WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 8 Люминесцентные свойства квантовых точек InAs/GaAs, полученных методом субмонослойной миграционно-стимулированной эпитаксии © Г.Э. Цырлин, В.Н. Петров, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов Институт аналитического приборостроения Российской академии наук, 198103 Санкт-Петербург, Россия Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 12 ноября 1996 г. Принята к печати 14 ноября 1996 г. ) Приводятся результаты по исследованию люминесцентных свойств ансамбля квантовых точек InAs, полученных методом субмонослойной миграционно-стимулированной эпитаксии на сингулярных и вициальных поверхностях GaAs(100). Наибольшая величина ширины линии фотолюминесценции на полувысоте наблюдается в образцах, разориентированных на 3, что свидетельствует о наибольшем разбросе квантовых точек по размерам в этом случае. Квазиравновесные квантовые точки формируются либо при повышенном времени выдержки образцов в потоке мышьяка, либо при большей величине осажденного индия.

Введение GaAs(100). Прошедшие химическую обработку по описанной в [14] методике три образца (сингулярный и два Эффекты самоорганизации на поверхности полупровицинальных) наклеивались с помощью индия на один водников, приводящие к спонтанному образованию анмолибденовый держатель таким образом, чтобы неравсамбля упорядоченных наноразмерных островков, активномерность температурного поля нагревателя образца и но исследуются в настоящее время как с фундаментальградиенты потоков на поверхности были минимальными.

ной, так и с прикладной точки зрения. Как было покаПосле удаления окисного слоя в ростовой камере в зано ранее теоретически, свойства полупроводниковых потоке As выращивался буферный слой GaAs толщиной приборов значительно улучшаются в случае применения 300 нм при Ts = 630C. Эта температура в нашем случае квантово-размерных структур, в которых движение носисоответствует моменту перехода реконструкции поверхтелей заряда ограничено по двум (квантовые проволоки) ности (24) в (31) и выбиралась из соображений улучитрем(квантовые точки) направлениям [1]. В случае исшения электрофизических и оптических параметров слопользования полупроводниковой системы InAs/GaAs возев [15]. После буферного слоя выращивалась сверхреможно получение массива квантовых точек при достишетка, состоящая из пяти пар слоев GaAs/Al0.25Ga0.75As жении критической толщины напыленного арсенида ин(20 /20 ), с целью исключения возможности диффузии дия на подложку арсенида галлия непосредственно при и дрейфа неравновесных носителей в полуизолирующую молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) [2–7]. Данный подложку с высокой концентрацией глубоких примесей эффект объяняется релаксацией упругих напряжений, (Cr). Далее выращивался слой GaAs толщиной 70 и возникающих при росте в гетероэпитаксиальной системе температура образца в потоке мышьяка понижалась до с рассогласованными постоянными решеток по механизTs = 470C (момент перехода поверхностной рекомбиму Странски–Крастанова. Недавно был реализован полунации (2 4) в (2 2)). Активный слой выращивался в проводниковый лазер, активная область которого вклюрежиме субмонослойной миграционно-стимулированной чает в себя массив квантовых точек InGaAs/GaAs, полуэпитаксии, заключающейся в осаждении индия (при отченных методом субмонослойной МПЭ (СМПЭ) [8].

Известно, что на структурные свойства ансамбля кван- сутствии потока мышьяка) в количестве, необходимом для 0.5 монослоя InAs, и выдержке в течение 2–30 с (вретовых точек оказывает влияние как кинетика роста, так и вицинальность поверхности [9–12]. Было показано, что мя ) в потоке мышьяка. Общая номинальная толщина использование метода субмонослойной миграционно- InAs составляла 2 или 3 монослоя (четыре или шесть стимулированной эпитаксии (СМСЭ) позволяет полу- циклов осаждения). После завершения процедуры роста чать квантовые точки с отклонением по латеральным активного слоя при той же температуре выращивался размерам от средней величины на 10% [13]. В данной слой GaAs толщиной 70. Далее Ts устанавливалась работе приводятся результаты по исследованию люмиравной 630C и выращивался слой GaAs толщиной 70.

несцентных свойств ансамбля квантовых точек, полуПосле этого выращивалась сверхрешетка, состоящая из ченных методом СМСЭ на сингулярных и вициальных 5 пар слоев GaAs/Al0.25Ga0.75As (20 /20 ), с целью поверхностях GaAs(100).

исключения влияния поверхностной рекомбинации. При росте сверхрешеток после каждого слоя GaAs производилась выдержка поверхности образца в потоке As Эксперимент в течение 20 с. Давление мышьяка в ростовой камере во всех экспериментах поддерживалось постоянным на Ростовые эксперименты проводились на установке МПЭ ЭП 1203 на сингулярных и разориентированных уровне 4 · 10-6 Па. Значения ранее откалиброванных на 3 и 7 в сторону [011] подложках полуизолирующего потоков Ga, Al и In устанавливались таким образом, Люминесцентные свойства квантовых точек InAs/GaAs,... чтобы скорости роста GaAs, AlGaAs и InAs соответство- смещение линии ФЛ в коротковолновую область (1.32 и вали 0.53, 0.68 и 0.1 монослоя/с. Измерения скоростей 1.36 эВ соответственно) с практически неизменной инроста производились с помощью системы наблюдения тенсивностью излучения. Уменьшается и полная ширина осцилляций зеркального рефлекса дифракции быстрых на полувысоте линии ФЛ от 100 до 60 мэВ для 3 и электронов на отражение [16] при энергии первичного соответственно. Два последних факта свидетельствуют пучка 12.5 кэВ, что соответствовало антибрэгговскому как об уменьшении размеров, так и меньшем разбросе условию дифракции.

по размерам для сильно разориентированного образца.

Спектры фотолюминесценции (ФЛ) возбуждались арСпектры ФЛ для образцов с увеличенным временем гоновым лазером. Плотность возбуждения составляла выдержки поверхности под потолком мышьяка при со1Вт/см2. Температура наблюдения была 77 K.

хранении такого же количества осажденного индия приведены на рис. 2. По сравнению с данными, приведенными на рис. 1, для всех образцов значительно (в 3–10 раз) Результаты возрастает интенсивность фотолюминесценции, что свидетельствует о резком возрастании плотности квантовых На рис. 1 приведены спектры ФЛ от структур с точек в этом случае. При этом для всех положений номинальной толщиной InAs 2 монослоя и временем максимумов линий ФЛ наблюдается смещение в область выдержки в потоке мышьяка 2 с. В случае сингулярного меньших энергий (в диапазоне от 1.30 до 1.35 эВ), что образца спектр включает в себя два максимума, что мы связываем с неравновесными размерами квантовых обра- соответствует случаю увеличения характерных размеров зований на начальной стадии образования упругонапря- квантовых точек. Характер изменения полной ширины на женных островков. Подобного эффекта на наблюдается полувысоте в зависимости от вицинальности подложки в случае разориентированных образцов, где на процесс остается таким же, как и в предыдущем случае: наименьобразования квантовых точек дополнительное влияние шая величина (60 мэВ) соответствует разориентации 7, оказывают моноатомные ступени на поверхности под- в то время как наибольшее значение (128 мэВ) наблюдаложки. При увеличении угла разориентации происходит ется при разориентации 3.

Рис. 1. Спектры фотолюминесценции для квантовых точек Рис. 2. Спектры фотолюминесценции для квантовых точек InAs, полученных методом СМСЭ. Номинальная толщина InAs, полученных методом СМСЭ. Номинальная толщина 2 монослоя, выдержка между циклами 2 с. 1 — сингулярный 2 монослоя, выдержка между циклами 30 с. 1 — сингулярный образец; 2 — образец, разориентированный на 3; 3 —образец, образец; 2 — образец, разориентированный на 3; 3 —образец, разориентированный на 7. разориентированный на 7.

2 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 914 Г.Э. Цырлин, В.Н. Петров, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов № Толщина Разориентация, Позиция пика ФЛ Ширина линии ФЛ Интенсивность ФЛ,, с образца слоя InAs, МС град. от квантовых точек, эВ на полувысоте, мэВ отн. ед.

1 2 2 0 — 76 0.2 2 2 3 1.323 101 0.3 2 2 7 1.362 63 0.4 2 30 0 1.329 69 0.5 2 30 3 1.298 128 0.6 2 30 7 1.349 62 7 3 2 0 1.305 83 0.8 3 2 3 1.291 108 0.9 3 2 7 1.344 54 0.Влияние разориентации подложки на интенсивность, ФЛ практически совпадают со значениями для образцов форму и положение максимума линии ФЛ в слу- со средней толщиной 2 монослоя InAs и = 30 c.

чае квантовых точек, сформированных при осаждении Это, по-видимому, свидетельствует о квазиравновесных 3 монослоев InAs, демонстрируется на рис. 3. Харак- размерах квантовых точек, получаемых при СМСЭ росте терной особенностью данных спектров является практи- в данном случае. Это также подтверждается нашими исчески равная и достаточно высокая интенсивность ФЛ следованиями подобных незаращенных структур [12,17] как для сингулярных, так и для вициальных образцов.

методом сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), Наибольшая ширина на полувысоте линии ФЛ наблюгде в случаях осаждения 2 ( = 30 c) и 3 ( = 2c) дается, как и ранее, в случае образцов с поверхностью, монослоев InAs/GaAs при СМСЭ росте латеральные разразориентированной на 3. Позиции максимумов линий меры квантовых точек практически совпадали (10–20 нм в зависимости от разориентации).

Оптические характеристики исследования квантовых точек при СМСЭ росте приведены в таблице. Основные выводы, которые могут быть сделаны из анализа полученных результатов, следующие. Во-первых, наибольшая величина ширины линии ФЛ на полувысоте наблюдается в образцах, разориентированных на 3, что свидетельствует о наибольшем разбросе квантовых точек по размерам в этом случае. Во-вторых, квазиравновесные квантовые точки формируются либо при повышенном времени выдержки образцов в потоке мышьяка, либо при большей величине осажденного индия. В-третьих, наблюдается коротковолновый сдвиг линии фотолюминесценции при сравнении с образцами, полученными методами МПЭ и СМПЭ, что указывает на меньшие размеры квантовых точек для метода СМСЭ [10]. При этом величина ширины линии ФЛ на полувысоте для СМСЭ обычно меньше, чем при СМПЭ, или, иными словами, меньше отклонение от средних размеров квантовых точек для исследуемой технологии. Это также подтвеждается сравнением профильного анализа СТМ изображений для данных методов [11–13]. Таким образом, использование технологии субмонослойной миграционно-стимулированной эпитаксии является перспективным для создания оптоэлектронных приборов, активная область которых состоит из ансамбля квантовых точек.

В заключение авторы благодарят Д. Бимберга, Г.М. ГуРис. 3. Спектры фотолюминесценции для квантовых точек рьянова и В.Г. Дубровского за полезные обсуждения InAs, полученных методом СМСЭ. Номинальная толщина результатов работы, Н.К. Полякова, Д.Н. Демидова и 3 монослоя, выдержка между циклами 2 с. 1 — сингулярный Н.П. Корнееву — за помощь в проведении ростовых образец; 2 — образец, разориентированный на 3; 3 —образец, экспериментов.

разориентированный на 7.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Люминесцентные свойства квантовых точек InAs/GaAs,... Данная работа выполнена при частичной поддерж- Lumenescence properties of InAs/GaAs ке Российского фонда фундаментальных исследований quantum dots obtained by submonolayer (грант № 95-02-05084-a), фонда INTAS (грант № 94migration–enhanced epitaxy 1028) и научной программы ”Физика твердотельных G.E. Cirlin, V.N. Petrov, M.V. Maximov, наноструктур”.

N.N. Ledentsov Institute for Analytical Instrumentation, Список литературы Russian Academy of Sciences, [1] Y. Arakawa, H. Sakaki. Appl. Phys. Lett., 40, 635 (1982).

198103 St. Petersburg, Russia [2] L. Goldstein, F. Glas, J.Y. Marzin, M.N. Charasse, G.Le Roux.

A.F. Ioffe Physicotechnical Institute, Appl. Phys. Lett., 47, 1099 (1985).

Russian Academy of Sciences, [3] M. Grundmann, J. Christen, N.N. Ledentsov, J. Bhrer, 194021 St. Petersburg, Russia D. Bimberg, S.S. Ruvimov, P. Werner, U. Richter, U. Gsele, J. Heydenreich, V.M. Ustinov, A.Yu. Egorov, A.E. Zhukov,

Abstract

Results of the luminescence properties study of InAs P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov. Phys. Rev. Lett., 74, 4043 (1995).

[4] R. Leon, S. Fafard, D. Leonard, J.I. Merz, P.M. Petroff. Phys. quantum dot arrays formed by submonolayer migration enchanced Rev. B, 50, 11 687 (1994).

epitaxy on GaAs(100) singular and vicinal surfaces are presented.

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

The highest value of the full width on half maxima for Lett., 66, 1620 (1995).

misoriented surface is observed indicating a highest deviation from [6] N.N. Ledentsov, M. Grundmann, N. Kirstaedter, J. Christen, the mean size of quantum dots in this case. Quasi–equilibrium R. Heitz, J. Bhrer, F. Heinrichsdoff, D. Bimberg, S.S. Ruquantum dots are formed at increased exposure time of the surface vimov, P. Werner, U. Richter, U. Gsele, J. Heydenreich, under arsenic flux ar at a highest amount of indium deposited.

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.

[7] 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, U. Gsele, J. Heydenreich. Sol. St. Electron., 40, 785 (1996).

[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] 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).

[10] Н.Н. Леденцов, М.В. Максимов, Г.Э. Цырлин, В.Н. Петров, Г.М. Гурьянов. ФТП, 29, 1295 (1995).

[11] G.M. Guryanov, G.E. Cirlin, V.N. Petrov, N.K. Polyakov, A.O. Golubok, S.Ya. Tipissev, E.P. Musikhina, V.B. Gubanov, Yu.B. Sampsonenko, N.N. Ledentsov. Surf. Sci., 331–333, (1995).

[12] G.M. Gubanov, G.E. Cirlin, V.N. Petrov, N.K. Polyakov, A.O. Golubok, S.Ya. Tipissev, V.B. Gubanov, Yu.B. Samsonenko, N.N. Ledentsov, V.A. Shchukin, M. Grundmann, D. Bimberg, Zh.I. Alferov. Surf. Sci., 352–354, 651 (1996).

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

[14] Г.М. Гурьянов, Н.Н. Леденцов, В.Н. Петров, Ю.Б. Самсоненко, Г.Э. Цырлин, А.Г. Филаретов. Письма в ЖТФ, 19, вып. 18, 64 (1993).

[15] В.Б. Губанов, Г.М. Гурьянов, Н.Н. Леденцов, В.Н. Петров, Ю.Б. Самсоненко, Г.Э. Цырлин. Письма в ЖТФ, 19, вып. 21, 73 (1993).

[16] Г.М. Гурьянов, В.Н. Демидов, Н.П. Корнеева, Г.Э. Цырлин.

ПТЭ, N3, 167 (1996).

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.