WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 8 Формирование наноструктур InGaAs/GaAs методами субмонослойного напыления из молекулярных пучков © Г.Э. Цырлин, В.Н. Петров, В.Г. Дубровский, Н.К. Поляков, С.Я. Типисев, А.О. Голубок, Н.Н. Леденцов Институт аналитическогоо приборостроения Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия Физико-технический институт им.А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 25 октября 1996 г. Принята к печати 31 октября 1996 г.) Методом сканирующей туннельной микроскопии исследованы морфологические характеристики ансамбля нанообъектов InGaAs/GaAs на сингулярных и вицинальных поверхностях GaAs (100). Наноструктуры формировались с использованием различных модификаций молекулярно-пучковой эпитаксии. Установлено, что на морфологию поверхности оказывает сильное влияние как кинетика роста, так и умышленная разориентация поверхности.

Введение 1. Эксперимент Изучение эффектов самоорганизации является одним Ростовые эксперименты проводились на установке ЭП из основных направлений в современной фундамен- 1203 на подложках GaAs (100) (сингулярные образцы) тальной и прикладной физике поверхности. В настоя- и подложках GaAs (100), поверхность которых разорищее время, например, активно исследуются процессы ентирована на 3 и 7 в сторону [011] (вицинальные формирования наноструктур за счет самоорганизации образцы). Методика химической предростовой подготовповерхности полупроводников [1–5]. Самоорганизация ки поверхности пластин описана в [17]. При иссленаноструктур на поверхности полупроводников при гетедовании влияния разориентации подложки на морфолороэпитаксиальном росте в рассогласованных по парамегию поверхности сингулярные и вицинальные образцы тру решетки системах обусловлена релаксацией упругих наклеивались с помощью индия на один молибденонапряжений в объеме и на поверхности. Квантовые точки вый держатель таким образом, чтобы неравномерность и квантовые проволоки, в которых движение носителей температурного поля нагревателя образца и градиенты заряда ограничено по трем или двум направлениям, потоков на поверхности были минимальными.

обладают уникальными оптическими свойствами [6,7], После удаления окисного слоя в ростовой камере при открывают пути к созданию оптоэлектронных приботемпературе подложки Ts = 610-630C в потоке As4, ров нового поколения [8,9]. Наблюдение сверхузких методом традиционной молекулярно-пучковой эпитаксии линий катодолюминесценции однозначно указывает на выращивался буферный слой GaAs толщиной 0.25 мкм дельтообразный спектр плотности электронных состопри сохранении реконструкции поверхности (2 4) и яний [6]. Достигнутый прогресс в теории образования Ts = 550C. Буферный слой легировался бериллием до наноструктур [10,11], обнаружение эффектов упорядоконцентрации 1016 см3 для уверенного захвата тунченности квантово-размерных образований на поверхнельного тока при последующем исследовании поверхности в системе InGaAs/GaAs [12,13] и возможность ности методом сканирующей туннельной микроскопии.

”настройки” характерных размеров образующихся наПосле выращивания буферного слоя температура ноструктур при варьировании технологических услообразца в потоке мышьяка понижалась до Ts = 470C вий роста (температуры подложки, скорости роста и (момент изменения поверхностной реконструкции соотношения потоков) в методе молекулярно-пучковой (2 4) на c(4 4)). Давление мышьяка при эпитаксии (МПЭ) [10,14], а также разориентации пооткрытой заслонке мышьяка в ростовой камере во верхности подложки [8,15,16], позволяет надеяться на всех экспериментах поддерживалось постоянным на получение квантово-размерных структур с заранее зауровне 4 · 10-6 Па.

данными геометрическими свойствами. Дополнительным Выращивание слоев InxGa1-xAs проводились в репараметром, с помощью которого можно производить жимах субмонослойного эпитаксиального роста. Схеуправление размерами наноструктур, является измематически временные зависимости положения заслонок нение ростовых мод (субмонослойная МПЭ, атомномолекулярных источников In, Ga и As приведены на послойная МПЭ) для выращивания слоев, претерпеваюрис. 1. Использовались следующие ростовые моды:

щих фазовый переход при росте по механизму Странски– субмонослойная МПЭ (СМПЭ) [18] (рис. 1, a для InAs и Крастанова. В данной работе методом сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) исследуются морфо- рис. 1, b для InxGa1-xAs), субмонослойная миграционностимулированная эпитаксия (СМСЭ) [19] (рис. 1, c для логические характеристики ансамбля квантовых точек InGaAs/GaAs, полученных на сингулярных и вициналь- InAs и рис. 1, d для InxGa1-xAs), атомно-послойная ных поверхностях GaAs (100) с помощью различных МПЭ (АПМПЭ) [20] (рис. 1, e), и(или) их комбинации.

модификаций метода МПЭ. В каждом случае осаждалось 3 монослоя (МС) либо Формирование наноструктур InGaAs/GaAs методами субмонослойного напыления... Перечень исследуемых образцов, их технологические параметры и геометрические характеристики Номер Латеральные Поверхностная Ростовая мода Вицинальность Состав образца размеры, нм плотность, см-1 СМПЭ нет 6–15 – In0.66Ga0.33As 2 СМСЭ нет 10 1.5 · 1011 In0.66Ga0.33As 3 СМСЭ нет 18 1.1 · 1011 InAs 4 СМСЭ 3 19 0.7 · 1011 InAs 5 СМСЭ 7 10 1.3 · 1011 InAs 6 МПЭ + СМПЭ нет – – InAs 7 МПЭ + СМПЭ 3 – – InAs 8 МПЭ + СМПЭ 7 14 1.4 · 1011 InAs 9 АПМПЭ + СМПЭ 3 – – InAs 10 АПМПЭ + СМПЭ 7 – – InAs арсенида индия, либо твердого раствора InxGa1-xAs. По- различных методов выращивания. В случае СМПЭ насле завершения роста нагреватель образца немедленно блюдается наличие как относительно больших ( 15 нм), удалялся из зоны держателя образца. так и небольших (6нм) квантовых точек, разделение Состояние поверхности контролировалось in situ ди- которых слабо выражено (т. е. островки частично коалесцированы). При СМСЭ росте квантовые точки латеральфракцией быстрых электронов на отражение (ДБЭО).

но разделены, характеризуются высокой поверхностной Система ДБЭО включала в себя высокочувствительную плотностью и обладают относительно малой дисперсией видеокамеру, видеомагнитофон для записи динамики по размерам.

картин ДБЭО во время роста, компьютера для обраНа рис. 3 приведены СТМ изображения для образботки записываемой информации, интерфейса, осущецов 3–5 соответственно (InAs, СМСЭ рост). Как поствляющего сопряжение видеокамеры с видеомагнитоказывают данные ДБЭО, в данном случае вследствие фоном и компьютером, и программного обеспечения, большей величины рассогласования постоянных решепозволяющего производить обработку картин ДБЭО в ток квантовые точки образуются при меньшей толщине реальном масштабе времени [21]. Калибровка скоростей напыленного слоя, чем для образцов 1 и 2. Для роста GaAs и InAs проводилась с помощью измересингулярной поверхности (рис. 3, a) характерно наличие ния осцилляций интенсивности зеркального рефлекса хорошо разделенных квантовых точек, расположенных на картине ДБЭО. Скорости роста GaAs и InAs в изотропно. Преимущественно изотропное распределение процессе экспериментов были постоянными и равными характерно и для вицинальных поверхностей, однако 0.5 и 0.1 монослоя/с соответственно.

по мере увеличения угла разориентации возрастает их Морфология поверхности образцов исследовалась плотность при сохранении или уменьшении латеральных ex situ с помощью сканирующего туннельного микроразмеров (рис. 3, b,c).

скопа, методика и режимы измерений описаны в [13,16].

Проведенные ранее исследования показали, что на Многократно воспроизводимые и устойчивые СТМ изоморфологию поверхности оказывает существенное влибражения были получены на различных участках исяние кинетика роста, в том числе и на начальной стаследуемых образцов. Для проведения длительных СТМ дии. С целью исследования влияния ростовых мод на измерений образцы помещались в вакуумное масло для морфологию поверхности нами варьировалась ростовая защиты поверхности от окисления на воздухе. Подобная методика на начальной стадии, т. е. при образовании защита позволила получать воспроизводимые СТМ изопервых полутора монослоев InAs. Использовались трабражения в течение месяца после изъятия образцов из диционная МПЭ и атомно-послойная МПЭ. Оставшиеся вакуумной камеры.

полтора монослоя осаждались при СМПЭ моде. На рис. приведены СТМ изображения для образцов 6–8 соответ2. Результаты и их обсуждение ственно. Для сингулярного и слабо разориентированного образца на поверхности наблюдается мезоскопическая В таблице приведены номера исследуемых образцов, структура с малой концентрацией квантовых точек. При соответствующие им технологические параметры и их увеличении угла разориентации формируется ансамбль основные геометрические характеристики.

квантовых точек, расположенных в примитивной квазиНа рис. 2, a, b приведены СТМ изображения для образ- двумерной решетке с векторами вдоль направлений [001] цов 1 и 2 (InxGa1-xAs, СМПЭ и СМСЭ технологии) и [010]. При использовании на начальной стадии метода соответственно. Из рисунка видно, что морфология по- АПМПЭ на вицинальных образцах наблюдается коалесверхности качественно изменяется при использовании ценция квантовых точек в конгломераты (рис. 5, a, b, Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 904 Г.Э. Цырлин, В.Н. Петров, В.Г. Дубровский, Н.К. Поляков, С.Я. Типисев, А.О. Голубок, Н.Н. Леденцов рсией по латеральным размерам по сравнению с другими технологиями. Данный эффект, по-видимому, может быть объяснен более быстрым накоплением напряжения в гетероструктуре, достаточным для распада слоя на трехмерные образования под действием сил упругого напряжения. Это в свою очередь приводит к тому, что толщина псевдоморфного слоя меньше, чем при использовании методов одновременного напыления элементов V и III групп. Влияние вицинальности поверхности на форфологию образующихся наноструктур обусловлено дополнительным механизмом релаксации упругих напряжений за счет присутствия на поверхности набора мономолекулярных ступеней. В отдельных случаях их большая плотность может привести к качественному изменению морфологии поверхности по сравнению с сингулярной или слабо разориентированной поверхностью, особенно в случае более ”толстого” псевдоморфного слоя (рис. 4, a–c).

Таким образом, были исследованы некоторые субмонослойные технологические методы создания самооргаРис. 1. Временные зависимости положения заслонок при СМПЭ InAs (a) и InGaAs (b), СМСЭ InAs (c) и InGaAs (d) и АПМПЭ (e). Состояние открытой заслонки заштриховано, закрытой — не заштриховано.

образцы 9 и 10 соответственно) вне зависимости от степени разориентации поверхности.

Приведенные нами результаты свидетельствуют о существенном влиянии как кинетики роста, так и разориентации поверхности на морфологию слоев InGaAs/GaAs (100). Полученные ранее результаты, касающиеся зависимости структурных и оптических свойств квантово-размерных структур в методе МПЭ от давления компоненты V группы [14], подтверждают влияРис. 2. СТМ изображения участков поверфхности после осание кинетики роста на результирующую морфологию жения 3 монослоев In0.66Ga0.33As на GaAs (100) при СМПЭ (a) поверхности. Согласно нашим данным, использование и СМСЭ (b). Площадь сканирования 400 нм 400 нм для методими СМСЭ приводит к образованию ансамбля обоих случаев. Стороны изображений параллельны направле квантовых точек с высокой плотностью и малой диспе- ниям [011] и [011].

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Формирование наноструктур InGaAs/GaAs методами субмонослойного напыления... Рис. 3. СТМ изображения участков поверхности после осаже- Рис. 4. СТМ изображения участков поверхности после осания 3 монослоев InAs на GaAs (100) при СМСЭ. a — сингуляр- жения 3 монослоев InAs на GaAs (100) при МПЭ + СМПЭ.

ная поверхность, b — разориентация 3, c — разориентация 7.

a — сингулярная поверхность, b — разориентация 3, c — Площадь сканирования 600 нм 600 нм для всех случаев. Сто- разориентация 7. Площадь сканирования 900 нм 900 нм для роны изображений параллельны направлениям [011] и [011].

всех случаев. Стороны изображений параллельны направлени ям [011] и [011].

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 906 Г.Э. Цырлин, В.Н. Петров, В.Г. Дубровский, Н.К. Поляков, С.Я. Типисев, А.О. Голубок, Н.Н. Леденцов [3] I. Goldstein, F. Glas, J.Y. Marzin, M.N. Charasse, G. Le Roux.

Appl. Phys. Lett., 47, 1099 (1985).

[4] R. Nzel, N.N. Ledentsov, L. Dweritz, M. Hohenstein, K. Ploog K. Phys. Rev. Lett., 67, 3812 (1991).

[5] J. Tersoff, R.M. Tromp. Phys. Rev. Lett., 70, 2782 (1993).

[6] M. Grundmann, J. Christen, N.N. Ledentsov, J. Bhrer, D. Bimberg, S.S. Ruvimov, P. Werner, U. Richter, U. Gsele, J. Heydenriech, M.V. Ustinov, A.Yu. Egorov, A.E. Zhukov, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov. Phys. Rev. Lett., 74, 4043 (1995).

[7] R. Leon, S. Fafard. D. Leonard, J.I. Merz, P.M. Petroff. Phys.

Rev. B, 50, 11 687 (1994).

[8] N. Kirstaedter, N.N. Ledentsov, M. Grundmann, D. Bimberg, V.M. Ustinov, S.S. Ruvimov, M.V. Maximov, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov, U. Richter, P. Werner, U. Gsele, J. Heydenreich.

Electron. Lett., 30, 1416 (1994).

[9] D.S.I. Mui, D. Leonard, L.A. Coldren, P.M. Petroff. Appl. Phys.

Lett., 66, 1620 (1995).

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

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

[11] C. Priester, M. Lanoo. Phys. Rev. Lett., 75, 93 (1995).

[12] N.N. Ledentsov, M. Grundmann, N. Kirstaedter, J. Christen, R. Heitz, J. Bhrer, F. Heinrichsdorff, D. Bimberg, S.S. Ruvimov, P. Werner, U. Richter, U. Gsele, J. Heydenreich, V.M. Ustinov, A.Yu. Egorov, M.V. Maximov, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov. Proc. 22th Int. Conf. on Physics of Semicond.

Vancouver, Canada, 1994 ed by D.J. Lookwood (World Scientific, Singapore, 1995) v. 3, p. 1855.

[13] G.E. Cirlin, G.M. Guryanov, A.O. Golubok, S.Ya. Tipissev, N.N. Ledentsov, P.S. Kop’ev, M. Grundmann, D. Bimberg.

Appl. Phys. Lett., 67, 97 (1995).

[14] N.N. Ledentsov, M. Grundmann, N. Kirstaedter, O. Schmidt, R. Heitz, J. Bhrer, D. Bimberg, V.M. Ustinov, V.A. Shchukin, A.Yu. Egorov, A.E. Zhukov, S. Zaitsev, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov, S.S. Ruvimov, A.O. Kosogov, P. Werner, Рис. 5. СТМ изображения участков поверхности после осаже- U. Gsele, J. Heydenriech. Sol. St. Electron., 40, 785 (1996).

ния 3 монослоев InAs на GaAs (100) при АПМПЭ + СМПЭ. [15] Н.Н. Леденцов, М.В. Максимов, Г.Э. Цырлин, В.Н. Петров, a — разориентация 3, b — разориентация 7. Площадь Г.М. Гурьянов. ФТП, 29, 1295 (1995).

сканирования 900 нм 900 нм для обоих случаев. Стороны [16] G.M. Guryanov, G.E. Cirlin, V.N. Petrov, N.K. Polyakov, изображений параллельны направлениям [011] и [011]. A.O. Golubok, S.Ya. Tipissev, E.P. Musikhina, V.B. Gubanov, Yu.B. Samsonenko, N.N. Ledentsov. Surf. Sci. 331–333, (1995).

Pages:     || 2 |



© 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.