Введение
Глава 1
Экситоны в гетероструктурах
1.1 Поглощение света экситонами
1.2 Экситон в параболической квантовой яме
1.3 Микрорезонаторы
Глава 2
Исследование оптических свойств микрорезонатора с квантовой ямой
2.1 Спектры отражения
2.2 Спектры фотолюминесценции
2.3 Моделирование микрорезонатора
Заключение
Список литературы
Исследование гетероструктур с микрорезонаторами является актуальной областью
современной физики твердого тела. В таких структурах за счет перенормировки плотности
состояний электромагнитного поля наблюдается усиленное взаимодействие материальных
возбуждений со светом. Интересной представляется возможность изучения с помощью
микрорезонатора оптических свойств низкоразмерных полупроводниковых структур. Одной
из них является квантовая яма, которая представляет собой слой полупроводника,
выращенный между барьерами — слоями полупроводника с другим расположением
энергетических зон. Ограничение движения носителей в направлении роста данной
структуры приводит к квантованию в ней энергий электронов и дырок (см. [1]).
Целью данной работы является экспериментальное исследование и теоретическое
моделирование спектра отражения параболической квантовой ямы InGaAs/GaAs в
низкодобротном микрорезонаторе GaAs/AlAs. Планировалось изучить влияние параметров
микрорезонатора на скорость излучения фотонов. В спектрах отражения ожидалось найти
экситонный резонанс внутри относительно широкой фотонной моды.
В задачи работы входили проведение эксперимента по отражению света от
рассматриваемой структур, измерение спектров фотолюминесценции, теоретический расчет
спектра отражения от микрорезонатора, интерпретация экспериментальных данных по
спектроскопии экситонов.
В работе были экспериментально измерены спектры отражения (Рис.6) и
фотолюминесценции (Рис. 10) квантовой ямы InGaAs/GaAs в микрорезонаторе GaAs/AlAs.
Произведено моделирование спектров отражения микрорезонатора с учетом поглощения в
области межзонных переходов слоями GaAs (Рис. 12). Экситонный резонанс в
экспериментально полученных спектрах отражения был обнаружен по уширению фотонной
моды микрорезонатора (Рис. 7). Анализ этого уширения позволил определить положение
тяжелого и легкого экситонных резонансов в изучаемой гетероструктуре. Экситонная
фотолюминесценция наблюдается не только в спектральной области моды резонатора, но и в области сплошного отражения зеркал. По спектрам ФЛ было определено основное и два
возбужденных состояний экситона (Рис. 16). Это стало возможно благодаря небольшой
добротности выращенного микрорезонатора.
В процессе выполнения работы метод матриц переноса был успешно
модифицирован для описания отражения света от микрорезонатора с учетом поглощения в
слоях брегговских зеркал. Подгонкой параметров моделирования структуры (ширина слоев и межзеркального промежутка, параметров, характеризующих поглощение в слоях GaAs)
удалось получить близкие к экспериментальным результатам область стоп-зоны, положение и ширину фотонной моды микрорезонатора.
Автор работы выражает благодарность научному сотруднику лаборатории Оптики
спина СПбГУ, Трифонову Артуру Валерьевичу, за помощь в моделировании и проведении
эксперимента.
Результаты работы были представлены на следующих конференциях:
1. S.A. Danshin, A.V. Trifonov, I.V. Ignatiev, «Excitons in low-Q microcavities with quantum wells», International Student Conference "Science and Progress", St. Petersburg–Peterhof, Russia, October 17-21, 2016.
2. C.A. Даньшин, А.В. Трифонов, И.В. Игнатьев, «Экситоны в низкодобротных
микрорезонаторах с квантовыми ямами», 18-я Всероссийская молодежная конференция
по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и
наноэлектронике, Санкт-Петербург, Россия, 28 ноября – 2 декабря 2016 г
