Оптические и фотоэлектрические свойства полупроводников GaN I. и ZnO. Параметры экситонов в монокристаллах и эпитаксиальных слоях GaN на основе анализа спектров отражения и поглощения. Методы оценки механических напряжений в гетероэпитаксиальных слоях.
При низкой оригинальности работы "Оптические свойства тонких слоев и наноструктур на основе GaN и ZnO", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Спектры ФЛ толстого слоя ZNO выращенного на объемном опале измеренные при Т=20 К (кривая 1), при Т=50 К (кривая 2) и при Т=50 К с дополнительным возбуждением линией 514.5 нм Ar лазера при плотности возбуждения 5 Вт/см2 (кривая 3). Положение этих линий соответствует люминесценции обусловленной экситонами связанными на доноре, обычно наблюдаемой в монокристаллах ZNO [168] и эпитаксиальных слоях [179]. С ростом температуры до 70 К интенсивность этой линии остается постоянной в то время как интенсивность линий относящихся к экситонам связанным на доноре резко уменьшается (см. Кроме того, дополнительное облучение линией 514.5 нм второго Ar лазера приводит к возрастанию интенсивности линии 3.374 ЭВ, в то время как линии, относящиеся к экситонам связанным на доноре, уменьшаются в интенсивности (см. кривую 3 на Рис. Спектры эмиссии толстого (500 нм) слоя ZNO выращенного на объемном опале возбужденные лазерной линией 363.8 нм при температуре 10 К (кривая 1), 50 К (кривая 2), 100 К (кривая 3), 150 К (кривая 4), 200 К (кривая 5), 250 К (кривая 6) и 300 К (кривая 7).Из энергетического положения основных и возбужденных состояний экситонов в монокристаллах ZNO со структурой вюрцита определена энергия связи экситонов, которая равняется 60 - 61 МЭВ для А и В экситонов и 50 МЭВ для С экситона. Из расчетов контуров спектров отражения определены эффективные массы носителей заряда и показано, что для получения значений эффективных масс согласующиеся со значениями измеренными методом циклотронного резонанса необходимо принять значения диэлектрической постоянной в интервале 6.2 - 6.8. Путем многостороннего анализа поведения люминесценции в зависимости от температуры и плотности возбуждения установлена природа полос фотолюминесценции в различных структурах ZNO на основе опалов. Изучены механизмы многофононного комбинационного рассеяния света в монокристаллах, слоях и наноструктурах ZNO при возбуждении различными лазерными линиями при различных температурах. Путем анализа линий ФЛ обусловленных внутриценровыми переходами 4f-4f в ионах Eu3 установлено, что в люминофоре, полученном электронно-лучевой обработкой порошков ZNO:Eu2O3 ионы Eu3 внедряются в подрешетку цинка матрицы ZNO, а люминофор выращенный из расплава Na2B4O7 представляет собой композит состоящий из частиц ZNO и Na2B4O7, причем часть ионов Eu3 внедряются в решетку ZNO, а другая часть в Na2B4O7.
План
Оглавление: стр.
Введение. ........................................................................................................................................ 5 I. Оптические и фотоэлектрические свойства полупроводников GAN и ZNO со структурой вюрцита (анализ литературы). ........................................ 12 1. Оптические и фотоэлектрические свойства монокристаллов и эпитаксиальных слоев GAN со структурой вюрцита. ............................. 12 1.1. Исследование параметров экситонов в монокристаллах и эпитаксиальных слоях GAN на основе анализа спектров оптического отражения и поглощения.. ....................................................... 12 1.2. Экситонная и поляритонная люминесценция в монокристаллах и слоях GAN. ................................................................................…................ 15 1.3. Люминесценция, связанная с двумерным электронным газом. .....…........ 19 1.4. Методы оценки механических напряжений в гетероэпитаксиальных слоях GAN. ...........................................................................................…....... 20 1.5. Люминесценция GAN связанная с примесями и дефектами кристаллической решетки. ......................................................….................. 25 1.6. Оптическая метастабильность и остаточная фотопроводимость в монокристаллах и эпитаксиальных слоях GAN. .....................…........... 30 2. Оптические свойства монокристаллов, эпитаксиальных слоев и наноструктур ZNO со структурой вюрцита. ..........................…................ 31 2.1. Анализ спектров оптического отражения и поглощения монокристаллов и эпитаксиальных слоев ZNO со структурой вюрцита. 31 2.2. Экситонная люминесценция в монокристаллах и эпитаксиальных слоях ZNO. .................................................................................…........... 33 2.3. Люминесценция ZNO связанная с примесями и дефектами кристаллической решетки. ..................................................…................... 36 2.4. Резонансное комбинационное рассеяние света в монокристаллах, эпитаксиальных слоях и наноструктурах ZNO. .............................…........ 38 2.5. Люминофоры на основе ZNO. ............................................…................... 39
II. Методика эксперимента. ...................................................................….................. 40 1. Методы изготовления образцов. .............................................…..................... 40 1.1. Эпитаксиальный рост слоев GAN. ...........................................…..................... 40
3. Измерение комбинационного рассеяния света. ..........................….............. 47 4. Методы исследования фотоэлектрических свойств. ................…............... 49 5. Методы расчета спектров отражения. ..........................................…............. 50
5.1. Одноэкситонная модель расчета. ...............................................….............. 50 5.2. Двухэкситонная модель расчета. ................................................…............. 53
III. Оптические и фотоэлектрические свойства слоев GAN. ........................…...... 57 1. Экситоны в эпитаксиальных слоях GAN. .......................................…........... 57
1.1. Определение параметров экситонов из анализа спектров отражения и поглощения. ....................................................................................…........... 57 1.2. Влияние механических напряжений на параметры экситонов. ........…....... 61 1.3. Экситонная люминесценция. ...............................................…....................... 63
2. Изменение оптических свойств эпитаксиальных гетероструктур
ALN-GAN-сапфир под воздействием температуры. .........................…......... 67 3. Оптические свойства гетероструктур ALN-GAN-сапфир. ..............…......... 70
3.1. Влияние толщины слоя ALN на спектры оптического отражения и люминесценции в гетероструктурах ALN/GAN. ..............................…....... 70 3.2. Каналы излучательной рекомбинации в гетероструктурах ALN/GAN. .…... 72 3.3. Взаимосвязь между морфологией слоев, электрическими параметрами, свойствами оптического отражения и люминесценцией в гетероструктурах ALN/GAN. ...................................................................…..... 78 4. Люминесценция наноколон GAN полученных фотонным анодным травлением. ..............................................................................................…........ 80 5. Фотоэлектрические свойства слоев GAN. .......................................…........... 83
5.1. Долговременная релаксация фотопроводимости и остаточная фотопроводимость в слоях GAN. ...............................................…................... 83
5.2. Оптическое гашение фотопроводимости в слоях GAN. ............…................. 88
5.3. Взаимосвязь между остаточной фотопроводимостью и гашением фотопроводимости. Модели и схемы явления. ...............................…............ 93
Выводы. ...................................................................................................................... 98 IV. Оптические свойства монокристаллов, эпитаксиальных слоев и наноструктур ZNO. ................................................................................................ 100 1. Определение параметров экситонов в монокристаллах ZNO из анализа спектров отражения и люминесценции. ...................................................... 100 2. Люминесценция слоев и наноструктур ZNO на основе опала. ................ 104 3. Резонансное комбинационное рассеяние света в монокристаллах, слоях и наноструктурах ZNO. ....................................................................................... 111 3.1. Резонансное комбинационное рассеяние света в монокристаллах ZNO. .... 111 3.2. Резонансное комбинационное рассеяние света в слоях ZNO на основе опала. ............................................................................................... 113 3.3. Сравнительный анализ резонансного комбинационного рассеяния света в монокристаллах и слоях ZNO. ........................................................................ 114 3.4. Резонансное комбинационное рассеяние света в наноструктурах
ZNO/опал. .......................................................................................................... 117 3.5. Резонансное комбинационное рассеяние света и люминесценция в проводящих слоях ZNO выращенных на наноструктурированных подложках. ....................................................................................................... 118 3.6. Механизмы и модели резонансного комбинационного рассеяния света в монокристаллах, слоях и наноструктурах ZNO. ............................. 125 4. Люминесценция структур ZNO легированных Eu. ................................... 126
4.1. Люминофоры ZNO выращенные из расплава Na2B4O7. ............................... 126 4.2. Люминофоры ZNO полученные из порошков ZNO:Eu2O3 обработкой электронным пучком. .................................................................................... 129 Выводы. .................................................................................................................... 138 Заключение. ............................................................................................................ 140 Список литературы. ................................................................................................ 142 Список обозначений и сокращений. …………………………………………… 168
