WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Рис. 2. Зависимости толщины смачивающего слоя от времени 3. Эксперимент для параметров гетероэпитаксиальной системы InAs/GaAs при T = 485C и различных скоростях роста InAs. V, МС/с: a — Ростовые эксперименты проводились на установке 0.03, b — 0.05, c — 0.1. На рисунках указаны значения толщимолекулярно-пучковой эпитаксии ЭП1203 на полуизо- ны смачивающего слоя, соответствующие 2 МС нанесенного лирующих сингулярных подложках GaAs (100). После материала.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Теоретические и экспериментальные исследования влияния скорости роста InAs на свойства... Рис. 3. Спектры фотолюминесценции для образцов с 2.0 МС InAs КТ, осажденными на скорости роста 0.1 МС/с (1) и0.01 МС/с (2), снятые при комнатной температуре (300 K). На вставке — спектр, снятый при повышенной плотности возбуждения в спектральном диапазоне, соответствующем излучению из смачивающего слоя (WL, GaAs) при скорости роста 0.01 МС/с.

непосредственно после осаждения активной области Из результатов измерений спектров фотолюминесценвыращивался слой GaAs толщиной 50 при той же ции получено, что при уменьшении скорости осаждения температуре подложки. Далее температура подложки InAs с 0.1 до 0.01 МС/с пик (рис. 3), соответствующий повышалась и остальная часть структуры выращивалась рекомбинации через квантовые точки, монотонно смепри 600C. Для исследования закономерностей роста щается в длинноволновую область от 1126 до 1196 нм.

квантовых точек в системе InAs/GaAs была выращена Результаты ФЛ измерений в зависимости от скорости серия образцов, в которых варьировалась скорость оса- роста приведены на рис. 4. Длинноволновый сдвиг пика ждения индия от 0.01 до 0.1 МС/с. Остаточное давление паров As4 в ростовой камере для всех экспериментов было на уровне 1.8 · 10-6 Па.

Процесс осаждения InAs квантовых точек (КТ) контролировался с помощью системы регистрации и анализа картин дифракции быстрых электронов на отражение (ДБЭО) Наблюдение за динамикой изменения картин ДБЭО показало, что характерный для механизма роста Странского-Крастанова резкий переход от линейчатой картины дифракции, соответствующей планарному росту, к точечной, при которой происходит трехмерный рост, наблюдался после напыления слоя InAs толщиной 1.7-1.8 МС для всего исследуемого диапазона скоростей роста.

Фотолюминесценция возбуждалась Ar+-лазером ( = 514.5 нм, плотность возбуждения 100 Вт/см2).

Излучение детектировалось охлаждаемым Ge-фото- Рис. 4. Зависимость положения максимума пика ФЛ от InAs диодом. КТ от скорости осаждения арсенида индия.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 888 В.Г. Дубровский, В.А. Егоров, Г.Э. Цырлин, Н.К. Поляков, Ю.Б. Самсоненко, Н.В. Крыжановская...

слоя1 с помощью расчетов в приближении тонкой квантовой ямы InAs/GaAs. В этом приближении пренебрегаем локальными флуктуациями толщины смачивающего слоя в местах, где располагаются квантовые точки с конечной высотой, все подобные вклады квантовых точек в толщину квантовой ямы считаются „усредненными“ по всему образцу. Поскольку плотность квантовых точек невелика ( 1010-1011 см-2), погрешность, вносимая неоднородностями — квантовыми точками — в толщину смачивающего слоя, также является не очень существенной. На рис. 5 представлены результаты экспериментального определения толщины смачивающего слоя в системе InAs/GaAs в зависимости от скорости осаждения InAs, а также результаты теоретического расчета Рис. 5. Толщина смачивающего слоя (WL) в зависимости от (сплошная линия). Видно, что при увеличении скорости скорости осаждения InAs. Сплошная линия — теоретически роста InAs от 0.01 до 0.1 МС/с толщина смачивающего рассчитанная зависимость.

слоя монотонно растет от 1.15 до 1.36 МС, что находится в хорошем соответствии с теоретическими расчетами, проведенными в первой части работы.

Таким образом, нами проведены теоретические и фотолюминесценции связан с увеличением латеральэкспериментальные исследования зависимости свойств ных размеров InAs КТ, происходящим при увеличении ансамблей квантовых точек в системе InAs/GaAs от времени осаждения арсенида индия на пониженных скорости роста InAs. Развита кинетическая модель форскоростях роста; подобный эффект сдвига пика ФЛ мирования когерентных наноостровков, позволяющая в красную область ярко выражен при использовании рассчитать зависимости среднего размера, поверхностметода субмонослойной миграционно-стимулированной ной плотности островков и толщины смачивающего слоя эпитаксии [13], где используется выдержка в течение от времени и условий роста. Исследованы оптические некоторого времени в потоке мышьяка при прерывании свойства квантовых точек InAs/GaAs, выращенных при потока атомов металла с целью увеличения поверхностразличных скоростях роста, и проведены сравнения ной миграции адатомов и, следовательно, увеличении предсказаний теоретической модели с экспериментальлатеральных размеров наноостровков. Таким образом, ными результатами.

длинноволновый сдвиг длины волны излучения находится в качественном соответствии с тенденциями, вытекаДанная работа выполнена при частичной финансовой ющими из теоретических расчетов, представленных на поддержке научными программами Министерства прорис. 1.

мышленности науки и технологии Российской Федерации. Г.Э. Цырлин выражает признательность Alexander При уменьшении скорости осаждения арсенида индия von Humboldt Stiftung.

в спектрах ФЛ появляется второй, более высокоэнергетичный пик, который становится все более ярко выраженным для меньших скоростей роста. Этот пик отстоит от основного на 70 мэВ и может быть связан либо с Список литературы существованием возбужденных уровней в InAs КТ, либо с возникновением двух групп наноостровков, отличаю- [1] D. Bimberg, M. Grundmann, N.N. Ledentsov. Quantum dot heterostructures (Wiley & Sons, Chichester, 1999).

щихся по латеральным размерам. Для прояснения этого [2] Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, В.А. Щукин, П.С. Копьев, эффекта нами в ближайшее время будет проведено изЖ.И. Алфёров, Д. Бимберг. ФТП, 32, 385 (1998).

мерение структурных свойств методом просвечивающей [3] M. Meixner, E Schll, V.A. Shchukin, D. Bimberg. Phys. Rev.

электронной микроскопии. Интегральная интенсивность Lett., 87, 236 101 (2001).

ФЛ падает при уменьшении скорости осаждения InAs, [4] A.V. Osipov, F. Schmitt, S.A. Kukushkin, P. Hess. Appl. Surf.

что вызвано, по-видимому, уменьшением поверхностной Sci., 188, 156 (2002).

плотности наноостровков, и находится в соответствии с теоретическими выкладками в первой части работы.

Локально смачивающий слой состоит из участков поверхности моно- и двухатомной высоты. Однако при комнатной температуре Для экспериментального определения толщины смав ФЛ спектре происходит суперпозиция пиков от соответствующих чивающего слоя проводились измерения спектров ФЛ с квантовых ям. Поэтому в данном случае под понятием энергетического повышенной до 2 кВт/см2 плотностью накачки. При этом положения пика от смачивающего слоя мы подразумеваем суперпозицию пиков с вкладами моно- и двухатомных участков поверхности с в спектрах появлялась линия, соответствующая оптичесоответствующими поверхностными плотностями. Следует отметить, ской рекомбинации в смачивающем слое (см. вставку что при комнатной температуре велика вероятность термического на рис. 3). Положение максимума этого пика позволитранспорта носителей между участками смачивающего слоя различной ло определить „эффективную“ толщину смачивающего толщины.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Теоретические и экспериментальные исследования влияния скорости роста InAs на свойства... [5] A.A. Tonkikh, V.G. Dubrovskii, G.E. Cirlin, V.A. Egorov, V.M. Ustinov, D.P. Werner. Phys. Stat. Sol. B, 236 (1), R(2003).

[6] N.N. Ledentsov, V.A. Shchukin, D. Bimberg, V.M. Ustinov, N.A. Cherkashin, Yu.G. Musikhin, B.V. Volovik, G.E. Cirlin, Zh.I. Alferov. Semicond. Sci. Technol., 16, 502 (2001).

[7] A.A. Tonkikh, V.A. Egorov, N.K. Polyakov, G.. Tsyrlin, B.V. Volovik, N.A. Cherkashin, V.M. Ustinov. Tech. Phys.

Lett., 28 (3), 191 (2002).

[8] C. Ratsh, A. Zangwill. Surf. Sci., 293, 123 (1993).

[9] P. Mller, R. Kern. Appl. Surf. Sci., 102. 6 (1996).

[10] D. Kashchiev. Nucleation: Basic Theory with Applications (Butterworth Heinemann, Oxford, 2000).

[11] A.V. Osipov, S.A. Kukushkin, F. Schmitt, P. Hess. Phys. Rev.

B, 64, 205 421 (2001).

[12] F.M. Kuni. The Kinetics of Condensation under the Dynamical Conditions. Preprint No 84–178. E Kiev, ITP, 1984).

[13] Г.Э. Цырлин, А.О. Голубок, С.Я. Типисев, Н.Н. Леденцов, Г.М. Гурьянов. ФТП, 29 (9), 1697 (1995).

Редактор Л.В. Беляков Theoretical and experimental studies of the InAs growth rate dependence of the properties of quantum dot arrays in InAs/GaAs system V.G. Dubrovskii, V.A. Egorov, G.E. Cirlin, N.K. Polyakov, Yu.B. Samsonenko, N.V. Kryzhanovskaya, A.F. Tsatsul’nikov, V.M. Ustinov Institute for Analytical Instrumentation of the Russian Academy of Sciences, 190083 St. Petersburg, Russia Ioffe Physicotechnical Institute of the Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

Results of theoretical and experimental studies of the InAs growth rate dependence of the properties of InAs/GaAs quantum dot arrays are reported. A kinetic model of stressdriven coherent island formation is developed. The model allows the description of the time evolution of mean lateral size, island surface density and wetting layer thickness depending of the growth conditions. Optical properties of InAs/GaAs quantum dots at 2 monolayers of deposited material grown with different growth rates are studied. Predictions of theoretical model are compared with the experimental results. It is shown that the characteristic lateral size of quantum dots decreases with rising growth rate. The thickness of residual wetting layer at 2 monolayers of deposited material is found to increase with rising growth rate.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, 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.