WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 5 Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах с использованием планарно-неоднородных слоев.

Фотолюминесценция структур с электронными -легированными слоями © Ю.В. Хабаров¶, В.В. Капаев, В.А. Петров+, Г.Б. Галиев Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук, 117105 Москва, Россия Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия + Институт радиотехники и электроники Российской академии наук, 101999 Москва, Россия (Получена 15 августа 2005 г. Принята к печати 5 сентября 2005 г.) В рамках предложенного ранее спектрально-корреляционного метода исследования полупроводниковых структур с планарно-неоднородными слоями экспериментально исследована при температуре 77 K фотолюминесценция структуры на основе GaAs с -слоями n-типа. Этот метод позволил изучить на одном образце зависимости особенностей наблюдаемого многокомпонентного спектра ФЛ от вариации двух параметров — расстояния между -слоями и состава находящейся между ними узкой квантовой ямы InGaAs.

Полученные результаты позволяют связать наблюдаемое экспоненциальное увеличение интенсивности фотолюминесценции из области -слоев при изменении этих параметров с изменением соотношения латерально локализованных в минимумах флуктуационного потенциала и свободных двумерных дырок. Обнаружен эффект стабилизации энергетического положения спектральных линий фотолюминесценции, который мы связываем с локализацией дырок в потенциальной яме между -слоями. Полученные экспериментальные результаты согласуются с проведенными в работе численными расчетами.

PACS: 78.55.Cr, 73.63.-b, 78.67.Pt 1. Введение осложнена эффектом пространственного разделения фотовозбужденных электронов и дырок под действием внуРанее в [1] был предложен новый способ исследования треннего электрического поля ионизованных примесей физических явлений в полупроводниковых наноструктув -слое, который затрудняет рекомбинацию фотовозбурах — спектрально-корреляционный метод, основанный жденных носителей в структурах с одиночными -слояна использовании планарно-неоднородных полупроводми и создает определенные ограничения для применениковых слоев, когда параметры исследуемых слоев ния ФЛ спектроскопии при исследованиях таких систем.

изменяются в некотором диапазоне в пределах одного По этой причине, в частности, спектры ФЛ одиночных образца. Позднее этот метод был применен для иссле-слоев n-типа часто не обнаруживают спектральных дования фотолюминесценции (ФЛ) в структурах с изоособенностей, связанных с рекомбинацией из квантолированными квантовыми ямами (КЯ) [2,3] и туннельво-размерных подзон двумерного (2D) электронного но-связанными КЯ [3]. В настоящей работе изложены регаза, или демонстрируют лишь слабые спектральные зультаты применения этого метода для исследования ФЛ проявления на фоне ФЛ объемного полупроводника, в структур с двумерными легированными -слоями n-типа.

котором сформирован исследуемый -слой [11,12].

В настоящее время такие -слои, в которых приДля усиления фотолюминесценции -слоев n-типа месь сконцентрирована в узкой области полупроводобычно используют искусственное ограничение проника (обычно — несколько монослоев), продолжают странственной миграции рожденных светом дырок пуисследоваться (см., например, [4–10] и библиографии в тем формирования -слоя вблизи потенциальных баэтих работах). Формирование таких -слоев позволяет рьеров, в роли которых могут быть одиночный гетеполучать высокую концентрацию носителей заряда в ропереход [12], гетеропереходы, создающие КЯ, внутри них [11,12], что важно для приборных применений, а которой находится исследуемый -слой [13–15], поверхтакже дает возможность всесторонне исследовать разность образца [12], либо другой, аналогичный -слой личные физические свойства двумерной электронной си(n-i-n-i-структура) [16]. Однако и в этих структурах стемы, реализующейся в таких слоях, когда носителями спектральные проявления 2D электронного газа остазаполнены несколько квантово-размерных подзон [4–22].

ются весьма слабыми. Необходимо также отметить, что Эффективным средством исследования таких систем наблюдаемая в таких экспериментах картина ФЛ сильно являются оптические методы. Однако необходимо отмеотличается от ФЛ структур, содержащих -слои p-типа.

тить, что оптическая диагностика структур с -слоями Как одиночные -слои p-типа, так и -слои в составе ¶ E-mail: yukhabar@mtu-net.ru более сложных структур, например n-i-p-i-структуры Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах... (структуры, содержащие чередующиеся -слои n- и p-типа), демонстрируют, как правило, систему достаточно интенсивных линий ФЛ, связанных с рекомбинацией носителей разных квантово-размерных подзон [17,18].

В настоящей работе исследована ФЛ -слоев n-типа в планарно-неоднородной структуре на основе GaAs.

Структура содержала два близко расположенных друг к другу ( 100-300 ) -слоя. От исследовавшихся ранее n-i-n-i-структур [16] рассматриваемая структура отличается наличием между -слоями узкой ( 10-30 ) квантовой ямы InGaAs, расположенной симметрично между слоями. В такой структуре фоторожденные дырки под действием внутреннего электрического поля системы -слоев группируются в основном в узкой КЯ между -слоями, образуя двумерный дырочный слой.

С помощью спектрально-корреляционного метода при изменении расстояния между -слоями и одновременно ширины и состава заключенной между ними КЯ в пределах одного планарно-неоднородного образца исследована зависимость ФЛ такой системы от этих ее параметров. Результаты исследования такой структуры Рис. 1. Схематическое изображение исследованной многосопоставляются с имеющимися данными о ФЛ структур слойной структуры. Оценочные значения толщин слоев и с несколькими -слоями, но не содержащих КЯ. состава тройных соединений даны для центральной области образца. Штриховкой выделены планарно-неоднородные слои (двухпараметрической неоднородности соответствует двойная штриховка).

2. Методика эксперимента и исследуемый образец Изложим вначале основы спектрально-корреляциони достаточной для анализа корреляционных связей паного метода. Как известно, обычно для исследования раметров исследуемого явления (спектральных параметзависимостей какой-либо физической величины в поров исследуемой структуры) с параметрами, характерилупроводниковых наноструктурах от меняющихся пазующими неоднородность образца. Последующий анализ раметров структуры (например, толщины квантовокорреляционных связей спектральных параметров позразмерных слоев, состава отдельных слоев и так даволяет получить зависимости параметров исследуемой лее) используют серию планарно-однородных образцов структуры от технологически формируемых параметс вариацией какого-либо параметра. При спектральноров, варьируемых в пределах неоднородности. Таким корреляционном методе исследования аналогом серии образом, в рамках одного эксперимента при локальном однородных образцов с меняющимся параметром (на(в разных точках поверхности) исследовании образца пример, толщина слоя, его состав и т. д.) является один можно получить информацию как об исследуемой, так образец с встроенной планарной неоднородностью этого и о вспомогательной структурах, оценить их взаимную параметра. Необходимо отметить, что образец наряду с зависимость и, таким образом, проследить поведение исследуемой структурой должен содержать также вспо- параметров исследуемой структуры в поле встроенной могательную структуру, несущую информацию о встро- неоднородности образца.

енной неоднородности образца. Поэтому для реализации На рис. 1 приведена схема исследованного образспектрально-корреляционного метода необходимо ис- ца, сочетающего планарно-однородные (-слои, барьерследовать многослойные полупроводниковые структуры, ные слои GaAs) и планарно-неоднородные слои (слои состоящие из планарно-однородных и скоррелированных InGaAs квантовых ям и барьерные слои GaAs между планарно-неоднородных слоев. Спектроскопические ме- -слоями в исследуемой структуре). Неоднородность тоды исследования позволяют одновременно с особенно- слоев образца в сечении, представленном на рис. 1, стями спектров, относящихся к исследуемой структуре, проявляется в зависимости их толщины и состава наблюдать особенности, связанные со вспомогательной (тройные соединения InyGa1-yAs для квантовых ям) структурой и характеризующие значение варьируемого от координаты X, а их скоррелированность — в запараметра в каждой локально исследуемой области данных постоянных значениях отношений их толщин неоднородного образца. Такой подход в процессе ло- и значений параметра состава y для любой коордикальных спектроскопических измерений по поверхности наты X. Предположим, что целью исследования явструктуры предполагает получение многомерной сово- ляется получение зависимости некоего спектрального купности параметров, дающей картину неоднородности параметра S, характеризующего исследуемую систему Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 574 Ю.В. Хабаров, В.В. Капаев, В.А. Петров, Г.Б. Галиев -слоев от расстояния между -слоями w и от параметра исследуемая структура, состоящая из двух легированных состава y слоя КЯ3 (S = f (w) и S = f (y)) (на всех кремнием до концентрации 2.5 · 1012 см-2 -слоев n-типа y w рисунках КЯ обозначены как QW). Спектроскопическое и симметрично расположенной между ними узкой КЯ GaAs-Iny Ga1-yAs-GaAs (КЯ3). Сверху образец был исследование локальных областей образца позволяет закрыт тонкими нелегированным, а затем легированполучить набор значений исследуемого параметра Si для ными слоями InyGa1-yAs. Все три слоя, заключенные различных координат (Xi, Yi) исследуемой области. При между -слоями (GaAs, InyGa1-yAs, GaAs), а также этом значения параметров wi и yi, соответствующие обе КЯ вспомогательной структуры (КЯ1 и КЯ2) были каждой паре Xi, Yi, остаются неизвестными. Для их планарно-неоднородными. Неоднородность этих слоев определения в образце создана вспомогательная струкформировалась путем их эпитаксиального выращиватура, состоящая из двух планарно-неоднородных КЯ, наблюдаемые спектральные параметры которых S1 и S2 ния на невращающейся подложке и была обусловлена пространственно-неоднородным распределением потока связаны с толщинами квантовых ям W1 и W2 и паатомов Ga и In в плоскости растущей поверхности раметрами состава их слоев y1 и y2 известными сообразца. Для достижения идентичности картин плаотношениями S1 = f (W1, y1), S2 = f (W2, y2). Выбор 1 нарного распределения сформированной таким образом квантовых ям в качестве слоев вспомогательной струкнеоднородности в разных слоях их рост осуществлялся туры определяется тем, что для квантовых ям хопри одном и том же фиксированном пространственном рошо изучены зависимости энергетических положений положении подложки, что и определяло корреляцию квантово-размерных подзон от основных параметров толщин и состава этих слоев. Все остальные слои, структуры (толщины и состава слоев). Использование включая -слои, были выращены с вращением подФЛ спектроскопии в этом случае позволяет наблюдать ложки, обеспечивающим высокую степень их планарпараметры S, S1 и S2 в разных областях спектрального ной однородности. Для неоднородных слоев на рис. диапазона, что делает возможным их независимый анаприведены оценочные значения толщин, полученные лиз. Таким образом, в результате спектроскопического исходя из времени роста слоев и соответствующие исследования локальных областей образца может быть центральной (близкой к оси вращения) области образца.

получена совокупность параметров Si, S1i и S2i (S1i и Сформированная таким образом неоднородность слоев S2i — значения параметра S1 и S2 соответственно в характеризуется одним параметром для слоев GaAs разных „точках“ образца), отражающая связь параметра (толщина слоя) и двумя параметрами для In-содержащих исследуемой структуры Si с параметрами S1i и S2i, слоев квантовых ям (ширина КЯ и содержание In в вспомогательной структуры (Si = f (S1i, S2i)). Двумерматериале слоя). Для описания двухпараметрической ная совокупность параметров S1i и S2i, характеризующая неоднородности слоя узкой КЯ3 в исследуемой структунеоднородность образца, может быть преобразована в ре в составе вспомогательной структуры использовались совокупность параметров W1i, W2i, y1i и y2i, принимая две In-содержащие КЯ (КЯ1 и КЯ2). Поскольку уровни во внимание известные соотношения S1 = f (W1, y1), энергий размерного квантования в КЯ зависят как от S2 = f (W2, y2) и технологически заданные соотношеширины КЯ, так и от содержания In в слое КЯ, ния W1 = kW2, y1 = y2 (k — известный, технологически совместное исследование двух КЯ одинакового состава заданный параметр), и далее аналогичным образом с с заданным отношением значений ширины позволяет учетом известных, технологически заданных отношеоценить каждый из этих параметров.

ний толщин и параметров состава неоднородных слоев С помощью ФЛ спектроскопии такой образец исслепреобразована в совокупность параметров исследуемой довался при температуре жидкого азота в диапазоне структуры wi и yi. Из полученной в результате этих длин волн 800-1000 нм. Для возбуждения ФЛ испольпреобразований совокупности параметров Si, wi, yi зовался Ar+-лазер с длиной волны излучения 488 нм могут быть выделены группы параметров (группы иси плотностью возбуждения до 200 Вт/см2 в пределах следованных „точек“ образца), отвечающих условиям сфокусированного на образце светового пятна диаметпостоянства (с определенной степенью точности) одром около 50 мкм. Возбуждающий свет падал под угного из параметров неоднородности (wi или yi). Экслом 45 градусов к поверхности образца. ФЛ излучение периментальный вид искомых зависимостей S = f (w) y анализировалось при помощи автоматизированной сии S = f (y) можно получить, построив зависимости w стемы регистрации спектров, построенной на базе монопараметра Si от параметров неоднородности (wi или yi) хроматора МДР-23 и охлаждаемого фотоэлектронного в пределах каждой такой группы.

умножителя ФЭУ-62 в режиме счета фотонов.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |



© 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.