- Научная ценность работы состоит в том, что в ней на основании систематического изучения влияния транспорта электронных возбуждений на формирование спектров излучения установлена корреляция между процессами миграции электронных возбуждений, особенностями спектров излучения и параметрами пространственно-неоднородных полупроводниковых структур А3В5.
- Новизна подхода обусловлена тем, что при решении поставленной проблемы использовались как присущие данному объекту (предварительно классифицированные) неоднородности, так и целенаправленно созданные в результате дополнительного легирования и приложения внешних полей (электрического, магнитного и деформационного). Кроме того, при системном анализе экспериментального материале в диссертации выделено два крайних случая: 1 - скорость захвата неравновесных носителей на центр ограничена скоростью энергетических потерь, то есть электроны быстрее достигают центра, чем захватываются на него; 2 - скорость захвата на центр ограничена, например, скоростью пространственной диффузии носителей к центрам захвата. Безусловно, что наличие каждого из этих случаев и соотношение между ними определяется многими факторами и, в том числе, условиями эксперимента. Применительно к полупроводниковым структурам А3В5 к первому случаю можно отнести совершенные эпитаксиальные слои n-GaAs (Nd - Na<1014сm-3; плотность дислокаций <104 см-2) и квантовые ямы на основе GaAs/AlGaAs. Второму случаю отвечает GaN и квантовые ямы (MQW) на основе InxGa1-xN.
- В работе детально исследовано влияние внешних и встроенных электрических полей на эволюцию спектров излучения в квантовых ямах GaAs/AlGaAs и InGaN/GaN, а также в GaAs и GaN, при наличии пространственных неоднородностей, которые образуют связывающий потенциал электронных возбуждений. В ходе исследований впервые наблюдалась корреляция между характеристиками спектра излучения связанных экситонов и концентрацией резонансных («глубоких») центров и наличием пространственной неоднородности эпитаксиальных слоев GaAs. На примере различных эпитаксиальных слоев GaN и квантовых ям InGaN/GaN, GaAs/AlGaAs впервые экспериментально определен коррелированный с электрическим полем вклад ловушек, порождаемых флуктуациями потенциала на гетерограницах, в процесс формирования спектра люминесценции. На основании исследования эволюции спектров люминесценции двойных квантовых ям GaAs/AlGaAs показано, что характеристики линии фотолюминесценции определяются коллективными свойствами пространственно-непрямых экситонов. В рамках работы впервые изучено влияние легирования редкоземельными элементами на спектры близ краевой фотолюминесценции III-нитридов и определена роль миграции электронного возбуждения в процессе формирования спектра излучения. Обнаружено, что при совместном легировании эпитаксиальных слоев GaN Eu и Zn наблюдается эффект сенсибилизации (увеличение на порядок интенсивности близ краевой фотолюминесценции). Определена корреляция между спектрами фотолюминесценции и структурными параметрами наноструктур на основе InGaN/GaN, легированных Eu. В менее совершенных структурах внедрение РЗИ приводит к образованию изовалентных ловушек в барьере, которые эффективно захватывает неравновесные носители, в результате чего интенсивность фотолюминесценции структуры возрастает на порядок. В достаточно совершенных структурах в процессе миграции возбуждения происходит перенос неравновесных носителей на атомные уровни 5D2, 5D1 иона Eu.
- Практическая ценность диссертации состоит в том, что продемонстрирована эффективность использования фотолюминесценции для получения разнообразной информации, как о свойствах электронной подсистемы, так и о структурных особенностях конденсированной среды. В результате этих исследований определена корреляция между структурными параметрами неоднородных наноструктур и механизмами миграции возбуждения и захвата носителей, что позволит на основании новых знаний повысить эффективность различных устройств, созданных на основе наноструктур.
1. Yu.V. Zhilyaev, V.V. Krivolapchuk, A.V. Rodionov, V.V. Rossin, T.V. Rossina, Yu.N. Sveshnikov, Investigation of a Transition Layer in Epitaxial GaAs by the Low Temperature Photoluminescence Technique, Phys.Stat.Sol.(a), v.89, K61, (1985)
2. А.В. Акимов, А.А. Каплянский, В.В. Криволапчук, Е.С. Москаленко, Проявление метастабильных локализованных состояний дырок в медленной кинетике краевой люминесценции n-GaAs, Письма в ЖЭТФ, т.46, вып.1, с.35, (1987)
3. А.В. Акимов, Ю.В. Жиляев, В.В. Криволапчук, Н.К. Полетаев, В.Г. Шофман, Экспериментальное наблюдение дырок в n-GaAs, высвободившихся в результате Оже-распада локализованных состояний, ФТП, т.25, вып.4, с.713, (1991)
4. А.В. Акимов, В.В. Криволапчук, Н.К. Полетаев В.Г. Шофман, Люминесцентное исследование долговременной кинетики носителей в эпитаксиальном арсениде галлия, ФТП, т.27, вып.2, с. 310, (1993)
5. В.В. Криволапчук, Н.К. Полетаев, Л.М. Федоров, Влияние метастабильных состояний на формирование стационарных спектров фотолюминесценции n-GaAs, ФТП, т.28, вып.2, с.310, (1994)
6. В.В. Криволапчук, Д.А. Мазуренко, Е.С. Москаленко, Н.К. Полетаев, А.Л. Жмодиков, Т.С. Ченг, С.Т. Фоксон, Аномальное воздействие магнитного поля на непрямой экситон в двойных квантовых ямах GaAs/AlGaAs, ФТТ, т.40, вып.5, с.803, (1998)
7. В.В. Криволапчук, Н.К. Полетаев, Влияние метастабильных состояний на высвечивание экситонов в n-GaAs, ФТП, т.32, вып.3, с.307, (1998)
8. Ю.В. Жиляев, В.В. Криволапчук, И.Н. Сафронов, Исследование поляризованной фотолюминесценции толстых эпитаксиальных слоев GaN, ФТП, т.33, вып.7, с.778, (1999)
9. В.В. Криволапчук, Е.С. Москаленко, А.Л. Жмодиков, Т.С. Ченг, С.Т. Фоксон, Проявление коллективных свойств пространственно-непрямых экситонов в двойных квантовых ямах GaAs/AlGaAs, ФТТ, т.41, вып.2, с.325, (1999)
10. V.V. Krivolapchuk, E.S. Moskalenko, A.L. Zhmodikov, T.S. Cheng, C.T. Foxon, Collective properties of spatially indirect excitons in asymmetric GaAs/AlGaAs double quantum wells, Solid St.Commun., v.111, р.49, (1999)
11. V.V. Krivolapchuk, E.S. Moskalenko, A.L. Zhmodikov, A giant shot of radiation intensity as eventual evidence of Bose-Einstein condensation of excitons in double quantum wells in GaAs/AlGaAs, Nanotechnology, v.11, р.246, (2000)
12. V.V. Krivolapchuk, E.S. Moskalenko, A.L. Zhmodikov, Specific features of the indirect exciton luminescence line in GaAs/AlGaAs, Phys.Rev.B, v.64, p.045313, (2001)
13. В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, С.Д. Раевский, А.П. Скворцов, Ш.А. Юсупова, Спектры поглощения кристаллов нитрида галлия, легированных Er3+, Письма в ЖТФ, т.28, вып.7, с.66, (2002)
14. В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, Н.К. Полетаев, Влияние корреляции между подсистемами мелких и глубоких метастабильных уровней на экситонные спектры фотолюминесценции в n- типе GaAs, ФТТ, т.45, вып.1, с.29, (2003)
15. В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, Н.К. Полетаев, Заселение метастабильных состояний в n-GaAs, ФТТ, т.45, вып.5, с.785, (2003)
16. В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, А.В. Насонов, С.Н. Родин, Фотолюминесценция объемных кристаллов GaN, легированных Eu, ФТТ, т.45, вып.9, с.1556, (2003)
17. В.В. Криволапчук, В.В. Лундин, М.М. Мездрогина, А.В. Насонов, С.Н. Родин, Н.М. Шмидт, Спектры краевой фотолюминесценции и интенсивность линий внутрицентровых f-f переходов в кристаллах GaN, легированных Er, Sm, ФТТ, т.46, вып.5, с.814, (2004)
18. В.В. Криволапчук, Ю.В. Кожанова, В.В. Лундин, М.М. Мездрогина, С.Н. Родин, Ш.А. Юсупова, Примесные центры редкоземельных ионов (Eu, Sm, Er) в вюрцитных кристаллах GaN, ФТП, т.38, вып.10, с.1314, (2004)
19. В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, Послесвечение вюрцитных кристаллов GaN, легированных редкоземельными металлами, ФТТ, т.46, вып.12, с.2014, (2004)
20. В.В. Криволапчук, Ю.В. Кожанова, М.М. Мездрогина, В.В. Лундин, С.Н. Родин, Параметры вюрцитных кристаллов GaN, легированных Tm, ФТТ, т.47, вып.7, 1203, (2005)
21. В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, В.В. Лундин, Роль встроенных электрических полей в формировании излучения квантовых ям InGaN/GaN, ФТТ, т.47, вып.7, 1338, (2005)
22. В.В. Криволапчук, А.Л. Жмодиков, Е.С. Москаленко, Излучение конденсата экситонов в двойных квантовых ямах, ФТТ, т.48, вып.1, 139, (2006)
23. М.М. Мездрогина, В.В. Криволапчук, Влияние дополнительной примеси Zn на вид спектров фотолюминесценции вюрцитных кристаллов GaN, легированного редкоземельным ионом Eu, ФТТ, т.48, вып.7, 1182, (2006)
24. В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, Влияние миграции энергии на форму линии излучения в структурах с квантовыми ямами на основе InGaN/GaN, ФТТ, т.48, вып.11, (2006).
25. В.В. Криволапчук, Ю.В. Кожанова, М.М. Мездрогина, С.Н. Родин, Сенсибилизация люминесценции вюрцитных кристаллов GaN, легированных Eu и дополнительно введенной примесью Zn, ФТП, т.40, вып.9, 1033, (2006)
26. Мездрогина, В.В. Криволапчук, В.Н. Петров, С.Н. Родин, А.В. Черенков, Влияние дополнительно введенных примесей Zn и Eu на вид спектров фотолюминесценции кристаллов GaN, легированных Er, ФТП, т.40, вып.12, (2006)
27. В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, Р.В. Кузьмин, Э.Ю. Даниловский, Влияние легирования Eu, на сенсибилизацию излучения в структурах с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs и InGaN/GaN, ФТТ, т.51, вып.2, 2137, (2009).
Другие публикации по теме диссертации:
В.В. Травников, В.В. Криволапчук, Диффузия экситонов и самопоглощение резонансного излучения, ФТТ, т.24, вып.4, с.961, (1982).
В.В. Травников, В.В. Криволапчук, Влияние поверхности и размера образцов на кинетику и пленение поляритонов, Письма в ЖЭТФ, т.38, вып.6, с.287,(1983)
В.В. Травников, В.В. Криволапчук, Кинетика и люминесценция поляритонов, ЖЭТФ, т.85, вып.6, с.2087, (1983)
В.В. Травников, В.В. Криволапчук, Пленение поляритонов, Письма в ЖЭТФ, т.37, вып.9, с.419, (1983)
А.В. Акимов, В.В. Криволапчук, Н.К. Полетаев, В.Г. Шофман, Люминесцентное исследование долговременной кинетики носителей в эпитаксиальном арсениде галлия, ФТП, т.27, вып.2, с. 310, (1993)
А.В. Акимов, Ю.В. Жиляев, В.В. Криволапчук, В.Г. Шофман, Перезахват неосновных носителей в условиях фотоионизации в эпитаксиальном n-GaAs, ФТП, т.24, вып.1, с.82, (1990)