Исследование фотоадмиттанса структур с квантовыми ямами на основе нитридов индия-галлия

В процессе работы проводились измерения адмиттанса (емкости, проводимости) и фотоадмиттанса светодиодных структур с квантовыми ямами InGaN/GaN в области температур от 10 до 300 К на частотах от 0,1 до 100 кГц, в темноте и при возбуждении монохроматическим светом. Исследованы вольт-фарадные характеристики, температурные спектры адмиттанса. Фотовозбуждение приводило к изменению емкости за счет накопления заряда в области квантовых ям, а также к смещению и расщеплению пика от квантовой ямы в температурном спектре проводимости. Полученные результаты показали высокую информативность фотоадмиттансной диагностики.

В настоящее время полупроводниковые гетероструктуры и квантово-размерные структуры широко используются при создании высокочастотных транзисторов, лазеров, светодиодов, фотоприемников и других электронных приборов. В этой связи исследование свойств таких структур является важной задачей с научной и практической точки зрения.
Объектом исследования являются структуры с квантовыми ямами на основе индия-галлия.
Цель работы – исследование фотоадмиттанса структур с квантовыми ямами на основе нитридов индия-галлия.

Среди неразрушающих методов диагностики квантоворазмерных структур наиболее высокой информативностью обладают фотоэлектрические методы, такие как исследование фототока, фотопроводимости и фотоемкости.  

В работе проводится исследование адмиттанса (емкости, проводимости) структур с квантовыми ямами на основе нитридов индия-галлия. При этом образец возбуждается как электрическим путем (постоянное смещение и переменный сигнал заданной частоты), так и падающим монохроматическим светом.

Ожидается, что анализ полученных данных о емкости и проводимости при оптическом возбуждении должен выявить некоторые особенности структуры, связанные с наличием квантовых ям.

Фотоадмиттансная спектроскопия, вольт-фарадное профилирование, нитрид галлия, твердые растворы на основе нитрида галлия, квантовые ямы InGaN-GaN.

В данной работе проводились исследования адмиттанса (емкости, проводимости) и фотоадмиттанса структур с квантовыми ямами на основе нитридов индия-галлия в области температур от 10 до 300 К. Образец возбуждался не только электрическим путем, то есть постоянным смещением и переменным сигналом заданной частоты, но и падающим монохроматическим светом.

Были измерены вольт-фарадные характеристики при различных температурах. По вольт-фарадным характеристикам был рассчитан профиль концентрации электронов, по пикам которого удалось определить приблизительное положение квантовых ям. Исследовались температурные спектры адмиттанса при различных смещениях, на частотах от 0,1 кГц до 100 кГц. На спектрах наблюдались три типа пиков, предположительно связанных с эмиссией носителей заряда с глубокого уровня, мелкого примесного центра, а также из связанного состояния в квантовой яме. Были оценены энергии активации этих процессов.

Исследования спектров фототока показали, что он формируется носителями заряда, генерируемыми светом в области квантовых ям. По отсечкам фототока со стороны высоких и низких энергий была оценена ширина запрещенной зоны материала квантовых ям и барьеров, и ее изменение с температурой. В высокотемпературном спектре фотоемкости наблюдался длинноволновый хвост, вероятно связанный с оптическими переходами с участием глубоких центров и примесных состояний. Зависимости фототока и фотоемкости от приложенного смещения немонотонны, прослеживаются особенности, связанные с прохождением границы области объемного заряда через квантовые ямы. Кроме того, пик в температурном спектре адмиттанса, связанный с эмиссией носителей заряда из квантовых ям, при подсветке смещается и расщепляется на два отдельных пика.

Таким образом, результаты работы показали, что исследование фотоадмиттанса структур с квантовыми ямами является очень информативным методом диагностики.

1.Федоров, А. В. Оптика наноструктур [Текст]/ А. В. Федоров. - СПб.: "Недра", ФТИ им. Иоффе, 2005. – 326 с.
2. Демиховский, В. Я. Квантовые ямы, нити, точки. Что это такое? [Текст] / В. Я. Демиховский // Соросовский образовательный жур-нал. – 1997. - № 5. – С. 80-86.
3. О современных мощных светодиодах и их светотехническом приме-нении [Текст] / А. В. Аладов, Е. Д. Васильева, А. Л. Закгейм и др. // Светотехника. – 2010. - № 3. – С. 8-16.
4. Физика. Большой энциклопедический словарь [Текст] / гл. ред. А. М. Прохоров. – 4-е изд.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. - 824 с.
5. Пихтин, А. Н. Квантовая и оптическая электроника [Текст]: учебник / А. Н. Пихтин. – М.: Абрис, 2012. – 656 с.: ил.
6. Фотоотражение от квантовой ямы GaAs/GaAlAs при комнатной тем-пературе [Текст] / В. Л. Берковиц, А. О. Гусев, И. В. Кочнев и др. // ФТТ. – 1993. – Т. 35. – № 4. – С. 1107-1109.

The paper presents the measurements of the current-voltage characteris-tics in various temperatures, that has allowed to establish the concentration profile. The peaks of this profile indicate the approximate position of the quantum wells. The analysis of the admittance temperature spectra with differ-ent biases demonstrates that its peaks characterize the behavior of the charges in the proximity of a quantum well. The study of the photo-current spectra shows that the current is created by the charges generated by light in the area of quantum wells. In the high temperature spectrum of the photo capacity a long-wave tail was observed. It may be related to the optical transitions con-cerning deep centers and impurity states. The results show that studies of the photo-admittance of structures with quantum wells is a productive method of diagnostics