуационным потенциалом вблизи 5 -слоев, которое позволяет объяснить с единой точки зрения все отмеченные особенности наблюдаемой экспериментальной картины, а также многочисленные результаты исследования ФЛ в 6-слоях, представленные в литературе и демонстрирующие существенное различие спектров ФЛ п-1-р-1 и п-|-п-1 структур, а также одиночных 5 - слоев

6 Проведено систематизированное исследование влияния слабого внутреннего поперечного электрического поля на процессы ФЛ в КЯ В результате экспериментов с применением спектрально-корреляционного

метода исследования, а также экспериментов по прямому воздействию поперечного электрического поля на структуры с квантовыми ямами установлено, что поперечное электрическое поле относительно низкой напряженности (~ 103 В/см) может сильно влиять на интенсивность ФЛ наноструктур в связи с полевой зависимостью процессов релаксации фотогенерированных носителей

Впервые получена подробная картина изменения параметров фотолюминесценции модуляционно легированная квантовой ямы в электрическом поле, содержащая ряд особенностей, характеризующих как процессы полевого обеднения двумерного электронного газа, так и процессы релаксации фотогенерированных носителей в КЯ

7 Предложен новый принцип построения азотных криогенных систем для исследования полупроводниковых пластин, основанный на охлаждении и защите поверхности исследуемого образца динамической атмосферой испаряющегося азота, на его основе создан оптический криостат, ориентированный на проведение исследований спектрально-корреляционным методом

8 Проанализированы методологические, технологические, аппаратурные аспекты реализации спектрально-корреляционного метода исследования наноструктур и результаты его применения в конкретных задачах Проведенный анализ показывает, что разработанный метод является эффективным средством исследования физических процессов в наноструктурах, позволяет существенно дополнить возможности существующих способов их исследования и может служить основой для нового направления при исследовании физических свойств наноструктур Рассмотрены возможные аспекты развития этого направления

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

А1 Хабаров Ю В, Спектрально-корреляционный способ исследования слоевых полупроводниковых структур II Патент РФ на изобретение № 2168238, (2001)

А2 Хабаров Ю В, Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах с использованием планарно-неоднородных слоев 1 Фотолюминесценция. И ФТП, 2003, т 37, вып 3, с 339-345

АЗ. Хабаров Ю В , Капаев В В, Петров В А, Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах с использованием планарно-неоднородных слоев Фотолюминесценция туннельно-связанных квантовых ям II ФТП, 2004, т 38, вып 4, с 455-464

А4 Хабаров Ю В, Капаев В В, Петров В.А, Галиев Г Б, Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах с использованием планарно-неоднородных слоев Фотолюминесценция структур с электронными б-легированными слоями II ФТП, 2006, т 40, вып 5, с 572-583

А5 Хабаров Ю В, Новый метод исследования полупроводниковых наноструктур с использованием фотолюминесцентной спектроскопии планарно-неоднородных полупроводниковых слоев II Труды Международной конференции "Оптика, оптоэлектроника и технологии". Ульяновск, 2002 с 66

А6 Khabarov Yu V, Velikovsky L E, Photoluminescence spectroscopy of quantum well GaAs/lnGaAs/GaAs in electrical field II Abstracts of International Conference «Micro- and nanoelectronics - 2003», Moscow-Zvenigorod, Russia, 2003, P2-84

A7 Хабаров Ю В, Фотолюминесцентная спектроскопия модуляционно легированной квантовой ямы AIGaAs/GaAs/AIGaAs в электрическом поле II Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Микро- и наноэлектроника-2001", Звенигород, 2001, Р2-30

А8 Khabarov Yu, Kapaev V., Petrov V, Galiev G., Photoluminescence of 2D Electron 6-layers in Laterally Nonuniform Nanostructures based on GaAs II Abstracts of International Conference «Micro- and nanoelectronics - 2005», Moscow Zvemgorod, Russia, 2005, P2-84

A9 Хабаров Ю В, Капаев В В, Петров В А, Галиев Г Б Фотолюминесценция 2D электронных б-слоев в латерапьно-неоднородных наноструктурах на основе GaAs II Тезисы докладов VII Российской конференции по физике полупроводников "Полупроводники 2005", Москва, Звенигород, 2005, с 199

А10 Khabarov Yu, Kapaev V, Petrov V, Galiev G, Photoluminescence of 2D electronic 5-layers in lateral non-homogeneous nano-structures based on GaAs II Proceeding of SPIE Micro- and Nanotechnologies 2005, V 6260, p 626018-1 -626018-9,2006

A11 Хабаров ЮВ, Галиев ГБ, Сарайкин ВВ, Слепнев ЮВ, Исследование возможности образования самоорганизующихся наноструктур в неоднородных слоях lnxGai-xAs с низким содержанием In II Труды Международной конференции "Оптика, оптоэлектроника и технологии" Ульяновск, 2002 с 8

А12 Кульбачинский В Ф, Лунин Р А, Рогозин В А, Мокеров В Г, Федоров Ю В, Хабаров Ю В, Нарюми Е, Киндо К, А де Виссер, Латеральный электронный транспорт в короткопериодных сверхрешетках InAs/GaAs на пороге образования квантовых точек//ФТП, 2003, Т 37, Вып 1, с 70-76

А13 ГукАВ, Великовский ЛЕ„ Каминский ВЭ, Мокеров В Г, Федоров Ю В, Хабаров Ю В Влияние электрического поля на спектры фотолюминесценции двумерного электронного газа высокой плотности в гетероструктурах N-AIGaAs/GaAs/AIGaAs // ДАН, 2000, т 374, №1, с 31-34

А14 Мокеров В Г, Федоров ЮВ, Гук АВ, Хабаров ЮВ Фотолюминесцентная спектроскопия квазидвумерного электронного газа в 5-легированных слоях GaAs (100) //ДАН, 1998, т.36, N1, с 40-44

А15 Евстегнеев С В, Имамов Р М, Ломов А А, Садофьев Ю Г, Хабаров, Ю В , Шипицин Д С Исследование InGaAs/GaAs квантовых ям, выращенных

методом молекулярно -лучевой эпитаксии // Тезисы докладов Российской конференции «Полупроводники-99», Новосибирск, 1999

А16. Евстегнеев С.В, Имамов РМ., Ломов А.А., Садофьев ЮГ, Хабаров Ю В, Чуев M А, Шипицин Д С Исследование квантовых ям InGaAs/GaAs методами низкотемпературной фотолюминесценции и рентгеновской дифракции//ФТП, 2000, т 34, вып 6, с719-725

А17 Галиев Г Б, Гук АВ, Мокеров В.Г, Слепнев ЮВ, Федоров ЮВ, Хабаров Ю В, Яременко H Г Фотолюминесценция однородно- и 8-легированных кремнием слоев GaAs, выращенных методом МЛЭ на подложках с ориентацией (100), (111)А, (111)В // III Всероссийская конференция по физике полупроводников "Полупроводники 97" Тезисы докладов Москва, 1997 С 306

А18 Галиев Г Б, Мокеров В Г, Ляпин Э.Р , Сарайкин В В, Хабаров Ю В Исследование электрофизических и оптических свойств б-легированных кремнием oroea-GaAs, выращенных методом МЛЭ на разориентированных в направлении [211] поверхностях (111)А GaAs //ФТП. 2001 т 35 Вып 4 с 421426

А19 Гапиев Г Б., Мокеров В Г, Хабаров Ю В Влияние угла разориентации на спектры фотолюминесценции 5-легированных кремнием слоев арсенида галлия (111)А, выращенных методом МЛЭ //ДАН 2001 Т 376 №6 С 749-752

А20 Ломов АА, Имамов РМ, Гук, А.В, Федоров ЮВ, Хабаров ЮВ, Мокеров В Г Влияние параметров структуры отдельных слоев на фотолюминесцентные свойства системы InxGai-xAs-GaAs// Микроэлектроника, 2000, т 29, №6, с 410-416

А21 Ломов А А, Сутырин А Г, Прохоров Д Ю, Галиев Г Б Хабаров Ю В, Чуев MA, Имамов Р.М Структурная характеристика межслойных границ в системе AlxGai-xAs/GaAs/AlxGai-xAs методами высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии и рефлектометрии// Кристаллография, 2005, т 50, №4, с 587-594

А22 Хабаров Ю В, Смирнов В И, Чернов А H , Термостолик для проведения низкотемпературных зондовых измерений II Авторское свидетельство на изобретение № 1641146,1990.

Цитированная литература

1 M A Herman, D Bimberg, J Christen Heterointerfaces in quantum wells and epitaxial growth processes Evaluation by luminescence techniques IIJ Appl Phys , 70(2), R1-R52, (1991)

2 G Bastard, С Delalande, Y Guldner, P Voison Advances m Electronics and Electron Physics, ed By Peter W Hawkes (Boston-San Diego-New York-Berkeley-London-Sydney-Tokyo-Toronto, Academic Press, 1988) v 72

3. Er-Xuan Ping, Vikram Dalal. Exciton photoluminescence of quantum wells affected by thermal migration and inherent intrrface fluctuation// J Appl Phys, 1993, V 74, No 9,5349-5353

4 J CM Henning, YARR Kessener, PM Koenraad, MR Leys, W Van Vleuten, J H Woller, A M Frens Photolummescence study of Si delta-doped GaAsII Semicond SciTechnol, 1991, v6, p 1079-1087

5 J Wagner, A Fischer end К Ploog Photolummescence from the quasi-two-dimensional electrpn gas at a single silicon 6-oped layer m GaAsII Phys Rev B, 1990-1, v 42, No 11, p. 7280-7283

6AM Васильев, П С Копьев, M Ю Надточий, В М Устинов Переходы с участием размерно-квантованных подзон в спектре фотолюминесценции б-легированного GaAs//ФТП, 1998, т 23,вып 12, с 2133-2137

7 J Wagner, A Fischer, К Ploog Fermy edge singularity and screening effects in the absorption and luminescence spectrum of Si 5-doped GaAs II Appl Phys Lett, 1991, v 59, No. 4, p 482-430

8 А С Maciel, M Tatham, J F Ryan, J M Worlok R E Nahori, J P Harbison, LT. Florez Raman scattering from electronic excitations in periodically 5-doped GaAs//Surf Sci, 1990, v 228, No 1-3, p 251-254

Подписано в печать

Формат 60x84 1/16. Уч-изд л / Тираж/оОэкз Заказ $.

Отпечатано в типографии ИПКМИЭТ

124498, Москва, г Зеленоград, проезд4806, д 5, МИЭТ

Введение.

Глава 1. ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ.

ОСНОВЫ МЕТОДА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ.

Глава 2. СПЕКТРАЛЬНО-КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД

ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОСТРУКТУР И ОСОБЕННОСТИ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ НА БАЗЕ ТЕХНОЛОГИИ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ И

ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ.

2.1 Общие принципы построения спектрально-корреляционного метода исследования наноструктур.

2.2 Технологические аспекты реализации спектрально корреляционного метода на базе МЛЭ.

2.3 Фотолюминесцентная спектроскопия как инструмент измерений при исследованиях спектрально-корреляционным методом.

2.4 Аппаратурные аспекты реализации спектрально-корреляционного метода исследований с использованием ФЛ спектроскопии.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В ИЗОЛИРОВАННЫХ КВАНТОВЫХ ЯМАХ.

3.1 Построение эксперимента и исследованные образцы.

3.2 Результаты исследования образца А. Общая оценка возможностей применения спектрально-корреляционного метода.

3.2.1 Порядок проведения эксперимента и оценки параметров слоев

3.2.2. Фотолюминесценция квантовых ям АЮаАБ - ваАв - АЮаАБ

3.2.3. Фотолюминесценция 1п-содержащих квантовых ям.

3.3 Результаты исследования образца В. Особенности фотолюминесценции изолированных квантовых ям АЮаАз-ОаАз-АЮаАв.

3.3.1 Анализ энергетического положения линий ФЛ.

3.3.2 Анализ интенсивности ФЛ.

3.4 Некоторые методологические особенности применения спектрально-корреляционного метода, проявляющиеся в рассмотренных задачах.

3.5 Выводы к главе 3.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В

ТУННЕЛЬНО-СВЯЗАННЫХ СаАв-МЗаАв-СаАв КВАНТОВЫХ ЯМАХ.

4.1 Анализ энергетического положения линий ФЛ туннельно-связанных квантовых ям.

4.2 Анализ интенсивности ФЛ туннельно-связанных квантовых ям

4.3 Выводы к главе 4.

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ КВАНТОВЫХ ЯМ.

5.1 Введение.

5.2 Исследованные образцы.

5.3 Влияние электрического поля на фотолюминесценцию нелегированной квантовой ямы ОаАзЛпОаАзАЗаАз.

5.4 Влияние электрического поля на фотолюминесценцию модуляционно легированной квантовой ямы АЮаАзАЗаАз/АЮаАз.

5.5 Выводы к главе 5.

Глава 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ 5

ЛЕГИРОВАННЫХ СЛОЕВ п-ТИПА.

6.1. Введение.

6.2. Исследуемый образец и методика эксперимента.

6.3. Результаты эксперимента.

6.4. Обсуждение результатов эксперимента.

6.5. Выводы к главе 6.

Актуальность темы

В настоящее время продолжаются интенсивные теоретические и экспериментальные исследования твердотельных структур, размеры которых в одном, двух или трех направлениях сравнимы с де-бройлевской длиной волны носителей заряда. В таких структурах (наноструктурах) энергетический спектр носителей становится квазидискретным или полностью дискретным. Это приводит к проявлению в таких структурах ряда физических эффектов, которые широко исследуются и используются во многих направлениях твердотельной электроники. Экспериментальная возможность таких исследований обеспечена современными успехами нанотехнологии.

Основой создания большого класса наноструктур является технология молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), позволяющая выращивать полупроводниковые слои с толщинами в масштабе единиц моноатомных слоев. Многообразие наноструктур этого класса определяется возможностью МЛЭ работать с различными системами материалов и их сочетаниями и создавать структуры, содержащие различные, иногда многочисленные, комбинации полупроводниковых слоев [1-8].

При большом разнообразии эпитаксиальных наноструктур особое значение приобретают исследования влияния параметров, определяющих слоевую конфигурацию структуры и сформированных технологически (например, толщины квантово - размерных слоев, состава отдельных слоев, уровня их легирования и т. д.) на ее физические свойства. Такие параметры определяют вид потенциала, ограничивающего движение носителей заряда и, таким образом, непосредственно влияют на экспериментальные проявления процессов размерного квантования.

Обычно, для исследования в полупроводниковых наноструктурах зависимостей какой - либо физической величины от меняющихся параметров структуры используют ограниченную серию планарно-однородных образцов с вариацией какого - либо параметра. Такой подход традиционно имеет место при исследованиях с вариацией технологически формируемых параметров независимо от используемого физического метода исследования. При этом дискретный набор значений варьируемого параметра не всегда достаточно полно выявляет особенности исследуемого явления.

Следует отметить, что возможности такого эксперимента существенно отличается от ситуации, когда варьируемый в процессе исследования параметр может изменяться непрерывным образом, или с достаточно малым шагом дискретности, как это происходит, например, при спектроскопических исследованиях. Так, прецизионное изменение длины волны света в методах оптической спектроскопии дает возможность с высокой степенью точности определять энергетические характеристики электронных состояний в полупроводниковых слоях и получать информацию о физических процессах в исследуемой структуре, анализируя относительно слабо выраженные особенности спектров.

В случае вариации технологически формируемых параметров обеспечение малого шага вариации при достаточно большом диапазоне изменения параметра сопряжено с рядом затруднений. Прежде всего это связано с необходимостью приготовления больших серий экспериментальных образцов, что, в свою очередь делает особенно значимыми вопросы идентичности условий создания образцов, т. е. вопросы технологической стабильности и воспроизводимости. Для сложных эпитаксиальных технологий, таких, как МЛЭ, существует множество факторов (параметры исходных подложек и процесса их подготовки, чистота исходных материалов, условия вакуума, точность установки и поддержания режимов роста и т. д.) неконтролируемые отклонения которых могут существенно нарушить однородность большой серии образцов. Помимо этого большой объем экспериментальной серии образцов делает такой эксперимент достаточно дорогим. По-видимому эти причины делают эксперименты с прецизионным изменением технологически формируемых параметров в пределах больших серий образцов практически не приемлемыми для реализации, не смотря на их принципиальную возможность. Как правило, в экспериментальных работах такого плана объем эксперимента с изменением одного параметра ограничиваются серией из нескольких образцов.

Какой-либо эффективной альтернативы рассмотренному подходу до последнего времени в общепринятой практике исследований наноструктур не существовало.

В то же время есть все основания полагать, что возможность прецизионной вариации в процессе экспериментов тех параметров наноструктур, которые прямо определяют условия квантово-размерных явлений, может дать важную информацию об этих явлениях. В условиях большого многообразия наноразмерных структур, изучаемых и используемых в настоящее время, развитие подходов, дающих такую возможность, может представлять интерес.

В тоже время, следует отметить, что даже для такой хорошо изученной системы материалов, как система СаАв-ЫЗаАз в литературе существует неоднозначность в определении важнейших параметров зонной структуры, таких, как отношение разрывов энергетических зон на гетерогранице, значения эффективных масс носителей заряда в 1пОаАз, зависимостей параметров зонной структуры от температуры и мольной доли 1п в МЗаАв [9-17]. Возможно, другой подход к исследованию наноструктур, ориентированный на непрерывное изменение их структурных параметров, поможет получить более полную информацию о параметрах этих материалов и свойствах самих наноструктур. Тем более полезными такого рода исследования могут быть при работе с другими, менее изученными системами материалов.

Настоящая работа посвящена разработке и применению такого альтернативного подхода, на основе использования планарно-неоднородных слоев и разработанного в диссертации спектрально-корреляционного метода исследования наноструктур. Рассмотрены варианты применения предложенного метода к исследованию ряда наноструктур (изолированных квантовых ям, туннельно-связанных квантовых ям, структур с электронными 6-сломи), созданных по технологии МЛЭ на основе системы АЮаАз-ваАз-МлаАБ, которая в настоящее время активно исследуется. Актуальность проведенных в диссертации исследований определяется новыми возможностями, возникающими в рамках предложенного в диссертации метода исследования.

Цель работы

Целью настоящей работы является: поиск и обоснование нового эффективного подхода к исследованию широкого класса наноструктур, дающего возможность их изучения с прецизионным изменением их параметров, формируемых технологически; изучение возможностей разработанного в рамках нового подхода спектрально-корреляционного метода исследования на примере исследования фотолюминесценции (ФЛ) наноструктур различных типов, созданных на основе баАБ; изучение природы экспериментальных проявлений, анализ которых становится возможным с применением разработанного метода исследования.

Цель работы включает в себя решение следующих конкретных задач: разработка общих принципов реализации нового подхода к процессу исследования полупроводниковых наноструктур, основанного на использовании латерально-неоднородных полупроводниковых слоев; изучение технологических, методологических, аппаратурных аспектов реализации нового подхода, обоснование и разработка конкретных решений, обеспечивающих возможность его реализации для исследования наноструктур, создаваемых в системе АЮаАз-ОаАз-ТпОаАв методом МЛЭ; применение разработанного подхода для исследования физических явлений в наноструктурах различных классов (в изолированных квантовых ямах, в туннельно-связанных квантовых ямах, в структурах с электронными 5-легированными слоями, в структурах с квантовыми точками) при использовании в качестве метода измерения фотолюминесцентной спектроскопии; анализ и обобщение совокупности полученных результатов, физических и методологических аспектов применения разработанного подхода с точки зрения оценки его эффективности, области практического применения, возможностей дальнейшего развития.

Объекты исследования и методы измерений.

Исследования выполнены на образцах, выращенных методом МЛЭ на установках ШЬег-32Р, и Цна-24. В качестве исходных материалов в установках МЛЭ использовались мышьяк марки ОСЧ с содержанием остаточных примесей < 10"5 % (714), галлий марки ОСЧ с содержанием остаточных примесей < 10"6 % (8Ы) и алюминий марки ОСЧ с содержанием остаточных примесей < 10"4 % (6Ы). В качестве легирующей примеси использовался кремний. Для создания исследуемых структур оптимизировались условия роста с целью получения латерально-однородных эпитаксиальных слоев наиболее высокого качества.

Латерально-неоднородные эпитаксиальные слои выращивались в этих условиях роста с остановкой вращения подложки. Исследование свойств получаемых структур проводились, главным образом, с помощью стационарной ФЛ спектроскопии при температуре жидкого азота, использовалась, также, ФЛ спектроскопия в условиях воздействия поперечного электрического поля.

Научная новизна работы

1. Предложен, разработан и экспериментально продемонстрирован новый спектрально-корреляционный метод исследования физических процессов в квантово-размерных структурах. Этот метод позволяет осуществлять в процессе спектроскопического исследования специально создаваемых планарно-неоднородных структур контролируемое прецизионное изменение технологически сформированных параметров, таких, как толщины, квантово-размерных слоев, их компонентный состав. Этим обеспечивается возможность получения и анализа экспериментальных зависимостей квазинепрерывного характера, при исследовании каждого экспериментального образца.

2. На основе разработанного метода проведен комплекс исследований квантово-размерных структур различных классов (изолированных квантовых ям (КЯ), туннельно-связанных КЯ, структур с электронными 8-слоями) для которых экспериментально получены зависимости параметров фотолюминесценции от параметров их полупроводниковой структуры (толщин и компонентного состава наноразмерных слоев). Эти зависимости получены впервые, характеризуются прецизионным изменением варьируемых параметров и имеют квазинепрерывный характер.

3. Впервые обнаружен ряд особенностей полученных экспериментальных зависимостей, которые объяснены влиянием физических процессов различной природы на параметры фотолюминесценции исследованных структур.

4. Предложена и впервые исследована при помощи спектрально-корреляционного метода полупроводниковая структура, содержащая два близко расположенные б-слоя п-типа в слое ваАБ и внедренную симметрично между ними узкую ТпваАз квантовую яму. При исследовании этой структуры в условиях прецизионной вариации ее структурных параметров впервые удалось наблюдать интенсивные многокомпонентные спектры ФЛ, связанные с системой 20 электронных подзон в 8-легированных слоях п-типа и обнаружить ряд экспериментальных эффектов, проявляющихся в фотолюминесцентных свойствах такой структуры.

Сформулировано положение о латеральной локализации дырок в минимумах потенциального рельефа, определяемого примесным флуктуационным потенциалом вблизи 5 - слоев, которое позволяет объяснить с единой точки зрения все отмеченные особенности наблюдаемой экспериментальной картины, а также многочисленные результаты исследования ФЛ в 8-слоях, представленные в литературе и демонстрирующие существенное различие спектров ФЛ Ы-рч и пм-п^ структур, а также одиночных 5 - слоев.

5. Проведено систематизированное исследование влияния слабого внутреннего поперечного электрического поля на процессы ФЛ в КЯ. В результате экспериментов с применением СКМ, а также экспериментов по прямому воздействию поперечного электрического поля на структуры с квантовыми ямами установлено, что поперечное электрическое поле относительно низкой напряженности 103 В/см) может сильно влиять на интенсивность ФЛ наноструктур в связи с полевой зависимостью процессов релаксации фотогенерированных носителей.

6. Проанализированы методологические, технологические, аппаратурные аспекты реализации СКМ для исследования наноструктур и результаты его применения для конкретных задачах. Показано, что разработанный спектрально-корреляционный метод является эффективным средством исследования физических процессов в наноструктурах, позволяет существенно дополнить возможности существующих способов их исследования. Он может также служить основой для развития нового направления при исследований физических свойств наноструктур. Рассмотрены возможные аспекты развития этого направления.

Практическая значимость работы.

1. Предложен и методологически разработан новый, доступный практически и эффективный спектрально-корреляционный метод исследования слоевых полупроводниковых структур, позволяющий изучать влияние технологически сформированных параметров квантово-размерных структур на их свойства в условиях прецизионного изменения значений этих параметров.

2. С использованием разработанного метода продемонстрирована возможность получения в процессе исследования каждой исследуемой полупроводниковой пластины серий экспериментальных зависимостей квазинепрерывного характера при вариации параметров, определяющих конфигурацию квантово-размерных слоев исследуемой структуры и ее пространственный энергетический профиль; получены экспериментальные зависимости, определяющие возможность разработки новых методов оценки физических параметров полупроводниковой структуры, таких, как параметры рельефа гетегограниц, отношение разрывов энергетических зон на гетерогранице, величина внутреннего электрического поля полупроводниковой структуры, характеристики примесного флуктуационного потенциала, продемонстрированы некоторые примеры таких оценок; проведен комплекс исследований наноструктур различных классов, иллюстрирующий возможности метода, многообразие методологических вариантов его применения, широкий спектр явлений, при исследовании которых он может быть эффективно применен.

Проанализированы технологические, методологические, аппаратурные аспекты применения и дальнейшего развития метода.

3. Предложена и исследована структура состоящая из двух Б! 5-легированных слоев п-типа и расположенной симметрично между ними узкой квантовой ямы. Такая структура позволяет наблюдать и исследовать интенсивные многокомпонентные спектры ФЛ, связанные с системой 20 электронных подзон в 5-легированных слоях п-типа. На примере исследования этой структуры впервые продемонстрирована возможность регистрации экспериментальных зависимостей при прецизионном независимом изменении двух параметров исследуемой структуры в условиях двухпараметрической латеральной неоднородности ее слоев.

4. Проведено систематизированное исследование влияния слабого поперечного электрического поля на процессы релаксации фотогенерированных носителей в КЯ, проявляющиеся в параметрах фотолюминесценции наноструктур.

5. Предложен новый принцип построения азотных криогенных систем для исследования полупроводниковых пластин, основанный на охлаждении и защите исследуемого образца динамической атмосферой испаряющегося азота, на его основе создан оптический криостат, ориентированный на проведение исследований спектрально-корреляционным методом.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработан новый спектрально-корреляционный метод исследования квантово-размерных структур, позволяющий на основе использования специально создаваемых экспериментальных планарно-неоднородных полупроводниковых структур получать экспериментальные данные, осуществляя в процессе эксперимента контролируемое прецизионное изменение параметров квантово-размерных структур, сформированных технологически и определяющих конфигурацию их слоев и их пространственный энергетический профиль.

2. Разработанный метод характеризуется значительным разнообразием методологических вариантов применения и обеспечивает возможность в процессе исследования каждого экспериментального образца (полупроводниковой пластины) получать статистически представительную совокупность экспериментальных данных, которые могут быть представлены в виде серии (серий) экспериментальных зависимостей квазинепрерывного характера.

3. Результаты проведенного при помощи спектрально-корреляционного метода исследования изолированных и туннельно-связанных КЯ, проявившиеся в виде ряда зафиксированных особенностей полученных зависимостей, отражают: влияние процессов рекомбинации экситонов, особенностей рельефа гетерограниц, параметров зонной структуры слоев, величины внутреннего поперечного электрического поля полупроводниковой структуры на вид взаимных зависимостей энергетических положений линий фотолюминесценции изолированных КЯ с технологически заданным отношением значений их ширины; влияние процессов релаксации фотогенерированных носителей, их латерального движения в слое КЯ, структуры квантовых подзон КЯ на зависимости интенсивности фотолюминесценции КЯ от их ширины;

- влияние процесса туннелирования электронов, «прямых» и «непрямых» (в координатном пространстве) оптических переходов, внутреннего поперечного электрического поля структуры, экситонных рекомбинационных процессов на зависимости параметров ФЛ системы двух туннельно-связанных КЯ от ширины туннельного барьера.

4. Результаты комплексного исследования влияния поперечного электрического поля на ФЛ квантовых ям показывают возможность сильного влияния внутреннего электрического поля относительно малой величины (~ 10 В/см) на параметры интенсивности спектров ФЛ наноструктур вследствие полевой зависимости процессов захвата фотогенерированных носителей на локализованные состояния этих структур.

5.Предложенная полупроводниковая структура, включающая два близко расположенных 5-слоя п-типа, сформированных в слое ваАБ и внедренную симметрично между ними 1пОаАз квантовую яму позволяет регистрировать и исследовать интенсивные многокомпонентные спектры ФЛ, связанные с системой 2Б-электронных подзон в 5-легированных слоях п-типа, благодаря формирующемуся в КЯ двумерному дырочному слою, обеспечивающему условия прямых (в квазиимпульсном пространстве) оптических переходов.

Результаты исследования ФЛ этой структуры при помощи СКМ показывают возможность изменять в широких пределах интенсивность ФЛ, связанной с 20-электронным газом 5-слоев, влияя на параметры флуктуационного потенциала в области КЯ и изменяя таким образом степень латеральной локализации дырок на неоднородностях флуктуационного потенциала.

Положение о локализации дырок в минимумах потенциального рельефа флуктуационного потенциала вблизи 5 - слоев позволяет объяснить с единой точки зрения ряд зафиксированных особенностей экспериментально наблюдаемой картины изменения ФЛ исследованной системы 8 - слоев, а также многие результаты исследования ФЛ в 8 - слоях, представленные в литературе и демонстрирующие существенное различие спектров ФЛ п-ьр-1, п-ьп-} структур и одиночных 5 - слоев.

6. Совокупность полученных в процессе применения спектрально-корреляционного метода научных и практических результатов, проведенный анализ его характеристик и возможностей позволяют считать предложенный метод исследования представляющим интерес. Этот метод может быть положен в основу нового направления исследования полупроводниковых наноструктур с использованием латерально -неоднородных слоев.

Личный вклад автора состоит в предложении и разработке идеи исследования свойств квантово-размерных структур с прецизионным изменением их важнейших параметров, нахождении способа ее практической реализации в рамках спектрально-корреляционного метода исследования слоевых полупроводниковых структур, в формировании комплекса экспериментов, направленных на выявление аналитических возможностей метода, его методологических особенностей, области применения и на обоснование его эффективности, а также в проведении этих экспериментов. Эта работа включала в себя разработку конфигурации слоевой структуры каждого исследованного новым методом образца, исследование экспериментальных образцов методом ФЛ спектроскопии, обработку данных этих экспериментов и интерпретацию полученных результатов, а также участие совместно с соавторами в обсуждении и анализе результатов и подготовке статей и докладов. Лично автором был предложен и реализован в созданной конструкции криостата новый принцип построения азотных криогенных систем для исследования полупроводниковых пластин. В диссертацию вошли работы, связанные с проведением расчетов параметров оптических переходов в исследованных квантово-размерных структурах, выполненные с участием соавторов. В этих работах личный вклад автора заключается в участии в постановке задачи, в проведении расчетов для конкретных конфигураций и параметров наноструктур с использованием вычислительных программ, анализе результатов расчета, участии в обсуждении и изложении результатов. Технологические аспекты работы и вопросы создания экспериментальных структур обсуждались и выполнялись совместно с соавторами.

Аппробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и опубликованы в трудах следующих конференций: Всероссийская научно-техническая конференция «Микро и наноэлектроника» (г. Звенигород 2001г.); Международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (г. Ульяновск, 2002г.); Международные конференции «Микро-и наноэлектроника -2003» (г. Звенигород, 2003г.) и «Микро- и наноэлектроника - 2005» (г. Звенигород, 2005г.); «VII Российская конференция по физике полупроводников» (г. Звенигород, 2005г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе 12 статей в научных журналах, 8 публикаций в сборниках тезисов докладов и трудов конференций, зарегистрировано 2 изобретения (одно авторское свидетельство и один патент).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, изложения основных результатов и выводов и списка литературы из 97 наименований. Работа изложена на 181 странице, включая 39 рисунков и одну таблицу.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложен, разработан и продемонстрирован путем применения в ряде задач новый спектрально-корреляционный метод исследования физических процессов в наноструктурах, позволяющий осуществлять в процессе спектроскопического исследования специально создаваемых планарно-неоднородных структур контролируемое прецизионное изменение технологически сформированных параметров, таких, как толщины, компонентный состав квантово-размерных слоев.

2. Разработанный метод характеризуется значительным разнообразием методологических вариантов применения и обеспечивает возможность в процессе исследования каждого экспериментального образца (полупроводниковой пластины) получать статистически представительную совокупность экспериментальных данных, отражающих связь исследуемых параметров с прецизионно изменяемыми параметрами структуры, которые могут быть представлены в виде серии (серий) экспериментальных зависимостей квазинепрерывного характера.

3. На основе применения разработанного метода проведен комплекс исследований наноструктур различных типов (изолированных квантовых ям, туннельно-связанных квантовых ям, структур с электронными 5-слоями) для которых экспериментально получены зависимости параметров фотолюминесценции от параметров их полупроводниковой структуры (толщин и компонентного состава наноразмерных слоев). Эти зависимости получены впервые, характеризуются прецизионным изменением варьируемых параметров и имеют квазинепрерывный характер.

4. Впервые обнаружен ряд экспериментальных особенностей, которые объяснены влиянием физических процессов различной природы на параметры ФЛ: влиянием рельефа гетерограниц на параметры экситонных оптических переходов в квантовых ямах, определяющим влиянием латерального движения носителей внутри КЯ на процесс излучательной рекомбинации в КЯ, влиянием структуры верхних (близким к энергии барьерных слоев) квантовых подзон КЯ на процесс захвата фотовозбужденых носителей в КЯ, особенностями процесса релаксации фотогенерированных носителей и влиянием электрического поля на неравновесную заселенность квантовых подзон системы туннельно-связанных КЯ и на энергию непрямых оптических переходов в этой системе, влиянием латеральной локализации дырок на процесс излучательной рекомбинации в системе электронных 5-слоев.

Наблюдаемые экспериментальные проявления этих процессов определяют возможность разработки новых методов оценки физических параметров полупроводниковых структур, таких, как параметры рельефа гетегограниц, отношение разрывов энергетических зон на гетерогранице, величина внутреннего электрического поля полупроводниковой структуры, характеристики примесного флуктуационного потенциала. Продемонстрированы некоторые примеры таких оценок.

5. Предложена и исследована при помощи СКМ полупроводниковая структура, включающая два близко расположенные 5-слоя п-типа в слое ваАэ и внедренную симметрично между ними узкую 1пСаАз квантовую яму. При исследовании этой структуры впервые удалось наблюдать интенсивные многокомпонентные спектры ФЛ, связанные с системой 20 электронных подзон в 5-легированных слоях п-типа благодаря формирующемуся в КЯ двумерному дырочному слою, обеспечивающему условия прямых (в квазиимпульсном пространстве) оптических переходов.

На примере этой структуры впервые продемонстрирована возможность регистрации экспериментальных зависимостей при исследовании квантово-размерной структуры в условиях двухпараметрической латеральной неоднородности ее слоев. При исследовании одного образца в условиях прецизионного изменения расстояния между 8-слоями и содержания 1п в КЯ получены серии экспериментальных зависимостей параметров ФЛ от параметров, изменяемых в пределах неоднородности, дающие подробную картину изучаемого процесса.

В исследованной структуре обнаружен эффект экспоненциального увеличения интенсивности составляющих спектра ФЛ системы 5-слоев при увеличении каждого из изменяемых в данном эксперименте параметров. Относительно высокая интенсивность наблюдаемой ФЛ объяснена двумерным характером движения фотогенерированных дырок в плоскости КЯ, а наблюдаемое уменьшение интенсивности - с нарушением «двумерности» дырок в результате влияния процессов их латеральной локализации на неоднородностях флуктуационного примесного потенциала.

На полученных зависимостях обнаружены ряд экспериментальных особенностей: эффект энергетической стабилизации спектра ФЛ, тенденция к насыщению роста интенсивности ФЛ, эффект насыщения экспоненциального роста интенсивности ФЛ высокоэнергетических компонентов на фоне быстро увеличивающейся интенсивности более низкоэнергетических компонентов.

На основе анализа полученных экспериментальных данных сформулировано положение о локализации дырок в минимумах потенциального рельефа, определяемого примесным флуктуационным потенциалом вблизи 8 - слоев, которое позволяет объяснить с единой точки зрения все отмеченные особенности наблюдаемой экспериментальной картины, а также многочисленные результаты исследования ФЛ в 6-слоях, представленные в литературе и демонстрирующие существенное различие спектров ФЛ пч-рч и п-ьпч структур, а также одиночных 5 - слоев.

6. Проведено систематизированное исследование влияния слабого внутреннего поперечного электрического поля на процессы ФЛ в КЯ. В результате экспериментов с применением спектрально-корреляционного метода исследования, а также экспериментов по прямому воздействию поперечного электрического поля на структуры с квантовыми ямами установлено, что поперечное электрическое поле относительно низкой напряженности (~ 103 В/см) может сильно влиять на интенсивность ФЛ наноструктур в связи с полевой зависимостью процессов релаксации фотогенерированных носителей.

Впервые получена подробная картина изменения параметров фотолюминесценции модуляционно легированная квантовой ямы в электрическом поле, содержащая ряд особенностей, характеризующих как процессы полевого обеднения двумерного электронного газа, так и процессы релаксации фотогенерированных носителей в КЯ.

7. Предложен новый принцип построения азотных криогенных систем для исследования полупроводниковых пластин, основанный на охлаждении и защите поверхности исследуемого образца динамической атмосферой испаряющегося азота, на его основе создан оптический криостат, ориентированный на проведение исследований спектрально-корреляционным методом.

8. Проанализированы методологические, технологические, аппаратурные аспекты реализации спектрально-корреляционного метода исследования наноструктур и результаты его применения в конкретных задачах. Проведенный анализ показывает, что разработанный метод является эффективным средством исследования физических процессов в наноструктурах, позволяет существенно дополнить возможности существующих способов их исследования и может служить основой для нового направления исследования физических свойств наноструктур. Рассмотрены возможные аспекты развития этого направления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

КРАТКИЙ АНАЛИЗ ОБЩИХ АСПЕКТОВ ПРИМЕНЕНИЯ И РАЗВИТИЯ СПЕКТРАЛЬНО-КОРРЕЛЯЦИОННОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОСТРУКТУР

Изложенные в предшествующих 3,4 и 6 главах результаты отражают первый опыт применения СКМ при исследовании физических явлений в полупроводниковых наноструктурах. Все исследованные этим методом образцы продемонстрировали возможность результативного применения метода при изучении разных физических процессов. Обобщая результаты проведенных экспериментов можно охарактеризовать основные особенности представленного метода исследования.

Круг физических процессов, исследование которых возможно с применением СКМ определяется, главным образом, используемым методом измерения. Возможность использования различных физических методов измерения позволяет говорить о значительном разнообразии этих процессов. В этом отношении существенно, также, отметить возможность исследования различных систем материалов.

Использование стационарной ФЛ в составе СКМ позволило обнаружить ряд экспериментальных особенностей, связанных с процессами размерного квантования, релаксации, локализации носителей, характеризовать процессы туннулирования и миграции носителей в квантоворазмерных слоях, идентифицировать экспериментальные проявления, связанные с рельефом гетерограниц, с флуктуационным примесным потенциалом, с влиянием внутреннего электрического поля полупроводниковой структуры, с рекомбинацией экситонных состояний. При этом значительно улучшаются условия для информативного анализа интенсивности ФЛ, поскольку применение СКМ минимизирует влияние на экспериментальный результат целого ряда факторов фонового характера.

Представленная совокупность результатов получена при исследовании нескольких экспериментальных образцов, это позволяет ожидать, что возможности метода не ограничиваются рассмотренными в настоящей работе аспектами.

Важным достоинством метода является возможность проводить эксперимент с малым шагом пространственной дискретности, определяемым пространственной разрешающей способностью используемого метода измерений, осуществляя таким образом эксперимент в условиях прецизионного изменения параметров, определяющих слоевую конфигурацию полупроводниковой структуры. Это позволяет анализировать особенности получаемых таким образом квазинепрерывных экспериментальных зависимостей, регистрация которых в экспериментах на малых по объему сериях планарно-однородных образцов практически не возможна. Особенно существенными указанные обстоятельства могут быть при изучения процессов порогового и резонансного характера.

Обсуждаемая особенность метода позволяет получить в процессе эксперимента статистически представительные данные, которые могут быть использован для детального анализа полученных зависимостей на основе физического моделирования изучаемых процессов и осуществлять оценки параметров используемых физических моделей с применением статистических методов.

Проведенные эксперименты с применением СКМ построены по-разному в методологическом отношении, что демонстрируют методологическую вариативность метода и возможность его применения в различных конкретных ситуациях, в том числе и тогда, когда оптимальное в методологическом отношении построение экспериментального образца по каким-либо причинам затруднительно.

В некоторых случаях такого рода ограничением применения метода может быть условие регистрации спектральных проявлений исследуемой и вспомогательной структур в разных областях спектра, которое обеспечивает возможность независимого анализа этих проявлений. Можно отметить, что это условие значительно легче выполнимо при формировании вспомогательной структуры на отдельном специальном образце с сохранением корреляции параметров латерально-неоднородных слоев. В этом случае многие полезные стороны использования латерально-неоднородных слоев для исследования физических процессов в квантово-размерных структурах также могут быть реализованы.

В то же время, следует подчеркнуть, что достаточно полная реализация возможностей метода при исследовании образца с контролируемой двухпараметрической неоднородностью, как это представлено, например, в главе 6, в эксперименте только с одним образцом дает многоплановую картину исследуемого процесса, которая может быть убедительной экспериментальной основой для определенных научных выводов и иллюстрирует высокую информативность предложенного подхода.

Рассмотренные особенности спектрально-корреляционного метода определяют возможность эффективного применения его при исследовании физических процессов различной природы в полупроводниковых наноструктурах.

Проявившиеся в первых же экспериментах высокая информативность исследования каждой экспериментальной пластины, многообразие методологических вариантов и широкая область возможного применения СКМ позволяют прийти к выводу о возможности развития на его основе нового направления при исследований наноструктур, такого, как исследование физических явлений в полупроводниковых наноструктурах с использованием планарно-неоднородных слоев.

Рассмотренный в настоящей работе вариант реализации метода, по-видимому, далеко не исчерпывает всех принципиальныех возможностей как собственно СКМ, так и рассматриваемого подхода в целом. В проведенных экспериментах, в частности, проявился круг вопросов, системное решение которых позволит существенно расширить эти возможности.

В рамках СКМ можно обозначить следующие аспекты развития этого направления.

1. Исследование и разработка способов формирования латеральной неоднородности при эпитаксиальном росте полупроводниковых слоев.

Помимо использованного в настоящей работе наиболее простого способа - эпитаксиального роста с остановкой вращения подложки -возможны и другие пути формирования неоднородных слоев, которые в некоторых случаях могут быть более приемлемы. Так, в технологии МЛЭ могут быть использованы дополнительные заслонки молекулярных источников, частично перекрывающие молекулярные потоки. В этом случае может формироваться неоднородность слоя по одному компоненту в условиях вращения подложки. Указанная задача может решаться, также, путем синхронизации процессов движения заслонок и процесса вращения подложки, путем учета и коррекции диаграмм направленности молекулярных источников и т. д.

2. Конструирование и исследование полупроводниковых наноструктур, чувствительных к латеральной неоднородности того или иного характера, которые могут быть использованы в качестве вспомогательных структур.

По-видимому возможно формирование некого арсенала такого рода структур, применимых к различным задачам исследования. Так, например, аналогично структуре, рассмотренной в главе 6, и демонстрирующей зависимость интенсивности ФЛ от параметров примесного флуктуационного потенциала, по-видимому, может быть разработана специальная структура, чувствительная к параметрам примесного флуктуационного потенциала и соответствующая методика оценки этих параметров. Такая структура может в дальнейшем использоваться в качестве вспомогательной при исследовании в рамках СКМ влияния примесного потенциала на физические процессы в наноструктурах.

3. Ориентированное на СКМ развитие программных средств обработки получаемых экспериментальных данных с учетом специфического характера связи информационных массивов, относящихся к исследуемой и вспомогательной структурам.

При применении СКМ существенно использование вычислительных программ для оценки параметров латеральной неоднородности (по сути дела - параметров физической структуры) на основе данных измерения вспомогательной структуры. В задачах физического моделирования, обычно, выполняется обратная задача определения значений экспериментально наблюдаемых параметров на основе задаваемых параметров физической структуры. Программная поддержка СКМ предполагает решение таких задач, как прямой, так и обратной, в составе программных циклов, обеспечивающих вычисления с вариацией параметров физической структуры как для исследуемой, так и для вспомогательной структур.

4. Оптимизация аппаратурных решений, ориентированная на реализацию метода исследования.

В этом отношении естественным для эффективной применения СКМ является использование технических средств, совмещающих возможности спектроскопического исследования экспериментальных полупроводниковых пластин и автоматизированного сканирования их поверхности. Для таких систем полезным может быть разработка критериев формирования программ сканирования поверхности, в том числе и самокорректирующихся с учетом результатов выполненных измерений, а также программ выборки и предварительного анализа данных измерений.

Выходя за рамки собственно СКМ, можно рассмотреть и другие варианты реализации подхода с исследованием латерально -неоднородных структур.

Одним из них, как уже отмечалось, является возможность создания исследуемой и вспомогательной латерально-неоднородных структур на разных полупроводниковых пластинах со скоррелированным характером неоднородности. В этом случае техническая возможность точного позиционирования области измерений также позволит использовать многие полезные стороны обсуждаемого подхода.

1. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры // Ред. Л. Ченг, К. Плог. М.: Мир, 1989. 582 с.

2. Херман М. Полупроводниковые сверхрешётки. М.: Мир, 1989, 238 с.

3. Шик А.Я., Бакуева Л.Г., Мусихин С.Ф., Рыков С.А. Физика низкоразмерных систем // Под ред. А.Я. Шика. СПб.: Наука, 2001. 160 с.

4. М.А. Herman, D. Bimberg, J. Christen. Heterointerfaces in quantum wells andepitaxial growth processes: Evaluation by luminescence techniques. //J. Appl. Phys., 1991, v.70 No. 2, p. R1-R52.

5. Кульбачинский В.А. Двумерные, одномерные, нульмерные структуры исверхрешётки. М.: Физ. фак. МГУ, 1998. 164 с.

6. Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления. //Ред. Д.В. Ди Лоренцо, Д.Д. Канделуола, М.: Радио и связь, 1988.495 с.

7. М. Шур Современные приборы на основе арсенида галлия. М.: Мир,1991.434 с.

8. X. Кейси, М. Паниш Лазеры на гетероструктурах. М.: Мир, 1981.

9. И.А. Авруцкий, В.А. Сычугов, Б.А. Усиевич. Расчет параметров экситона в напряженных КЯ структурах на основе InxGai.xAs/GaAs. // ФТП, 1991, т. 25, с. 1787.

10. I.V. Bradley, W.P. Gillin, К.Р. Homewood, R.P. Webb. The effects of implantation on the interdiffusion coefficients in InxGai.xAs/GaAs quantum well structures.// J. Appl. Phys. 1993, v.73, No.4, p. 1686.

11. G.Ji.D. Huang, U.K. Reddy, T.S. Henderson, R. Houdre, H. Morkoc. Optical investigation of highly strained InGaAs-GaAs multiple quantum wells.// L. Appl. Phys., 1987, v.62, p. 3366.

12. M. Wojtowiez, D. Pascua, A.-C. Han, T.R. Block, D.C. Streit. Photoluminescence characterisation of MBE groun AlGaAs/InGaAs/GaAs pseudomorphic HEMTs. //J. Cryst. Growth, 1997, v. 175/176, p. 930.

13. L. Pavesi, M. Guzzi. Photoluminescence of AlxGai.xAs alloys. // J. Appl. Phys. 1994, v.75, No. 10, p. 4779.

14. P.O. Vaccaro, M. Takahashi, K. Fujita, T. Watanabe. Growth by molecular-beam epitaxy and photoluminescence of InGaAs/GaAs quantum wells on GaAs (111)A substrates. //J. Appl. Phys., 1994, v. 76, No. 12, p. 8037-8041.

15. A.C. Игнатьев, M.B. Карачевцева, В.Г. Мокеров, Г.З. Немцев, В.А. Страхов, Н.Г. Яременко. Ширина экситонной линии низкотемпературной фотолюминесценци структур InxGai.xAs/GaAs с одиночными квантовыми ямами. //ФТП, 1994, т. 28, №1, с. 125.

16. G. Bastard, С. Delalande, Y. Guldner, P. Voison. Advances in Electronics and Electron Physics, ed. By Peter W. Hawkes (Boston-San Diego-New York-Berkeley-London-Sydney-Tokyo-Toronto, Academic Press, 1988) v.72.

17. L. Pavesi, R. Houdre, P. Giannozzi, Strain and alloing effects on the electronic and vibrational properties of InyGa(.yAs on InP// J. Appl. Phys. 1995. V. 78, No. l,P.470-477.

18. A.W.R. Leitch, H.L. Ehlers, The characterization of GaAs and AlGaAs by photoluminescence //Infrared Phys., v. 28, No. 6, p. 433-440 (1988).

19. M. Henini, N. Galbiati, E. Grilli, M. Guzzi, L. Pavesi, Photoluminescence investigation of p-type Si-dopped AlGaAs grown by molecular beam epitaxy on (lll)A, (211)A and (311)A GaAs sufraces //J. of Crystal Growth, 175/176, p. 1108-1113(1997).

20. R. Droopad, R.A. Puechner, K.T. Shiralagi, K.U. Choi, G.N. Maracas, Optical properties of single strained InGaAs/GaAs quantum well grown on vicinal GaAs surfaces.// Appl. Phys. Lett. V. 58, No. 16, p. 1777-1779 (1991).

21. M.B. Карачевцева, A.C. Игнатьев, В.Г. Мокеров, Г. 3. Немцев, В.А. Страхов, Н.Г. Яременко, Температурные исследования фотолюминесценции структур InxGai.xAs/GaAs с квантовыми ямами// ФТП. 1994. Т. 28. Вып. 7. С. 1211-1218.

22. A. Chiari, М. Colocci, F. Fermi, Yuzhang Li, R. Querzoli,, A Vinatteri, Weihua Zhuang, Temperature Dependence of the Potoluminescence in GaAs-GaAlAs Multiple Quantum Well Structures// Phys. Stat. Sol. (b) 1988, v. 147, p. 421-429.

23. T.C. Damen, M. Fritze, A.Kastalsky, J.E. Cunningham, R.N. Pathek, H. Wang, and J. Shah. Time-resolved study of carrier capture and recombination in monolayer Be 8-doped GaAs. Appl. Phys. Lett. 1995. V. 67 No. 4, p. 515-517.

24. V.D. Kulakovskii, A. Forhel, K. Pieger, J. Straka, B.N. Shepel, S.V. Nochevny. Exciton mixing in the magnitophotoluminescence excitation spectra of shallow strained InxGaj.xAs/GaAs quantum wells. // Phys. Rev. В 1994-1. V. 50, No. 11, p. 7467-7473.

25. К. Watanabe, Н. Yokoyama, Photoluminescence properties of 8-doped barier layers in modulation doped InAlAs/InGaAs field-effect transistor structures.// J. Appl. Phys. 2000. V. 89, No. 3, P. 1696-1703.

26. B. Deveaud, J. Shah, T.C. Damen, B. Lambert, A. Regreny, Bloch Transport of Electrons and Holes in Superlattice Minibands: Direct Measurement by Subpicosecond Luminescence Spectroscopy// Phys. Rev. Lett. 1987. V. 58, No. 24, P.2582-2585.

27. H. Brugger, H. Miissing,, C. Wolk, K. Kern, D. Heitmann, Optical determination of carrier density in pseudomorphic AlGaAs/InGaAs/GaAs hetero-field-effect transistor structures by Photoluminescence// Appl. Phys. Lett. 1991. V. 59, No. 21, P. 2739-2741.

28. Steven K. Brierley, William E. Hoke, Peter S. Lyman, and Henry T. Hendriks. Photoluminescence characterization of pseudomorphic modulation-doped quantum wells at high carrier sheet dtnsities// Appl. Phys. Lett., 1991, V. 59 No 25, p. 3306-3308.

29. Мокеров В.Г., Федоров Ю.В., Гук А.В., Хабаров Ю.В. Транспортные свойства и фотолюминесценция двумерного электронного газа в псевдоморфных квантовых ямах N-AlGaAs/InGaAs/ GaAs // ДАН, 1998, т. 362, №3, с. 335-338.

30. Леденцов Н.Н., Устинов В.М., Щукин В.А., Копьев П.С., Алферов Ж.И., Бимберг Д. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. Обзор // ФТП. 1998. Т. 32. Вып. 4. С. 385-410.

31. Г.Г. Тарасов, З.Я. Жученко, М.П. Лисица, Yu.I. Mazur, Zh. Wang, G. J. Salamo, T. Warning, D. Bimberg, H. Kissel, Оптическое детектирование асимметричных квантовых молекул в двухслойных структурах InAs/GaAs // ФТП. 2006. Т. 40. Вып. 1. С. 82-87.

32. Н. Akiyama, S. Koshiba, Т. Someya, К. Wada, Н. Noge, Y. Nakamura, Т. Inoshita, A. Shimizu, H. Sakaki. Thermalization effect on Radiative Decay of Excitons in Quantum Wires // Phys. Rev. Lett. 1994, V. 72, No. 6, p. 924927.

33. Галиев Г.Б., Карачевцева M.B., Мокеров В.Г., Страхов В.А., Шкердин Г.Н., Яременко Н.Г. Фотолюминесцентные исследования двойных квантовых ям AlGaAs/GaAs/AlGaAs с тонким разделяющим барьером // ФТП. 2003. Т. 37. Вып. 5. С. 599-603.

34. В.В. Сердюк, Ю.Ф. Ваксман. Люминесценция полупроводников // Киев-Одесса: "Высшая школа", 1988.

35. DJ. Ashen, P.J.Dean, D.T.J. Hurle, J.B.Mullin, A.M. White, P.D. Greene. The incorporation and characterisation of acceptors in epitaxial GaAs // J. Phys. Chem. Solids. 1975, v.36, p.1041-1053.

36. E.K. Riemer, T.G. Stoebe. Photoluminescence in the band crossover region of AlxGa,.xAs// Materials letters, 1986, v. 4, No. 4, p. 229-231.

37. J.Ogawa, K.Tamamura, K.Akimoto, Y.Mori. Photoluminescence spectra of highly doped AlxGai.xAs grown by molecular-beam epitaxy // J. Appl. Phys., 1988, v 63, No. 8, p. 2785-2788.

38. T.Hayakawa, K.Takahashi, T.Suyama, M.Kondo,S.Yamomoto, T.Hijikata. Enhancement of heavy-hole-related exitonic optical transitions in (111)-oriented quantum wells // Japan. J. Appl. Phys. 1988, v.27, No.3, p.L300-L303.

39. Y.Yamauchi, T.Makimoto, Y.Horikoshi. Optimal growth conditions of AlGaAs/GaAs quantum wells by flow-rate modulation epitaxy // Japan. J. Appl. Phys. 1989, v.28, No.2, p.L155-L158.

40. M.J.L.S. Haines, N. Ahmed, S.J.A. Adams, К. Mitchell, I.R. Agool, C.R. Pidgcon, B.C. Cavenett, E.P. O'Reilly, A. Ghiti, M.T. Emeny, Exciton-binding-energy maximum in Gai.xInxAs/GaAs quantum wells. // Phys. Rev. B, 1991-1, V. 43, No. 14, p. 11944-11949.

41. G.M. Sipahi, R. Enderlein, L.M.R. Scolfaro, J.R. Leite, E.C.F. da Silva, A. Levine. Theory of luminescence spectra from 5-doped structures: Application to GaAs//Phys. Rev. B. 1997. V. 57. No 15. P. 9168-9178.

42. B.Ullrich, С. Zhang,, К. v. Klitzing. Quantum-confined subband transitions of a GaAs sawtooth doping superlattice// Appl. Phys Lett., 1989, v. 54, No. 12,p. 1133-1135.

43. Schubert E.F., Harris T.D., Cunningham J.E., Jan W. Multisubband photoluminescence in sawtooth doping superlattices // Phys. Rev. B, 1989-11, v. 39, No. 15, p. 11011-11015.

44. C.H. Yang, S.A. Lyon, C.W. Tu. Photoluminescence from the two-dimentional electron gas at GaAs/AlGaAs single heterojunctions //Appl. Phys. Lett., 1988, V. 53, No 4, p. 285-287.

45. Мокеров В.Г., Гук A.B., Федоров Ю.В., Хабаров Ю.В Оптические свойства двумерного электронного газа в гетероструктурах N-AlGaAs/GaAs // ДАН, 1996, т. 348, N5, с.608-610.

46. D.Richards, J.Wagner, H.Schneider, G.Hendorfer, M.Maier, A.Fischer, K.Ploog. Two-dimensional hole gas and Fermi-edge singularity in Be 5-doped GaAs // Pys. Rev. B, 1993-1, v.47, No. 15, p.9629-9640.

47. J.C.M. Henning, Y.A.R.R. Kessener, P.M. Koenraad, M.R. Leys, W. Van Vleuten, J.H. Woller, A.M. Frens. Photoluminescence study of Si delta-doped GaAs// Semicond. Sci.Technol., 1991, v.6, p. 1079-1087.

48. J.Wagner, A. Fischer end K. Ploog. Photoluminescence from the quasi-two-dimensional electron gas at a single silicon 5-oped layer in GaAs// Phys. Rev. B, 1990-1, v. 42, No. 11, p. 7280-7283.

49. A.M. Васильев, П.С. Копьев, М.Ю Надточий, В.М. Устинов. Переходы с участием размерно-квантованных подзон в спектре фотолюминесценции 5-легированного GaAs// ФТП, 1998, т. 23, вып. 12, с. 2133-2137.

50. J.Wagner, A.Fischer, K.Ploog. Fermy edge singularity and screening effects in the absorption and luminescence spectrum of Si 5-doped GaAs // Appl. Phys. Lett., 1991, v. 59, No. 4, p. 482-430.

51. Т. Worren, К.В. Ozanyan, О. Hunderi, Е. Martelli. Above-barrier states in InxGaixAs/GaAs multiple quantum wells with a thin cap layer// Phys. Rev. B, 1990-1, v.58, No. 7, p. 3977-3988.

52. Хабаров Ю.В., Спектрально-корреляционный способ исследования слоевых полупроводниковых структур// Патент РФ на изобретение №2168238,(2001).

53. Leonard D., Pond К., Petroff P.V. Critical layer thickness for self-assembled InAs islands on GaAs // Phys. Rev. В, 1994-И. V. 50, No. 16, p. 1168711692.

54. Гук A.B., Гуляев Ю.В., Мокеров В.Г., Федоров Ю.В., Хабаров Ю.В. Фотолюминесценция трехмерных и двумерных носителей в гетероструктурах N-AlGaAs/GaAs // ДАН, 1996, т. 348, №1, с. 42-44.

55. Gulyaev Yu.V., Mokerov V.G., Hook A.V., Fedorov Yu.V., Khabarov Yu.V. Optical spectroscopy of 2D electron states in modulation-doped N-AlGaAs/GaAs // Photonics and optoelectronics, 1997, V. 4, N1, p. 1-12.

56. Галиев Г.Б., Мокеров В.Г., Хабаров Ю.В. Влияние угла разориентации на спектры фотолюминесценции б-легированных кремнием слоёв арсенида галлия (111)А, выращенных методом МЛЭ // ДАН. 2001. Т. 376. № 6. С. 749-752.

57. Хабаров Ю.В., Смирнов В.И., Чернов А.Н., Термостолик для проведения низкотемпературных зондовых измерений // Авторское свидетельство на изобретение № 1641146,1990 .

58. Евстегнеев С.В., Имамов P.M., Ломов А.А., Садофьев Ю.Г., Хабаров Ю.В., Чуев М.А., Шипицин Д.С. Исследование квантовых ям InGaAs/GaAs методами низкотемпературной фотолюминесценции и рентгеновской дифракции // ФТП, 2000, т. 34, вып. 6, с.719-725.

59. Ломов А.А., Имамов P.M., Гук, А.В., Федоров Ю.В, Хабаров Ю.В., Мокеров В.Г. Влияние параметров структуры отдельных слоев на фотолюминесцентные свойства системы Inx Gaix As-GaAs// Микроэлектроника, 2000, т. 29, № 6, с. 410-416.

60. J. Wagner, A. Fischer, К. Ploog. Photoluminescence from the quasi-two-dimensional electron gas at a single silicon 5-doped layer in GaAs// Phys. Rev. B, 1990-1, V.42, No. 11, p. 7280-7283.

61. Er-Xuan Ping, Vikram Dalai. Exciton photoluminescence of quantum wells affected by thermal migration and inherent intrrface fluctuation// J. Appl. Phys., 1993, V. 74, No. 9, 5349-5353.

62. В.А.Петров, А.В.Никитин. Управление электрическим полем эффектами пространственной повторяемости и мультипликации электронных волн в полупроводниковых двумерных наноструктурах. // ФТП. 2006. Т. 40. Вып. 8. с. 977-985.

63. П.С.Алексеев, В.М.Чистяков, И.Н.Яссиевич. Влияние электрического поля на спин-зависимое резонансное туннелирование // ФТП. 2006. Т. 40. Вып. 12. с. 1436-1442.

64. Д.В.Завьялов, С.В.Крючков, Н.Е.Мещерякова. Влияние квантующего электрического поля на поперечную подвижность электронов в сверхрешетке // ФТП. 2006. Т. 40. Вып. 12. с. 1463-1465.

65. М.П. Теленков, Ю.А. Митягин. Спектр электрона в квантовой яме в сильных наклонном магнитном и поперечном электрическом полях // ФТП. 2006. Т. 40. Вып. 5. С. 597-602.

66. А.Н. Пихтин, О.С. Комков, К.В. Базаров. Влияние внешнего электрического поля на вероятность оптических переходов в квантовых ямах InGaAs/GaAs//ФТП. 2006. Т. 40. Вып. 5. С. 608-613.

67. В.Г. Талалаев, Б.В. Новиков, А.С. Соколов, И.В. Штром, J.W. Tomm, Н.Д. Захаров, P. Werner, Г. Э. Цырлин, А.А. Тонких. Резонансы в массиве квантовых точек InAs, управляемых внешним электрическим полем // ФТП. 2007. Т. 41. Вып. 2. С. 203-210.

68. С.A. Parsons, М.Н. Kim, W.E. Quinn, Н.В. Herrmann, S.E. Swirhun, S.K. Brierley. Pseudomorphic high electron mobility transistor channel sheet charge measured by Photoluminescence // J. Appl. Phys., 1994, V. 78, No 2, p. 1343-1345.

69. К. Leo, J. Shah, E.O. Gobel, J.P. Gordon, S. Schmitt-Rink. Coherent and incoherent tunnelling in asymmetric doubie quantum wells //Semicond. Sci. Technol. 1992, v. 7, p. B394-B400.

70. Zheng W. M., Halsall M. P., Harmer P., Harrison P., Steer M. J. Effect of quantum confinement on shallow acceptor transitions in 5-doped GaAs/AlAs multiple-quantum wells// Appl. Phys. Lett., 2004 V.84, p. 735.

71. Landi S. M., Tribuzy C. V.-B., Souza P. L., Butendeich R., Bittencourt A. C., Marques G. E. Photoluminescence of GaAs/AlxGai.xAs multiple quantum well structures containing 5-doping superlattices// Phys. Rev. B, 2003, V.67, 085304/ 1 -085304/10.

72. Ozturk E., Sokmen I. Intersubband optical absorption of double Si 8-doped GaAs layers // Superlattices and Microstruct., 2004, v. 35, No. 1-2, p. 95104.

73. Osvald J. Seif-consistent analysis of Si 8-doped layers placed in non-central position in GaAs structure // Physica E, 2004, v. 23, No., 1-2, p. 147-151.

74. Ozturk E., Sari H., Ergun V., Sokmen I. The effect of the donor distribution on the electronic structure of two coupled Si 8-doped layers in GaAs // Physica B, 2003, v. 334, No. 1-2, p. 1-8.

75. A.C. Maciel, M. Tatham, J.F. Ryan, J.M. Worlok R.E. Nahori, J.P. Harbison, L.T. Florez. Raman scattering from electronic excitations in periodically 8-doped GaAs // Surf. Sei., 1990, v. 228, No. 1-3, p. 251-254.

76. A.M. Gilinsky, K.S. Zhuravlev, D.I. Lubishev, V.P. Migal, V.V. Preobrazhenskii, B.R. Semiagin. Radiative recombination of holes in delta-p-doped gallium arsenide// Superlattices and Microstructures, 1991, v.10, No. 4, p. 399-402.

77. Гилинский A.M., Журавлев K.C., Лубышев Д.И., Мигаль В.П., Сеьягин Б.Р. Фотолюминесценция 6-р-легированного арсенида галлия // Письма в ЖЭТФ, т. 50, вып. 3 с. 141-143.

78. R. Enderlein, G.M. Sipahi, L.M.R. Scolfaro, J.R. Leite, I.F.I. Diaz. Comparative studies of photoluminescence from n and p 6 doping wells in GaAs // Mater. Sei. Eng. B. 1995. V. 35. P. 396-400.

79. G.M. Sipahi, R. Enderlein, L.M.R. Scolfaro, J.R. Leite. Band structure of holes in p-type 8-doping quantum wells and superlattices// Phys. Rev. B, 1995, v. 53, No. 15, p. 9930-9942.

80. Кульбачинский B.A., Кытин В.Г., Лунин P.A., Голиеов A.B., Демин A.B., Бугаев A.C., Сеничкин А.П., А. де Виссер, Р.Т.Ф. ван Шхайк, Отрицательная замороженная фотопроводимость в структурах GaAs (6-Sn) // ЖЭТФ, 1999, т. 116, вып. 6(12), с. 2130-2139.

81. Мокеров В.Г., Федоров Ю.В., Гук A.B., Хабаров Ю.В. Фотолюминесцентная спектроскопия квазидвумерного электронного газа в 8-легированных слоях GaAs (100) //ДАН, 1998, т.36, N1, с.40-44.

82. Кульбачинский В.А., Кытин В.Г., Кадушкин В.И., Сеничкин А.П. Анизотропия явлений переноса в структурах с 5-8п-квантовыми ямами на вицинальных гранях GaAs // ФТТ. 1995. Т. 37. № 9. С. 2693-2698.