WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

В случае состояний КТ DLTS-сигнал определяется соотношением C/C = ndL/2NdW, где C — емкость слоя объемного заряда при напряжении обратного смещения, при котором производится измерение DLTS-сигнала, Рис. 3. Спектры DLTS p-n-гетероструктур с 2 рядами КТ nd — поверхностная плотность электронов, захваченных InAs/GaAs: a — структура с dGaAs = 100, Uf = -0.01 В и на локализованные состояния, L — глубина распоUb = -2.43 В; b — структура с нелегированной прослойкой ложения слоя квантовых точек, W —ширина области GaAs, dGaAs = 40, Ub = -0.73 (1), -1.36 (2), -2.18 (3), объемного заряда, Nd — концентрация доноров в слое -2.78 (4), -2.78 В с подсветкой (5), -3.39 В (6). Спектры GaAs. Следовательно, увеличение заселенности локаполучены для окна темпов эмиссии 200 с-1.

лизованных состояний (nd) должно приводить к росту DLTS-сигнала. Изменение заселенности при оптической подсветке связывается с генерацией неравновесных ноИз C-V -измерений были определены диапазоны на- сителей и со смещением в результате этого положения пряжений смещения, при которых в спектрах DLTS квазиуровня Ферми электронов ближе к краю зоны должны наблюдаться сигналы, связанные с эмиссией проводимости. Эти эффекты являются отличительными носителей из состояний ВСКТ. Для определения про- характеристиками локализованных состояний и позвостранственной локализации DLTS-сигналов и природы ляют отождествить все наблюдаемые DLTS-пики как в уровней, ответственных за эти сигналы, были проведены структуре с dGaAs = 100 (E1 и E2), так и в структуре измерения спектров при постоянной величине напряже- с dGaAs = 40 (E1, E2, E3, E4, E5) с квантовыми ния импульса заполнения Uf и варьировании величины состояниями ВСКТ.

импульса напряжения Ub, при котором регистрировался Эти исследования позволили также сделать вывод о DLTS-сигнал. Результаты, полученные с помощью про- низкой концентрации точечных дефектов с глубокими свечивающей электронной микроскопии для структур уровнями в матрице GaAs, в которую погружены КТ с толщиной прослойки GaAs dGaAs = 15 и 40 между InAs. Концентрация точечных дефектов с учетом чувслоями InAs, свидетельствуют о наличии двухслойной ствительности нашего DLTS-спектрометра была меньше системы КТ, электронно-сопряженных в вертикальном 1012 см-3, что оказалось недостаточным для их проявнаправлении. Волновые функции островков перекрыва- ления в спектрах DLTS непосредственно, а также для ются, и электронные свойства ВСКТ представляют со- образования диполей с одиночными КТ [18–22].

бой свойства единого объекта. Для структур с толщиной DLTS-пики E1 и E2 в структуре с dGaAs = прослойки GaAs dGaAs = 100 также наблюдается обра- были узкими и имели острые максимумы. Для всех зование двухслойной системы КТ, но без их сопряжения пяти DLTS-пиков E1, E2, E3, E4, E5 структуры с 6 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 340 М.М. Соболев, А.Е. Жуков, А.П. Васильев, Е.С. Семенова, В.С. Михрин, Г.Э. Цырлин, Ю.Г. Мусихин dGaAs = 40 наблюдалось уширение и небольшое размытие максимумов, что может быть связано с рядом причин, среди которых: 1) туннельный эффект ухода дырок через возбужденные состояния ВСКТ в валентную зону и 2) флуктуация размеров квантовых точек. Вклад туннельного эффекта будет значительным при более низких температурах DLTS-измерений. В этом случае в DLTS-спектре вместо пика, связанного с термоэмиссией носителей, должно наблюдаться плато, которое образуется при условии, что темп эмиссии постоянен и независим от температуры [25]. При более высоких температурах DLTS-измерений эмиссия определяется процессами термоионизации носителей из состояний КТ [25,26]. Эти условия измерения реализуются в наших экспериментах. Термоэмиссия носителей может происходить из основного состояния сразу в соответствующую зону или через возбужденные состояния с участием состояний смачивающего слоя. В работе [27] было показано, что двухступенчатый процесс с участием состояний смачивающего слоя является маловероятным и может быть исключен из рассмотрения. В работе [27] было показано также, что термоэмиссия электронов должна происходить из основного состояния КТ в матрицу GaAs.

Это связывалось авторами [27] с тем обстоятельством, что время релаксации электронов из возбужденного состояния в основное значительно меньше постоянной времени DLTS-измерения. Можно также предположить, что в структуре с ВСКТ с прослойками GaAs толщиной dGaAs 40 реализуется неполное сопряжение квантовых точек в одну систему и для носителей возможен процесс туннелирования между состояниями квантовых Рис. 4. Зависимости температурного положения максимумов точек при приложении электрического поля. Возможно, пиков DLTS от величины импульса напряжения Ub для струкчто имеется еще одна причина уширения DLTS-пиков — тур с dGaAs = 100 (a) и 40 (b).

чередующиеся тонкие слои GaAs и квантовые точки InAs образуют сверхрешетку, где происходит гибридизация квантовых состояний в минизоны. В любом случае наблюдаемое уширение DLTS-пиков дает основание для структуры с толщиной прослойки dGaAs = предполагать, что определенный вклад в процесс ухода наблюдается всего два квантовых состояния, E1 и E2, носителей из ВСКТ вносит туннельный процесс, но он смещение Штарка уровней энергий которых незначине является основным и определяющим.

тельно (1-2) мэВ. При уменьшении толщины проДля пиков DLTS, интерпретируемых как связанные слойки между двумя рядами КТ от 100 до 40 нас квантовыми состояниями точек, было обнаружено, блюдается увеличение числа квантовых состояний от что температурное положение максимумов зависит от до 5, происходит также увеличение смещения Штарка величины напряжения импульса обратного смещения Ub, для уровней энергии квантовых состояний от единиц при котором измерялся данный DLTS-спектр. Это связыдо десятков милливольт. Кроме того, для структуры вается с проявлением квантово-ограниченного эффекта с dGaAs = 40 наблюдаются пересечения зависимостей Штарка. Зависимости температурного положения мактемпературного положения максимумов DLTS-пиков Eсимумов DLTS-пиков от величины Ub приведены на и E4 (рис. 4, b) от величины Ub. Эти особенности рис. 4, a, b. Температурное смещение максимумов пиков двух структур с dGaAs = 100 и 40, а также изменеE1 и E2 для структуры с толщиной прослойки между ния, происшедшие в спектрах DLTS и в зависимостях двумя рядами КТ dGaAs = 100 находилось в пределах температурного положения максимумов DLTS-пиков от 7K (рис. 4, a), что соответствует (1-2) мэВ. Подобвеличины напряжения импульса обратного смещения Ub, ные смещения Штарка для уровней энергии квантовопозволяют сделать вывод, что DLTS-пики E1 и Eго состояния являются характерными для одиночных структуры с dGaAs = 100 могут быть связаны с основКТ [10,26]. Для структуры с толщиной прослойки между ным и возбужденным состояниями одиночных КТ, а сама двумя рядами КТ dGaAs = 40 температурное смещение структура может быть охарактеризована как содержащая максимумов DLTS-пиков E1-E5 изменялось в пределах от 9 до 21 K, что соответствует (10-40) мэВ. Сле- пары одиночных несвязанных КТ (рис. 4,a). В случае довательно, наши DLTS-исследования показывают, что структуры с толщиной прослойки между двумя рядами Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Связывание состояний электронов в молекуле квантовых точек InAs/GaAs КТ dGaAs = 40 происходит габридизация основных (1s) дало нам основание охарактеризовать структуру с толи возбужденных (2p) квантовых состояний ВСКТ и щиной прослойки между двумя рядами КТ dGaAs = квантово-механическое туннелирование носителей, при- как содержащую пары одиночных несвязанных КТ с водящее к их расщеплению на связанные (1s+, 2p+) двумя квантовыми состояниями, а структуру с толщиной и антисвязанные (1s-, 2p-) состояния. На рис. 4, b прослойки dGaAs = 40 как систему с парами КТ в кривые, по-видимому, в этом случае отображают за- фазе молекул. Гибридизация состояний электронов двух висимости смещения Штарка от электрического поля квантовых точек, образующих КТ-молекулу, приводит для положений максимумов спектра DLTS, являющихся к появлению связанных и антисвязанных, основных и функциями энергий уровней связанных и антисвязанных, возбужденных состояний 1s+, 1s-, 2p+, 2p-, 3d+, основных и возбужденных состояний ВСКТ. Эти зави- формирующихся из состояний КТ.

симости подобны приведенным в теоретической рабоРабота выполнена при поддержке РФФИ (проект те [10] для массива, состоящего из двух рядов ВСКТ № 03-02-16703).

при сопряжении КТ, находящихся в фазе молекулы, причем для случая, когда латеральные размеры островков каждого последующего ряда постепенно увеличиваются.

Список литературы В таком случае квантовые состояния структуры могут быть атрибутированы соответственно состояниям моле[1] M.V. Maximov, Yu.M. Shernyakov, A.F. Tsatsul’nikov, кулы квантовых точек: E5 —1s+, E4 —2p+, E3 —1s-, A.V. Lunev, A.V. Sakharov, V.M. Ustinov, A.Yu. Egorov, E2 — 2p-, E1 — 3d+. Таким образом, в данной A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, P.S. Kop’ev, L.V. Asryan, Zh.I. Alfeработе подтверждено, что две КТ InAs в зависимости от rov, N.N. Ledentsov, D. Bimberg, A.O. Kosogov, P. Werner. J.

толщины прослойки GaAs между ними могут находиться Appl. Phys., 83, 556 (1998).

либо в фазе пары несвязанных КТ, либо в фазе молекулы.

[2] T. Lundstrom, W. Schoenfeld, H. Lee, P.M. Petroff. Science, При этом гибридизация электронных состояний пары 286, 2312 (1999).

КТ приводит к расщеплению основных и возбужденных [3] M. Korkusinski, P. Hawrylak. Phys. Rev. B, 63, 195 состояний пары одиночных КТ на связанные и антисвя(2001).

занные состояния 1s+, 1s-, 2p+, 2p-, 3d+ КТ-молекулы.

[4] X.Q. Li, Y. Arakawa. Phys. Rev. A, 61, 06 230 (2000).

[5] I.N. Stranski, L. Krastanow. Sitzungsberichte d. Akad. d. Wissenscaften in Wien (Abt. lib, 1937) band 146, p. 797.

4. Заключение [6] D. Bimberg, M. Grundmann, N.N. Ledentsov. Quantum Dot Heterostructures (Wiley, Chichester, 1998).

Мы провели детальные DLTS-исследования эмис[7] N.N. Ledentsov, V.A. Shchukin, M. Grundmann, N. Kirсии электронов с квантовых состояний вертикальноstaedter, J. Bhrer, O. Schmidt, D. Bimberg, V.M. Ustinov, сопряженных квантовых точек InAs/GaAs в зависимости A.Yu. Egorov, A.E. Zhukov, P.S. Kop’ev, S.V. Zaitsev, от толщины прослойки GaAs между двумя рядами КТ N.Yu. Gordeev, Zh.I. Alferov, A.I. Borovkov, A.O. Kosogov, и от величины напряжения обратного смещения Ub. S.S. Ruvimov, P. Werner, U. Gsele, J. Heydenrech. Phys.

Rev. B, 54, 8743 (1996).

Гетероструктуры InAs/GaAs с ВСКТ были получены [8] B. Partoens, F.M. Peeters. Phys. Rev. Lett., 84, 4433 (2000).

методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках [9] F. Troiani, U. Hohenester, E. Molinari. Phys. Rev. B, 65, n+-GaAs с ориентацией (100) в результате двукратного 161 301 (2002).

осаждения 2 монослоев InAs, разделенных прослойкой [10] W. Sheng, J.-P. Leburton. Phys. Rev. Lett., 86 (16), 167 GaAs толщиной 15, 40 и 100. DLTS-исследования пока(2002).

зали существование в спектрах структур с dGaAs = [11] W. Sheng, J.-P. Leburton. Appl. Phys. Lett., 81, 4449 (2002).

двух пиков, а в спектрах структур с dGaAs = 40 A пяти [12] M. Bayer, P. Hawrylak, K. Hinzer, S. Fafard, M. Korkusinski, пиков, амплитуды которых изменялись при оптической Z.R. Wasilewski, O. Stern, A. Forchel. Science, 291, подсветке в процессе DLTS-измерений, что позволило (2001).

связать пики с состояниями ВСКТ. Изменение темпе- [13] I. Shrichman, C. Metzner, B.D. Gerardot, W.V. Schoenfeld, ратурного положения DLTS-пика с ростом величины P.M. Petroff. Phys. Rev. B, 65, 081 303 (2002).

[14] T. Bryllet, M. Borgstrom, T. Sass, B. Gustafson, L.-E. Werнапряжения обратного смещения было определено как nersson, W. Seifert, L. Samuelson. In: Abstracts 26th Int.

проявление квантово-ограниченного эффекта Штарка Conf. Physics of Semicond. (Edinburgh, Scotland, UK, 2002) для состояний электронов ВСКТ. Целый ряд наблюдаеpt 3, p. 2.

мых с помощью DLTS-измерений фактов, происходящих [15] H.J. Krenner, A. Zrenner, G. Abstreiter. In: Abstracts 26th Int.

при уменьшении толщины прослойки между двумя ряConf. Physics of Semicond. (Edinburgh, Scotland, UK, 2002) дами КТ от 100 до 40, а именно pt 1, p. 204.

— изменение количества квантовых состояний, [16] G. Ortner, I. Yugova, G. Baldassarri Hger von Hgersthal, — увеличение величины смещения Штарка для уровA. Larionov, H. Kurtze, D.R. Yakovlev, M. Bayer, ней энергии квантовых состояний электронов от 1-S. Fafard, Z. Wasilewski, P. Hawrylak, Y.B. Lyanda-Geller, до 10-40 мэВ, T.L. Reinecke, A. Babinski, M. Potemski, V.B. Timofeev, — пересечение зависимостей уровней энергии элекA. Forchel. Phys. Rev. B, 71, 125 335 (2005).

тронов от величины напряжения обратного смещения, [17] D.V. Lang. J. Appl. Phys., 45, 3023 (1974).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 342 М.М. Соболев, А.Е. Жуков, А.П. Васильев, Е.С. Семенова, В.С. Михрин, Г.Э. Цырлин, Ю.Г. Мусихин [18] М.М. Соболев, А.Р. Ковш, В.М. Устинов, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов. ФТП, 31, 1249 (1997).

[19] М.М. Соболев, И.В. Кочнев, В.М. Лантратов, Н.А. Берт, Н.А. Черкашин, Н.Н. Леденцов, Д.А. Бедарев. ФТП, 34, 200 (2000).

[20] М.М. Соболев, В.М. Устинов, А.Е. Жуков, Ю.Г. Мусихин, Н.Н. Леденцов. ФТП, 36, 1089 (2002).

[21] M.M. Sobolev, V.M. Ustinov, G.E. Cirlin. Physica B, 340–342, 1103 (2003).

[22] М.М. Соболев, Г.Э. Цырлин, Ю.Б. Самсоненко, Н.К. Поляков, А.А. Тонких, Ю.Г. Мусихин. ФТП, 39, 131 (2005).

[23] М.М. Соболев, А.Р. Ковш, В.М. Устинов, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, Ю.Г. Мусихин. ФТП, 33, 184 (1999).

[24] M.M. Sobolev, A.R. Kovsh, V.M. Ustinov, A.Yu. Egorov, A.E. Zhukov, Yu.G. Musikhin. J. Electron. Mater., 28, (1999).

[25] X. Letartre, D. Stivenard, M. Lanno, E. Barbier. J. Appl.

Phys., 69, 7336 (1991).

[26] P.W. Fry, I.E. Itskevich, D.J. Mowbray, M.S. Skolnick, J.J. Finley, J.A. Barker, E.P. O’Reilly, L.R. Wilson, I.A. Larkin, P.A. Maksym, M. Hopkinson, M. Al-Khafaji, J.P.R. David, A.G. Cullis, G. Hill, J.C. Clark. Phys. Rev. Lett., 84, (2000).

[27] S. Ghosh, B. Kochman, J. Singh, P. Bhattacharaya. Appl. Phys.

Lett., 76, 2571 (2000).

Редактор Л.В. Шаронова Coupling of electronic states in an InAs/GaAs quantum-dot molecule M.M. Sobolev, A.E. Zhukov, A.P. Vasil’ev, E.S. Semenova, V.S. Mikhrin, G.E. Cirlin, Yu.G. Musikhin Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

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.