Анотація до роботи:

Кройтор О.П. Структурні характеристики багатошарової системи за даними двокристальної Х-дифрактометрії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2003.

Дисертація присвячена експериментальному та теоретичному дослідженню методами Х-променевої дифрактометрії впливу умов росту, складу сполук та процесів міжшарової взаємодифузії на структурні характеристики багатошарових нанорозмірних систем, що містять квантові ями . Встановлені основні структурні параметри багатошарової системи . Показано, що присутність азоту значно зменшує параметри невідповідності ґраток квантової ями і підкладки. На границях розділу гетерошарів відбуваються процеси взаємодифузії, а саме, атоми In дифундують в бар'єрний шар, а атоми Ga – в квантові ями. Концентрація індію в окремих шарах КЯ змінюється в межах 12-37%, азоту 0,1-4%. Показано, що ступінь розмиття границь розділу квантової ями типу значно впливає на інтенсивність фотолюмінесценції та величину зміщення основного максимуму в "блакитну" область спектру. Короткочасний (~10 с) температурний відпал значно покращує фотолюмінесцентні характеристики даної системи. Багатошарові структури з деформаційно-компенсаційними бар'єрними шарами GaAsN є більш досконалими.

Досліджено б

агатошарові структури з КЯ типу з і без буферних шарів, які відрізняються температурними умовами утворення КЯ. Товщина КЯ у більшості зразків складає 6,8 нм (12 атомних шарів).

Отримані теоретичні і експериментальні результати поглиблюють розуміння особливостей динамічного розсіяння Х-променів на одномірно-періодичних структурах і дозволяють вивчити особливості інтерференційних хвильових полів, що формуються в таких середовищах в умовах брегівської дифракції. З аналізу одержаних результатів слідують наступні висновки:

1. Встановлено, що процеси взаємодифузії компонент In та Ga зумовлюють розмиття границі розділу квантової ями типу . Методами високороздільної Х-променевої топографії, двокристальної спектрометрії, дифрактометрії, а також чисельного моделювання Х-променевих кривих гойдання досліджено різні гетерофазні наноструктури, що містять квантові ями типу . Визначено розміри квантових ям, параметри кристалічних ґраток, процентний вміст компонент, ступінь аморфізації шарів, а також характер розмиття границі розділу між ними, встановлено кореляцію між ступенем досконалості кристалічної структури квантових ям у зразках і формою спектрів фотолюмінісценції.

2. Для випадку щойно вирощеного зразка, краща відповідність між експериментальними кривими гойдання і розрахованими досягається при розмитті КЯ на глибину 1,2 нм при загальному зменшенні In на 8,5%. Показано, що значне перемішування In«Ga на границі розділу відбувається навіть у щойно вирощених КЯ і . У процесі вирощування КЯ відбувається взаємодифузія атомів In в бар'єрний шар GaAs і атомів Ga – у КЯ, в результаті чого утворюється тонка і градуйована границя розділу. Встановлено кількісні критерії, що визначають взаємозв'язок структурних особливостей будови нанорозмірних систем із характером просторового розподілу інтенсивності кривих дифракційного розсіяння Х-променів.

3. Дифузія атомів In у бар'єрний шар GaAs зменшує невідповідність ґраток на границі розділу гетерошарів, тобто зумовлює релаксацію деформації у сусідніх шарах з КЯ. Для щойно вирощеного шару з КЯ деформація невідповідності складає 1,3 % в центрі КЯ. Взаємодифузія компонент InGa на інтерфейсі шарів зменшує деформацію стиску до 0,98% на границі розділу з КЯ. У бар'єрній області напруги стиску зростають до 0,25% при довжині дифузії In L_d=0,565 нм.

4. Визначено вміст азоту і індію та структурні параметри системи . Вміст індію в окремих атомних площинах КЯ змінюється від 12% до 37%, вміст азоту в межах 0,14%. Наявність азоту в квантових ямах і буферних шарах з утворенням Ga-N зв'язків значно зменшує кутову розорієнтацію КЯ з підкладкою GaAs, що є наслідком зменшення деформацій невідповідності. Відповідно параметри неузгодженості ґраток КЯ і герметизуючих шарів зменшуються. В цілому, багатошарові структури з деформаційно-компенсаційними бар'єрними шарами GaAsN є більш досконалими. Про це свідчить тонка осциляційна структура інтенсивності максимумів відбивання Х-променів на кривих гойдання.

5. Короткочасний відпал зумовлює зменшення деформацій на границях розділу між шарами і значний приріст інтенсивності фотолюмінесценції, оскільки відбувається впорядкування структури. Релаксація напруг між шарами може приводити до появи квантових точок і дислокацій, а границя розділу при цьому стає шорсткою. Ступінь розмиття границь розділу квантової ями типу значно впливає на інтенсивність фотолюмінесценції та величину зміщення основного максимуму в "блакитну" область спектру.

6. Чисельне моделювання процесів розсіяння Х-променів у випадку багатошарових систем проводилось з використанням не тільки кінематичної, але і динамічної теорії розсіяння Х-променів. Повнішого опису розсіяння на такого роду гетероструктурах можна досягти не лише з урахуванням інструментальних факторів, а й з включенням у теоретичну модель ефектів дифузного розсіяння на квантових точках у перехідних шарах, а також на атомних шорсткостях міжшарових границь.

7. Розроблені нові алгоритми комп'ютерного моделювання процесів розсіяння Х-променів на надґраткових системах відкривають нові можливості Х-променевих досліджень для отримання селективної інформації про параметри розупорядковання надтонких шарів наноструктур.

Список цитованої літератури

1*. Takagi S.A. Dynamical theory of difraction for a distorted crystal // J. Phys. Soc. Japan. - 1969. - 26, No.5. - P.1239-1253.

2*.Chan M.C.Y., Surya C., Wai P.K.A. The effects of interdiffusion on the subbands in quantum well for 1,3 and 1,55 mm operation wavelengths // Journal of Applied Physics. - 2001. - 90, No.1. - P.197-201.

3*. Xu S.J., Wang H., Li Q., Xie M.H., Wang X.C., Fan W.J., Feng S.L. X-ray diffraction and optical characterization of inter diffusion in self-assembled InAs/GaAs quantum-dot superlattices // Physics Letters. - 2000. - 77, No.14. - P.2130-2132.

Основні результати роботи викладені в наступних публікаціях:

1. Борча М.Д, Гультай Л.Л., Кройтор О.П. Вплив приповерхневої деформації на трьохвильове аномальне проходження рентгенівських променів // Науковий вісник Чернівецького університету. Фізика. - 1998. - в.30. - С. 114-119.

2. Molodkin V.B., Pessa M., Palevscu E.M., Fodchuk I.M., Kislovskii E.N., Olikhovskii S.I., Vladimirova T.P., Gimchinnsky O.G., Kroitor O.P., Skakunova E.S. X-ray diffraction investigation of multilayered structure // Металлофизика и новейшие технологии. - 2002. - т.24, №4. - С.477-495.

3. Фодчук І.М., Кройтор О.П., Гевик В.Б., Гімчинський О.Г., Молодкін В.Б., Кисловський Є.М., Оліховський С.І., Песса М., Павелеску Е.М. Міжшарова взаємодифузія у багатошарових структурах за даними двокристальної Х-променевої дифрактометрії // Науковий вісник Чернівецького університету. Фізика. Електроніка. - 2003. - в.157. - С.5-18.

4. Фодчук И.М., Кройтор О.П., Гевик В.Б., Гимчинский О.Г., Молодкин В.Б., Кисловский Е.М., Олиховский С.И., Песса М., Павелеску Е.М. Структура многослойных систем по данным двухкристальной рентгеновской дифрактометрии // Металлофизика и новейшие технологии. - 2003. - т.25, №8. - С.1019-1031.

5. Fodchuk I.M., Gevyk V.B., Gimchinsky O.G., Kislovskii E.N., Kroytor O.P., Molodkin V.B., Olihovskii S.I., Pavelescu E.M., Pessa M. Structural changes in the multilayer systems containing quantum wells // Semiconductor physics, quantum electronics and optoelectronics. - 2003. - Vol. 7. - №3. - Р.227-234.

6. Крицун И.И., Фодчук И.М., Борча М.Д., Кройтор О.П. Многоволновая дифрактометрия тонких приповерхностных слоев кристаллов // Международная конференция, посвященная методам рентгенографической диагностики несовершенств в кристаллах, применяемых в науке и технике, 11-15 октября 1999. - Черновцы (Украина). - 1999. - С.39-43.

7. Гультай Л.Л., Кройтор О.П. Четырехволновая (220,400,) дифракция рентгеновских лучей в деформированных кристаллах // Международная конференция, посвященная методам рентгенографической диагностики несовершенств в кристаллах, применяемых в науке и технике, 11-15 октября 1999. - Черновцы (Украина). - 1999. - С. 53-55.

8. Gultay L.L., Fodchuk I.M., Raransky M.D., Borcha M.D., Kroytor O.P. Multiwave x-ray diffraction in crystals with one-dimensional strain field // 3d International school-conference on PPMSS, 7-11 September, 1999.- Chernivtsi (Ukraine). - 1999. - P.13-17.

9. Борча М.Д., Гультай Л.Л., Кройтор О.П., Раранский Н.Д., Фодчук И.М. Аномальное многоволновое прохождение рентгеновских лучей в кристалле с одномерным полем деформаций // The VII International conference of physics and technology of thin films (ICPTTF-VII) October, 4-8, 1999. - Ivano-Frankivsk (Ukraine). - 1999. - P.184.

10. Фодчук И.М., Раранский Н.Д., Баловсяк С.В., Кройтор О.П. Исследования наноструктур и границ раздела гетерофазных систем рентгеновскими методами // ІІІ национальная конференция по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов. 21-25 мая 2001, Москва (Россия). - 2001. - С.267.

11. Фодчук И.М., Раранский Н.Д., Баловсяк С.В., Кройтор О.П, Литвинчук И.В. Ренгеновская структурная диагностика наноструктур и границ раздела гетерофазных систем // The VII International Conference of Physics and Technology of Thin Films (ICPTTF-VII). Івано-Франківськ-2001. - Івано-Франківськ (Україна). - 2001. - С.147-148.

12. Кройтор О.П., Гевик В.Б, Фодчук И.М. Рентгендифракционные исследования многослойных систем InGaAsN/GaAs // IX Международная конференция "Фізика і технологія тонких плівок" (МКФТТП-ІХ), 19-24 травня, 2003. - Івано-Франківськ (Україна). - 2003. - С.142-143.