Введение 5
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1 Резонансные брэгговские структуры 7
1.2 Оптические свойства GaN и InGaN 11
1.3 Отражение света резонасными брэгговскими структурами с
квантовыми ямами InGaN 14
ГЛАВА 2. ОБРАЗЕЦ, МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТРУКТУР 19
2.1 Образец 19
2.2 Методика исследования 21
2.3 Методика расчета спектров 23
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ 26
3.1 Имитационное моделирование 26
3.2 Экспериментальные результаты 32
3.3 Результаты компьютерного моделирования 36
Заключение 43
Список использованных источников
В современных условиях эффективность электронных вычислительных систем находится на этапе достижения своего физического предела, в связи с чем в последние годы наблюдается повышенный интерес к созданию фотонных устройств, которые в свою очередь должны оказаться более быстродействующими и менее энергоемкими по сравнению со своими электронными аналогами. Так для управления световыми потоками в устройствах фотоники могут выступать фотонные кристаллы, перспектива которых обусловлена тем, что полюс диэлектрической проницаемости одного из композиционных материалов проявляется вследствие возникновения элементарных возбуждений при взаимодействии с электромагнитной волной на резонансной частоте.
В качестве одномерных фотонных кристаллов могут выступать резонансные брэгговские структуры, в которых квазидвумерные экситоны вносят существенный вклад в отражение и поглощение света. Важным фактом таких возбужденных состояний в полупроводнике является то, что они чувствительны к внешним полям, вследствие чего появляется возможность управления отражательной способностью того или иного прибора. Например, резонансные брэгговские структуры могут позволить создание управляемых брэгговских отражателей, что как минимум позволит улучшить уже имеющиеся устройства, режим работы которых критически зависит от настройки брэгговских зеркал, входящих в его состав.
Основная проблема в создание приборов, работа которых основывается на эффектах экситон-поляритонного резонанса, состоит в том, что использование экситонов при комнатной температуре возможно только когда их энергия связи достаточно велика по сравнению с тепловой энергией kT ~ 26 мэВ. Это требование может быть выполнено при использовании полупроводника GaN, в котором энергия связи A-экситона составляет 20 мэВ. Создание гетероструктур с квантовыми ямами позволит дополнительно получить увеличение энергии связи экси-тонов в квантовых ямах с барьерами конечной высоты примерно в два раза.
Резонансные оптические решетки позволяют усилить взаимодействие экситона со светом. Данный факт позволил впервые наблюдать экситон-поляритонные эффект при комнатной температуре в резонансной брэгговской структуре с 60 квантовыми ямами InGaN/GaN.
Цель данной работы заключается в исследовании оптических свойств и анализе вклада экситонов в квантовых ямах в отражение света резонасной брэгговской структурой со 100 квантовыми ямами InGaN/GaN. Также проведено рас-смотрение влияния нерадиационного затухания экситона и отклонения от строгой периодичности на отражательную способность структуры
В результате проведенной работы было продемонстрировано существенное усиление резонансного оптического отражения структурой со 100 квантовыми ямами InGaN, если настраивать брэгговский резонанс на частоту экситонов в квантовых ямах. Найдено хорошее согласие между экспериментальными и рас-четными спектрами, что и позволило определить параметры экситонов в квантовых ямах и доказать доминирующую роль экситонов в квантовых ямах в резонансное оптическое отражение. Очевидно, что резонансные брэгговские структуры на основе нитрида галлия отлично подходят для операций при комнатной температуре. Если в следующих работах удастся подтвердить факт эффективного управления экситонным резонансом внешним воздействием на структуру, то это позволит создать управляемые брэгговские отражатели.
С использованием компьютерного моделирования был проведен подробный анализ зависимости спектра отражения от резонансных брэгговских структур в зависимости от величины нерадиационного затухания. Из количественного сравнения результатов моделирования и эксперимента определены параметры экситонных состояний в квантовых ямах InGaN. Полученные значения в разумных соответствиях сходятся с параметрами, полученными в работе [9]. Важным фактом является то, что эти значения значительно превосходят соответствующие параметры для широко исследованных резонансных брэгговских структур на основе GaAs.
Проведен качественный и количественный анализ влияния неоднородности толщин слоев на спектр отражения исследуемого образца, на основе которого можно сделать вывод, что сто — это некий оптимум по числу квантовых ям. Дальнейшее увеличение числа квантовых ям не будет приводить к столь значимому улучшению коэффициента отражения, а сложности связанные с техно-логией роста структуры будут только возрастать.
