WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

плоскостей. Так как в данной структуре толщина слоя GaAs невелика, упругие напряжения, уменьшаясь по величине, должны сохраниться вплоть до его верхней 3.2. Результаты электронно-микроскопических границы. Соответственно останется и обусловленный исследований ими изгиб кристаллографических плоскостей, который затем перейдет в изгиб плоскостей в сверхструктуре Результаты, полученные методом электронной миAlAs–GaAs. При этом величина структурных искажений кроскопии, однозначно подтверждают данные рентгеи характер их распределения еще достаточно велики для нодифракционных и CTR-исследований. На рис. 4, a, b Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 976 Н.Н. Фалеев, Ю.Г. Мусихин, А.А. Суворова, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, А.Р. Ковш, В.М. Устинов...

представлены два электронно-микроскопических изо- гих напряжений, оказались существенно анизотропными бражения, полученных в геометрии поперечного се- относительно кристаллографических направлений типа чения образца 2 методом светлого поля в отраже- [110]. Это характерно для начальной стадии пронии (200) для двух азимутальных направлений падацесса релаксации упругих напряжений и обусловлено ющего пучка — [110] и [110] соответственно. Миполярностью кристаллографических плоскостей семейкрофотография на рис. 4, a представляет собой приства {110} [26,32,33]. В результате ”релаксационного вычное изображение многослойной структуры, содержаупорядочения” в многослойной периодической структущей вертикально упорядоченные квантовые точки. Четре образуется дополнительная пространственная сверхко прослеживаются определенные особенности струкструктура КТ, которая формируется постепенно по мере туры: планарная нижняя граница, слои вертикально накопления в слоях упругих напряжений, привнесенных упорядоченных КТ, изгиб кристаллографических плосквантовыми точками. Вследствие полярности кристалкостей. Необычный контраст в изображении промелографических плоскостей семейства {110} скорость и жуточных слоев GaAs, обусловленный нарушениями характер дополнительного пространственного упорядопланарности ростовой поверхности вследствие изгиба чения КТ (вертикального и латерального) оказались сукристаллографических плоскостей, четко виден после щественно разными для двух взаимно перпендикулярных 6–7 слоев КТ, подтверждая данные рентгенодифракци кристаллографических направлений [110] и [110].

онных исследований [13]. Изображения в геометрии поперечного сечения не позволяют оценить латераль- В результате этого в верхней части сверхструктуное упорядочение КТ, наблюдаемое на рентгенодифрак- ры In(Ga)As–GaAs (начиная с 6–7 пар слоев) кристалционых картинах. Тем не менее полученные изобра- лографические плоскости становятся гофрированными, жения достаточны для того, чтобы четко проследить, приобретают форму черепицы. Гребни и долины этой как структурные искажения, обусловленные многослой- черепицы направлены вдоль оси [110]. Квантовые точки ной структурой с КТ, (изгиб кристаллографических в основном располагаются в гребнях черепицы, образуя плоскостей) проходят от сверхструктуры InGaAs–GaAs некое подобие квантовых проволок (квантовые квазивверх и, несколько уменьшенные, отчетливо проявляютпроволоки), дискретно заполненных квантовыми точся в изображении границ слоев верхней сверхструктуры ками In(Ga)As. Дискретность заполнения квантовых AlAs–GaAs.

квази-проволок определяется средними размерами КТ Микрофотография, полученная для направления [110] In(Ga)As и расстоянием между ними. Дальнего порядка в (рис. 4, b), существенно отличается от предыдущей. Обрасположении КТ в гребнях нет. Поэтому некоторый изщее в электронно-микроскопических картинах — плагиб кристаллографических плоскостей (110), заметный в нарная нижняя граница сверхструктуры InGaAs–GaAs.

верхней части структуры In(Ga)As–GaAs (см. рис. 4, b), Однако изображение слоев с КТ и самих КТ сущене имеет признаков периодичности. Четкие признаки ственно отличается от фотографии со скола (110) и дальнего упорядочения прослеживаются в направлеболее похоже на электронно-микрофотографическое изонии [110], перпендикулярном гребням (квантовым провображение эпитаксиальных слоев в структурах, выращенлокам). В результате гребни (квази-проволоки) располаных с заметными отклонениями от планарных услогаются на приблизительно одинаковом расстоянии друг вий роста [25,32]. Вертикальное упорядочение КТ от друга ( 70.0нм).

с трудом прослеживается лишь в некоторых местах, нет четко выраженного изгиба кристаллографических Особенности рельефа кристаллографических плоскоплоскостей. В верхней части периодической структуры стей наследуются вышележащими слоями, не содерInGaAs–GaAs заметны нарушения планарности слоев, жащими КТ. При этом, уменьшаясь по амплитуде, но эти изменения нерегулярны, что более характерно анизотропный изгиб кристаллографических плоскостей для начальной стадии релаксации упругих напряжений сохраняется при удалении от периодической структуры в планарных структурах [25]. Отсутствуют признаки InGaAs–GaAs на расстояние в десятки нанометров.

латерального упорядочения КТ, что хорошо коррелирует Нарушения рельефа ростовой поверхности наблюдас CTR-данными (см. рис. 2, a и 3, a). Нижняя граница ются при релаксации упругих напряжений и в плаверхней сверхструктуры AlAs–GaAs, фрагмент которой нарных гетероструктурах, выращенных с отклонением виден на рис. 4, b вверху, практически планарна.

от оптимальных двумерных ростовых условий [32,33].

Однако в планарных структурах, выращиваемых на точно 3.3. Обсуждение результатов ориентированных подложках, в отсутствие КТ труднее создать условия для формирования пространственно Анализ данных ПЭМ подтверждает правильность выупорядоченной структуры ростовой поверхности. Даже водов, сделанных по результатам рентгенодифракципри наличии КТ процесс формирования гофрированной онных и CTR-измерений. Процессы пространственноростовой поверхности является неустойчивым и легко го (вертикального и латерального) упорядочения КТ, приводящие к изгибу кристаллографических плоско- нарушается с появлением в структуре протяженных стей и квазипериодическому перераспределению упру- дефектов [22].

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Исследование анизотропии пространственного распределения квантовых точек In(Ga)As... 4. Заключение [4] M. Asada, Y. Miyamoto, Y. Suematsu. IEEE J. Quant. Electron., QE-22, 1915 (1986).

[5] Semiconductors and Semimetals, v. 40: Epitaxial MicroМетодами рентгеновской и синхротронной дифракstructures, ed. by A.C. Gossard (Academic Press, Boston, тометрии и просвечивающей электронной микроскопии 1994).

показано, что в совершенных многослойных структурах, [6] Nanostructures and Quantum Effects, ed. by H. Sakaki, содержащих КТ, процесс пространственного упорядоH. Noge (Springer Verlage, Berlin, 1994).

чения КТ, сопровождаемый изгибом кристаллографиче[7] Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, В.А. Щукин, П.С. Копьев, ских плоскостей и перераспределением упругих напряЖ.И. Алферов, Д. Бимберг. ФТП, 32, 385 (1998).

жений, существенно анизотропен относительно кристал[8] S.V. Zaitsev, N. Yu. Gordeev, Yu.M. Sherniakov, V.M. Ustinov, лографических направлений типа [110], что обусловлено A.E. Zhukov, A.Yu. Egorov, M.V. Maximov, P.S. Kop’ev, полярностью кристаллографических плоскостей этого Zh.I. Alferov, N.N. Ledentsov, N. Kirstaedter, D. Bimberg.

Proc. 9th Int. Conf. Superlattices, Microstructures and типа.

Microdevices (Liege, 1996); А.Е. Жуков, А.Ю. Егоров, Показано, что анизотропное вертикальное и латеральА.Р. Ковш, В.М. Устинов, Н.Н. Леденцов, М.В. Максимов, ное упорядочение КТ, сопровождаемое анизотропным А.Ф. Цацульников, С.В. Зайцев, Н.Ю. Гордеев, П.С. Копьев, изгибом кристаллографических плоскостей, является наД. Бимберг, Ж.И. Алферов. ФТП, 31, 483 (1997).

чальными стадиями процесса релаксации упругих напря[9] V. Holy. A.A. Darhuber, G. Bauer, P.D. Wang, Y.P. Song, жений, привнесенных в структуру квантовыми точками.

C.M. Sotomayor Torres, M.C. Holland. Phys. Rev. B, 52, В результате этого кристаллографические плоскости (1995).

оказываются гофрированными подобно черепице.

[10] A.A. Darhuber, E. Koppensteiner, H. Straub, G. Brunthaler, Показано, что кристаллографические плоскости изо- W. Faschinger, G. Bauer. J. Appl. Phys., 76, 7816 (1994).

[11] A.A. Darhuber, V. Holy, J. Stangl, G. Bauer, A. Krost, гнуты в направлении [110], тогда как гребни черепицы F. Heinrichsdorff, M. Grundmann, D. Bimberg, V.M. Ustinov, направлены вдоль [110]. Начиная с некоторой толщины P.S. Kop’ev, A.O. Kosogov, P. Werner. Appl. Phys. Lett., 70, (с некоторого числа пар слоев в сверхструктуре с КТ), 955 (1997).

расстояние между гребнями в направлении [110] обна[12] A.A. Darhuber, P. Schittenhelm, V. Holy, J. Stangl, G. Bauer, руживает явные признаки дальнего упорядочения. ЗаG. Abstreiter. Phys. Rev. B, 55, 15 652 (1997).

полненные квантовыми точками, гребни образуют некое [13] N. Faleev, K. Pavlov, M. Tabuchi, Y. Takeda. Japan. J. Appl.

подобие квантовых проволок. В расположении квантовых Phys., 38, 818 (1999).

точек вдоль гребней четких признаков дальнего упорядо[14] N. Faleev, K. Pavlov, M. Tabuchi, Y. Takeda. Japan. J. Appl.

чения нет.

Phys., 38, Suppl. 38-1, 277 (1999).

Показано, что изгиб кристаллографических плоско- [15] K. Pavlov, N. Faleev, M. Tabuchi, Y. Takeda. Japan. J. Appl.

Phys., 38, Suppl. 38-1, 269 (1999).

стей наследуется вышележащими слоями. При опти[16] Н.Н. Фалеев, К.М. Павлов, В.И. Пунегов, А.Ю. Егоров, мальных двумерных условиях роста изгиб плоскостей А.Е. Жуков, А.Р. Ковш, С.С. Михрин, В.М. Устинов, постепенно уменьшается по амплитуде по мере удаления M. Tabuchi, Y. Takeda. ФТП, 33, 1359 (1999).

от упруго напряженной области. В перпендикулярном [17] S. Rouvimov, Z. Liliental-Weber, W. Swider, J. Washburn, направлении [110] структурные искажения имеют иной E.R. Weber, A. Sasaki, A. Wakahara, Y. Furkawa, T. Abe, характер, а изгиб интерфейсов существенно меньше по S. Noda. J. Electron. Mater., 27, 427 (1998).

величине.

[18] A.R. Kovsh, A.E. Zhukov, A.Yu. Egorov, V.M. Ustinov, Yu.M. Shernyakov, M.V. Maximov, V.V. Volovik, A.E. TsaОдин из авторов (Н. Фалеев) выражает свою искренtsul’nikov, Yu.G. Musikhin, N.N. Ledentsov, P.S. Kop’ev, нюю признательность В.И. Пунегову за интерес к работе D. Bimberg, Zh.I. Alferov. J. Cryst. Growth, 201/202, и плодотворные обсуждения.

(1999).

[19] J. Tersoff, C. Teichert, M.G. Lagally. Phys. Rev. Lett., 76, Работа выполнена частично в рамках научной програм(1996); C. Teichert, M.G. Lagally, L.J. Peticolas, J.C. Bean, мы ”Monbusho Project ”Venture Business Laboratory” в ГоJ. Tersoff. Phys. Rev. B, 53, 16 334 (1996).

сударственном университете Нагойи (Япония) и частич[20] I.P. Ipatova, V.G. Malyshkin, V.A. Shchukin. J. Appl. Phys., 74, но поддержана грантом Daiko Foundation. Работа также 7198 (1993).

поддержана грантами Российского фонда фундаменталь[21] V.A. Shchukin, A.I. Borovkov, N.N. Ledentsov, P.S. Kop’ev.

ных исследований и ИНТАС, программой Министерства Phys. Rev. B, 51, 17 767 (1995).

науки РФ ”Физика твердотельных наноструктур”.

[22] E. Carlino, L. Tapfer, H. vonKanel. Appl. Phys. Lett., 69, (1996).

[23] K. Shiramine, Y. Horisaki, D. Suzuki, S. Itoh, Y. Ebiko, Список литературы S. Muto, Y. Nakata, N. Yokoyama. Japan. J. Appl. Phys., 37, 5493 (1998).

[1] Y. Arakawa, H. Sakaki. Appl. Phys. Lett., 40, 939 (1982). [24] В.Г. Груздов, А.О. Косогов, Н.Н. Фалеев. Письма ЖТФ, [2] L. Goldstein, F. Glas, J.Y. Marzin, M.N. Charasse, G. LeRoux. 20 (14), 1 (1994).

Appl. Phys. Lett., 47, 1099 (1985). [25] A. Ponchet, A. Rocher, A. Ougazzaden, A. Mircea. J. Appl.

[3] Y. Arakawa, A. Yariv. IEEE J. Quant. Electron., QE-22, 1887 Phys., 75, 7881 (1994); A. Ponchet, A. Le Corre, A. Godefroy, (1986). S. Salaun, A. Poudoulec. J. Cryst. Growth, 153, 71 (1995).

6 Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 978 Н.Н. Фалеев, Ю.Г. Мусихин, А.А. Суворова, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, А.Р. Ковш, В.М. Устинов...

[26] R.L. Headrick, J.-M. Baribeau, Y.E. Strausser. Appl. Phys.

Lett., 66, 96 (1995).

[27] T. Shimura, J. Harada. J. Appl. Crystallogr., 26, 151 (1993).

[28] N. Faleev, L. Grave de Peralta, H. Temkin, V.M. Ustinov.

Abstracts X-TOP 2000 (Warsaw, 2000) S4.3.

[29] N. Faleev, T. Kawamura, Y. Watanabe, V. Ustinov. Abstracts X-TOP 2000 (Warsaw, 2000) P2-HG139.

[30] L. Dong, J. Schnitker, R.W. Smith, D.J. Srolovitz. J. Appl. Phys., 83, 217 (1998).

[31] N. Faleev, R. Stabenow, M. Sinitsyn, B. Yavich, A. Haase, A. Grudsky. Matter. Sci. Forum, 166–169, 293 (1994).

[32] A. Ponchet, A. Rocher, J.-Y. Emery, C. Starck, L. Goldstein.

J. Appl. Phys., 77, 1977 (1995).

[33] Z.H. Ming, Y.L. Soo, S. Huang, Y.H. Kao, K. Stair, G. Devane, C. Choi-Feng. Appl. Phys. Lett., 66, 165 (1995).

Редактор Л.В. Шаронова X-ray and synchrotron diffraction and transmission electron microscopy studies of anisotropy of spatial distribution of In(Ga)As quantum dots in In(Ga)As–GaAs multilayer heterostructures N.N. Faleev, Yu.G. Musikhin, A.A. Suvorova, A.Yu. Egorov, A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, V.M. Ustinov, M. Tabuchi†, Y. Takeda† Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St.Petersburg, Russia Present address — Electrical Engineering Department, Texas Tech University, Lubbock, Texas, 79409, USA † Department of Materials Science and Engineering, Nagoya University, 464-8603 Nagoya, Japan

Abstract

High resolution x-ray and synchrotron (Crystal Truncation Rods) diffraction methods and transmission electron microscopy have been used for the investigation of multilayer periodical In(Ga)As–GaAs heterostructures containing self-assembled vertically coupled quantum dots (QDs) of In(Ga)As in matrix of GaAs, grown by molecular beem epitaxy. It has been shown that in crystalline perfect structures there is an additional spatial ordering of QDs. This ordering leads to the waviness of crystalline planes and results in a quasi-periodical distribution of the elastic deformation. The ordered system of QDs is essentially anisotropic in regard to crystallographic directions of [110] type.

The anisotropy of ordered system of QDs can be explained if we suggest that spatial ordering of QDs and waviness of crystalline planes are the early stages of the process of relaxation of elastic deformation, introduced in the system by QDs.

It has been shown that an anisotropic relief of crystalline planes (the corrugation of the growth surface) is a result of an appearance of the system of spatially ordered quantum quasi-wires that are homogeneously filled by QDs. It is shown that in a multilayer perfect heterostructure the corrugation of crystallographic planes is ”inherited” by upper layers free of QDs.

Pages:     | 1 | 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.