Научная тема: «ОПТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ МЕТАЛЛОВ III ГРУППЫ И РАЗРАБОТКА КОЛИЧЕСТВЕННЫХ МЕТОДИК ИХ ДИАГНОСТИКИ»
Специальность: 01.04.07
Год: 2010
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Дисперсионные кривые фононов и функции плотности состояний фононов гексагональных AlN, GaN и InN, полученные в результате комплексных теоретических и экспериментальных исследований, адекватно отражают динамику кристаллической решетки этих соединений.
  2. Спектральное положение края собственного поглощения гексагонального InN зависит от концентрации электронов в нем (эффект БурштейнаМосса). Инфракрасная фотолюминесценция вблизи края фундаментального поглощения InN имеет межзонную природу.
  3. В пределе малых концентраций электронов и низких температур ширина запрещенной зоны гексагонального InN равна 0.67±0.01 эВ. Экспериментальные спектры поглощения и фотолюминесценции хорошо согласуются с результатами модельных теоретических расчетов, выполненных в предположении непараболической зоны проводимости, где эффективная массы электрона в Γ-точке m*=0.07m0.
  4. Функция Eg(х)=3.49-2.84x-bx(1-x) c большим параметром прогиба b=2.5±0.1 эВ хорошо описывает зависимость ширины запрещенной зоны твердых растворов InxGa1-xN от состава во всем диапазоне концентраций.
  5. Резонансное комбинационное рассеяние 1-го порядка, индуцированное примесями, позволяет восстановить дисперсии полярных оптических и акустических фононов в InN в широком диапазоне волновых векторов путем измерения частоты фонона как функции энергии возбуждающего фотона. Частоты продольных оптических ветвей A1(LO) и E1(LO) гексагонального InN в Γ-точке зоны Бриллюэна равны 592ｱ1 см-1 и 604ｱ1 см-1, соответственно.
  6. Эффект сосуществования локализованных и делокализованных мод в колебательном спектре гексагональных сверхрешеток GaN/AlN и GaN/AlGaN дает возможность количественно оценить величину деформации в слоях структуры, долю Al в слое твердого раствора, а также соотношение между толщинами индивидуальных слоев в этих низкоразмерных структурах.
  7. Изучение зависимости параметров оптических фононных мод твердых растворов AlGaN от концентрации позволяет проводить количественную диагностику состава и микроструктуры этих соединений.
  8. Количественная оценка тангенциальной и нормальной составляющих деформации в эпитаксиальных слоях гексагонального GaN и количественная оценка концентрации и подвижности свободных носителей заряда в n-GaN может быть получена из анализа их поляризованных спектров КР.
Список опубликованных работ
[А1] Davydov V.Yu., Averkiev N.S., Goncharuk I.N., Nelson D.K., Nikitina I.P., Polkovnikov A.S., Smirnov A.N., Jacobson M.A., Semchinova O.K. Raman and Photoluminescence studies of biaxial strain in GaN epitaxial layers grown on 6H-SiC // J. Appl. Phys. – 1997. –v.82. –pp.5097–5102.

[А2] Davydov V.Yu., Kitaev Yu.E., Goncharuk I.N., Tsaregorodtsev A.M., Smirnov A.N., Lebedev A.O., Botnaryk V.M., Zhilyaev Yu.V., Smirnov M.B., Mirgorodsky A.P., Semchinova O.K. Phonon spectrum of wurtzite GaN and AlN. Experiment and theory // J. Cryst. Growth. –1998. –v.189/190. –pp.656–660.

[А3] Davydov V.Yu., Kitaev Yu.E., Goncharuk I.N., Smirnov A.N., Graul J., Semchinova O., Uffmann D., Smirnov M.B., Mirgorodsky A.P., Evarestov R.A. Phonon dispersion and Raman scattering in hexagonal GaN and AlN // Phys. Rev. B. –1998. –v.58. –pp.12899–12907.

[А4] Давыдов В.Ю., Лундин В.В., Смирнов А.Н., Соболев Н.А., Усиков А.С., Емелья- нов А.М., Маковийчук М.И., Паршин Е.О. Влияние кратковременных высокотемпера- турных отжигов на фотолюминесценцию легированного эрбием GaN в области длин волн 1.0-1.6 мкм // ФТП. –1999. –Т.33. –№1. –С.3–8.

[А5] Davydov V.Yu., Goncharuk I.N., Baidakova M.V., Smirnov A.N., Subashiev A.V., Aderhold J., Stemmer J., Uffmann D., Semchinova O. Raman spectroscopy of disorder effects in AlGaN solid solutions // Mat. Science & Eng. B. –1999. –v.59. –pp.222–225.

[А6] Davydov V.Yu., Emtsev V.V., Goncharuk I.N., Smirnov A.N., Petrikov V.D., Mamutin V.V., Vekshin V.A., Ivanov S.V., Smirnov M.B., Inushima T. Experimental and theoretical studies of phonons in hexagonal InN // Appl. Phys. Lett. –1999. –v.75. –pp.3297–3299. ,

[А7] Mamutin V.V., Vekshin V.A., Davydov V.Yu., Ratnikov V.V., Kudriavtsev Yu.A., Ber B.Ya., Emtsev V.V., Ivanov S.V. // Mg-Doped Hexagonal InN/Al2O3 Films Grown by MBE // Phys. Status Solidi A. –1999. –v.176. –pp.373–378.

[А8] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Smirnov M.B., Emtsev V.V., Petrikov V.D., Abroyan I.A., Titov A.I., Goncharuk I.N., Smirnov A.N., Mamutin V.V., Ivanov S.V., Inushima T. Phonons in Hexagonal InN. Experiment and Theory // Phys. Status Solidi B. – 1999. –v.216. –pp.779–783.

[А9] Davydov V.Yu., Klochikchin A.A., Goupalov S.V., Goncharuk I.N., Smirmov A.N., Lundin W.V., Usikov A.S., Zavarin E.E., Sakharov A.V., Baidakova M.V., Stemmer J., Klausing H., Mistele D., Semchinova O. Optical phonons in hexagonal GaN/AlxGa1-xN multylayered structures // Proceedings of the 8th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". –Ioffe Institute, June 19-23. –2000. –pp.208–211.

[А10] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Goncharuk I.N., Smirnov A.N., Nikolaev A.E., Usikov A.S., Lundin W.V., Baidakova M.V., Aderhold J., Stemmer J., Semchinova O. Raman scattering in hexagonal AlxGa1-xN alloys and optical modes behavior // IPAP Conf. Ser. –2000. –v.1. –pp.657–660.

[А11] Emtsev V.V., Davydov V.Yu., Kozlovskii V.V., Lundin V.V., Poloskin D.S., Smirnov A.N., Shmidt N.M., Usikov A.S., Aderhold J., Klausing H., Mistele D., Rotter T., Stemmer J., Semchinova O., Graul J. Point defects in gamma-irradiated n-GaN // Semicond. Sci. Technol. –2000. –v.15. –pp.73–78.

[А12] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Goncharuk I.N., Smirnov A.N., Usikov A.S., Lundin W.V., Zavarin E.E., Sakharov A.V., Baidakova M.V., Stemmer J., Klausing H., Mistele D. Raman studies of hexagonal GaN/AlxGa1-xN multilayered structures // IPAP Conf. Ser. –2000. –v.1. –pp.665–668.

[А13] Klochikhin A.A., Davydov V.Yu., Goncharuk I.N., Smirnov A.N., Nikolaev A.E., Baidakova M.V., Aderhold J., Graul J., Stemmer J., Semchinova O. Statistical Ga clusters and A1(TO) gap mode in AlxGa1-xN alloys // Phys. Rev. B. –2000. –v.62. –pp.2522–2535.

[А14] Davydov V.Yu., Klochikchin A.A., Kozin I.E., Goncharuk I.N., Smirmov A.N., Kyutt R.N., Scheglov M.P., Sakharov A.V., Tretyakov V.V., Ankudinov A.V., Dunaevskii M.S., Lundin W.V., Zavarin E.E., Usikov A.S. Raman studies of acoustical phonons in strained hexagonal GaN/AlGaN superlattices // Proceedings of the 9th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". –Ioffe Institute, June 18-22. –2001. –pp.154–157.

[А15] Aderhold J., Davydov V.Y., Fedler F., Klausing H., Mistele D., Rotter T., Semchinova O., Stemmer J., Graul J. InN thin films grown by metalorganic molecular beam epitaxy on sapphire substrates // J. Cryst. Growth. –2001. –v.222. –pp.701–705.

[А16] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Kozin I.E., Emtsev V.V., Goncharuk I.N., Smirnov A.N., Kyutt R.N., Scheglov M.P., Sakharov A.V., Lundin W.V., Zavarin E.E., Usikov A.S. Optic and acoustic phonons in strained hexagonal GaN/AlGaN multilayer structures // Phys. Status Solidi A. –2001. –v.188. –pp.863–866.

[А17] Davydov V.Yu., Goncharuk I.N., Smirnov A.N., Nikolaev A.E., Lundin W.V., Usikov A.S., Klochikhin A.A., Aderhold J., Graul J., Semchinova O., Harima H. Composition dependence of optical phonon energies and Raman line broadening in hexagonal AlxGa1-xN alloys // Phys. Rev. B. –2002. –v.65. –Art.125203:1–13.

[А18] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Seisyan R.P., Emtsev V.V., Ivanov S.V., Bechstedt F., Furthmüller J., Harima H., Mudryi A.V., Aderhold J., Semchinova O., Graul J., Absorp31 tion and emission of hexagonal InN. Evidence of narrow fundamental band gap // Phys. Status Solidi B. –2002. –v.229. –pp.R1–R3.

[А19] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Emtsev V.V., Ivanov S.V., Vekshin V.V., Bechstedt F., Furthm&#252;ller J., Harima H., Mudryi A.V., Hashimoto A., Yamamoto A., Aderhold J., Graul J., Haller E.E. Band gap of InN and In-rich InxGa1-xN alloys (0.36<x<1) // Phys. Status Solidi B. –2002. –v.230. –pp.R4–R6.

[А20] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Emtsev V.V., Bechstedt F., Mudryi A.V., Haller E.E. Reply to "Comment on ´Band Gap of InN and In-Rich InxGa1-xN Alloys (0.36<x<1)´ // Phys. Status Solidi B. –2002. –v.233. –pp.R10–R11.

[А21] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Emtsev V.V., Kurdyukov D.A., Ivanov S.V., Vekshin V.A., Bechstedt F., Furthm&#252;ller J., Aderhold J., Graul J., Mudryi A.V., Harima H., Hashimoto A., Yamamoto A., Haller E.E. Band gap of Hexagonal InN and InGaN Alloys // Phys. Status Solidi B. –2002. –v.234. –pp.787–795.

[А22] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Emtsev V.V., Sakharov A.V., Ivanov S.V., Vekshin V.A., Bechstedt F., Furthm&#252;ller J., Aderhold J., Graul J., Mudryi A.V., Harima H., Hashimoto A., Yamamoto A., Wu J., Feick H., Haller E.E. Band gap of hexagonal InN and InGaN alloys // Proceedings of the 10th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology".– Ioffe Institute, Saint–Petersburg, June 17–21. –2002. –pp.78–81.

[А23] Davydov V.Yu., Smirnov A.N., Goncharuk I.N., Kyutt R.N., Scheglov M.P., Baidakova M.V., Lundin W.V., Zavarin E.E., Smirnov M.B., Karpov S.V., Harima H. Raman studies as a tool for characterization of strained hexagonal GaN/AlxGa1-xN superlattices // Proceedings of the 10th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". –Ioffe Institute, Saint–Petersburg, June 17–21. –2002. –pp.164–167.

[А24] Davydov V.Yu., Smirnov A.N., Goncharuk I.N., Kyutt R.N., Scheglov M.P., Baidakova M.V., Lundin W.V., Zavarin E.E., Smirnov M.B., Karpov S.V. Raman Spectroscopy as a Tool for Characterization of Strained Hexagonal GaN/AlxGa1–xN Superlattices Phys. Status Solidi B.–2002. –v.234. –pp.975–979.

[А25] Davydov V.Yu., Smirnov A.N., Goncharuk I.N., Kyutt R.N., Scheglov M.P., Baidakova M.V., Lundin W.V., Zavarin E.E., Smirnov M.B., Karpov S.V., Harima H. Optical phonons in hexagonal GaN/AlN and GaN/AlxGa1-xN superlattices: Theory and experiment // Proceedings of the 11th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". –Ioffe Institute, Saint–Petersburg, June 23-28. –2003. –pp.72–74.

[А26] Davydov V.Yu., Smirnov A.N., Smirnov M.B., Karpov S.V., Goncharuk I.N., Kyutt R.N., Baidakova M.V., Sakharov A.V., Zavarin E.E., Lundin W.V., Harima H., Kisoda K. Lattice dynamics and Raman spectra of strained hexagonal GaN/AlN and GaN/AlGaN superlattices // Phys. Status Solidi C. –2003. –v.0. –pp.2035–2038.

[А27] Bechstedt F., Furthm&#252;ller J., Ferhat M., Teles L.K., Scolfaro L.M.R., Leite J.R., Davydov V.Yu., Ambacher O., Goldhahn R. Energy gap and optical properties of InxGa1-xN // Phys. Status Solidi A. –2003. –v.195. –pp.628–633.

[А28] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Emtsev V.V., Smirnov A.N., Goncharuk I.N., Sakharov A.V., Kurdyukov D.A., Baidakova M.V., Vekshin V.A., Ivanov S.V., Aderhold J., Graul J., Hashimoto A., Yamamoto A. Photoluminescence and Raman study of hexagonal InN and In-rich InGaN alloys Phys. Status Solidi B. –2003. –v.240. –pp.425–428.

[А29] Bhuiyan A.G., Sugita K., Kasashima K., Hashimoto A., Yamamoto A., Davydov V.Yu. Single-crystalline InN films with an absorption edge between 0.7 and 2 eV grown using different techniques and evidence of the actual band gap energy // Appl. Phys. Lett. – 2003. –v.83. –pp.4788–4790.

[А30] Davydov V., Klochikhin A., Ivanov S., Aderhold J., Yamamoto A. Growth and Properties of InN // Nitride Semiconductors: Handbook on Materials and Devices. –WILEY– 32 VCH, 2003. –pp.241–294.

[А31] Klochikhin A., Davydov V.Yu., Emtsev V., Smirnov A., v. Baltz R. A gauge invariant approach to the Raman scattering in heavily doped crystals // Proceedings of the 12th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology. –Ioffe Institute, June 21-25. –2004. –pp.162–163.

[А32] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Emtsev V.V., Smirnov A.N., Yagovkina M.A., Lebedev V.M. X-ray, RBS and Raman studies of hexagonal InN and InGaN alloys // Proceedings of the 12th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". – Ioffe Institute, Saint–Petersburg, June 21-25. –2004. –pp.381–382.

[А33] Smirnov M.B., Karpov S.V., Davydov V.Yu., Smirnov A.N., Lundin W.V. Lattice dynamics of hexagonal GaN/AlN superlattices in microscopic and phenomenologic models and Raman spectra of optical phonons // Proceedings of the 12th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology. – Ioffe Institute, Saint–Petersburg, June 21–25. – 2004. –pp.387–388.

[А34] Yamamoto A., Sugita K., Takatsukaa H., Hashimotoa A., Davydov V.Yu. Correlations between electrical and optical properties for OMVPE InN // J. Cryst. Growth. –2004. – v.261. –pp.275–279.

[А35] Кютт Р.Н., Щеглов М.П., Давыдов В.Ю., Усиков А.С. Деформация слоев в сверхрешетках AlGaN/GaN по данным рентгенодифракционного анализа // ФТТ. – 2004. –Т.46. –С.353–359.

[А36] Давыдов В.Ю., Клочихин А.А. Электронные и колебательные состояния InN и твердых растворов InxGa1-xN. Обзор // ФТП. –2004. –Т.38. –С.897–936.

[А37] Sakharov A.V., Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Lu H., and W. J. Schaff, “Bandedge and impurity-related photoluminescence of InN”, Proceedings of the 13th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", Ioffe Institute, Saint–Petersburg, June 20–25. –2005. –p.282–283.

[А38] Klochikhin A.A., Davydov V.Yu., Emtsev V.V., Sakharov A.V., Kapitonov V.A., Lu H., Schaff W.J. Temperature dependence of photoluminescence and absorption spectra of n- InN // Proceedings of the 13th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". –Ioffe Institute, Saint–Petersburg, June 20–25. –2005, –pp.278–279.

[А39] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Goncharuk I.N., Sakharov A.V., A.P. Skvortsov, Yagovkina M.A., Lebedev V.M., Lu H., Schaff W.J. Resonant Raman scattering in InGaN alloys // Proceedings of the 13th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". –Ioffe Institute, Saint–Petersburg, June 20-25. –2005. –pp.270–271.

[А40] Davydov V.Yu., Smirnov A.N., Smirnov M.B., Karpov S.V., Yagovkina M.A., A.I. Besulkin, Lundin W.V. Optical phonons in hexagonal GaN/AlN and GaN/AlGaN superlattices // Phys. Status Solidi C. –2005. –v.2. –pp.2389–2392.

[А41] Klochikhin A., Davydov V.Yu., Emtsev V.V., Mudryi A.V. Urbach Tails of Valence and Conductivity Bands and Optical Spectra of Hexagonal InN near the Fundamental Band Gap // AIP Conf. Proc. (PHYSICS OF SEMICONDUCTORS: 27th International Conference on the Physics of Semiconductors). –2005. –v.772. –pp.275–276.

[А42] Klochikhin A.A., Davydov V.Yu., Emtsev V.V., Sakharov A.V., Kapitonov V.A., Andreev B.A., Lu H., Schaff W.J. Manifestation of the equilibrium hole distribution in photoluminescence of n-InN // Phys. Status Solidi B. –2005. –v.242, –pp.R33–R35.

[А43] Смирнов М.Б., Карпов С.В., Давыдов В.Ю., Смирнов А.Н., Заварин Е.Е., Лун- дин В.В. Колебательные спектры сверхрешеток AlN/GaN: теория и эксперимент // ФТТ. –2005. –Т.47. –№4. –C.716–727.

[А44] Klochikhin A.A., Davydov V.Yu., Emtsev V.V., Smirnov A.N., v. Baltz R. A gauge invariant approach to the Raman scattering in heavily doped crystals // Phys. Status Solidi B. 33 –2005. –v.242. –pp. R58–R60.

[А45] Klochikhin A.A., Davydov V.Yu., Emtsev V.V., Sakharov A.V., Kapitonov V.A., Andreev B.A., Lu H., Schaff W.J. Acceptor states in the photoluminescence spectra of n- InN//Phys. Rev. B. –2005. –v.71. –Art.195207:1–16.

[А46] Smirnov M.B., Davydov V.Yu., Smirnov A.N. Lattice dynamics and Raman spectra of InGaN alloys and InN/GaN superlattices // Proceedings of the 14th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". –Ioffe Institute, Saint–Petersburg, June 26- 30. –2006. –p.279–280.

[А47] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Sakharov A.V., Zavarin E.E., Sinitsyn M.A., Smirnov A.N., Skvortsov A.P., Yagovkina M.A., Lu H., Schaff W.J. The band gap composition dependence of InGaN alloys // Proceedings of the 14th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". –Ioffe Institute, Saint–Petersburg, June 26-30. – 2006. –pp.273–274.

[А48] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Goncharuk I.N., Smirnov A.N., Sakharov A.V., Skvortsov A.P., Yagovkina M.A., Lebedev V.M., Lu H., Schaff W.J. Resonant Raman scattering in InGaN alloys // Phys. Status Solidi B. –2006. –v.243. –pp.1494–1498.

[А49] Klochikhin A.A., Davydov V.Yu., Emtsev V.V., Sakharov A.V., Kapitonov V.A., Andreev B.A., Lu H., Schaff W.J. Photoluminescence of n-InN with low electron concentrations // Phys. Status Solidi A. –2006. –v.203. –pp.50–58.

[А50] Soukhoveev V., Kovalenkov O., Shapovalova L., Ivantsov V., Usikov A., Dmitriev V., Davydov V., Smirnov A. AlGaN epitaxial layers grown by HVPE on sapphire substrates // Phys. Status Solidi C. –2006. –v.3. –pp.1483–1486.

[А51] Emtsev V.V., Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Sakharov A.V., Smirnov A.N., Kozlovskii V.V., Wu C.-L., Shen C.-H., Gwo S. Effects of Proton Irradiation on Electrical and Optical Properties of n-InN // Phys. Status Solidi C. –2007. –v.4. –pp.2589–2592.

[А52] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Smirnov M.B., Smirnov A.N., Goncharuk I.N., Kurdyukov D.A., Lu H., Schaff W.J., Lee H.-M., Lin H.-W., Gwo S. Experimental and theoretical studies of lattice dynamics of Mg-doped InN // Appl. Phys. Lett. –2007. –v.91, Atr.111917:1–3.

[А53] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Smirnov M.B., Kitaev Yu.E., Smirnov A.N., Lundina E.Y., Lu H., Schaff W.J., Lee H.-M., Lin H.-W., Hong Y.-L., Gwo S. SIMS and Raman studies of Mg-doped InN // Phys. Status Solidi C. –2008. –v. 5. –pp.1648–1651.

[А54] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A., Smirnov A.N., I.Yu. Strashkova, Krylov A.S., Lu H., Schaff W.J., Lee H.-M., Hong Y.-L., Gwo S. Selective excitation of E1(LO) and A1(LO) phonons with large wave vectors in Raman spectra of hexagonal InN // Phys. Rev. B. –2009. –v.80. –Art.081204(R):1–4.

[А55] Davydov V.Yu., Klochikhin A.A. Electronic states in InN and lattice dynamics of InN and InGaN / Indium Nitride and Related Alloys / edited by T.D. Veal, C.F. McConville, W.J. Schaff.– Boca Raton.: CRC Press, 2009. –pp.181–241.

[А56] Давыдов В.Ю., Клочихин А.А., Смирнов А.Н., Страшкова И.Ю., Крылов А.С., Lu H., Schaff W.J., H.-M. Lee, Y.-L. Hong, Gwo S. Резонансное рамановское рассеяние и дисперсия полярных оптических и акустических фононов в гексагональном InN // ФТП. –2010. –Т.44. –№2. –С.170–179.

[А57] Давыдов В.Ю., Клочихин А.А., Китаев Ю.Э., Смирнов А.Н., Гончарук И.Н., Смирнов М.Б. Исследования фундаментальных характеристик фононного спектра нитридных полупроводников (AlN, GaN, InN) и диагностика структур на их основе методом комбинационного рассеяния света. Обзор // Сборник трудов конференции «Комбинационное рассеяние – 80 лет исследований». –2010 (в печати).