ВВЕДЕНИЕ 3
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 4
2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 23
1 МЕТОДИКА СИНТЕЗА И ОПИСАНИЕ ОБРАЗЦОВ 23
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА 26
ЭКСПЕРИМЕНТА
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 44
Интерес к полупроводниковым нитевидным нанокристаллам (ННК) типа III-V в настоящее время растет из-за их выдающихся оптоэлектронных свойств, а также в связи с возможностью их интеграции в различные кремниевые платформы. ННК воспринимаются как строительный материал для новых электронных и фотонных устройств, таких как светоизлучающие диоды, солнечные элементы, транзисторы и лазеры. Одним из важных приложений ННК является возможность интеграции узкозонного материала GaAs в широкозонный AlGaAs. Квантовые точки, сформированные таким образом в ННК, могут быть использованы, например, как однофотонные излучатели. Нанопроволоки состоящие из тройных растворов группы элементов III-V являются многообещающими базовыми элементами для оптоэлектроники, масштабируемых фотонных устройств, формирующихся по принципу «снизу-вверх», которые можно интегрировать с кремниевой электронной платформой [1, 2]. В частности, ННК типа ядро-оболочка на основе материала AlGaAs представляют большой интерес для высокоскоростных лазеров [3, 4], источников одиночных фотонов [5, 6] и терагерцовых излучателей [7]. Структуры ядро-оболочка GaAs/AlGaAs ННК изготавливаются методами пар-жидкость-кристалл (VLS) [3, 4, 8] или методом селективной эпитаксии [9], где ядра GaAs и оболочки AlGaAs преднамеренно разделены путем изменения температуры осаждения и скорости потока пара. В качестве альтернативы, гетероструктуры AlGaAs могут быть получены с помощью роста VLS, используя золото в качестве катализатора и одновременного осаждения галлия, и алюминия. В этом случае спонтанное разделение алюминиевой композиции в ядре и оболочке ННК происходит самопроизвольно в процессе роста без изменения паровой среды. Например, в работе [10] были выращены ННК со спонтанным образованием структуры ядро-оболочка AlxGa1-xAs с различной концентрацией алюминия, x, в ядре и оболочке методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и в работе [11], методом газофазного осаждения металлоорганических соединений. Саморазделение тройных материалов AIIIBV на структуры ядро-оболочка с разным составом не является специфичным для AlGaAs, а также описано для ННК InGaAs [12, 13], GaAsP [14], InAsSb [15] и GaAsSb [16], где составы ядра и оболочки сильно зависят от условия выращивания и используемой подложки.
Целью данной работой является изучение оптических свойств нового полупроводникового материала ансамбля нановискеров AlGaAs, выращенных в вюрцитной фазе.
Серия проведенных исследований позволила выявить основные особенности излучения света в ансамблях Al0.3Ga0.7As ННК. Основной особенностью данного ансамбля нанопроволок является тот факт, что кристаллическая структура полупроводника имеет симметрию вюрцита. Это приводит к образованию иной энергетической структуры и длинноволновому сдвигу энергии высвечивания более чем на 100 нм по сравнению с объемным материалом того же состава, имеющего кристаллическую структуру цинковой обманки. Результаты данных исследований позволяют сложить общую картину для построения зонной структуры полупроводникового материала Al0.3Ga0.7As, выращенного в кристаллической фазе вюрцита. Однако, проведенные исследования не позволили, в настоящее время, выявить проявлений эффекта размерного квантования носителей заряда, что вероятно обусловлено большим разбросом параметров ННК в ансамбле.
Были выявлены основные оптические свойства отдельно взятого ансамбля ННК AlGaAs с концентрацией алюминия 30% и ННК AlGaAs с той же концентрацией, но также с помещенной внутрь вискера квантовой точкой GaAs. Был обнаружен сдвиг фотолюминесценции исследуемых ННК в вюрцитной фазе на 0,25 эВ в красную область, относительно объемного полупроводника AlGaAs со структурой цинковой обманки, с тем же составом, что и в исследуемых нами ННК. Была выявлена связь ядра и оболочки с точки зрения пространственного туннелирования заряда. Из анализа экспериментальных данных были получены мощностные зависимости интенсивностей пиков, соответствующих энергиям переходом в ННК в ядре и оболочке и в квантовой точке. В образце без квантовой точки, линейный вид зависимости говорит о том, что в структуре не достигается безызлучательной рекомбинации, а в образце с квантовой точкой, напротив, виден порог насыщения каналов. Также были построены зависимости положений пиков от мощности оптического возбуждения. Обнаружен голубой сдвиг в образце без КТ, а в образце с точкой какой-либо сдвиг отсутствует.
В ближайшем будущем планируется провести ряд экспериментов, в первую очередь направленных на полное разрешение энергетической структуры исследуемых нами ННК. Из анализа кинетики ФЛ, будут определены скорости и времена рекомбинации экситонов в исследуемых структурах. По кинетике люминесценции также будет возможность определить тип разрыва зон в гетероструктуре, возникающего на границе интерфейса core/shell структуры в ННК.
