WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Исследованный нами образец был выращен методом Исследованные локальные участки образца (в дальмолекулярно-лучевой эпитаксии на полуизолирующей нейшем — точки) располагались по окружности вблизи подложке GaAs диаметром 40 мм и представлял собой края эпитаксиального слоя, а также хаотично по плоструктуру, послойное сечение которой схематически щади образца. Спектр ФЛ каждой исследованной точки показано на рис. 1. Две изолированные квантовые ямы содержал, в частности, линии излучения квантовых ям InyGa1-yAs разной ширины КЯ1 и КЯ2, ограниченные вспомогательной структуры. Энергетические положения широкими барьерами GaAs, были выращены на буфер- этих линий, соответствующие энергиям квантовых переном слое GaAs и выполняли роль вспомогательной ходов между нижними уровнями размерного квантоваструктуры. В объемном слое GaAs была сформирована ния носителей в КЯ, служили исходной информацией Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах... для определения параметров неоднородности (толщин слоев и содержания In) в каждой точке расчетным путем.

Определение параметров КЯ вспомогательной структуры в каждой точке осуществлялось путем сопоставления экспериментальных значений энергетических положений максимумов спектральных линий излучения КЯ с расчетными значениями. Как и в работе [3], расчет энергий оптических переходов в КЯ проводился путем численного решения уравнения Шредингера в рамках метода огибающих волновых функций и с теми же значениями параметров зонной структуры полупроводников. Параметры неоднородных слоев структуры между -слоями определялись с учетом соотношений времени роста и состава слоев. После этого строились зависимости спектральных параметров исследуемой структуры от определенных таким образом параметров неоднородных слоев.

3. Результаты эксперимента Спектры ФЛ исследуемой полупроводниковой структуры содержат многокомпонентную спектральную полосу с рядом отчетливо различимых особенностей (максимумов) в диапазоне 1.47-1.54 эВ (линии A, B, C, D, D1, E, F на кривых 1–4, рис. 2, a). Характерной особенностью этой структуры является высокая интенсивность ФЛ, которая значительно превышает интенсивность ФЛ обычной n-i-n-i-структуры. На рис. 2, a, b показано примерно 9-кратное увеличение интенсивности ФЛ исследуемой структуры (рис. 2, a, кривая 2 — два -слоя) по сравнению с обычной n-i-n-i-структуРис. 2. a — спектры ФЛ, полученные от разных точек рой (рис. 2, b, кривая 4 — шесть легированных кремнием поверхности планарно-неоднородного образца и соответству-слоев) с одними и теми же значениями расстояний ющие параметру состава КЯ3 y = 0.1 и расстоянию между между -слоями (30 нм). Спектральные положение и -слоями 17 (1), 22 (2, 4), 30 нм (3), а также кривые распредесостав ФЛ исследуемой структуры также сильно отлича- лений Лоренца (5–8), аппроксимирующих спектр исследуемой ются от приведенных на рис. 2, b (кривые 3, 4) спектров структуры. b — спектры ФЛ, полученные от одной точФЛ n-i-n-i-структур, представляющих собой широ- ки поверхности планарно-неоднородного образца при разных уровнях оптического возбуждения 10Iex и Iex (кривые 1 и кие спектральные линии, не обнаруживающие других соответственно), а также спектры ФЛ структур с периодически заметных спектральных особенностей, с максимумами, расположенными -слоями n-типа (n-i-n-i-структур), не сосмещенными в высокоэнергетическую область относидержащих КЯ: 3 —5 -слоев с периодом 60 нм, 4 —6 -слоев тельно спектра исследуемой структуры. В то же время с периодом 30 нм.

необходимо отметить сильную зависимость интенсивности ФЛ исследуемой структуры от параметров этой структуры при мало меняющихся энергетических положениях составляющих спектра (рис. 2, a, кривые 2-4).

по результатам аппроксимации и энергетического полоДля анализа многокомпонентного спектра исследуе- жения их максимумов от параметров исследуемой струкмой структуры мы аппроксимировали спектр совокуп- туры) — расстояния между -слоями и содержания In ностью нескольких распределений Лоренца (рис. 2, a, в КЯ3.

кривые 5–8), соответствующие линиям A, B, C, D, E Фотолюминесценция вспомогательной структуры на и F с максимальным количеством составляющих, рав- спектре рис. 2 (кривая 1) проявляется в виде инным 6 (отметим, что в области линии D для некоторых тенсивных линий G и H, обусловленных процессами точек образца наблюдались два максимума на кривой излучения в квантовых ямах КЯ2 и КЯ1 соответственно.

спектра ФЛ — D и D1 на кривой 4, рис. 2, a). Анализи- Энергии максимумов линий G и H (EG и EH) для всех ровались зависимости интегральных светимостей (далее исследованных в нашем эксперименте точек образца в тексте просто — интенсивности) компонентов спектра представлены на рис. 3 кружками (1) на плоскости Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 576 Ю.В. Хабаров, В.В. Капаев, В.А. Петров, Г.Б. Галиев ра y = 0.1. Можно выделить также еще две группы экспериментальных точек, лежащих близко к линиям и 8, соединяющим рассчитанные точки с одинаковыми порядковыми номерами, соответствующие одинаковому количеству монослоев КЯ3. Точки каждой из двух последних групп представляют выборку экспериментальных результатов, соответствующих постоянной ширине латерально-неоднородных квантовых ям. Таким образом, проведенное исследование планарно-неоднородного образца позволяет получить четыре группы зависимостей параметров ФЛ от физических параметров исследуемой структуры: две группы, характеризующиеся постоянными параметрами состава y = 0.13 и y = 0.(группы точек 1 и 2 соответственно), и две группы зависимостей постоянной ширины (группы точек и 4). Каждая из последних двух групп точек характеризуется постоянной шириной всех слоев исследуемой Рис. 3. Энергетические положения максимумов спектральструктуры и изменяющимся составом КЯ3. Основные ных линий G и H вспомогательной структуры для разных точек поверхности планарно-неоднородного образца (8) и расчетные кривые взаимных зависимостей энергий оптических переходов e1-hh1 для двух КЯ Iny Ga1-y As с одинаковыми значениями параметра состава y и постоянном отношении значений ширины КЯ, равном 3, при изменяющихся значениях двух параметров: ширины КЯ (различные точки на теоретических кривых) и параметра y —кривые 1–5 (1 — y = 0.09, 2 — y = 0.1, 3 — y = 0.13, 4 — y = 0.14, 5 — y = 0.15). Линии 6 и 7 соответствуют неизменяющимся значениям ширины квантовых ям.

в координатах (EH-EG). Этот рисунок иллюстрирует диапазоны изменения параметров, варьируемых в эксперименте. На этой же плоскости представлены расчетные кривые (кривые 2–6) взаимных зависимостей энергий оптических переходов для узкой и широкой квантовых ям с одинаковым содержанием In и постоянным отношением значений их ширины, равным 3 (технологически заданное отношение значений ширины КЯ1 и КЯ см. на рис. 1). Кривые были рассчитаны с учетом энергии связи экситона. Значения энергий оптических переходов в широкой КЯ1 отложены по оси абсцисс (EH), а в узкой КЯ2 — по оси ординат (EG).

Точки на расчетных кривых рис. 3 соответствуют изменению ширины КЯ3 на один монослой (2.для GaAs), начиная с ширины в один монослой. Из сопоставления на одном графике расчетных данных с экспериментальными точками оценивались параметры ширины и содержания In в неоднородных слоях исследуемой структуры, соответствующие каждой экспериментальной точке образца.

Рис. 4. Зависимости параметров ФЛ от параметра ширины w Из всех экспериментальных точек, представленных для 1 и 2 групп точек поверхности планарно-неоднородной на рис. 3, можно выделить несколько групп, классиструктуры. a: 1 — зависимость интенсивности линии спекфицирующих параметры неоднородных слоев. Наиботра H для обеих групп точек, 2, 3, 4 — зависимости отнолее представительная группа точек расположена вблисительной интенсивности линий B, C и E для точек первой зи кривой 4, рассчитанной для квантовых ям вспогруппы; 5, 6 — зависимости относительной интенсивности могательной структуры при y = 0.13. Другой группе линий B и C для точек второй группы. b: 1–6 — зависимости точек, расположенных вблизи кривой 3, можно по- энергетических положений компонентов аппроксимации линий ставить в соответствие постоянное значение парамет- спектра A-F соответственно для первой группы точек.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах... зависимости, полученные для каждой из этих четы- спектра. На рис. 4, a приведены не все зависимости рех групп точек образца, представлены на рис. 4, a, b для составляющих спектра из соображений наглядности и 5, a, b. рисунка.

Зависимость 1 на рис. 4, a совмещает данные по На рис. 4, b отражены зависимости энергетических интенсивности линии H для первых двух групп экс- положений компонентов спектра (линий A, B, C, D, периментальных точек и демонстрирует относительное E и F) исследуемой структуры для экспериментальных постоянство интенсивности излучения наиболее широ- точек первой группы(y = 0.13) от параметра ширины w кой КЯ1 при изменении как ее ширины, так и со- (кривые 1, 2, 3, 4, 5 и 6 соответственно). Все линии демонстрируют небольшое равномерное уменьшение их става. Такой характер этой зависимости иллюстрирует относительную однородность условий рекомбинации фо- энергетических положений, около 5 мэВ во всем интервале увеличения параметра w. Отсутствие эксперитовозбужденных носителей по площади исследуемого ментальных значений для линий спектра D и E в инобразца и их независимость от встроенной планарной тервале 2

Рис. 4, a содержит две группы зависимостей относительной интенсивности составляющих спектра ФЛ от параметра w, равного средней ширине КЯ3, отнесенной к ширине монослоя, для экспериментальных точек первой и второй групп. Средняя ширина КЯоценивалась, исходя из предположения о возможных отклонениях положения гетерограниц квантовых ям на один монослой в одну и в другую стороны относительно среднего, полагая, что приведенные на рис. 3 параметры наблюдаемого ФЛ излучения КЯ вспомогательной структуры определяются преимущественно широкими их областями [3,19]. Параметр w характеризует одновременное изменение ширины КЯ3 и расстояния между -слоями. Зависимости 2, 3 и 4 на рис. 4, a, построенные в полулогарифмическом масштабе, отражают изменения относительной интенсивности линий B, C и E для точек первой группы и демонстрируют экспоненциальный рост интенсивности этих составляющих в широком диапазоне значений относительной интенсивности (несколько порядков) при увеличении w. С увеличением w вид спектра трансформируется с тенденцией к преобладанию низкоэнергетических составляющих (рис. 2, a). Высокоэнергетические линии A и B для точек этой группы перестают быть заметными в связи с более интенсивным ростом линий C и D уже при значениях w = 7, а самая низкоэнергетическая линия F проявляется только при w>5 (см. также рис. 4, b). Не приведенные на рис. 4, a зависимости для линий A, D и F демонстрируют столь же быстрый экспоненциальный рост с некоторой тенденцией к насыщению при больших значениях w для линий D и F аналогично зависимости 3.

Рис. 5. Зависимости параметров ФЛ от параметра состава y Вторая группа точек представлена на рис. 4, a кривыслоя Iny Ga1-y As КЯ3 для 3 и 4 групп точек поверхности ми 5 и 6, соответствующими линиям B и C, которые планарно-неоднородной структуры. a: 1–3 — зависимости отдемонстрируют низкий, почти не меняющийся уровень носительной интенсивности линий C, D и E для точек третьей относительной интенсивности с небольшим преобладагруппы; 4–6 — зависимости относительной интенсивности нием линии C. Только к концу исследованного интервала линий B, C и D для точек четвертой группы. b: 1-5 — зависитолщин (w>10) намечается некоторый подъем значе- мости энергетических положений компонентов аппроксимации ний относительной интенсивности всех составляющих линий спектра B-F для третьей группы точек.

5 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 578 Ю.В. Хабаров, В.В. Капаев, В.А. Петров, Г.Б. Галиев емому спектру. Спектральные положения компонентов составляющих спектральной структуры. Регистрируемые аппроксимации для второй группы экспериментальных от некоторых точек поверхности образца спектры низточек (y = 0.1) и их зависимости от w практически кой интенсивности показывают, что эта спектральная такие же, как и для точек первой группы, и поэтому структура свободна от интенсивных спектральных промы их не приводим. явлений других слоев, в том числе и граничащих с Зависимости интенсивности ФЛ исследуемой структу- системой -слой-КЯ3--слой объемных слоев GaAs.

ры от содержания In в КЯ3 так же, как и зависимости Мы полагаем, что наблюдаемый, сложный по компона рис. 4, a от параметра ширины w, демонстрируют нентному составу спектр ФЛ обусловлен рекомбинацией экспоненциальный рост всех составляющих спектра при электронов, находящихся в квантово-размерных подзоувеличении параметра состава y. Это иллюстрируется нах -слоев n-типа с дырками, генерированными светом группой точек 3, для которых на рис. 5, a представ- в области между -слоями.

лены зависимости относительной интенсивности линий На рис. 2, b приведены спектры ФЛ, записанные в спектра C, D и E (кривые 1, 2 и 3) от y (w 9). Рост одной точке поверхности при двух, различающихся значений относительной интенсивности начинается при в 10 раз, уровнях возбуждения Iex: высокий — кривая y = 0.08. При дальнейшем увеличении y относительный и низкий — кривая 2. По оси ординат значения интенвклад каждой линии в общий спектр меняется мало, за сивности ФЛ на кривой 2 увеличены в 10 раз, при этом исключением линии B, которую при y > 0.09 не удается спектр низкой интенсивности полностью совпадает со идентифицировать в рамках нашей процедуры аппрокспектром высокой в спектральной области исследуемой симации. Заметим, что по осям абсцисс на рис. 5, a, b структуры и отличается от последнего в области излуотложены значения y, соответствующие содержанию In чения КЯ2 вспомогательной структуры. Такая реакция в КЯ3, отличающиеся от значений этого параметра исследуемой структуры на изменение фотовозбуждения для КЯ1 и КЯ2 на рис. 3 и 4.

Pages:     | 1 || 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.