WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

фектов и дислокаций. Островки с дислокациями при- Использование охлаждения массивов КТ непосредтягивают к себе In из находящихся поблизости малых ственно после осаждения InAs открывает дополнителькогерентных островков. Интересно отметить, что даже ные возможности управления их плотностью, латеральпри длительных прерываниях роста размеры и форма ным размером и высотой. Так, например, плотность когерентных КТ претерпевают лишь слабые изменения и латеральный размер КТ, выращенных при 500C с и островки промежуточного размера не наблюдаются. охлаждением до 450C, примерно равны аналогичным Таким образом, несмотря на то что применимость параметрам КТ, выращенных при 470C, в то время термодинамического подхода, строго говоря, ограничена как их высота почти в 2 раза больше высоты КТ, наличием островков с дислокациями, для подсистемы выращенных при 470C. Представляется, что, выбирая когерентных КТ он справедлив и в этом случае. скорость и время охлаждения, можно в определенных Рассмотрим влияние понижения температуры после пределах контролировать параметры массивов КТ.

формирования КТ на их плотность, латеральный размер Нами также было исследовано влияние охлаждения и высоту. Как видно из рис. 1, 2, охлаждение приводит на свойства КТ, полученных более сложным технолок уменьшению латерального размера и заметному увели- гическим методом — стимулированным распадом тверчению плотности КТ. Данные закономерности качествен- дого раствора InGaAs [4]. В этом ростовом процессе но согласуются с выводами термодинамической модели, начальные КТ InAs–GaAs, полученные осаждением DIS так как при понижении температуры от Ts до Ts монослоев InAs, заращиваются слоем Inx Ga1-x As сред1 параметры массива островков стремятся к значениям, ней толщиной H (как правило, DIS = 1.7-3.5 монослоев соответствующим температуре Ts. Ввиду того, что охла- InAs, x = 0-0.3, H = 0-6нм). В процессе заращивания ждение происходит в течение конечного промежутка InGaAs атомам индия энергетически более выгодно Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 894 Н.А. Черкашин, М.В. Максимов, А.Г. Макаров, В.А. Щукин, В.М. Устинов, Н.В. Луковская...

диффундировать по направлению к квантовым точкам, температурах роста обменные реакции на поверхности параметр решетки которых ближе к параметру решетки замедлены и для достижения КТ равновесного размера InAs, тогда как атомам Ga энергетически более выгодно требуется длительное время.

диффундировать к областям между квантовыми точками, При понижении температуры непосредственно после где параметр решетки ближе к параметру решетки GaAs.

формирования КТ их плотность, латеральный размер Этот процесс ведет к эффективному увеличению размеи высота начинают стремиться к равновесным значеров начальных КТ и соответственно длинноволновому ниям, соответствующим температуре, до которой осусдвигу линии ФЛ. Активированный распад твердого ществляется охлаждение. Поскольку в наших эксперираствора схематически представлен на вставке к рис. 4.

ментах охлаждение осуществлялось в течение достаТот факт, что КТ оказываются закрыты слоем InGaAs, точно небольшого промежутка времени (120 с), плотдает дополнительный вклад в длинноволновый сдвиг ность и латеральный размер точек приобретали промелинии ФЛ за счет понижения ширины запрещенной зоны жуточное значение между равновесными параметрами, матрицы и перераспределения полей напряжений внусоответствующими начальной и конечной температурам.

три квантовых точек. Наличие нескольких параметров В то же время высота КТ увеличивалась очень быстро роста (DIS, x, H) дает возможность эффективно управи превышала равновесное значение, соответствующее лять параметрами массивов КТ, в частности получить конечной температуре. Таким образом, за счет правильдлину волны излучения 1.3 мкм, поддерживая высокое ного выбора скорости и времени охлаждения можно структурное и оптическое качество образца.

получать массивы КТ с требуемым соотношением высоСпектр ФЛ структуры с КТ, выращенными метоты и латерального размера. Выбор температуры роста, дом активированного распада твердого раствора при а также использование охлаждения непосредственно 485C, показан на рис. 4. В данном случае начальные после формирования квантовых точек открывают широInAs-островки, полученные осаждением 2.4 монослокие возможности для управления параметрами КТ как ев, заращивались слоем Inx Ga1-xAs (x = 0.15) средней в режиме роста Странского–Крастанова, так и в случае толщиной 6 нм. Охлаждение структуры до 430C (подругих более сложных технологических подходов, таких сле формирования КТ) приводит к длинноволновому как формирование вертикально связанных квантовых сдвигу линии ФЛ на 30 мэВ. Таким образом, закоточек [2], рост в поле напряжений начального слоя номерности, справедливые в случае роста в режиме стрессоров [3], активированный распад твердого раствоСтранского–Крастанова, применимы и для КТ, полура [4].

ченных более сложным технологическим методом — Работа выполнялась при поддержке INTAS, РФФИ активированным распадом твердого раствора.

и программы Министерства науки „Физика твердотельных наноструктур“. М.В. Максимов и В.А. Щукин бла5. Заключение годарят Alexander von Humboldt Foundation за научные стипендии.

Исследовано влияние температуры подложки на параметры массивов квантовых точек (плотность, латеральный размер, высоту), а также на положение максимума Список литературы спектра фотолюминесценции. С ростом температуры от 420 до 520C наблюдается увеличение латерального [1] D. Bimberg, M. Grundmann, N.N. Ledentsov. Quantum размера КТ с 13 до 23.5 нм и уменьшение их плотности Dots Heterostructures (John Willey & Sons, Baffins Line, с 9.2 · 1010 до 1.9 · 1010 см-2. Наблюдаемый коротковолChichester, 1999).

новый сдвиг линии фотолюминесценции при увеличении [2] N.N. Ledentsov, V.A. Shchukin, M. Grundmann, N. Kirsтемпературы от 450 до 520C говорит об уменьшении taedter, J. Bohrer, O. Schmidt, D. Bimberg, V.M. Ustinov, объема квантовых точек с ростом температуры. УвеA.Yu. Egorov, A.E. Zhukov, P.S. Kop’ev, S.V. Zaitsev, личение латерального размера при уменьшении объема N.Yu. Gordeev, Zh.I. Alferov, A.I. Borovkov, A.O. Kosogov, означает уменьшение высоты точек, т. е. они приобре- S.S. Ruvimov, P. Werner, U. Gosele, J. Heydenreich. Phys.

Rev. B, 54 (12), 8743 (1996).

тают более плоскую форму. Выводы об уменьшении [3] I. Mukhametzhanov, R. Heitz, J. Zeng, P. Chen, A. Madhukar.

высоты КТ подтверждаются данными электронной миAppl. Phys. Lett., 73, 1341 (1998).

кроскопии (некоторое увеличение высоты при 520C, [4] M.V. Maximov, A.F. Tsatsul’nikov, B.V. Volovik, D.S. Sizov, наблюдаемое на ПЭМ-изображениях, по-видимому, свяYu.M. Shernyakov, I.N. Kaiander, A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, зано с уширением профиля состава при высоких темS.S. Mikhrin, V.M. Ustinov, Zh.I. Alferov, R. Heitz, пературах роста). Уменьшение объема КТ при увеV.A. Shchukin, N.N. Ledentsov, D. Bimberg, Yu.G. Musikhin, личении температуры подложки находится в согласии W. Neumann. Phys. Rev. B, 62, 16 671 (2000).

с предсказаниями термодинамической модели роста по [5] N.N. Ledentsov, M. Grundmann, N. Kirstaedter, O. Schmidt, механизму Странского–Крастанова, согласно которой R. Heitz, J. Bohrer, D. Bimberg, V.M. Ustinov, V.A. Shchukin, существуют равновесная форма, объем и плотность КТ, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov, A.O. Kosogov, P. Werner, U. Richсоответствующие данной температуре подложки. Малая ter, U. Gosele, J. Heydenreich. Sol. St. Electron., 40, высота КТ при 420C объясняется тем, что при низких (1996).

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Управление параметрами массивов квантовых точек InAs–GaAs в режиме роста... [6] V.A. Shchukin, N.N. Ledentsov, V.M. Ustinov, Yu.G. Musikhin, V.B. Volovic, A. Schliwa, O. Stier, R. Heitz, D. Bimberg. In: Morphological and Compositional Evolution of Heteroepitaxial Semiconductor Thin Films, ed. by J. Mirecki Millunchick, A.-L. Barabsi, N.A. Modine, and E. Jones [Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 618, 79 (Pittsburgh, 2000)].

[7] A. Madhukar. In: Low Dimensional Structures Prepared by Epitaxial Growth or Regrowth on Patterned Substrates, ed.

by K. Eberl, P. Petroff and P. Demeester (Dordrecht, Kluwer, 1995) p. 19.

[8] A.L. Barabsi. Appl. Phys. Lett., 70, 2565 (1997).

[9] D.E. Jesson, K.M. Chen., S.J. Pennycook, T. Thundat, R.J. Warmack. Phys. Rev. Lett., 77, 1330 (1996).

[10] V.A. Shchukin, N.N. Ledentsov, P.S. Kop’ev, D. Bimberg. Phys.

Rev. Lett., 75, 2968 (1995).

[11] I. Daruka, A.L. Barabsi. Phys. Rev. Lett., 79, 3708 (1997).

[12] G. Medeiros-Ribeiro, A.M. Bratkovski, T.I. Kamins, D.A. Ohlberg, R.S. Williams. Science, 279, 353 (1998).

[13] V.A. Shchukin, N.N. Ledentsov, D. Bimberg. Epitaxy of Nanostructures [Springer Series on Nanoscience and Technology (Springer, Berlin, 2002) p. 320].

[14] V.A. Shchukin, N.N. Ledentsov, D. Bimberg. Mater. Res. Soc.

Symp. Proc. (Pittsburgh, 2000) v. 583, p. 23.

Редактор Л.В. Шаронова Control over parameters of InAs–GaAs quantum dots in Stranski–Krastanow growth mode N.A. Cherkashin, M.V. Maximov, A.G. Makarov, V.A. Shchukin, V.M. Ustinov, N.V. Lukovskaya, Yu.G. Musikhin, G.E. Cirlin, N.A. Bert, Zh.I. Alferov, N.N. Ledentsov, D. Bimberg Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia Technische Universitt Berlin, Berlin D-10623, Germany

Abstract

The impact of growth temperature on density, lateral size and height of InAs–GaAs quantum dots (QD) is studied by transmission electron microscopy. With the increase in temperature from 450 to 520C, the density of QD decreases while their lateral size increases and the height decrease that is the dots strongly flatten. An observed blue shift of the photoluminescence line shows that QD volume decreases as the temperature increases.

Our experimental results confirm thermodynamic models of QD formation. The influence of the decrease in the substrate temperature immediately after QD formation on parameters of QD arrays is also investigated. Cooling the QD array results in a decrease in dots size and increase in their density, i. e. QD ensembles tend to acquire equilibrium parameters corresponding to the temperature to which it is cooled. The QD height increases very quickly during the cooling and at a limited cooling time the QD height can exceed the equilibruim value. This opens the opportunities to fabricate QD arrays with a controllable height-to lateral size ration by choosing the cooling time.

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.