WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 9 |

Position A При излучательной рекомбинации КТ испустит фотон с точно такой же энергией, и, таким образом, кванты возбуждения и люминесценции КТ могут быть разделены лишь в экспериментах с временным разрешением. Точки, имеющие одну и ту же энергию основного состояния, могут иметь различные энергии возбужденных состояний из-за флуктуаций формы КТ и неоднородности полей напряжений. Таким образом, в СВЛ ближайшей по энергии к энергии регистрации является особенность, 875 880 885 связанная с первым возбужденным состоянием экситона Wavelength, nm КТ. Данная, уникальная по сравнению со СВЛ структур Рис. 7. Низкотемпературные (5K) спектры катодолюминесс КЯ, особенность СВЛ КТ позволяет легко определить ценции (КЛ) с высоким пространственным резрешением от наличие в образце КТ чисто оптическими методами, структуры с КТ InAs в матрице GaAs. Вверху — монохропутем сопоставления СВЛ и поглощения (или оптичематическое распределение интенсивности КЛ, внизу — спектр ского отражения). В данной работе было также впервые КЛ при возбуждении, сфокусированном в точке A.

показано, что спектр возбуждения КТ промодулирован с энергией, соответствующей энергии LO-фонона в InAs, что связано с тем, что релаксация в основное состояние КТ осуществляется быстрее, если энергетическое расвлияние параметров роста и состава КТ на их оптические стояние между основным и возбужденным состоянием свойства, определены форма и размер КТ. В работах [56,58] построена гистограмма направлений между данной точкой и ближайшей к ней соседней точкой и установлена корреляция в расположении точек, харак(e,hh) (e,lh) GaAs CAS терная для латерального упорядочения КТ в квадратную решетку с основными осями вдоль направлений [100] и [010].

Вработе [53] также исследовались спектры катодолюминесценции КТ с высоким спектральным и латеральным разрешением (см. рис. 7). Было показано, что пик PLE люминесценции от КТ, уширенный за счет флуктуаций формы и размера островков, при возбуждении сфокусированным электронным пучком распадается на набор PL сверхузких линий от одиночных квантовых точек.

В это же время была опубликована работа француз3LO ской группы о наблюдении сверхузких линий в нанораз- T = 1.8 K 2LO мерных мезах, приготовленных из структур с КТ [79].

1.1 1.2 1.3 1.4 1.Следует отметить, что однозначным доказательством поEnergy, eV добия электронного спектра квантовой точки электронному спектру атома является независимость ширины Рис. 8. Спектры калориметрического поглощения (CAS), фотолюминенсценции (PL) и возбуждения фотолюминесценции линии люминесценции КТ от температуры наблюдения, (PLE) структур с квантовыми точками InAs в матрице GaAs.

впервые продемонстрированная в работе [55].

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Intensity, arb. units 398 Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, В.А. Щукин, П.С. Копьев, Ж.И. Алферов, Д. Бимберг равно кратному числу LO-фононов, и вероятность безыз- явлению в спектре оптического отражения (ОО) ярко лучательной рекомбинации в возбужденном состоянии выраженной особенности, резонансной с линией ФЛ от меньше. Вместе с тем большая спектральная ширина СМЛ островков. Анализ спектров ОО показал, что сила модуляции и наличие эффективной релаксации также осциллятора экситона СМЛ внедрения (rr 80 пс) и для не резонансных экситонов позволили впервые слабо зависит от количества осажденного материала сделать вывод о том, что релаксационные процессы осу- (0.08-0.3 монослоя) [81], что не может быть объяснено ществляются весьма быстро и так называемый эффект в рамках модели узкой квантовой ямы, но согласуется с ”бутылочного горла в КТ” [80] не играет значительной концепцией массива КТ [83].

роли. Впоследствии нами было показано, что время ре- Магнитооптические исследования СМЛ структур былаксации в основное состояние не превышает 25–40 пс в ли проведены в наших работах [82,84]. Было показано, зависимости от геометрии КТ и может быть существенно что энергия связи экситона в СМЛ структуре сущеменьше, чем в структурах с квантовыми ямами [74]. ственно превышает энергию связи экситона в сверхузкой Более того, время релаксации может быть уменьшено квантовой яме аналогичного среднего состава [82]. Эфдо 13 пс в структурах со связанными КТ. С другой фективное рассеяние с переворотом спина в СМЛ струкстороны, следует отметить, что в отличие от структур с турах впервые наблюдалось в работе [84], и нарушение квантовыми ямами время заселения основного состояния правил отбора по импульсу, необходимое для такого в КТ соответствует времени опустошения возбужден- процесса, было интерпретировано как свидетельствуюного состояния КТ, и последнее может быть, таким щее об эффективной локализации экситона на островках.

образом, существенно длиннее времени опустошения Были также определены g-факторы тяжелых и легких верхней подзоны в структурах с КЯ (0.5–1 пс). Данный дырок и соответствующих экситонов.

факт обусловливает большую перспективность исполь- Малая энергия локализации экситона на СМЛ островзования структур с КТ в источниках излучения среднего ках, связанная с их малой толщиной, приводит, однако, к и далекого инфракрасного диапазона на межуровневых эффективному опустошению локализованных состояний переходах. с ростом температуры. Для преодоления указанной проблемы концепция СМЛ внедрений была распространена на систему CdSe–ZnSe, где большие эффективные массы 3.4. Взаимосвязь режимов роста и оптических носителей заряда, большая энергия связи и малый боровсвойств КТ ский радиус экситона делают локализацию экситонов на 3.4.1. Структуры, полученные при субмонослой- СМЛ островках существенно более эффективной [85,86].

ном осаждении. Изменение условий выращивания, В этой системе была также впервые продемонстрисостава и количества осажденного материала оказывает рована большая сила осциллятора, связанная с СМЛ драматическое воздействие на оптические свойства КТ. внедрениями в системе широкозонных соединений. Были Ширина спектра ФЛ от ансамбля КТ типично изменяется также изготовлены структуры с набором плоскостей с в пределах от 100 до 10 мэВ [6,53,56,58]. Влияние СМЛ внедрениями и исследованы их свойства. Так, было количества осажденного InAs и времени прерывания показано, что в СМЛ сверхрешетках лазерная генерация роста после осаждения на концентрацию и размер КТ осуществляется при энергиях, резонансных с основным и люминесцентные свойства структур было исследовано состоянием экситона [85,86]. В отличие от этого в струкв работе [6]. Так, было показано, что субмонослойный турах с КЯ или в объемном материале энергия фотона (СМЛ) рост InAs на GaAs(100) приводит к образованию генерации смещена от экситонного перехода на энергию вытянутых двумерных островков высотой в один моно- одного или даже нескольких LO-фононов в длинноволнослой, как это было впервые предположено в работе [38] вую сторону, что обусловлено необходимостью выполнеи подтверждено впоследствии независимыми исследова- ния правила отбора по импульсу (экситоны с заметным ниями при помощи сканирующей туннельной микроско- импульсом в плоских КЯ, доминирующие при конечных пии [40]. Высокая однородность островков по размерам температурах подложки и высоких плотностях возбуприводит к появлению в спектре ФЛ узкой линии, с ждения, не могут рекомбинировать излучательно, так длинноволновой стороны от линии экситонной люминес- как результирующий фотон должен обладать нулевым ценции GaAs. Отличительной чертой люминесценции импульсом, и дополнительная частица, например фонон, СМЛ внедрений от ФЛ структур со сверхтонкими КЯ требуется для передачи импульса [87]). Таким образом, является отсутствие уширения линии при увеличении локализация экситонов в СМЛ приводит к снятию праплотности накачки, что является особенностью спектра вил отбора по импульсу и лазерная генерация носит реплотности состояний островков [6]. зонансный характер. Комбинация данного факта с больОптические свойства структур с СМЛ внедрения- шой силой осциллятора экситонного перехода позволила ми, которые также могут быть интерпретированы как нам выдвинуть концепцию ”экситонного волноводного структуры с квантовыми точками, ввиду характерных эффекта” и лазера с использованием такого эффекта, в размеров локализующих экситон островков, были иссле- котором отсутствует внешнее оптическое ограничение дованы в работах [81,82]. Было показано, что одиночное активной области слоями с меньшим коэффициентом отСМЛ внедрение InAs в матрицу GaAs приводит к по- ражения, а волноводный эффект достигается за счет резоФизика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. О б з о р нансной модуляции коэффициента преломления, связан8 K ной с экситонным поглощением в СМЛ сверхрешетке и описываемой соотношениями Крамерса–Кронига [88]. В 5PAs настоящее время с использованием указанной концепции реализованы лазеры со сверхузким буферным слоем, сверхмалой концентрацией CdSe в активной области, работающие без внешнего оптического ограничения ма3PAs териалом с меньшим показателем преломления, в том числе, и при комнатной температуре [89].

3.4.2. Трехмерные островки: Влияние количе4ML InAs 480 °C ства осажденного материала, давления мышьяка 514.5 nm 500 W cm-и прерываний роста на люминесценцию КТ. Влияние прерываний роста на ФЛ структур с трехмерными PAs квантовыми точками InAs–GaAs исследовалось в ра 0.боте [6]. Было показано, что увеличение количества осажденного InAs вплоть до 4 монослоев приводит к смещению линии ФЛ КТ в длинноволновую сторону, что согласуется с увеличением характерного размера КТ, обнаруженного при исследованиях методом электронной 1/3PAs микроскопии на просвет. Увеличение средней толщины InAs до величин более 4 монослоев не приводило к дальнейшему сдвигу линии или увеличению размера КТ, 1/6PAs 2ML (a) 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.100 nm Photon energy, eV Рис. 10. Влияние давления мышьяка на структуру и оптические спектры квантовых точек. Электронно-микроскопические изображения с поверхности и спектры фотолюминесценции структур с квантовыми точками InAs в матрице GaAs.

Все структуры получены методом молекулярно-пучковой (b) эпитаксии, количество осажденного InAs — 4 монослоя;

PAs — стандартное давление мышьяка 2·10-6 Тор, при котором формируются когерентно напряженные трехмерные островки (квантовые точки) InAs. Понижение давления мышьяка пода2ML + вляет формирование КТ и приводит к двумерной структуре с 100s GRI рифленой поверхностью. Повышение давления мышьяка приводит к коалесценции трехмерных островков и образованию больших кластеров InAs, содержащих дислокации.

(c) 4ML 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.однако, в структуре появлялись мезоскопические кластеPhoton energy, eV ры, содержащие дислокации, и интенсивность ФЛ таких Рис. 9. Влияние прерывания роста на структуру и оптические структур была меньше. Данные результаты подтвердили спектры квантовых точек. Электронно-микроскопические изофакт наличия ”предельного” или ”равновесного” размера бражения с поверхности и спектры фотолюминесценции струкКТ, следующий из данных электронной микроскопии на тур с квантовыми точками InAs в матрице GaAs. Все струкпросвет [6]. Увеличение времени прерывания роста туры получены методом молекулярно-пучковой эпитаксии при после осаждения КТ приводит к тому, что при той же температуре 480C и давлении паров мышьяка 2 · 10-6 Тор.

средней толщине InAs (2 монослоя) пик ФЛ смещается a — осаждение 2 монослоев InAs, прерывания роста нет;

в длинноволновую сторону, а размер КТ достигает укаb — осаждение 4 монослоев InAs, прерывания роста нет;

занного ”равновесного” значения (см. рис. 9).

c — осаждение 2 монослоев InAs в режиме субмонослойной эпитаксии (циклы по 0.3 монослоя InAs, разделенные интерва- В этой же работе было исследовано влияние давления лами 100 с.) мышьяка на оптические свойства и размер КТ. Было Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Luminescence intensity, arb. units Luminescence intensity, arb. units 400 Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, В.А. Щукин, П.С. Копьев, Ж.И. Алферов, Д. Бимберг показано, что существенное увеличение потока мышьяка при осаждении приводит к деградации люминесцентных свойств и уменьшению характерного размера КТ.

GaAs При этом электронная микроскопия на просвет свиде- AlGaAs тельствует о появлении в структуре мезоскопических InAs кластеров InAs, содержащих дислокации. При больших (a) давлениях мышьяка в спектах ФЛ присутствует лишь линия от смачивающего слоя InAs ( 1.4эВ, 4K).

AlGaAs Напротив, существенное уменьшение потока мышьяка GaAs приводит к подавлению образования трехмерных островков и распределение InAs носит квазидвумерный характер с локально образующимися мезоскопическими утолщениями (рис. 10). Образования дислокаций в этом 50 nm случае не происходит, однако интенсивность ФЛ в этом |000 |100 |случае также существенно меньше, а ширина линии ФЛ существенно больше, чем в случае КТ, сформированных при оптимальном давлении мышьяка. Таким образом, режимы роста, приводящие к формированию упорядо(b) ченных массивов КТ, являются также и оптимальными для получения наилучших люминесцентных свойств структуры.

|001 |110 |6 nm Рис. 11. Электронно-микроскопические изображения кванто3.5. Геометрия и спектр электронных вых точек InAs в матрице GaAs: изображение в поперечном состояний КТ сечении (вверху слева), изображение с поверхности (вверху справа). Волновые функции дырок в этих квантовых точках При оптимальных условиях осаждения при 460C (внизу).

на поверхности формируются пирамидальные квантовые точки InAs с квадратным основанием ( 120 ), с основными осями, ориентированными по направлениям {001}, и высотой 60 [90]. Увеличение температуры подлож- 12 нм. Только |3/2, 3/2 дырочные состояния вносят ки до 480 и 520C приводит к увеличению латерального вклад в спектр локализованных состояний дырки.

размера островка до 140 и 180 соответственно [6]. На рис. 11 (верхняя часть) из работы [90] представлено При этом высота КТ уменьшается. Детальный анализ изображение InAs–GaAs КТ, полученное методом элекструктурных свойств КТ был выполнен в оригинальных тронной микроскопии на просвет в поперечном сечении работах [57,91,92]. Так, на основе модельных расчетов (слева) и с поверхности образца (справа). На рис. методами молекулярной динамики было показано, что (нижняя часть) представлены изображения волновой адекватное изображение КТ в просвечивающей элек- функции основного и возбужденных дырочных состоятронной микроскопии высокого разрешения в попереч- ний в пирамидальной КТ с латеральным размером 12 нм ном сечении может быть получено только при условии рассчитанные в [93–95].

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 9 |



© 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.