Исследование электрических и фотоэлектрических свойств гетероструктур InGaN/GaN с множественными квантовыми ямами и разработка неразрушающего метода контроля их качества
Диссертация
Результаты работы были использованы при выполнении проектов № 2.1.1/2503 и 2.1.1/10 269 «Развитие теории полупроводниковых наноструктур и разработка новых методов их диагностики» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009;2011 г.)» — гос. контрактов № 8943р/14 023 от 19.04.2011 и № 10 482р/16 907 от 08.06.2012 на выполнение НИОКР «Разработка… Читать ещё >
Содержание
- 1. Неразрушающие методы анализа полупроводниковых гетероструктур (обзор литературы)
- 1. 1. Нитрид галлия и гетероструктуры на его основе
- 1. 2. Адмиттансные методы исследования полупроводниковых гетероструктур
- 1. 3. Оптические и фотоэлектрические методы исследования гетероструктур
- 2. Экспериментальная установка и методика исследований
- 2. 1. Измерение адмиттанса полупроводниковых гетероструктур
- 2. 2. Исследования фотоэлектрических характеристик гетероструктур 1пОаМЛЗаК
- 2. 3. Исследуемые образцы
- 3. Адмиттанс гетероструктур 1пОаЫ/СаК с множественными квантовыми ямами
- 3. 1. Исследование вольт-фарадных характеристик
- 3. 2. Статическая теория барьерной емкости
- 3. 3. Динамическая теория адмиттанса полупроводниковых барьерных структур
- 4. Фотоэлектрические характеристики гетероструктур 1пОаК/ОаЫ с множественными квантовыми ямами
- 4. 1. Экспериментальные исследования фототока
- 4. 2. Теория фототока в структурах с квантовыми ямами
- 4. 3. Разработка методики экспресс-анализа гетероструктур 1п0а]Ч/0аЫ с множественными квантовыми ямами
Список литературы
- Акчурин Р.Х., Мармалюк А. А. Нитрид галлия перспективный материал электронной техники. Ч. 1. Фундаментальные свойства нитрида галлия. Материаловедение. 1999. № 9. С. 41.
- R. Dingle, D.D. Sell, S.E. Stokowski, and M. Ilegems. Absorption, reflectance, and luminescence of GaN epitaxial layers. Phys. Rev. В 4, 1211 (1971).
- В. Monemar. Fundamental energy gap of GaN from photoluminescence excitation spectra. Phys. Rev. В 10, 676 (1974).
- О. Ambacher. Growth and applications of group IH-nitrides. J. Phys. D: Appl. Phys. 31,2653 (1998).
- A. Munoz and K. Kunc. High-pressure phase of gallium nitride. Phys. Rev. В 44, 10372(1991).
- Т. Lei, T.D. Moustakas, R.J. Graham, Y. He, and S. J. Berkowitz. Epitaxial growth and characterization of zincblende gallium nitride on (001) silicon. J. Appl. Phys. 71,4933 (1992).
- S.C. Jain, M. Willander, J. Narayan, and R. Van Overstraeten. IH-nitrides: growth, characterization, and properties. J. Appl. Phys. 87, 965 (2000).
- A.M. Царегородцев, A.H. Ефимов. Эпитаксиальные слои твердых растворов нитрид галлия нитрид алюминия: получение и исследование структурных характеристик. Письма в ЖТФ, 22, 86 (1996).
- Н. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki, and Y. Toyoda. Metalorganic vapor phase epitaxial growth of a high quality GaN film using an A1N buffer layer. Appl. Phys. Lett. 48,353 (1986).
- S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh. In situ monitoring and Hall measurements of GaN grown with GaN buffer layers. J. Appl. Phys. 71, 5543 (1992).
- S. Nakamura, Y. Harada, and M. Seno. Novel metalorganic chemical vapor deposition system for GaN growth. Appl. Phys. Lett. 58, 2021 (1991).
- M. Mesrine, N. Grandjean, and J. Massies. Efficiency ofNH3 as nitrogen source for GaN molecular beam epitaxy. Appl. Phys. Lett. 72, 350 (1998).
- А.М.Мизеров, В. Н. Жмерик, В. К. Кайбышев, Т. А. Комиссарова, С. А. Масалов, С. В. Иванов. Особенности молекулярно-пучковой эпитаксии слоев GaN (0001) и GaN (000−1) при использовании различных способов активации азота. ФТП43, 1096 (2009).
- N. Grandjean and J. Massies. GaN and AlxGaixN molecular beam epitaxy monitored by reflection high-energy electron diffraction. Appl. Phys. Lett. 71, 1816 (1997).
- N.E. Christensen, I. Gorczyca. Optical and structural properties of III-V nitrides underpressure. Phys. Rev. В 50, 4397 (1994).
- Junqiao Wu. When group-Ill nitrides go infrared: New properties and perspectives. J. Appl. Phys. 106,11 101 (2009).
- S.J. Pearton, J.C. Zolper, RJ. Shul, and F. Ren. GaN: Processing, defects, and devices. J. Appl. Phys. 86, 1 (1999).
- H.B. Фомин, Д. В. Шанцев. Возникновение дислокации несоответствия на интерфейсе подложки и слоя твердого раствора конечной толщины. ФТТ 38, 76 (1996).
- В.П. Мацокин. Релаксация напряжений с образованием дислокаций и трещин при формировании контакта между разнородными кристаллами. ФТТ 35, 2455 (1993).
- S.Yu. Karpov and Yu.N. Makarov. Dislocation effect on light emission efficiency in gallium nitride. Appl. Phys. Lett. 81, 4721 (2002).
- S. Chichibu, T. Azuhata, T. Sota, and S. Nakamura. Spontaneous emission of localized excitons in InGaN single and multiquantum well structures. Appl. Phys. Lett. 69,4188(1996).
- Shih-Wei Feng, Tsung-Yi Tang, Yen-Cheng Lu, Shi-Jiun Liu, En-Chiang Lin,
- C.C. Yang, Kung-Jen Ma, Ching-Hsing Shen, L.C. Chen, K.H. Kim, J.Y. Lin, and H.X. Jiang. Cluster size and composition variations in yellow and red light-emitting InGaN thin films upon thermal annealing. J. Appl. Phys. 95, 5388 (2004).
- K.P. O’Donnell, R.W. Martin, and P.G. Middleton. Origin of Luminescence from InGaN Diodes. Phys. Rev. Lett. 82, 237 (1999).
- I.H. Brown, I.A. Pope, P.M. Smowton, P. Blood, J.D. Thomson, W.W. Chow,
- D.P. Bour, and M. Kneissl. Determination of the piezoelectric field in InGaN quantum wells. Appl. Phys. Lett. 86, 131 108 (2005).
- P. Kiesel, F. Renner, M. Kneissl, N.M. Johnson, and G.H. Dohler. Electroabsorp-tion spectroscopy direct determination of the strong piezoelectric field in InGaN/GaN heterostructure diodes. Phys. Stat. Sol. (a) 188, 131 (2001).
- Н.И. Бочкарева, В. В. Вороненков, Р. И. Горбунов, А. С. Зубрилов, Ю.С. Ле-ликов, Ф. Е. Латышев, Ю. Т. Ребане, А. И. Цюк, Ю. Г. Шретер. Механизм падения эффективности GaN-светодиодов ростом тока. ФТП 44, 822 (2010).
- Gh. Alahyarizadeh, Z. Hassan, and F. K. Yam. Improvement of the performance characteristics of deep violet InGaN multi-quantum-well laser diodes using step-graded electron blocking layers and a delta barrier. J. Appl. Phys. 113, 123 108 (2013).
- Зубков В.И. Диагностика полупроводниковых наногетероструктур методами спектроскопии адмиттанса. СПб.: ООО «Техномедиа» / Изд-во «Элмор», 2007. 220 с.
- Зи С. М. Физика полупроводниковых приборов. Пер. с англ. под ред. А. Ф. Трутко. М., «Энергия», 1973. 656 с.
- Н.К. Gummel and D.L. Scharfetter. Depletion-layer capacitance of p+n step junctions. J. Appl. Phys. 38, 2148 (1967).
- Берман Л.С. Емкостные методы исследования полупроводников. Изд-во «Наука», Ленингр. отд., Л., 1972. 104 с.
- Н. Kroemer, Wu-Yi Chien, J.S. Harris, and D.D. Edwall. Measurement of isotype heterojunction barriers by C-V profiling. Appl. Phys. Lett. 36,295 (1980).
- В.И. Зубков, M.A. Мельник, A.B. Соломонов. О емкостном профилировании вблизи изотипного гетероперехода. ФТП 32, 61 (1998).
- В.И. Зубков. Диагностика гетероструктур с квантовыми ямами InxGai xAs/GaAs методом вольт-фарадных характеристик: разрывы зон, уровни квантования, волновые функции. ФТП 41, 331 (2007).
- М.М. Соболев, А. Р. Ковш, В. М. Устинов, А. Ю. Егоров, А, Е. Жуков, Ю. Г. Мусихин. Емкостная спектроскопия глубоких состояний в InAs/GaAs-гетероструктурах с квантовыми точками. ФТП 33, 184 (1999).
- D.V. Lang. Deep-level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors. J. Appl. Phys. 45, 3023 (1974).
- D.L. Losee. Admittance spectroscopy of impurity levels in Schottky barriers. J. Appl. Phys. 46, 2204(1975).
- G. Vincent, D. Bois, and P. Pinard. Conductance and capacitance studies in GaP Schottky barriers. J. Appl. Phys. 46, 5173 (1975).
- N.D. Nguyen, M. Germain, M. Schmeits, B. Schineller and M. Heuken. Thermal admittance spectroscopy of Mg-doped GaN Schottky diodes. J. Appl. Phys. 90, 985 (2001).
- C.R. Moon, Byung-Doo Choe, S.D. Kwon, H.K. Shin, and H. Lim. Electron distribution and capacitance-voltage characteristics of n-doped quantum wells. J. Appl. Phys. 84, 2673 (1998).
- O.A. Солтанович, H.M. Шмидт, Е. Б. Якимов. Частотные и температурные зависимости вольт-фарадных характеристик светоизлучающих структур InGaN/GaN с множественными квантовыми ямами. ФТП 45, 226 (2011).
- А.Н. Петровская, В. И. Зубков. Вольт-фарадные измерения гетероструктур с квантовыми ямами InGaAs/GaAs в диапазоне температур от 10 до 320 К. ФТП 43, 1368 (2009).
- V.I. Zubkov, С.М.А. Kapteyn, A.V. Solomonov and D. Bimberg. Voltage-capacitance and admittance investigations of electron states in self-organized InAs/GaAs quantum dots. J. Phys.: Condens. Matter 17, 2435 (2005).
- П.Н. Брунков, C.O. Усов, Ю. Г. Мусихин, A.E. Жуков, Г. Э. Цырлин, В. М. Устинов, С. Г. Конников, Т. К. Расулова. Определение профиля распределения концентрации носителей заряда в слабосвязанных сверхрешетках GaAs/AlGaAs. ФТП 38,469 (2004).
- В.И. Зубков. Моделирование вольт-фарадных характеристик гетероструктур с квантовыми ямами с помощью самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона. ФТП 40, 1236 (2006).
- S.D. Singh, V.K. Dixit, S.K. Khamari, R. Kumar, A.K. Srivastava, T. Ganguli, and S.M. Oak. Conduction band offset and quantum states probed by capacitance measurements for InP/GaAs type-II ultrathin quantum wells. J. Appl. Phys. 109, 73 702 (2011).
- V.I. Zubkov, M.A. Melnik, A.V. Solomonov, and E.O. Tsvelev. Determination of band offsets in strained InxGai. xAs/GaAs quantum wells by capacitance-voltageprofiling and Schrodinger-Poisson self-consistent simulation. Phys. Rev. В 70, 75 312 (2004).
- В.И. Зубков, M.A. Мельник, A.B. Соломонов, A.H. Пихтин, Ф. Бугге. Определение величины разрыва валентной зоны и ее температурной зависимости в изотопных гетеропереходах p-A^Ga^As/p-A^Ga^ As из C-F-измерений. ФТП 33, 940(1999).
- О.В. Кучерова, В. И. Зубков, А. В. Соломонов, Д. В. Давыдов. Наблюдение локализованных центров с аномальным поведением в светоизлучающих гетер о структур ах с множественными квантовыми ямами InGaN/GaN. ФТП 44, 352 (2010).
- A. Sellai, P. Kruszewski, A. Mesli, A.R. Peaker, М. Missous. Electrical characteristics of InAs self-assembled quantum dots embedded in GaAs using admittance spectroscopy. J. Nanophoton. 6, 63 502 (2012).
- M. Geller, A. Marent, E. Stock, D. Bimberg, V.I. Zubkov, I.S. Shulgunova, and A.V. Solomonov. Hole capture into self-organized InGaAs quantum dots. Appl. Phys. Lett. 89, 232 105 (2006).
- Пихтин A.H. Квантовая и оптическая электроника: Учебник. М.: «Абрис», 2012. 656 с.
- Г. Е. Пикус. Основы теории полупроводниковых приборов. М.: «Наука», 1965.448 с.
- К.Г. Золина, В. Е. Кудряшов, А. Н. Туркин, А. Э. Юнович. Спектры люминесценции голубых и зеленых светодиодов на основе многослойных гетеро-структур InGaN/AlGaN/GaN с квантовыми ямами. ФТП 31, 1055 (1997).
- Martin F. Schubert, Qi Dai, Jiuru Xu, Jong Kyu Kim, and E. Fred Schubert. Electroluminescence induced by photoluminescence excitation in GalnN/GaN light-emitting diodes. Appl. Phys. Lett. 95, 191 105 (2009).
- Menkovich E.A., Tarasov S.A., Lamkin I.A. Luminescence of nanostructures based on semiconductor nitrides. Func. Mat. 19, 233 (2012).
- Павлов JI.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. М.: «Высшая школа», 1987. 239 с.
- С.О. Усов, А. Ф. Цацульников, В. В. Лундин, А. В. Сахаров, Е. Е. Заварин, Н. Н. Леденцов. Фотолюминесценция локализованных экситонов в квантовых точках InGaN. ФТП 42, 187 (2008).
- B.C. Сизов, В. В. Неплох, А. Ф. Цацульников, А. В. Сахаров, В. В. Лундин, Е. Е. Заварин, А. Е. Николаев, A.M. Минтаиров, J.L. Merz. Исследование туннельного транспорта носителей в структурах с активной областью InGaN/GaN. ФТП 44, 1615 (2010).
- R.J. Kaplar, S.R. Kurtz, D.D. Koleske, and A.J. Fisher. Electroreflectance studies of Stark shifts and polarization-induced electric fields in InGaN/GaN single quantum wells. J. Appl. Phys. 95, 4905 (2004).
- A.H. Пихтин, О. С. Комков, К. В. Базаров. Влияние внешнего электрического поля на вероятность оптических переходов в квантовых ямах InGaAs/GaAs. ФТП 40, 608 (2006).
- А.Н. Пихтин, М. Т. Тодоров. Фотоотражение арсенида галлия. ФТП 27, 1139 (1993).
- Komkov O.S., Glinskii G.F., Pikhtin A.N., Ramgolam Y.K. Excitonic effects and Franz-Keldysh oscillations in photoreflectance of ultrapure GaAs epilayers. Phys. Stat. Sol. (a) 206, 842 (2009).
- O.C. Комков, A.H. Пихтин, Ю. В. Жиляев, Л. М. Фёдоров. Определение концентрации свободных носителей заряда в сверхчистых эпитаксиальных слоях GaAs методом фотоотражения. Письма в ЖТФ 34, 81 (2008).
- L. Tarricone, С. Arena, A. Parisini, and F. Genova. Photovoltage and photocur-rent spectroscopy of p+in+ GaAs/AlGaAs quantum well heterostructures. J. Appl. Phys. 72,3578(1992).
- И.А. Карпович, В. Я. Алешкин, А. В. Аншон, H.B. Байдусь, Л. М. Батукова, Б. Н. Звонков, С. М. Планкина. Фотоэлектронные явления в слоях GaAs с встроенной на поверхности квантовой гетероямой. ФТП 26, 1886 (1992).
- И.А. Карпович, Д. О. Филатов. Диагностика гетер о структур с квантовыми ямами методом спектроскопии конденсаторной фотоэдс. ФТП 30, 1745 (1996).
- Д.С. Сизов, B.C. Сизов, В. В. Лундин, А. Ф. Цацульников, Е. Е. Заварин, Н. Н. Леденцов. Исследование электронного спектра структур с квантовыми точками InGaN с помощью спектроскопии фототока. ФТП 39, 1350 (2005).
- G. Franssen, P. Perlin, and Т. Suski. Photocurrent spectroscopy as a tool for determining piezoelectric fields in InxGai"xN/GaN multiple quantum well light emitting diodes. Phys. Rev. В 69, 45 310 (2004).
- В.Л. Альперович, H.T. Мошегов, А. С. Терехов, В. А. Ткаченко, О.А. Ткачен-ко, А. И. Торопов, А. С. Ярошевич. Резонансы фототока в короткопериодных сверхрешетках AlAs/GaAs в электрическом поле. ФТТ 41, 159 (1999).
- Барановский М. В., Глинский Г. Ф. Исследование полупроводниковых гете-роструктур мето-дом вольт-фарадного профилирования . Тез. докл. 12-й научной молодежной школы «Физика и технология микро- и наносистем», г. Санкт-Петербург, 2009. С. 28.
- М.В. Барановский, Г. Ф. Глинский. Автоматизированная установка для исследования адмиттанса полупроводниковых наногетероструктур. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 4/2012, с. 3 (2012).
- М.В. Барановский, Г. Ф. Глинский. Расчет профиля концентрации носителей заряда в полупроводниковых наноструктурах. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2 011 617 125, 13.09.2011 г.
- М.В. Барановский, Г. Ф. Глинский. Комплексная диагностика полупроводниковых наноструктур. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2 011 617 779, 6.10.2011 г.
- С.С. Мамакин, А. Э. Юнович, А. Б. Ваттана, Ф. И. Маняхин. Электрические свойства и спектры люминесценции светодиодов на основе гетеропереходов InGaN/GaN с модулированно-легированными квантовыми ямами. ФТП 37, 1131 (2003).
- О.В. Кучерова, В. И. Зубков, Е. О. Цвелев, И. Н. Яковлев, A.B. Соломонов. Неразрушающая диагностика наногетероструктур с множественными квантовыми ямами InGaN/GaN методом спектроскопии адмиттанса. Зав. Лаб. Диаг. 76, 24 (2010).
- Барановский М.В., Глинский Г. Ф., Миронова М. С. Фотоэлектрический метод диагностики гетероструктур InGaN/GaN с множественными квантовыми ямами. ФТП 47, 60 (2013).
- Барановский М.В., Глинский Г. Ф. Экспресс-диагностика светодиодов на основе гетероструктур InGaN/GaN фотоэлектрическим методом. Письма в ЖТФ39, С. 22−28(2013).
- Барановский М.В., Глинский Г. Ф. Диагностика InGaN/GaN наноструктур с множественными квантовыми ямами. Петербургский журнал электроники. 2012. № 2(71). С. 27−40.
- Барановский М. В., Глинский Г. Ф. Фотопроводимость 1пОа1Ч/Оа.Ч гетероструктур с множественными квантовыми ямами. Тез. докл. Российской молодежной конференции по физике и астрономии «ФизикА.СПб», г. Санкт-Петербург, 2012 г, С. 146 (2012).
- Барановский М.В., Глинский Г. Ф. Экспресс-диагностика светодиодных структур: Свид-во о регистра-ции программы для ЭВМ. Рос. Федерация- заявитель и правообладатель СПбГЭТУ. № 2 011 617 126- выд. 13.09.2011.