WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

что при нанесении тонкого слоя GaAs действительно Состав (толщина, нм): 1 —GaAs (25), 2 —GaAs (5), 3 — можно обеспечить одновременно и релаксацию упругих In0.2Ga0.8As (5), 4 — слой КТ встроен между двумя КЯ напряжений, и уменьшение скорости поверхностной In0.2Ga0.8As (5).

рекомбинации.

На рис. 4 показано влияние параметров тонкого двойного слоя на спектры ФПЭ. В серии структур, на состояний КТ (ср. кривые 2–4 с кривой 1) и сильным которых исследовалось влияние параметров КЯ x и L на гашением ФЛ, что, вероятно, обусловлено появлениспектры (кривые 2–5), на КЯ наносился покровный слой ем канала рекомбинации непосредственно на поверхGaAs толщиной 5 нм. При этой толщине, как показано ности КТ. Его влияние сильнее проявляется в облавыше, он не создает больших упругих напряжений в сти основного перехода, так как вероятность эмиссии подстилающем слое КТ. Увеличение содержания In в КЯ неравновесных электронов и дырок из КТ в матрицу с от 0.2 до 0.3 и уменьшение ширины КЯ с 12 до 2 нм уровней основного состояния значительно меньше, чем увеличивают красное смещение E0(QD). Последний рес уровней возбужденных состояний. Хотя в структурах зультат является несколько неожиданным и расходится с поверхностными слоями КЯ/КТ достигается энергия с данными работы [3], в которой, наоборот, наблюдалось основного перехода даже меньше 0.8 эВ, существенным уменьшение красного смещения при уменьшении L. При недостатком этих структур является слабая интенсивность ФЛ от КТ из-за сильного влияния поверхностной рекомбинации.

Как и для структур с относительно толстым покровным слоем, на структурах с поверхностными слоями КЯ/КТ наблюдается красное смещение спектра гибридной КЯ (кривые 3, 4). Для кривой 4 оно составляет около 150 мэВ относительно смачивающего слоя. Интересно, что в структуре с тонким покровным слоем GaAs также наблюдается небольшое красное смещение спектра смачивающего слоя (ср. кривые 2 и 1), свидетельствующее о том, что он имеет большую толщину, чем в структурах с толстым покровным слоем. Увеличение толщины покровного слоя и связанный с этим рост упругих напряжений в смачивающем слое приводят к его структурной перестройке, которая заключается в его утоньшении в результате образования КТ малых размеров [9].

3.4. Структуры с тонким двойным покровным Рис. 4. Влияние параметров двойного покровного слоя на спектры ФПЭ ГКТ. Параметры КЯ x, L, нм: 1 — нет КЯ;

слоем GaAs/InGaAs 2 —0.2, 5; 3 —0.2, 4; 4 —0.3, 4; 5 —0.3, 2 (dc = 25 нм Можно было ожидать, что нанесение на комбинидля кривой 1 и 5 нм для кривых 2–5). Толщина покровного рованный слой КЯ/КТ достаточно тонкого покровного слоя GaAs dc, нм: 6 — 20, 7 — 10, 8 —7, 9 —5, 10 —3 (для слоя GaAs ослабит канал поверхностной рекомбинации кривых 6–10 параметры КЯ x = 0.3, L = 2нм).

5 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 452 И.А. Карпович, Б.Н. Звонков, С.Б. Левичев, Н.В. Байдусь, С.В. Тихов, Д.О. Филатов, А.П. Горшков...

3.5. Диоды Шоттки В связи с трудностями создания лазерных диодных структур с p-n-переходом на ГКТ с тонким двойным покровным слоем представляет интерес выяснение возможности создания на них светодиодных структур с барьером Шоттки. Спектры фотоэдс диодов Шоттки на структурах с комбинированным слоем КЯ/КТ с золотым контактом при dc 7 нм практически не отличались от спектров фотоэдс на контакте ГКТ / электролит. Однако при меньших значениях dc (3 и 5 нм), соизмеримых с высотой КТ, на спектрах диодов Шоттки исчезала полоса фоточувствительности от КТ (спектры показаны пунктирными линиями на рис. 4), но оставалась полоса фоточувствительности от гибридной КЯ.

На полученных на атомно-силовом микроскопе изображениях поверхности таких ГКТ кластеры — КТ — поРис. 5. Влияние толщины покровного слоя GaAs на спектры чти незаметны. Сглаженный нанорельеф свидетельствуФЛ ГКТ (300 K) dc, нм: 1 —25 (нет КЯ), 2 — 20, 3 — 10, ет о том, что на вершинах КТ толщина слоев КЯ и GaAs 4 —7, 5 —5, 6 —3 (для кривых 2–6 параметры КЯ: x = 0.3, значительно меньше их номинальной толщины. В связи L = 2нм).

с этим исчезновение полосы фоточувствительности от КТ в структурах с dc < 7 нм, очевидно, обусловлено тем, что в них вместо эмиссии неравновесных электронов из x = 0.3 и L = 2 нм получено минимальное значение КТ в объем (рис. 2, b, переходы 3, 4) более вероятным E0(QD) =0.72 эВ (0 = 1.7мкм). становится процесс туннелирования электронов и дырок из КТ в металл (переход 2) и их безызлучательной Для выяснения влияния толщины внешнего слоя GaAs на E0(QD) была изготовлена серия структур с одинако- рекомбинации. Это подтверждает и отсутствие ФЛ от КТ в таких диодных структурах, хотя при фотовозбуждении выми параметрами КЯ (x = 0.3, L = 2нм), при которых участков структуры вне металлического электрода ФЛ наблюдалось наибольшее красное смещение, и с разныот КТ наблюдается.

ми значениями dc. Как видно из рис. 4 (кривые 6–10), Комбинированная КЯ находится в более выгодном для с уменьшением dc в интервале 20-3 нм энергия основэмиссии электронов в объем положении, так как у нее ного перехода в КТ закономерно уменьшается. Этот резначительно меньше эмиссионный барьер, чем у КТ, и зультат является дополнительным подтверждением того, толщина покровного слоя, препятствующего туннеличто основная причина красного смещения E0(QD) это рованию электронов в металл, близка к номинальной.

релаксация упругих напряжений в КТ, которая зависит Поэтому полоса фоточувствительности от нее в диодах от суммарной толщины двойного покровного слоя и от Шоттки сохраняется даже при dc = 3 нм. Сравнением его состава.

спектров ФЛ при фотовозбуждении структур под меНа рис. 5 приведены спектры ФЛ для последней серии таллическим электродом и вне его, а также спектров структур при 300 K. Положения пиков ФЛ в предефотоэдс диодов Шоттки и переходов ГКТ / электролит лах обычного разброса значений по пластине 10 мэВ было установлено, что нанесение Au- и Pt-электродов совпадают с положением пиков ФПЭ. В структурах толщиной около 20 нм не влияет существенно на значеэтого типа интенсивность ФЛ оставалась практически ние E0(QD) и, следовательно, поликристаллические слои такой же, как в структурах с толстым покровным металлов не создают значительных дополнительных наслоем GaAs, только при dc = 3 нм наблюдалось папряжений в слое КТ даже при минимальной толщине дение интенсивности ФЛ в 3–4 раза. Спектры ФПЭ покровного слоя.

(рис. 4) и ФЛ (рис. 5) свидетельствуют о высоком Наличие вблизи металлического контакта слоя КЯ/КТ качестве структур с тонким двойным покровным слоем приводит к увеличению прямого и обратного тока диоGaAs/InGaAs. Ширина пиков основного перехода на них дов (рис. 6), причем величина изменения токов сильно обычно не превышала 35 мэВ, на спектрах ФПЭ кроме зависит от толщины покровного слоя dc. При малых ярко выраженных пиков основного перехода наблюдаи при больших толщинах эффект уменьшается. Максиются до трех пиков возбужденных состояний. На этой мальное увеличение обратного тока почти на 3 порядка серии структур было получено, по-видимому, рекордно наблюдалось при dc = 7нм (кривая 4). При этом энергия низкое в системе GaAs/InAs значение E0(QD) 0.68 эВ активации, определяемая из температурной зависимости (0 1.8мкм). Варьируя параметры тонкого двойного обратного тока, уменьшалась с ростом напряжения смепокровного слоя x, L и dc, можно управлять длиной щения в интервале 0.1–5В от 0.8 до 0.35эВ.

волны эмиссии из КТ в интервале 1.3-1.8 мкм. Эмиссия Экспоненциальный рост обратного тока диодов Шотпри 1.55 мкм может быть получена при разной комбина- тки на GaAs при достаточно больших смещениях объции этих параметров. ясняется включением механизма термоактивированной Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Управление энергетическим спектром квантовых точек InAs/GaAs изменением толщины... Авторы выражают благодарность В.Я. Алешкину за предоставление программы для расчета энергетического спектра ступенчатых КЯ и полезное обсуждение некоторых вопросов.

Работа выполнялась при поддержке РФФИ (№ 03-02-17178, 01-02-16441) и совместной программы Министерства образования РФ и CRDF (BRHE Program, REC-001).

Список литературы [1] Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, В.А. Щукин, П.С. Копьев, Ж.И. Алферов, Д. Бимберг. ФТП, 32, 385 (1998).

[2] M. Grundmann. Physika, E 5, 167 (2000).

[3] K. Nishi, H. Saito, S. Sugou, J.-S. Lee. Appl. Phys. Lett., 74, Рис. 6. Вольт-амперные характеристики диодов Шоттки на 1111 (1999).

структурах КЯ/КТ (350 K). 1–3 — при прямом смещении;

[4] Б.В. Воловик, А.Ф. Цацульников, Д.А. Бедарев, А.Ю. Его4–6 — при обратном смещении. Параметры КЯ: x = 0.3, ров, А.Е. Жуков, А.Р. Ковш, Н.Н. Леденцов, М.В. МакL = 2 нм. Толщина покровного слоя GaAs dc, нм: 1, 4 — 7;

симов, Н.А. Малеев, Ю.Г. Мусихин, А.А. Суворова, 2, 5 — 20; 3, 7 — однородный слой GaAs.

В.М. Устинов, П.С. Копьев, Ж.И. Алферов, Д. Бимберг, П. Вернер. ФТП, 33, 990 (1999).

[5] А.Р. Ковш, А.Е. Жуков, Н.А. Малеев, С.С. Михрин, В.М. Устинов, А.Ф. Цацульников, М.В. Максимов, Б.В. Вотуннельной эмиссии через вершину треугольного барьеловик, Д.А. Бедарев, Ю.М. Шерняков, Е.Ю. Кондратьева, ра (переход 5 на рис. 2, c) [16]. В диодах Шоттки с Н.Н. Леденцов, П.С. Копьев, Ж.И. Алферов, Д. Бимберг.

квантово-размерными слоями, расположенными достаФТП, 33, 1020 (1999).

точно близко к металлическому контакту, появляется [6] V.M. Ustinov, N.A. Maleev, A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, возможность туннелирования электронов из металла на A.Yu. Egorov, A.V. Lunev, B.V. Volovik, I.L. Krestnikov, уровни КТ при их приближении к уровню Ферми в меYu.G. Musikhin, N.A. Bert, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov, талле (рис. 2, c). Из этих состояний происходит эмиссия N.N. Ledentsov, D. Bimberg. Appl. Phys. Lett., 74, электронов по возможным механизмам 3, 4. Очевидно, (1999).

что только при некотором оптимальном удалении слоя [7] J. Tatebayashi, M. Nishioka, Y. Arakawa. Appl. Phys. Lett., 78, КТ от металла будет максимальное увеличение тока.

3469 (2001).

При слишком малом удалении требуется большое на- [8] И.А. Карпович, Б.Н. Звонков, Д.О. Филатов, С.Б. Левичев, Н.В. Байдусь, С.М. Некоркин. Поверхность, № 11, пряжение смещения, чтобы приблизить уровни КТ к (2000).

уровню Ферми в металле, при большом удалении это [9] B.N. Zvonkov, I.A. Karpovich, N.V. Baidus, D.O. Filatov, легко достигается, но при этом вероятность туннелироYu.Yu. Gushina, S.V. Morozov, S.B. Levichev. Proc. 25th Int.

вания через барьер резко уменьшается.

Conf. on Physics of Semiconductors, ed. by N. Miura, T. Ando (Osaka, Japan, 2000) p. 397.

4. Заключение [10] Б.Н. Звонков, И.А. Карпович, Н.В. Байдусь, Д.О. Филатов, С.В. Морозов. ФТП, 35, 92 (2001).

В результате проведенных исследований установ- [11] И.А. Карпович, А.П. Горшков, Б.Н. Звонков, С.Б. Левичев, С.В. Морозов, Д.О. Филатов. ФТП, 35, 564 (2001).

лена зависимость энергии основного перехода в КТ [12] I.A. Karpovich, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, S.V. Morozov, InAs от параметров тонкого двойного покровного слоя D.O. Filatov, A.V. Zdoroveishev. Nanotechnology, 12, GaAs/Inx Ga1-xAs (ширины и состава КЯ и толщины (2001).

внешнего слоя GaAs) в гетероструктурах, выращен[13] Н.В. Байдусь, Б.Н. Звонков, Д.О. Филатов, Ю.Ю. Гущина, ных газофазной МОС-гидридной эпитаксией. Показано, И.А. Карпович, А.В. Здоровейщев. Поверхность, № 7, что изменением этих параметров можно контролиру(2000).

емо управлять энергией перехода в КТ InAs в ин[14] G. Ji, D. Huang, U.K. Reddy, T.S. Henderson, R. Houdre, тервале 0.72-0.95 эВ, который перекрывает оба окна H. Markos. J. Appl. Phys., 62, 3366 (1987).

прозрачности оптического волокна на длинах волн 1.[15] И.А. Карпович, М.В. Степихова. ФТП, 32, 182 (1998).

и 1.55 мкм при высоком выходе фотоэмиссии. Получен[16] Н.А. Торхов. ФТП, 35, 823 (2001).

ные структуры могут быть использованы в лазерах с [17] Н.В. Байдусь, Б.Н. Звонков, П.Б. Мокеева, Е.А. Ускова, поверхностным фото- или электронным возбуждением.

С.В. Тихов, M.I. Vasilevsky. Матер. совещ. „Нанофотоника“ Недавно на подобных структурах с барьером Шоттки и (Н. Новгород, ИФМ РАН, 2003) т. 2, с. 351.

-легированным углеродом покровным слоем получена Редактор Л.В. Беляков электролюминесценция при комнатной температуре в области 1.3-1.5мкм [17].

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 454 И.А. Карпович, Б.Н. Звонков, С.Б. Левичев, Н.В. Байдусь, С.В. Тихов, Д.О. Филатов, А.П. Горшков...

Tuning the energy spectrum of the InAs/GaAs quantum dots by varying the thickness and composition of a thin double GaAs/InGaAs cladding layer I.A. Karpovich, B.N. Zvonkov, S.B. Levichev, N.V. Baidus, S.V. Tikhov, D.O. Filatov, A.P. Gorshkov, S.Yu. Ermakov University of Nizhny Novgorod, 603950 Nizhny Novgorod, Russia

Abstract

It has been shown to be that it is possible to tune the quantum dot (QD) ground state transition energy in the QD heterostructures grown by Atmospheric Pressure Metal-Organic Vapor-Phase Epitaxy within the waveband covering both optical fiber transparency windows (1.3 and 1.55 µm) by varying the thickness and composition of a thin double GaAs/InxGa1-x As cladding layer. Also, the red shift of the quantum well ground state transition energy has been observed in these structures attributed to formation of hybrid Inx Ga1-xAs/InAs (wetting layer) quantum well between the QDs. The increase in the reverse current in the Schottky barrier diodes based on these structures is observed attributed to thermally activated tunneling of the electrons from the metal contact to the confined QD levels.

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.