Введение
Глава 1. Физические свойства металл-полупроводниковых композитных структур на основе соединений A2B6 и A3N, золота и алюминия . 15
1.1 Свойства полупроводниковых гетероструктур. 15
1.1.1 A2B6 гетероструктуры для оптоэлектроники видимого диапазона. 15
1.1.2 A3N гетероструктуры для оптоэлектроники видимого диапазона. 16
1.1.3 A3N гетероструктуры для оптоэлектроники УФ диапазона 19
1.1.4 Кристаллическая структура и электронные зоны соединений А2В6 и А3N. 20
1.1.5 Псевдоморфные гетероструктуры на основе соединений A2B6 и A3N. 25
1.1.6 Экситоны в кристаллах типа сфалерита и вюрцита. 26
1.1.7 Спонтанное излучение в A2B6 и A3N гетероструктурах 29
1.1.8 Квантовые ямы 31
1.1.9 Квантовые точки. 34
1.2 Фазовый распад в InGaN. 35
1.3 Оптические свойства металлических структур на основе золота и алюминия. 37
1.4 Плазмон-поляритонное усиление люминесценции в композитных структурах. 43
1.4.1 Изменение скорости спонтанной рекомбинации вблизи металлической поверхности. 43
1.4.2 Спонтанное излучение диполя около плоской металлической поверхности. 45
1.4.3 Спонтанное излучение диполя около металлического шара. 52
Глава 2. Экситон-плазмонное взаимодействие в композитных структурах Zn(Cd)Se/Au и AlGaN/Al. 58
2.1 Эпитаксиальные гетероструктуры на основе Zn(Cd)Se и AlGaN. 58
2.1.1 Конструкция, морфология и фотолюминесценция гетероструктур с квантовыми точками CdSe 58
2.1.2 Конструкция, морфология и фотолюминесценция гетероструктур AlGaN . 61
2.2. Конструкция и оптические свойства нанокомпозитов металл-полупроводник Zn(Cd)Se/Au и AlGaN/Al. 63
2.2.1 Параметры композитных структур Zn(Cd)Se/Au и AlGaN/Al,
определяющие возможность возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов 63
2.2.2 Резонансные характеристики структур Zn(Cd)Se/Au. 65
2.2.3 Резонансные характеристики структур AlGaN/Al. 68
2.2.4 Роль шероховатости границы металл-полупроводник для вывода излучения плазмон-поляритонов в структурах Zn(Cd)Se/Au и AlGaN/Al. 70
2.2.5 Измерения времени жизни ФЛ в композитных структурах Zn(Cd)Se/Au. 73
2.2.6 Усиление и ослабление ФЛ в композитных AlGaN/Al структурах в зависимости от структуры пленки алюминия. 79
2.3 Выводы. 82
Глава 3. Фазовый распад в наноколончатых слоях InGaN . 82
3.1 Конструкция экспериментальных образцов. 82
3.2 Измерения среднего состава тройного раствора . 84
3.3 Микро-фотолюминесцентные исследования и особенности локального распределения состава InXGa1-XN. 87
3.4 Выводы. 92
Глава 4. Плазмонное усиление люминесценции в композитных структурах Zn(Cd)Se-(Au) и InGaN-(Au) с наночастицами металла . 93
4.1. Локальное усиление люминесценции наноколончатого слоя InGaN и квантовых точек Zn(Cd)Se безапертурным зондом сканирующего ближнепольного оптического микроскопа. 93
4.1.1 Оптимизация параметров полупроводниковых гетероструктур с металлическими наночастицами для достижения эффективного усиления люминесценции 93
4.1.2 Локальная модификация люминесценции гетероструктур при сканировании их поверхности зондом ближнепольного микроскопа с прикрепленной золотой наночастицей. 97
4.2 Эффекты экситон-плазмонного взаимодействия в композитных структурах на основе наноколончатого InGaN и коллоидных наночастиц золота 103
4.2.1 Формирование композитных структур на основе коллоидных наночастиц золота. 103
4.2.2 Микро-фотолюминесценция наноколончатого слоя InGaN с коллоидными золотыми наночастицами . 106
4.2.3 Катодолюминесценция композитных структур InGaN с коллоидными золотыми наночастицами. 107
4.4 Выводы. 110
Глава 5. Усиление люминесценции в гибридных структурах InGaN/Au/Si3N4 с напыленными металлом и диэлектриком . 110
5.1 Конструкция и основные параметры композитных структур InGaN/Au и InGaN/Au/Si3N4. 110
5.1.1 Оптимизация конструкции образцов 110
5.1.2 АСМ измерения трехмерной морфологии гибридной структуры 115
5.1.3 Изготовление экспериментальных образцов и описание методики оптического эксперимента. 116
5.2 Наблюдение усиления «желто-красной» люминесценции InGaN в композитных структурах 119
5.3 Обоснование плазмонного характера усиления ФЛ в композитных структурах 121
5.3.2 Соотношение скоростей излучательной и безызлучательной рекомбинации в гибридных и реперных структурах. 127
5.3.3 Роль напыления диэлектрика S3N4 поверх пленки золота 131
5.3.4 Интерпретация результатов в рамках модели усиления локализованными поверхностными плазмон-поляритонами в энтрузиях золота между наноколоннами 132
5.4 Выводы. 138
Заключение. 139
Публикации по теме диссертации. 141
Список литературы 144
