WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

распределение КТ на реальной вицинальной поверхности Наноразмерные островки, сформированные в условиях существенно отличается от идеального. Действительно, такого латерального ограничения, должны отличаться от из приведенных в [3,8] данных следует, что ширина тер- предельного случая сингулярной поверхности не только рас на вицинальной поверхности исследованных образ- размерами основания, но также формой и распределецов с углом разориентации A = 3 должна составлять нием поля напряжений, что неизбежно отражается на W = 5.2нм, для угла A = 5 W = 3.5нм и для A = 7 их энергетическом спектре. Так, при переходе от КТ W = 2.3 нм. Тогда как оценка латеральных размеров КТ QD0 к QD1 энергия относительного положения уровней по спектральному положению основного максимума ФЛ, электрона и тяжелой дырки увеличивается на 80 мэВ.

следуя расчетам [27], и по данным сканирующей туннель- Для вицинальной поверхности GaAs с углом разориенной микроскопии для наших сингулярных образцов дает тации A = 3 террасы с кратностью Q = 2 (W = 10.4нм) величину B = 8-9 нм. Совпадение с данными [28] наших обеспечивают условия, необходимые и достаточные для технологических режимов и латеральных размеров КТ роста КТ InAs с предельными размерами (B = 8-9нм), позволяет рассчитывать также и на соответствие их соответствующими сингулярной поверхности.

формы пирамиде с квадратным основанием и высотой Необходимо отметить, что фиксированной кратности H B/2. Из соотношения размеров КТ и террас уширения Q на реальной вициальной поверхности соотследует, что КТ InAs должны формироваться на вици- ветствует целый набор террас, размеры которых имеют нальных поверхностях GaAs, имеющих размеры террас, гауссово распределение. Этот разброс вызвает в свою в несколько раз большие, чем рассчитанные W для очередь флуктуации длины основания КТ. Кроме того, у идеального случая. КТ имеется собственная дисперсия по высоте, которую Известно [29], что на реальных вицинальных поверх- можно уменьшить, повышая степень вицинальности [26].

ностях имеет место эффект ”складывания” моноатомных Все это приводит к тому, что в спектрах ФЛ КТ InAs ступеней (step bunching), который приводит к кратному мы наблюдаем сужение полосы излучательной рекомбиувеличению ширины террас. Частота и кратность скла- нации при увеличении угла разориентации вицинальной дывания определяются прежде всего длиной поверхност- поверхности GaAs.

ной диффузии адсорбированных атомов буферного слоя Модуляция функции распределения КТ InAs по раз GaAs в сравнении с шириной террас, задаваемой углом мерам для направлений разориентации [011] и [011] разориентации. По экспериментальным данным [26], на может быть очень слабой. Понижение симметрии террас вицинальной поверхности GaAs с углом разориентации способствует уходу не только размеров, но и формы 6 высота ступеней может достигать 10 МС. Это означа- КТ. В этом случае может образоваться рифленая струкет, что у исследованных нами структур во всем диапазоне углов от 3 до 7 ширина террас может перекрывать размер, необходимый для формирования пирамидальных КТ InAs.

Такая модель была использована нами для случая квазидвумерной сети квадратных террас (направления разориентации GaAs [001] и [010]), что позволило объяснить спектральные закономерности ФЛ КТ InAs. В разложении на гауссианы низкотемпературных спектров ФЛ КТ InAs/GaAs с разными углами разориентации в данных направлениях обнаруживается крайняя длинноволновая составляющая QD0 (рис. 3), спектральное положение которой (1.265 эВ) совпадает с положением полосы ФЛ сингулярного образца (рис. 1). Это позволяет идентифицировать данную компоненту как излучение КТ с широких террас, обеспечивающих предельные Рис. 4. Спектр фотолюминесценции КТ InAs/GaAs 7 [001] размеры КТ, характерные для сингулярной поверхности при T = 80 K и его разложение на гауссовы контуры.

(B = 8-9нм). Можно предположить, что такие КТ Возбуждение He–Ne-лазером, мощность 20 мВт. WL — сманачинают расти по механизму Странски–Крастанова на чивающий слой.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Исследование структуры рекомбинационного излучения квантовых точек InAs, выращенных... тура островков [30], а для направления разориентации [011] — более вероятная структура квантовых проволок [5]. По этим причинам функция распределения КТ по размерам для террас с данным значением Q должна быть уширена. По-видимому, следствием этого является бесструктурная асимметричная форма полосы ФЛ КТ QD1, которая и наблюдалась на образцах InAs/GaAs (100), разориентированных относительно [011] и [011]. Структура спектров ФЛ для направлений разориентации [001] и [010] сохранялась даже при более высоких температурах и имела наилучшее разрешение в интервале 80–90 K (рис. 4).

Таким образом, принятая модель хорошо описывает наблюдаемую в эксперименте зависимость спектра ФЛ КТ от направления и угла разориентации вицинальной подложки. В рамках этой модели QD-полосы (QD0 и QD1) принадлежать группам КТ InAs, излучающим с террас, имеющих ширины смежной кратности за счет Рис. 5. Спектр фотолюминесценции КТ InAs/GaAs 7 [001] эффекта складывания моноступеней на разориентированпри T = 155 K для разных уровней возбуждения Ar+ной поверхности GaAs.

лазером. Мощность возбуждения, мВт: 1 — 200, 2 — 400.

WL — смачивающий слой.

3.2. Изолированные квантовые точки Представляет определенный интерес ситуация на узСравнение спектров ФЛ образца InAs/GaAs 7 [001] ких террасах с низкой кратностью (Q = 1 для углов (рис. 3 и 5) показывает, что низкотемпературное расA = 3, 5 и Q = 1, 2 для угла A = 7). Сопределение интенсивности в спектрах ФЛ воспроизвоответствующие им размеры КТ лежат ниже предела дится при высоких температурах и высоких плотностях (B = 6нм), необходимого для существования в них возбуждения. Это означает, что оба случая отражают локализованных состояний электрона [27,31,32]. Такие относительное распределение плотности состояний в КТ, даже при наличии четко выраженной огранки, не группах КТ. Постоянство ширины и спектрального должны люминесцировать. Более вероятно (по аналогии положения полос QD и IQD в таких экспериментах с субмонослойным покрытием [5,33]), что формируются исключает вклад в спектр ФЛ многочастичных механизнаноразмерные островки небольшой высоты без четкой мов (биэкситон, экситонные комплексы). Наряду с этим огранки, которые можно рассматривать как островки СС использованные нами условия роста (низкие температуразличной толщины. В любом случае на таких объектах ры заращивания и отсутствие послеростового отжига) мы не должны наблюдать столь резкой полосы рекомисключают определяющую роль в формировании спектра бинационного излучения, как полоса IQD c максимумом ФЛ такого механизма неоднородного уширения, как по1.37 эВ, наблюдаемая в образцах с разориентацией 5 и верхностная сегрегация индия [11,38]. Мультиплетность 7 (рис. 2, 3).

спектра ФЛ из-за неоднородности толщины осаждаемого Известно [34], что к интенсивной полосе в высокоэнерслоя, наблюдавшаяся в работах [10,28], исключена нами гетической части спектра ФЛ могут приводить несколько использованием вращения подложки в процессе роста эффектов. При неэффективной фононной релаксации образов.

(эффект ”бутылочного горла”) это может быть проОсновными экспериментами в установлении природы явлением возбужденных состояний КТ даже при низких полосы IQD явились исследования температурной завиплотностях возбуждения ФЛ. По этой причине в ранее симости спектра ФЛ и его зависимости от спектрального опубликованной работе [35] мы относили полосу IQD состава возбуждающего света. На рис. 6 и 7 предстана счет рекомбинационного излучения с участием возбу- влены зависимости полуширины (FWHM) и энергетичеженного состояния КТ. Однако последующие исследова- ского положения максимума (Em) составляющих спектра ния эту интерпретацию не подтвердили. В экспериментах ФЛ от температуры образца InAs/GaAs 7 [001]. Харакс различной плотностью возбуждения в непрерывном тер этой зависимости для полос QD и IQD принципиальрежиме мы не наблюдали перераспределения интенсив- но различен. Полоса QD0 (при T > 120) и полоса QDности между полосами QD и IQD в низкотемпературных (при T > 80 K) сужаются, а полоса IQD (при T > 80 K) спектрах ФЛ КТ InAs/GaAs. Излучение в области 1.37 эВ уширяется (рис. 6). Относительное постоянство FWHM у структур, подобных нашим, наблюдалось также други- всех компонент спектра ФЛ при температурах ниже ми авторами [5,36,37], но его природа не раскрывалась. указанных свидетельствует в пользу участия в излучении Происхождение этого излучения явилось предметом спе- экситонных состояний [39]. Температурная зависимость циальных исследований данной работы. спектрального положения Em полосы IQD следует закону Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 472 В.Г. Талалаев, Б.В. Новиков, С.Ю. Вербин, А.Б. Новиков, Динь Шон Тхак, Г. Гобш, Р. Гольдхан...

Совершенно иная ситуация имеет место на террасах с КТ, ответственными за излучение в полосе IQD. Отсутствие обмена носителями между КТ этой группы заставляет предположить отсутствие разрешенных состояний в СС вследствие его утоньшения и (или) отсутствие самого СС из-за его разрывов. Как отмечалось выше, нарушения сплошности СС наиболее вероятны на кромках террас. Исследования кинетики роста КТ [20,21,23,42,43] показывают, что их зарождение происходит преимущественно у основания, в изломах ступеней. При стягивании псевдоморфного слоя в КТ по механизму Странски– Крастанова образуются нарушения сплошности (разрывы) слоя на кромках террас и утоньшения (стяжки) в Рис. 6. Температурные зависимости полуширины (FWHM) ”воротах”, соединяющих соседние террасы. Исходя из различных полос фотолюминесценции КТ InAs/GaAs 7 [001]:

этих рассуждений мы полагаем, что изолированные КТ 1 —QD0, 2 —QD1, 3 —IQD.

IQD формируются прежде всего на террасах с пониженной кратностью. Таким образом, КТ, излучающие в полосах QD1 и IQD, ограничены террасами одной и той же кратности, но КТ QD1 связаны СС, а IQD изолированы.

Это предположение подтвердилось исследованиями спектров ФЛ при возбуждении светом различного спектрального состава. Излучение в полосах QD возникало при возбуждении смачивающего слоя InAs, а в полосе IQD — только при возбуждении барьера GaAs. На рис. показана эта закономерность.

Надбарьерное возбуждение полосы IQD также может быть объяснено непрямыми переходами: электрон барьера GaAs – дырка КТ InAs. Аналог гетероструктуры второго рода в системе КТ InAs/GaAs может возникать в двух случаях. Значительные напряжения, возникающие Рис. 7. Температурные зависимости спектрального положения вблизи боковых граней пирамидальных КТ, деформиромаксимума (Em) различных полос фотолюминесценции КТ ванных как латеральным ограничением на террасах, так InAs/GaAs 7 [001] при возбуждении Ar+-лазером (100 мВт).

и в результате заращивания [37,44–46], могут вести к Экспериментальные данные: 1 —QD0, 2 —QD1, 3 —IQD, инверсии -и X-долин зоны проводимости на границе 4 — GaAs. Расчетные зависимости: 5 — Eg(T) для GaAs;

InAs/GaAs [47]. Другая возможность [48] заключается 6, 7 — Eg(T ) для InAs (смещены по шкале энергии).

в том, что КТ на узких террасах (W < 6нм) имеют локализованные состояния только для дырок. Электроны барьера, оставаясь пространственно отделенными от них, изменения ширины запрещенной зоны Eg InAs [40] во всем исследованном интервале температур, тогда как максимум полосы QD1 при T = 80 K начинает отклоняться от закона Варшни (рис. 7). Похожее поведение Em наблюдается и для полосыQD0 после 120 K (рис. 7).

Рассмотренная эволюция полос QD c ростом температуры соответствует представлениям о случайном заселении носителями локализованных состояний КТ при низкой температуре, их термическому выбросу (преимущественно из мелких КТ) в СС и последующему захвату на уровни более крупных КТ [9,41]. В результате перераспределения носителей в пользу более крупных КТ ситуация приближается к термодинамически равновесной. Важно отметить, что для групп КТ QD, излучающих на террасах со смежной кратностью Q, существует транспорт, обеспечивающий обмен носителями между Рис. 8. Спектры фотолюминесценции КТ InAs/GaAs 7 [001] соседними КТ. Таким агентом, по нашему мнению, при разной энергии возбуждения, эВ: 1 — 1.46, 2 — 1.52.

является смачивающий слой InAs.

T = 5K.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Исследование структуры рекомбинационного излучения квантовых точек InAs, выращенных... удерживаются вблизи КТ кулоновским взаимодействием.

Однако рекомбинационное излучение, возникающее в обоих случаях, должно быть спектрально зависимым от плотности возбуждения [49,50]. Такой зависимости для полосы IQD мы не наблюдали.

3.3. Особенности проявления возбужденных состояний квантовых точек Результаты исследования температурной зависимости интегральной интенсивности составляющих спектра ФЛ КТ InAs/GaAs 7 [001] представлены на рис. 9 и в таблице.

Параметры полос спектра ФЛ и соответствующих им групп КТ определялись с использованием зависимости Аррениуса:

I/Im =[1 + exp(-EA/kT )]-1 F, (1) где I — интегральная интенсивность данной полосы ФЛ, Im — максимальная интенсивность, k — постоянная Больцмана.

По наклону зависимости - ln(Im/I -1) от 1/kT оценивались энергии активации EA. Для каждой группы КТ QD были выявлены два температурных интервала постоянного наклона EA0 и EA1 (см. таблицу). С использованием полученных значений EA0 проводилась подгонка функции F к экспериментальным данным I/Im по параметру.

Результаты подгонки приведены на рис. 9 и в таблице.

На основании результатов по температурной зависимости (рис. 6, 7, 9) можно предположить, что все компоненты низкотемпературного спектра ФЛ КТ InAs/GaAs 7 [001] связаны с излучательной рекомбинацией экситоРис. 9. Результаты подгонки функции F (2) к эксперименна в основном состоянии n = 0.

тальной зависимости I/Im (1) от обратной температуры для Если энергию тепловой диссоциации (энергию связи) различных полос фотолюминесценции КТ InAs/GaAs 7 [001]:

экситона G оценивать так же, как в работах [51,52], a — QD0, b — QD1, c — IQD. Возбуждение Ar+-лазером по началу спада интенсивности полосы ФЛ КТ, то (100 мВт).

из реконструированной зависимости Аррениуса (рис. 9, кривые 2) мы получим значения G = 5мэВ для групп КТ QD1 и IQDи G = 6мэВ для КТ QD0. Такие значения G Характеристики компонент спектра ФЛ и соответствующих им соответствуют известным литературным данным [51–53].

групп КТ InAs/GaAs 7 [001] Совпадение энергии связи экситона для КТ QD1 и IQD может быть связано с наличием высокого латерального Параметр QD0 QD1 IQD потенциала для КТ, ограниченных террасами с пониEm, эВ 1.265 1.345 1.женной кратностью уширения. В этом случае экситоны EA0 E0, мэВ 50 43 теряют свою чувствительность к размерам КТ [54].

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.