WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

4|, k E + T1 + T2 (TO). (10) Из приведенных уравнений следует, что колебание типа A1 подвержено влиянию со стороны только объемных вывод о том, что пористый слой в основном состоит из LO-фононных мод. Аналогично этому T1 управляется нанокристаллов GaAs. Для данного образца фактор заобъемными поперечными оптическим фононами. Поэтополнения, пропорциональный его пористости, оказался му эффект размерного квантования будет существенным равным C = 0.75. Необходимо отметить, что в основу образом сказываться на изменении частоты колебания Aрасчета была заложена цилиндрическая геометрия НК, и менее всего — для T1. Промежуточный случай имеправомерность которой в данном случае не очевидна.

ет место для колебания типа T2. Недостатки данной Как правило, для GaAs в процессе травления характерно модели проявляются при рассмотрении вибрационных образование на его поверхности кристаллитов пирамисвойств поверхностных атомов. Предполагается, что дальной формы. Тем не менее, как видно рис. 3, имеет атомы, формирующие поверхность НК GaAs, имеют место удовлетворительное совпадение экспериментальтакой же заряд, как и атомы в его объеме. В итоных и расчетных данных.

ге получается, что НК можно считать электрически Из рис. 3 также можно видеть, что зависимость R() нейтральным. Следует отметить, что подобный вопрос имеет сложную форму, адекватно воспроизвести котоотносится к числу спорных, так как общее количество рую удается, если принять во внимание эффекты локаанионов в НК не обязательно должно совпадать с общим лизации оптических фононов в объеме НК GaAs. Кроме количеством катионов, и, как следствие этого, общий того, используя подход, изложенный в работе [13], можзаряд на проверхности НК может быть отличным от но попытаться оценить размеры НК, формирующих слой нуля. Вполне вероятно, что именно это допущение и por-GaAs. В результате проведенных расчетов получиявилось причиной завышения значения теоретически лось значение среднего диаметра НК, равное 6.2 нм, что рассчитанной частоты моды A1 по сравнению с чахорошо совпадает с оценкой (d 5.9нм), полученной стотой объемного LO-фонона в GaAs. Тем не менее из спектров КРС в этом образце и d 6.3нм по можно экстраполировать значения частот колебаний, данным ФЛ. Более того, значение частоты SO-фонона, представленных в [14], и попытаться оценить средний полученное из спектра ИК отражения, SO = 283.7см-1, размер нанокристаллов, формирующих пористый слой вполне соответствует этой величине, оцененной из GaAs, спектр которого показан на рис. 3, в рамках экспериментов по комбинационному рассеянию света обсуждаемой модели. Ближе всего экспериментальные (SO = 284.0см-1). В дополнение к этому, воспольи теоретические данные располагаются друг к другу зовавшись результатами теоретико-группового расчета, для значения диаметра НК d 62, что следует из проведенного недавно авторами работы [14] для НК GaAs, можно, зная частоты пространственно ограниченЭкспериментальные и теоретические [14] значения частот ных оптических фононных мод, оценить средний радиус колебательных мод в образце por-GaAs, спектр которого нанокристаллов. Здесь тем не менее имеет место опрепредставлен на рис. 3. Значения частот даны в см-деленная трудность, связанная с тем, что максимальная частота колебательной моды, полученная в [14] в рамках A1 A2 E T1 Tмодели поля эмпирических валентных сил (empirical Данные работы [14], r = 31 289.3 275.3 285.1 282.3 287.valence force field model), оказалась равной 305 см-1, что Экспериментальные результаты 288.8 275.1 280.8 278.1 283.выше частоты LO-фонона в арсениде галлия (в точке Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 262 А.И. Белогорохов, С.А. Гаврилов, И.А. Белогорохов, А.А. Тихомиров сравнения результатов, представленных в таблице. Если принять во внимание тот факт, что пришлось провести экстраполяцию результатов, полученных в [14], совпадение можно считать вполне удовлетворительным. Необходимо подчеркнуть тем не менее, что реально в экспериментальном оптическом спектре присутствует большее число колебаний, чем предсказывается в работе [14].

Здесь следует вспомнить о том, что некоторые из мод типа E, T1 и T2 двукратно или трехкратно вырождены.

Снятие вырождения может иметь место по нескольким причинам, в том числе и геометрического характера: при переходе от сферической геометрии, например, к цилиндрической. В квантовой нити снимается вырождение с двух поперечных колебаний, которое имеет место в объРис. 5. Изображение рельефа поверхности образца пористого емных изотропных полупроводниках [11]. Нанокристалл, GaAs n-типа, полученное с помощью AFM-сканирования.

имеющий размер 8 нм, состоит из 11855 атомов [14], из которых может быть сформирована та или иная геометрическая форма самого НК. Поэтому в нашем случае можно ожидать, что колебательные свойства por-GaAs 5. Результаты AFM-анализа могут быть описаны в рамках формализма протяженных в одном направлении нанокристаллов GaAs. Частично В качестве примера на рис. 5 представлены резульэто подтверждается как результатами работы [14], так и таты AFM-анализа поверхности слоя por-GaAs, поданными, представленными на рис. 3 и рассчитанными лученного с использованием тех же технологических в соответствии с уравнениями (3)–(6). Кроме того, в режимов, что и образец, спектры КРС и FTIR которого работе [6] наблюдалась „столбчатая“ структура слоя демонстрировались на рис. 2 и 3. Из рис. 5 можно por-GaAs. Здесь уместно добавить, что попытка опивидеть картину упорядоченного расположения НК GaAs, сать реальную структуру спектра отражения образцов средний диаметр которых составляет 6.7 нм. Отсутпористого GaAs с помощью подхода, в основу которого ствуют НК пирамидальной формы, появление которых заложена треугольная геометрия в сечении квантовой следует ожидать, если проводить химическое травление нити [15], не принесла желаемых результатов.

поверхности кристаллического арсенида галлия [16].

При уменьшении среднего радиуса нанокристаллов, Следовательно, сделанные выше, при обсуждении ресоставляющих пористый слой GaAs, происходит дальзультатов FTIR-спектроскопии, предположения о том, нейшая трансформация спектра отражения, заключаючто НК GaAs имеют форму, отличную от пирамидальщаяся в том, что частоты колебаний, соответствующих ной, получили экспериентальное подтверждение. Подобпространственно ограниченным фононным модам, сменый факт может быть следствием того, что процесс щаются к частоте поперечного оптического фонона. При электрохимического травления происходит по иному этом отражательная способность материала в данной сценарию. Полученное значение d 6.7 нм удовлетвообласти волновых чисел уменьшается. Все сказанное рительно согласуется как с результатами спектроскопии проиллюстрировано на рис. 4.

КРС и FTIR, так и с данными ФЛ.

6. Заключение В работе дано описание процесса получения слоев пористого GaAs с помощью метода электрохимического травления и представлены результаты исследований их оптических и структурных свойств. Показано, что морфология слоя por-GaAs, поверхностные состояния и размер нанокристаллов, составляющих пористый слой, существенным образом зависят от типа проводимости исходного монокристаллического GaAs. В инфракрасных оптических спектрах и спектрах КРС обнаружено как смещение пиков основных оптических фононов, так и появление колебательных мод, локализованных в объеме НК, а также поверхностных фононов. Дано объяснение сложной структуры FTIR-спектров por-GaAs. Показано, Рис. 4. Спектр отражения R() образца por-GaAs (r 25-27 ). что в образцах por-GaAs n-типа проводимости появлеФизика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Оптические свойства пористого наноразмерного GaAs ние сигнала ФЛ в видимой области спектра обусловлено Optical properties of a nanosized квантово-размерными эффектами. С помощью методов porous GaAs AFM и XPS были проведены исследования морфологии A.I. Belogorokhov, S.A. Gavrilov, I.A. Belogorokhov+, por-GaAs и химического состава нанокристаллов. Было A.A. Tikhomirov установлено, что сохраняется стехиометрия состава НК, а также имеет место равномерный нанорельеф поверх- Institute of Rare Metals, ностей por-GaAs, полученных на подложках арсенида 119017 Moscow, Russia галлия n-типа проводимости, что может быть важным Moscow Institute of Electronic Engineering, при их дальнейшем использовании в качестве мате- 103498 Moscow, Russia + риала подложки для получения эпитаксиальных слоев M.V. Lomonosov Moscow State University, GaAs с улучшенными структурными свойствами. По 119899 Moskow, Russia результатам спектроскопии КРС можно контролировать присутствие на поверхности НК окислов As2O3 и Ga2O3.

Abstract

Optical properties of a porous GaAs obtained electroЗначения среднего диаметра нанокристаллов GaAs, форchemically on n- and p-type GaAs(100) plates have been studied.

мирующих слой por-GaAs, полученные по результатам The GaAs wafer doping type considerably affect nanocrystal спектроскопии КРС, FTIR, ФЛ и AFM, хорошо согласу- shape, nanocrystal average diameter and chemical surface states.

ются друг с другом.

Low-frequency Raman shift of the peaks, conditioned by the main optical phonons, in the Raman spectra of the porous GaAs was Работа выполнена в рамках проектов РФФИ (№ 03observed. The values of the frequencies of surface phonons 02-16938, № 02-03-32223) и „Интеграция“ (И-0964).

obtained from the Raman spectra and the infrared reflectivity spectra well coincide. Comparing the reflectivity spectra of a porous GaAs with the ones of a GaAs crystal, the changes in Список литературы the spectral dependences of the reflectance within the phonon resonance region may be seen. The surface morphology of porous [1] D.J. Lockwood, P. Schmuki, H.J. Labbe, J.W. Fraser. Physica GaAs prepared on the substrate of an n-type GaAs has been E, 4, 102 (1999).

studied using the atomic-force microscopy. A nanosized contour [2] Н.С. Аверкиев, Л.П. Казакова, Э.А. Лебедев, Ю.В. Рудь, А.Н. Смирнов, Н.Н. Смирнова. ФТП, 34 (6), 757 (2000). of the porous GaAs surface was watched. Estimations of the size [3] Д.Н. Горячев, О.М. Сресели. ФТП, 31 (11), 1383 (1997).

of nanocrystals in a porous GaAs both by the Raman and infrared [4] В.В. Мамутин, В.П. Улин, В.В. Третьяков, С.В. Иванов, spectroscopy as well as the photoluminescence and atomic-force С.Г. Конников, П.С. Копьев. Письма ЖТФ, 25 (1), 3 (1999).

microscopy agree well.

[5] Ю.Н. Бузынин, С.А. Гусев, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, А.В. Мурель, О.И. Хрыкин, В.И. Шашакин.

Письма ЖТФ, 26 (7), 64 (2000).

[6] А.И. Белогорохов, В.А. Караванский, А.Н. Образцов, В.Ю. Тимошенко. Письма ЖЭТФ, 60 (4), 262 (1994).

[7] A.I. Belogorokhov, Yu.A. Pusep, L.I. Belogorokhova. J. Phys.:

Condens. Matter, 12, 3897 (2000).

[8] Ю.Н. Бузынин, С.А. Гусев, Ю.Н. Дроздов, А.В. Мурель.

ЖТФ, 70 (5), 128 (2000).

[9] Е.А. Виноградов, И.И. Хаммадов. Спектроскопия объемных и поверхностных фононов кристаллов (Ташкент, Фан, 1989).

[10] R. Enderlein. Phys. Rev. B, 47, 2162 (1993).

[11] Ж. Панков. Оптические процессы в полупроводниках (М., Мир, 1973).

[12] A.V. Ghainer, G.I. Surdutovich. Phys. Rev. A, 50, 714 (1994).

[13] А.И. Белогорохов, Л.И. Белогорохова. ФТТ, 43 (9), 1693 (2001).

[14] S.-F. Ren, Z.-Q. Gu, D. Lu. Sol. St. Commun., 113, 273 (2000).

[15] M.A. Stroscio, K.W. Kim, M.A. Littlejohn, H. Chuang. Phys.

Rev. B, 42 (2), 1488 (1990).

[16] Травление полупроводников, пер. с англ. под ред. С.Н. Горина (М., Мир, 1965).

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.