WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 2 Дихроизм пропускания света массивом квантовых проволок GaAs, самоформирующихся на нанофасетированной поверхности (311)A © В.А. Володин, М.Д. Ефремов, Р.С. Матвиенко, В.В. Преображенский, Б.Р. Семягин, Н.Н. Леденцов, И.Р. Сошников, Д. Литвинов, А. Розенауэр, Д. Герцен Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия Новосибирский государственный университет, 630090 Новосибирск, Россия Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Laboratory of Electron Microscopy, University of Karlsruhe, 76128 Karlsruhe, Germany E-mail: volodin@isp.nsc.ru (Поступила в Редакцию 9 июня 2004 г.) Дихроизм пропускания света (зависимость пропускания от направления поляризации) был обнаружен в гофрированных сверхрешетках GaAs/AlAs, выращенныx на нанофасетированной поверхности (311)А.

Наблюдаемый эффект связывается со структурной анизотропией — формированием массива квантовых проволок GaAs, что было подтверждено данными высокоразрешающей электронной микроскопии. В сверхрешетках GaAs/AlAs, содержащих квантовые проволоки, была обнаружена также поляризационная анизотропия фотолюминесценции, наблюдаемой в желто-красном диапазоне длин волн.

Исследования сверхрешеток (СР) GaAs/AlAs, выра- слоев GaAs — 1 nm (образец 1) и 1.7 nm (образец 2).

щенных на периодически нанофасетированных поверх- Количество периодов в образцах 1 и 2 составляло ностях интересны для создания латеральных сверхре- 150 и 100 соответственно. Для исследования спектров шеток, содержащих массивы квантовых проволок (КП) пропускания методом селективного травления были изс уникальными оптическими и транспортными свой- готовлены мембраны с помощью удаления подложки ствами [1–3]. Подобные структуры являются перспек- до прозрачного AlAs-буфера. В качестве селективного тивными для создания лазеров (в том числе каскад- травителя использовался раствор аммиака и перекиси ных) с вертикальным резонатором и фотоприемников водорода в соотношении 1 : 10. Cпектры пропускания в инфракрасного диапазона на межподзонном поглощении поляризованном свете регистрировали, используя спекдля регистрации света, падающего под углами, близ- трометр СФ-30 в двухлучевой схеме с поляризаторами кими к нормали [1,3–5]. Возможность формирования в канале с образцом и в канале сравнения. Для возбужмассива КП в СР GaAs/AlAs, выращиваемых на на- дения фотолюминесценции (ФЛ) применялся Ar+-лазер нофасетированной поверхности (311)А, впервые была ( = 448 nm), а спектры ФЛ(с разрешением по полярипродемонстрирована в [6]. Было показано, что при зации с использованием в качестве поляризатора призмы гетероэпитаксии GaAs/AlAs в условиях нанофасетиро- Глана) регистрировались с применением спектрометра вания поверхности (311)А происходит формирование СДЛ-1 с фотоумножителем ФЭУ-79 в качестве приемвертикально-коррелированного массива КП, расстояние ника. Исследования методом высокоразрешающей элекмежду которыми совпадает с периодом фасеток — тронной микроскопии (ВРЭМ) были проведены с ис 3.2 nm вдоль направления (011). КП вытянуты вдоль пользованием прибора Philips CM200 FEG/ST. Методика направления (233), модуляция их толщины определяется ВРЭМ исследований подробно изложена в работе [8].

высотой фасеток, равной 1 nm.

На рис. 1 приведены спектры пропускания СР Экспериментальные образцы были изготовлены с GaAs6/AlAs10 (311)A (образец 1) для света, поляриприменением метода молекулярно-лучевой эпитаксии. зованного вдоль и поперек направления КП. Спектры Температура роста составляла 550C, более подробно измерялись при комнатной температуре. Видно сильное условия роста описаны в работе [7]. На подложке различие в пропускании (а следовательно, и в погло(311)A (разориентация подложки от направления (311) щении) света с различной поляризацией — дихроизм.

была менее 15 ) с буфером GaAs в 0.1 µm и AlAs в Различие наиболее существенно в диапазоне фундамен0.2 µm были выращены СР GaAs/AlAs. Наличие нанофа- тального поглощения света в сверхрешетке. Данные по сетирования поверхности (возникновение структурной зависимости поглощения от поляризации света коррелиреконструкции поверхности (8 1)) подтверждалось руют с данными по поляризационной анизотропии фотополучаемыми in-situ данными по дифракции быстрых люминесценции (рис. 2). Минимум в пропускании света, электронов. Эффективная толщина слоев AlAs состав- поляризованного вдоль направления роста КП (233), ляла 1.7 nm (десять монослоев в направлении (311)), а совпадает с максимумом в сигнале ФЛ (рис. 1 и 2).

Дихроизм пропускания света массивом квантовых проволок GaAs... GaAs менее 3.5 nm являются сверхрешетками второго типа [10]. Но в нашем случае период сверхрешетки и толщины слоев оказываются ультрамалыми; следовательно, барьеры как для электронов, так и для дырок являются туннельно-тонкими и они не строго локализованы в слоях либо GaAs, либо AlAs. Таким образом, квантовые проволоки предположительно не являются изолированными, а представляют собой туннельно-связанный массив. При этом дополнительная латеральная симметрия, приводящая к свертке зоны Бриллюэна, возникает не только вдоль направления роста (311), но и вдоль направления, перпендикулярного нанофа сеткам (011). Латеральный период (период фасеток) вдоль этого направления составляет 3.2 nm. Высокая периодичность фасеток с периодом 3.2 nm неоднократно подтверждалась различными методиками, например по данным сканирующей электронной микроскопии [11].

По-видимому, свертка зоны Бриллюэна в двух направлениях обусловливает перемешивание электронных состояний из -, X- и L-долин, что приводит к более эффективной излучательной рекомбинации в данной структуре по сравнению со сверхрешетками, выращенными вдоль высокосимметричного направления (100).

Можно также предположить, что менее интенсивная ФЛ (или вообще отсутствие сигнала) от СР GaAs/AlAs, Рис. 1. Спектры пропускания сверхрешетки GaAs6/AlAsвыращенных на поверхности (311)В, связана с менее яр(311)A, содержащей КП.

Сигнал ФЛ в данной поляризации примерно в 2.5 раза превышает сигнал ФЛ, поляризованный вдоль направ ления (011), т. е. поперек КП. Дихроизм пропускания и выделенная поляризация сигнала ФЛ, по-видимому, связаны с зависимостью вероятности фундаментальных оптических переходов от поляризации электромагнитной волны. Необходимо отметить, что спектры ФЛ регистрировались при комнатной температуре, возбуждающий свет от аргонового лазера был поляризован вдоль направления (233), плотность накачки составляла приблизительно 100 W/cm2. При этом наблюдался довольно интенсивный сигнал ФЛ (видимый глазом) в желто-красном спектральном диапазоне. Максимум ФЛ соответствовал оранжевому излучению.

В каждом росте помимо СР с ориентацией (311)Авыращивались „side-by-side“ (т. е. в абсолютно тех же условиях) образцы-спутники с ориентацией (100) и (311)В.

В полярных полупроводниках направления (311)А и (311)В не эквивалентны, а ориентация подложки (сторона А или В) определялась по анизотропии химического травления. Для образцов-спутников никакого сигнала ФЛ при комнатной температуре не наблюдалось, либо он был на два порядка меньше по интенсивности, а Рис. 2. Спектры фотолюминесценции сверхрешетки его максимум был сдвинут в длинноволновую область GaAs6/AlAs10 (311)A, содержащей КП. Пунктирная линия — спектра [9].

сигнал ФЛ без анализа поляризации, сплошная — излучение Известно, что СР GaAs/AlAs с примерно равными поляризовано вдоль направления (011), штриховая — толщинами слоев GaAs и AlAs при толщинах слоев излучение поляризовано вдоль направления (233).

11 Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 356 В.А. Володин, М.Д. Ефремов, Р.С. Матвиенко, В.В. Преображенский, Б.Р. Семягин, Н.Н. Леденцов...

Список литературы [1] N.N. Ledentsov, D. Litvinov, A. Rosenauer, D. Gerthsen, I.P. Soshnikov, V.A. Shchukin, V.M. Ustinov, A.Yu. Egorov, A.E. Zukov, V.A. Volodin, M.D. Efremov, V.V. Preobrazhenskii, B.P. Semyagin, D. Bimberg, Zh.I. Alferov. J. Electron.

Mater. 30, 464 (2001).

[2] M. Henini, P.A. Crump, P.J. Rodgers. J. Cryst. Growth 150, 446 (1995).

[3] P.O. Vaccaro, MHirai, K. Fujita, T. Watanabe. J. Phys. D: Appl.

Phys. 29, 2221 (1996).

[4] R. Ntzel, N.N. Ledentsov, L.A. Dweritz, K. Ploog. U.S.

Patent 5, 714, 765 (Issued 3.02.1998, priority 29.01.1991).

[5] N.N. Ledentsov, D. Litvinov, D. Gerthsen, G.A. Ljubas, Рис. 3. a — ВРЭМ-изображение (cross section на просвет V.V. Bolotov, B.R. Semyagin, V.A. Shchukin, I.P. Soshnikov, вдоль направления (233)) сверхрешетки GaAs10/AlAs10 (311)A, V.M. Ustinov, D. Bimberg. Proc. of SPIE 4656, 33 (2002).

выращенной в условиях нанофасетирования поверхности, b — [6] R. Ntzel, N.N. Ledentsov, L.A. Dweritz, H. Hohenstein, модель ВРЭМ-изображения в случае формирования идеально K. Ploog. Phys. Rev. Lett. 67, 3812 (1991).

периодического массива КП. Темные участки — участки, [7] M.D. Efremov, V.A. Volodin, V.V. Preobrazhenskii, B.R. Seобогащенные галлием.

myagin, D.V. Marin, R.S. Matvienko, N.N. Ledentsov, I.P. Soshnikov, D. Litvinov, A. Rosenauer, D. Gerthsen.

Physica E 23, 3–4, 461 (2004).

[8] D. Litvinov, A. Rosenauer, D. Gerthsen, N.N. Ledentsov, ко выраженным гофрированием (нанофасетированием) D. Bimberg, G.A. Ljubas, V.V. Bolotov, V.A. Volodin, M.D. Efэтой поверхности по сравнению с поверхностью (311)А.

remov, V.V. Preobrazhenskii, B.R. Semyagin, I.P. Soshnikov.

С другой стороны, фоновые примеси, внедряющиеся в Appl. Phys. Lett. 81, 1080 (2002).

слои из остаточной атмосферы ростовой камеры, могут [9] M.D. Efremov, V.A. Volodin, V.V. Bolotov, V.A. Sachkov, по-разному реагировать с различными поверхностями.

G.A. Lubas, V.V. Preobrazhenski, B.R. Semyagin. Solid State Вместе с тем, однако, сверхрешетки с более толстыми Phenom. 60–70, 507 (1999).

слоями ( 10 nm) AlAs и GaAs, выращенные на (311)А-, [10] M. Nakayama, I. Tanaka, I. Kimura. Japan. J. Appl. Phys. 29, 41 (1990).

(311)В- и (100)-ориентациях, показали сопоставимую [11] L. Geelhaar, J. Marquez, K. Jacobi. Phys. Rev. B 60, 15 интенсивность ФЛ.

(1999).

В СР GaAs/AlAs (311)A c относительно большим [12] М.В. Белоусов, В.Л. Беркович, А.О. Гусев, Е.Л. Ивченко, периодом (6.5 nm и больше) ранее наблюдалась завиП.С. Копьев, Н.Н. Леденцов, А.И. Несвижский. ФТТ 36, симость коэффициента отражения от поляризации све1098 (1994).

та [12]. Наличие ярко выраженной структурной анизо[13] В.А. Володин, М.Д. Ефремов, В.Я. Принц, В.В. Преобратропии в короткопериодных СР GaAs/AlAs (311)Aбыло женский, Б.Р. Семягин, А.О. Говоров. Письма в ЖЭТФ 66, 45 (1997).

подтверждено ранее по данным комбинационного рассе[14] В.А. Володин, М.Д. Ефремов, В.В. Преображенский, яния света в этих структурах [13,14]. Прямые ВРЭМ-данБ.Р. Семягин, В.В. Болотов, В.А. Сачков. ФТП 34, ные также подтверждают наличие КП в сверхрешетках, (2000).

выращенных в условиях нанофасетирования поверхности (311)А (рис. 3). Данные получены для образца 2, выращенного в тех же условиях, что и образец 1.

В этой сверхрешетке, содержащей КП, также наблюдалась поляризационная анизотропия сигнала ФЛ [9].

По ВРЭМ-данным, полученным способом plan-view на многослойных структурах, КП GaAs–AlAs были вытя нуты вдоль направления фасеток (233) [8], а хорошая латеральная периодичность в 3.2 nm свидетельствовала о строгой вертикальной корреляции КП AlAs и GaAs.

Таким образом, можно предположить, что анизотропия оптических свойств (дихроизм пропускания света и поляризованный сигнал ФЛ) короткопериодных СР GaAs/AlAs, выращенных на нанофасетированной поверхности (311)А, определяется их структурной анизотропией — наличием массива КП.

Авторы признательны Р.А. Соотс за помощь в химических обработках при приготовлении мембран.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып.




© 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.