WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

(5) Выражение (8) связывает термодинамику гетероэпиЗдесь I(Hc) — скорость зарождения при h = Hc, таксиальной системы (активационный барьер зарождеF(Hc) — активационный барьер зарождения при h = Hc, ния островков) с кинетикой МПЭ роста (скорость роста скорость зарождения обязана быть пропорциональной и характеристики диффузионного потока с поверхности скорости роста островка v. Функция f в (5) есть некотов островки). Для специального выбора свободной энеррая быстро убывающая функция своего аргумента, имегии образования островка [12–15] активационный барьер ющая резкий максимум при t = tc = Hc/V (tc — время зарождения имеет вид F(H) Te/[T (H/heq - 1)2]. Тогда = роста СС критической толщины) [14]. Величина t есть из (8) следует формула для критической толщины продолжительность стадии зарождения островков. Из общих соображений ясно, что чем выше скорость оса- 2 Te 1/ждения, тем быстрее происходит зарождение островков, Hc = heq 1 +. (11) 5 T ln Q поскольку в случае закритических толщин временной масштаб изменения состояния поверхности задается Здесь Te — квазиравновесный параметр размерности величиной 1/V. Следовательно, температуры, содержащий энергетические характеристики гетероэпитаксиальной системы (поверхностная t. (6) энергия, модуль упругости) и рассогласование решеV ток 0 [12]. Из (11), в частности, следует, что для данной Дифференцируя (1) по времени и полагая затем t = tc, системы материалов критическая толщина уменьшается учитывая, что по определению dh/dt = 0 при t = tc, при увеличении температуры поверхности и слабо завиdH/dt = V, (t, t) v(t - t ) вблизи tc (пишем просто сит от скорости осаждения.

v вместо v(tc)), из (2)–(5) получим В случае докритических толщин осаждения H0 < Hc максимальная метастабильность СС будет иметь место V v5/2( t)3/2 exp -F(Hc). (7) как раз при H = H0 (максимальная толщина СС в данном случае). При этом скорость зарождения I(H0) Отсюда с учетом (6) следует существенно меньше I(Hc), поэтому для наблюдения докритических InAs-КТ требуется экспозиция в потоке As4.

F(Hc) = ln(v/V ). (8) Второе важное отличие состоит в том, что структура докритических КТ не должна зависеть от скорости В правой части (8) стоит величина, много большая осаждения V, поскольку при длительной экспозиции не единицы, поскольку она содержит логарифм очень важно с какой скоростью материал был осажден. Стадия большой величины — отношения v/V скорости ро- зарождения в докритической области — существенно ста островков (микропроцесс) и скорости осаждения более длительный процесс, чем при закритических тол(макропроцесс) [14]. Это отношение в [12–15] было на- щинах осаждения. Поэтому временной масштаб стадии звано кинетическим контрольным параметром Q v/V, зарождения более не задается скоростью осаждения, т. е.

его типичные значения в случае МПЭ 102-104. Если соотношение (6) применять нельзя. В докритической для скорости роста островков в результате диффузии области продолжительность стадии зарождения можно Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Переход от термодинамического режима формирования квантовых точек в системе... Таблица 2. Качественное поведение морфологии КТ в системе InAs / GaAs(100) при различных эффективных толщинах Толщина Поведение плотности и размера КТ Поведение плотности и размера КТ Режим осаждения InAs при увеличении температуры при увеличении скорости осаждения Менее 1.6 ML Плотность увеличивается Не зависят Термодинамический Размер уменьшается 1.6-1.8ML — — Переходный 1.8-2.5ML Плотность уменьшается Плотность увеличивается Кинетический Размер увеличивается Размер уменьшается оценить из (2): зарождение прекратится тогда, когда объ- H0 - heq ML материала с поверхности. Для него из ем островков G(t) станет величиной порядка единицы, уравнения баланса вещества следует LR (H0 - heq)1/3N-1/3, (15) G(t) v5/2( t)5/2 exp -F(H0) 1. (12) т. е. размер КТ уменьшается при увеличении их плотСледовательно, продолжительность стадии зарождения ности и наоборот. Отметим, что поведение размера в есть докритической области толщин осаждения, приведенное 1 2F(H0) t exp. (13) в табл. 2, предсказывается теоретически, тогда как v поведение плотности в докритической и закритической Поверхностная плотность докритических КТ имеет вид областях и размера в закритической области подтверждено экспериментальными результатами данной рабо ты и работ [11,12].

N dtI(t) v exp -F(H0) t В заключение в работе проведены экспериментальные и теоретические исследования процессов формирования InAs-КТ на поверхности GaAs(100) при докритической 3 Te exp -. (14) толщине осаждения InAs (1.5-1.6ML). Эксперимен5 T (H0/heq - 1)тально обнаружен и теоретически обоснован сам факт формирования КТ в докритической области. Показано, Выражение (14) содержит только термодинамические что в докритической и закритической областях морфохарактеристики системы (Te, T, H0 и heq) и не зависит от логия КТ различным образом зависит от температуры кинетики МПЭ роста. Плотность докритических островповерхности. В области докритических толщин плотков возрастает с увеличением температуры поверхности ность КТ увеличивается, а в области закритических толи количества осажденного материала.

щин — уменьшается при повышении температуры. ЭфДва предельных случая, рассмотренные выше, не фект опрокидывания температурной зависимости плотмогут претендовать на описание переходного режима ности КТ вблизи критической толщины объясняется тем, формирования островков вблизи Hc, где существенны что в докритической области морфология КТ является как кинетические, так и термодинамические факторы.

термоднамически контролируемой, а в закритической Оценка переходной области по толщине [12] показывает, области — кинетически контролируемой.

что переходный режим для системы InAs / GaAs(100) осуществляется при H0 = Hc ± 0.1 ML, т. е. примерно от Данная работа выполнена при частичной финан1.6 до 1.8 ML осажденного InAs. Проведенный теоретисовой поддержке научными программами Министерческий анализ позволяет объяснить экспериментально ства науки и образования, РАН и РФФИ. Г.Э. Цырнаблюдаемый эффект „опрокидывания“ температурной лин выражает признательность Alexander von Humboldt зависимости плотности островков вблизи критической Foundation. А.А. Тонких благодарит Deutsche Forschungsтолщины.

gemeinschaft.

Таким образом, на основании полученных экспериментальных данных и их теоретического анализа можно Список литературы сделать некоторые общие выводы относительно характера зависимости морфологии InAs-КТ на поверхности [1] Ж.И. Алфёров. ФТП, 32, 3 (1998).

GaAs(100) от управляющих параметров процесса МПЭ [2] D. Bimberg, M. Grundmann, N.N. Ledentsov. Quantum dot роста (температура поверхности T, скорость осаждеheterostructures (Wiley & Sons, 1999).

ния V и эффективная толщина осаждения H0). Эти [3] V.M. Ustinov, A.E. Zhukov, A.Yu. Egorov, N.A. Maleev.

выводы приведены в табл. 2. Квазистационарный латеQuantum dot lasers (Oxford University Press, 2003).

ральный размер островков LR определяется как средний [4] Г.Э. Цырлин, Н.П. Корнеева, В.Н. Демидов, Н.К. Поляков, размер, котоpого достигнут КТ после поглощения всех В.Н. Петров, Н.Н. Леденцов. ФТП, 31, 1230 (1997).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 858 Ю.Г. Мусихин, Г.Э. Цырлин, В.Г. Дубровский, Ю.Б. Самсоненко, А.А. Тонких, Н.А. Берт, В.М. Устинов [5] J.M. Moison, F. Houzay, F. Batthe, L. Leprince, E. Andr, A transition from thermodynamically O. Vatel. Appl. Phys. Lett., 64, 196 (1994).

to kinetically controlled formation [6] I. Mukhametzhanov, Z. Wei, R. Heitz, A. Madhukar. Appl.

of quantum dots in a InAs / GaAs(100) Phys. Lett., 75, 85 (1999).

system [7] Ch. Heyn. Phys. Rev. B, 64, 165 306 (2001).

[8] A. Polimeni, A. Patane, M. Cappizi, F. Martelli, L. Nazi, + Yu.G. Musikhin, G.E. Cirlin, V.G. Dubrovskii, G. Salvani. Phys. Rev. B, 53, R4213 (1996).

+ + Yu.B Samsonenko, A.A. Tonkikh, N.A. Bert, [9] I. Daruka, A.-L. Barabasi. Phys. Rev. Lett., 79, 3708 (1997).

V.M. Ustinov [10] M. Meixner, E. Schll, V.A. Shchukin, D. Bimberg. Phys. Rev.

Lett., 87, 236 101 (2001).

Ioffe Physicotechnical Institute, [11] А.А. Тонких, Г.Э. Цырлин, В.Г. Дубровский, Ю.Б. СамRussian Academy of Sciences, соненко, Н.К. Поляков, В.А. Егоров, А.Г. Гладышев, 194021 St. Petersburg, Russia Н.В. Крыжановская, В.М. Устинов. Письма ЖТФ, 29, + Institute for Analytical Instrumentation, (2003).

Russian Academy of Sciences, [12] V.G. Dubrovskii, G.E. Cirlin, Yu.G. Musikhin, Yu.B. Sam190103 St. Petersburg, Russia sonenko, A.A. Tonkikh, N.K. Polyakov, V.A. Egorov, A.F. Tsatsul’nikov, N.A. Krizhanovskaya, V.M. Ustinov, P. Werner.

J. Cryst. Growth, 267, 47 (2004).

Abstract

We present the results of experimental and theo[13] В.Г. Дубровский, А.А. Тонких, Г.Э. Цырлин, В.М. Устинов, retical study of quantum dot formation in a InAs / GaAs(100) P. Werner. Письма ЖТФ, 30, 72 (2004).

system in the case of a subcritical amount of deposited InAs [14] V.G. Dubrovskii, G.E. Cirlin, V.M. Ustinov. Phys. Rev. B, 68, (1.5-1.6 monolayers). It is shown that in the subcritical range 075 409 (2003).

of InAs thickness (smaller than 1.6 monolayers) the density of [15] V.G. Dubrovskii, G.E. Cirlin, V.M. Ustinov. Phys. Status Solidi quantum dots increases and their size decreases with increasing B, 241, R42 (2004).

the surface temperature regardless of the deposition rate. In the [16] A.V. Orlov, F. Schmitt, S.A. Kukushkin, P. Hess. Appl. Surf.

overcritical range of InAs thickness (more than 1.8 monolayers) Sci., 188, 156 (2002).

the density of quantum dots increases and their size decreases [17] P. Mller, R. Kern. Appl. Surf. Sci., 102, 6 (1996).

with decreasing the temperature and increasing of the deposition [18] Ф.М. Куни, А.П. Гринин. Коллоид. журн., 46, 23 (1984).

[19] A.V. Osipov, S.A. Kukushkin, F. Schmitt, P. Hess. Phys. Rev. rate. The observed behavior of quantum dot morphology is B, 64, 205 421 (2001). attributed to the transition from thermodynamically to kinetically [20] V.G. Dubrovskii. J. Phys.: Condens. Matter., 16, 6929 (2004).

controlled regime of quantum dot formation near the critical thickness of InAs.

Редактор Л.В. Беляков Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.

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.