3.1. 99-02-16796 3.2. Теоретическое исследование электронных и оптических свойств и процессов роста полупроводниковых гетероструктур с квантовыми точками и напряженными квантовыми ямами. 3.3. 02-200, 02-202, 02-205 3.4. Количественная оценка влияния параметров компьютерной модели эпитаксиального роста на эволюцию рельефа вицинальной поверхности. Рельеф предполагается характеризовать зависящими от времени корелляционными функциями изгибов ступеней на растущей поверхности. Расчет оже-рекомбинации в сферических квантовых точках без учета многочастичных процессов релаксации носителей. Развитие метода температурных функций Грина в применении к носителям, описываемым в рамках 4-х зонной модели Кейна. Исследование зависимости скоростей излучательной и оже- рекомбинации от параметров квантовых точек с целью оптимизации полупроводниковых лазеров на квантовых точках. Анализ влияния электрического поля на процессы рассеяния носителей в 2D и 3D сверхрешетках из квантовых точек Предполагается также исследовать процесс образования двумерных зародышей на сингулярной поверхности кристалла при эпитаксиальном росте в условиях полной конденсации (при отсутствии испарения с поверхности), при этом будет уделено внимание роли нестационарности диффузионных процессов на поверхности. Выявление роли последовательности облучений ионами, влияния различных температур облучения и отжига на поведение дефектной системы в SiC при имплантации ионами Al и N с целью выбора оптимальных условий получения твердого раствора SiC/AlN. 3.5. Методом Монте-Карло проведено моделирование процесса фасетирования вицинальной поверхности [001] соединений типа A3B5 c разориентацией в направлении [010] и показан устойчивый характер этого процесса. По материалам этой работы в редакцию журнала SST сдана статья. Задача анализа влияния электрического поля на процессы рассеяния носителей в 2D и 3D сверхрешетках из квантовых точек решена частично: Проведен качественный анализ зависимости времени фазовой релаксации электронов, испытывающих блоховские осцилляции, от величины и направления постоянного электрического поля и показана возможность с помощью выбора величины и направления электрического поля существенного увеличения времени жизни Блоховских осцилляций на порядки. Согласно плану были рассчитаны энергетические спектры и волновые функции электронов и дырок в сферических квантовых точках прямозонных полупроводников в рамках четырехзонной модели Кейна. Согласно плану построены температурные функции Грина носителей заряда описываемых в рамках четырехзонной модели Кейна. Показано, при 2D-нуклеации на сингулярной поверхности в пределе малых потоков атомов на поверхность при отсутствии испарения необходимо учитывать сильную неоднородность распределения адатомов по подложке. Предложена модель, корректно описывающая нуклеацию в этих условиях. Работа готовится к публикации. Развита предложенная ранее физическая модель процессов эволюции структуры карбида кремния при имплантации ионами азота и алюминия и отжиге с учетом влияния коплексов радиационных дефектов и обусловленных ими полей напряжений, проведены расчеты с помощью разработанного программного компьютерного комплекса DYTRIRS-MGEAR, осуществлены сравнения расчетных и экспериментальных результатов. Сверх плана были рассчитаны спектры и волновые функции электронов и дырок в квантовых ямах в квантующем магнитном поле в рамках четырехзонной модели Кейна. Получены аналитические выражения для коэффициента оже-рекомбинации носителей в квантовой яме при наличии магнитного поля перпендикулярного плоскости ямы как функция температуры, ширины ямы и величины магнитного поля. Сверх плана дан теоретический анализ процессов внутризонного поглощения, обусловленного фотовозбуждением носителей с уровней в КТ в состояния непрерывного спектра в процессе лазерной генерации. В дополнение и вне ранее заявленных задач, обобщена теория пороговых характеристик лазеров на КТ на случай многих излучательных переходов. В дополнение и вне ранее заявленных задач, обобщена теория многомодовой генерации, обусловленной эффектом выжигания пространственных провалов в лазере на КТ, на случай низких температур. Сверх объявленной задач, предложена несложная модельная вариационная функция, которая позволяет единым образом с хорошей точностью получить энергию двумерных трехчастичных электрон-дырочных комплексов (X+ и X- трионов) во всем диапазоне отношений масс электрона и дырки. 3.6. Рассчитаны коэффициент поглощения света и сечения фотовозбуждения электронов и дырок для внутризонных переходов из локализованных состояний в квантовых точках в состояния непрерывного спектра в процессе лазерной генерации. Получены зависимости коэффициента поглощения и сечений фотовозбуждения от размера КТ и глубин потенциальных ям для носителей. Показано, что поглощение света в процессе фотовозбуждения существенно для работы лазера только при очень низких полных потерях, например, в случае длинных резонаторов. Обобщена теория пороговых характеристик лазеров на КТ на случай многих излучательных переходов. Изучено влияние микроскопических параметров (степени вырождения и интеграла перекрытия для переходов) на коэффициент усиления лазера. Рассчитан пороговый ток в виде функции от потерь и определены условия для плавного и скачкообразного изменения длины волны лазерной генерации с ростом потерь. Промоделированы пороговые характеристики лазера на основе InAs/GaAs пирамидальных КТ. Показано, что малые значения интегралов перекрытия для оптических переходов в таких КТ (и следовательно большие времена спонтанной излучательной рекомбинации) могут являться основной причиной низких значений модального коэффициента усиления, недостаточных для достижения лазерной генерации при небольших (несколько сотен мкм) длинах резонаторов. Обобщена теория многомодовой генерации, обусловленной эффектом выжигания пространственных провалов в лазере на КТ, на случай низких температур. Показано, что порог многомодовой генерации контролируется временем спонтанной рекомбинации в КТ и не зависит от температуры (в отличие от режима высоких температур, в котором он контролируется конечными временами термических выбросов носителей из точек и экспоненциально зависит от температуры). Получены зависимости порога многомодовой генерации от параметров структуры и температуры. Предсказанное нами увеличение порога многомодовой генерации с ростом температуры может приводить к большей линейности ватт-амперной характеристики лазера при высоких температурах, что наблюдалось экспериментально. Указаны пути оптимизации лазера на КТ с целью подавления эффекта выжигания пространственных провалов и повышения порога многомодовой генерации. Показано, что оптимизация лазера на квантовых точках, имеющая целью повышение порога многомодовой генерации, отличается от оптимизации, имеющей целью минимизацию плотности порогового тока. С помощью новой вариационной функции получена зависимость энергии двумерных X+ и X- трионов во всем диапазоне отношений масс электрона и дырки. Предложенная вариационная функция позволяет получить правильное значение энергии трионов даже в пределах иона H- и молекулы H2+, что до этого не удавалось сделать единым образом. Выявлены условия, при которых затухание блоховских осцилляций здесь происходит на несколько порядков медленнее, чем в сверхрешетках из квантовых ям. Столь большое время жизни открывает возможность наблюдения и практического использования блоховских осцилляций при комнатной температуре. Исследованы механизмы оже-рекомбинации носителей в квантовых ямах в присутствии поперечного магнитного поля. Показано, что существуют три различных механизма оже-рекомбинации: (1) беспороговый, связанный с рассеянием носителей на гетерогранице; (2) квазипороговый, связанный с локализацией носителей в квантовой яме; (3) резонансный оже-процесс, связанный с квантованием Ландау в магнитном поле. Все три механизма оже-рекомбинации являются беспороговыми процессами. Коэффициенты оже-рекомбинаци, соответствующие трем процессам оже-рекомбинации, имеют разную зависимость от температуры, магнитного поля и параметров квантовой ямы. В приближении слабого магнитного поля, при конечной ширине квантовой ямы ,первый и второй процессы оже - рекомбинации остаются беспороговыми; третий процесс оже - рекомбинации перестает быть резонансным и становится пороговым оже-процессом. (G.G. Samsonidze, G.G. Zegrya, Phys. Rev. B, accepted for publication). Получены волновые функции носителей заряда в сферических квантовых точках в рамках четырехзонной модели Кейна. Исследованы зависимости коэффициента оже-рекомбинации в сферических квантовых точках от температуры и радиуса точек. В рамках температурных функций Грина исследовано влияние электрон-фононного и электрон-электронного механизмов рассеяния на коэффициент оже-рекомбинации в однородных полупроводниках. (Г.Г. Зегря, А.С. Полковников, Усиление оже-рекомбинации в полупроводниках за счет процессов релаксации, подготовлена для печати в ЖЭТФ). В рамках метода присоединенных плоских волн исследован спектр электронов для двумерной сверхрешетки из цилиндрических квантовых точек beta-HgS в матрице beta-GaS. Найдена зависимость ширины минизоны для электронов и их эффективной массы от геометрических размеров квантовых точек и расстояния между ними. (Н.В. Ткач, А.М. Маханец, Г.Г. Зегря, Sem. Sci. and Tech., 2000, n. 15, pp. 395-398). Разработана физическая модель эволюции дефектной структуры карбида кремния при имплантации ионами азота и алюминия и отжиге. На основе разработанной и развитой модели эволюции дефектной структуры карбида кремния при имплантации ионами азота и алюминия и отжиге, учитывающей поля упругих напряжений сжатия, созданных комплексами межузельных атомов и имплантированных ионов, с помощью программного компьютерного комплекса DYTRIRS-MGEAR рассчитаны распределения дефектов, удовлетворительно согласующиеся с экспериментальными RBS-данными для различных температур облучения. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов позволило установить иерархию дефектов, образованных в процессе имплантации, а также выявить роль кластеров радиационных дефектов и создаваемых ими упругих напряжений сжатия на диффузию межузельных атомов. 3.7. Поглощение света при фотовозбуждении носителей из локализованных состояний в квантовых точках в состояния непрерывного спектра в процессе лазерной генерации и его влияние на рабочие характеристики лазера нами рассмотрены впервые. Систематический анализ пороговых характеристик лазеров на КТ в случае многих излучательных переходов ранее отсутствовал в литературе. Такой анализ нами дан впервые; впервые промоделированы характеристики инжекционных лазеров на основе InAs/GaAs пирамидальных КТ. Эффект выжигания пространственных провалов и обусловленная им многомодовая генерация в лазере на КТ не рассматривались ранее в литературе; они рассмотрены нами впервые. Предложенная вариационная функция является развитием на случай произвольных трехчастичных AAB систем известных модельных функций иона H- и молекулы H2+. В таком виде она используется впервые. Впервые рассматриваются блоховские осцилляции в сверхрешетках из квантовых точек. Все полученные результаты оригинальны. Впервые получены аналитические выражения для волновых функций носителей заряда в квантовых ямах в присутствии поперечного плоскости ямы магнитного поля в рамках четырехзонной модели Кейна. Впервые получены зависимости коэффициентов оже-рекомбинации в квантовых нитях и квантовых точках от радиуса, высоты гетеробарьеров и температуры. Найден спектр электронов для двумерной сверхрешетки из цилиндрических квантовых точек. Впервые предложена адекватная теоретическая модель эволюции дефектов в карбиде кремния с учетом влияния кластеров радиационных дефектов и создаваемых ими полей упругих напряжений на диффузию межузлий при высокодозной высокотемпературной имплантации ионами азота и алюминия. 3.8. Теоретический анализ фотовозбуждения носителей с уровней в КТ в состояния непрерывного спектра в процессе лазерной генерации опубликован в ведущем отечественном журнале по физике полупроводников (Физика и техника полупроводников, 2001, 35 (3)). Результаты по моделированию пороговых характеристик инжекционных лазеров на основе InAs/GaAs пирамидальных КТ, полученные в сотрудничестве с коллегами из Института физики твердого тела Технического университета Берлина, докладывались на одной из наиболее авторитетных международных конференций по тематике исследований (SPIE's International Symposium PHOTONICS WEST'2000, Сан Хосе, США). Теория эффекта выжигания пространственных провалов и многомодовой генерации в лазере на КТ опубликована в ведущем международном журнале по квантовой электронике (IEEE Journal of Quantum Electronics, 2000, 36 (10)) и не имеет аналогов в мировой литературе. В связи с ростом интереса к двумерным электрон-дырочным комплексам простое моделирование последних является актуальным и может способствовать прогрессу знаний в этой области. О соответствии результатов исследования блоховских осцилляций в сверхрешетках из квантовых точек мировому уровню свидетельствует их публикации в одном из ведущих отечественных научных журналов и их представление на главной международной научной конференции по физике полупроводников.(ICPS 25, Osaka, Japan, 2000). Расчеты волновых функций в квантовых ямах в присутствии поперечного магнитного поля, в квантовых точках выполнены для конечной высоты гетеробарьеров в рамках четырехзонной модели Кейна, что соответствует мировому уровню. Расчеты оже-коэффициентов в данных типах гетероструктур не имеют аналогов в мировой литературе. В литературе имеется достаточно большое количество экспериментальных данных относительно модификации карбида кремния при облучении, однако отсутствуют физические модели, адекватно описывающие эволюцию таких структур под воздействием падающих ионов. 3.9. Для расчета коэффициента поглощения света и сечений фотовозбуждения электронов и дырок при внутризонных переходах из локализованных состояний в квантовых точках в состояния непрерывного спектра в процессе лазерной генерации использовался простейший подход (не учитывающий сложную структуру валентной зоны и взаимодействие c- и v-зон), дающий верхнюю оценку указанных величин. Именно такая оценка требуется для определения условий, при которых процесс фотовозбуждения носителей может существенно сказаться на рабочих характеристиках лазеров на КТ. Для моделирования рабочих характеристик длинноволновых лазеров на КТ рассчитывались из первых принципов спектры коэффициента усиления и ток спонтанной излучательной рекомбинации. Использовались результаты расчетов вероятностей оптических переходов в КТ, учитывающих поля упругих напряжений и пьезоэлектрический эффект в них. Анализ эффекта выжигания пространственных провалов и явления многомодовой генерации проведен впервые. Для расчета порога многомодовой генерации при произвольной температуре решались скоростные уравнения (уравнения баланса) для электронов, дырок и фотонов. В этих уравнениях учитывались процессы захвата носителей в КТ и термических выбросов из них, диффузии свободных носителей в поперечном и продольном направлениях в резонаторе (направления инжекции носителей и вывода излучения соответственно), спонтанной излучательной рекомбинация в КТ и в объемной области и стимулированной излучательной рекомбинация в КТ. Было получено общее выражение для порога многомодовой генерации, которое анализировалось в предельных случаях высоких и низких температур. При изучении трехчастичных электрон-дырочных комплексов использовался вариационный метод с новой вариационной функцией. Для описания кинетики носителей в СРКТ использовалось штарковское представление собственных функций электронов в СРКТ в электрическом поле, найденное авторами в ходе предыдущей работы и впервые опубликованное в текущем году. Для описания блоховских осцилляций и рассеяния использовался формализм матрицы плотности для СРКТ в штарковском и фурье- сопряженном ему хаустоновском представлении. Для расчета волновых функций носителей заряда в квантовых ямах в присутствии магнитного поля, а также в сферических квантовых точках использовалась четырехзонная модель Кейна с конечным значением константы спин-орбитального расщепления. В рамках этой модели, граничные условия на интерфейсе были найдены из условия сохранения нормальной компоненты плотности потока вероятности. Таким образом, вместо обычно используемых волновых функций соответствующих гетеробарьерам бесконечной высоты были получены более реалистичные волновые функции, соответствующие конечной высоте гетеробарьеров. Для нахождения спектра электронов для двумерной сверхрешетки из цилиндрических квантовых точек beta-HgS в матрице beta-GaS был использован метод присоединенных плоских волн. Для исследования роста поверхности была создана и применяется программа динамического моделирования роста методом Монте-Карло, приспособленная для использования на персональном компьютере и описывающая процессы как роста, так и отжига на достаточно большой поверхности. Программа учитывает существенную анизотропию химических связей на поверхности ковалентных кристаллов. 3.10.1. 9 3.10.2. 10 3.11. 1 3.12. 2 3.13. 0 3.14. 150000 3.15.1. Частичная оплата монитора 6776 руб. 3.16.1.