WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 9 Смещение Штарка состояний дырок одиночных квантовых точек InAs/GaAs, выращенных на подложках (100) и (311)A GaAs © М.М. Соболев¶, Г.Э. Цырлин, Ю.Б. Самсоненко, Н.К. Поляков, А.А. Тонких Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 7 декабря 2004 г. Принята к печати 22 декабря 2004 г.) Сообщается о результатах исследований с помощью нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней (DLTS) эмиссии носителей из состояний одиночных квантовых точек p-n-гетероструктур InAs/GaAs, полученных на ориентированных подложках (100) и (311)A GaAs, в зависимости от величины напряжения обратного смещения U. Установлено, что эти структуры имеют различные зависимости смещения Штарка для уровней энергий квантовых состояний точек от величины U.

1. Введение поля и постоянного (permanent) дипольного момента внутри КТ, обусловленного пространственным смещеВ последнее время наблюдается все возрастающий иннием волновых функций электронов и дырок [4–5]. Для терес к исследованиям по влиянию электрического поля ОКТ-структур на подложках (100) GaAs эффект Штарка, на электронные свойства гетероструктур InGa/GaAs с наблюдаемый в работе [6], связывали исключительно с самоорганизующимися квантовыми точками (КТ), имедиполем, обусловленным пространственным смещением ющими фундаментальное и прикладное значение [1–13].

волновых функций электронов и дырок. В работе [7] В таких системах, как показали результаты исследополагали, что наблюдаемое ими усиление экситон-LOваний, проводимых в целом ряде лабораторий, [1–13] фононного связывания, а также сдвиг спектральных имеется высокая степень свободы в управлении зонной линий экситонов (эффект Штарка) обусловлены заряструктурой и оптическими свойствами с помощью внешженными дефектами внутри и вокруг КТ. С учетом того, него и внутреннего встроенного электрического поля.

что эффект Штарка в структурах с КТ представляет Впервые на возможность управления зонной структусобой новое физическое явление, а также имеет порой систем с КТ было обращено внимание в работенциальные возможности применения, представляется тах авторов данной статьи, где наблюдалось влияние интересным экспериментально исследовать с помощью встроенного электрического поля бистабильного дипометода DLTS этот эффект для самоорганизованных КТ ля, образованного локализованными в КТ носителями в системе InAs/GaAs, выращенных на плоскостях GaAs и ионизованными точечными дефектами, расположенс различными индексами Миллера, в зависимости от ными в ближайшей окрестности КТ [1–3]. При исслевеличины электрического поля.

довании гетероструктур InGa/GaAs как с вертикальноВ данной работе представлены результаты вольтсопряженными (coupled) КТ (ВСКТ), так и с одиночфарадных C-U- и DLTS-исследований эмиссии дырок ными КТ (ОКТ) методами нестационарной емкостной из квантовых состояний одиночных квантовых точек спектроскопии глубоких уровней (DLTS) мы наблюдали в полупроводниковых гетероструктурах InAs/GaAs, посмещение положения пика DLTS, определяемого процеслученных на подложках ориентаций (100) и (311)A, в сом эмиссии носителей из квантового состояния ВСКТ и зависимости от величины напряжения обратного смеОКТ, в высокотемпературную область спектра с ростом щения U, условий изохронного отжига при включенвеличины электрического поля [1,11]. Величина темпераном/выключенном напряжении смещения и наличия турного смещения положения пика DLTS для структуры оптической подсветки. Исследуемые гетероструктуры с ВСКТ была значительно больше, чем для структуры InAs/GaAs с одиночными квантовыми точками выс ОКТ. Недавно появились работы по исследованию ращивались методом молекулярно-пучковой эпитаксии спектров фотолюминесценции (ФЛ) и фототока самоор(МПЭ) с использованием эффектов самоорганизации.

ганизованных КТ в системе InGaAs/GaAs, выращенных на плоскостях GaAs с различными индексами Миллера, в зависимости от величины электрического поля [4–8].

2. Образцы и методы исследования В этих работах наблюдали индуцированное встроенным электрическим полем красное смещение энергии Исследуемые в работе гетероструктуры InAs/GaAs оптических переходов. Явление, ответственное за это с ОКТ были получены методом МПЭ на подложках смещение, получило название квантово-ограниченного n+-GaAs с ориентацией (100) и (311)A. Массив ОКТ эффекта Штарка (КОЭШ) и для ОКТ-структур, полубыл сформирован в результате однократного осаждения ченных на подложках GaAs с высоким индексом Мил2 монослоев InAs. ОКТ были помещены в середину слоя лера, связывалось с комбинацией пьезоэлектрического p-GaAs толщиной 0.90 мкм, легированного Be до концен¶ E-mail: m.sobolev@mail.ioffe.ru трации 2 · 1016 см-3. Сверху слой p-GaAs был покрыт Смещение Штарка состояний дырок одиночных квантовых точек InAs/GaAs, выращенных... p+-GaAs толщиной 0.2 мкм, легированным Be до концентрации 2 · 1017 см-3. DLTS-исследования глубоких ловушек в гетероструктурах производились с помощью спектрометра DL4600 фирмы BIO-RAD, работающего в режиме двухстробного интегрирования. Для измерения емкости использовался мост Boonton-72B, работающий на частоте 1 МГц. Чувствительность этой установки равна C/C 10-4. Для проведения DLTS-измерений на подложку n+-GaAs и слой p+-GaAs были термически осаждены омические контакты. Перед каждым DLTS-измерением образец изохронно отжигался в течение 1 мин при фиксированной температуре и при одном из условий: при включенном (Ua < 0) или выключенном (Ua = 0) напряжении обратного смещения. Предварительно образец нагревался до 350 K и выдерживался в течение 1 мин при Ua = 0, если отжиг проводился при Ua < 0, а затем охлаждался до температуры отжига. При отжиге с Ua = 0 образец выдерживался предварительно с Ua < 0. Температуру отжига варьировали в пределах 80–350 K. После этого образец охлаждался до 80 K при одном из двух условий: Ua < 0 или Ua = 0. Далее начинался процесс DLTS-измерений в темноте или при освещении белым светом. Для определения профиля распределения носителей в гетероструктуре были проведены вольт-фарадные измерения. Энергия термической активации глубоких уровней Ea и сечения захвата на них носителей p определяли из зависимости Аррениуса с применением метода окна темпов в стандартных DLTS-измерениях.

Рис. 1. Концентрационные профили p(U) для p-n-гетероструктур InAs/GaAs с ОКТ, полученных на подложках GaAs с ориентацией (311)A (a) и (100) (b). Профили определены 3. Результаты и их обсуждение из вольт-фарадных измерений при T = 82 K после предварительного изохронного отжига при температуре 350 K и Ua < 0.

Были проведены измерения вольт-фарадных (C-U) 1, 3 — измерения в темноте, 2, 4 — при освещении белым характеристик p-n-гетероструктур InAs/GaAs с ОКТ светом.

при температуре T = 82 K. Изменения емкости C при варьировании напряжения смещения U для структур на подложках (311)Aи (100) GaAs отражают типичное для локализованных состояний поведение [1,2]. В профилях положения уровня Ферми. В случае ОКТ-структур на распределения концентрации свободных дырок p(U) подложке (100) GaAs зависимость C-U-характеристики (рис. 1, a, b), рассчитанных с использованием данных от условий оптической подсветки была значительно емкостных измерений при T = 82 K, наблюдалось по од- слабее (рис. 1, b, кривая 4).

ному пику, связанному с опустошением состояний кван- Из C-U-измерений были определены диапазоны натовых точек. Для структуры на подложке (311)A GaAs пряжений смещения, при которых в спектрах DLTS (рис. 1, a, кривая 2) характерна сильная зависимость от должны наблюдаться сигналы, связанных с эмиссией оптической подсветки при проведении C-U-измерений носителей из состояний ОКТ. Для определения прои менее сильная от условий предварительного изохрон- странственной локализации DLTS-сигналов и природы ного отжига перед проведением измерений (на рисун- уровней, ответственных за эти сигналы, были проведены ке не показана). Такое поведение C-U-характеристик измерения спектров при постоянной величине напряструктуры на подложке (311)A GaAs, согласно резуль- жения импульса заполнения Uf и изменении величины татам наших более ранних работ [3,13], свидетельствует импульса напряжения U, при котором регистрировало том, что в матрице GaAs, в которой расположены ся DLTS-сигнал (рис. 2, a, b). DLTS-исследования ОКТОКТ, имеются точечные дефекты с глубокими уровнями, структуры на подложке (311)A GaAs показали наличие концентрация которых сравнима с концентрацией мел- двух DLTS-пиков: HD1(311) A и HD2(311) A, образованных ких уровней фоновой примеси. Оптическая перезарядка в результате эмиссии дырок, аккумулированных на глуэтих глубоких уровней и приводит к существенному боких ловушках (рис. 2, a). Измерения, проведенные изменению C-U-характеристик в результате изменения при различных условиях предварительного изохронного 5 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1090 М.М. Соболев, Г.Э. Цырлин, Ю.Б. Самсоненко, Н.К. Поляков, А.А. Тонких Параметры дефекта с глубоким уровнем, ответственного за появление этого пика, определенные из зависимости Аррениуса, (Ea = 331 мэВ и p = 4.5 · 1016 см2) близки к параметрам дефектов HL7 и HL11 [14]. Дефекты HLи HL11 обычно образуются в слоях GaAs, полученных соответственно методом МПЭ и из расплава. При этом дефект HL11 очень близок по параметрам к дефекту HL5 [14], который, как установлено в нашей работе [15], представляет собой комплекс собственных дефектов, включающих вакансию мышьяка VAs. Этот дефект мы уже ранее наблюдали в гетероструктурах GaAs/InAs с ОКТ, полученных методом МПЭ [13]. DLTS-измерения спектров структуры с ОКТ на подложке (100) GaAs (рис. 2, b) также показали наличие трех пиков: пик ED1(100), связанный с эмиссией электронов с уровней ловушек, расположенных в верхней половине запрещенной зоны, и пики HD1(100) и HD2(100), связанные с эмиссией дырок с ловушек, расположенных в нижней половине запрещенной зоны. Для этой структуры были также проведены измерения при различных условиях предварительного изохронного отжига (Ua < 0, Ua = 0), которые показали, что для всех трех пиков наблюдается их смещение по температуре при изменении условий изохронного отжига. Смещение DLTS-пиков определяется наличием электростатического диполя, образованного носителями, локализованными в ОКТ, и ионизованными дефектами с глубокими уровнями. Смещение является характерным признаком, дающим основание идентифицировать DLTS-пики ED1(100), HD1(100) и HD2(100) как связанные с состояниями ОКТ или интерфейсными соРис. 2. Спектры DLTS p-n-гетероструктур InAs/GaAs с стояниями [3,13]. О принадлежности пиков ED1(100) и ОКТ, полученных на подложках GaAs ориентации (311)A (a) HD1(100) состояниям ОКТ свидетельствует совпадение и (100) (b) при напряжениях импульса обратного смещепространственной локализации этих пиков в спектрах ния U, В: 1, 2 — (-0.25), 3 — (-0.22), 4 — (-0.64).

DLTS и пика в профиле распределения концентрации Все спектры получены при окне темпов эмиссии 1000 см-1, амплитуде импульса заполнения Uf = 0.42 В, длительности свободных дырок p(U) (рис. 1, b), который связан импульса 25 мкс после предварительного изохронного отжига с опустошением носителей, аккумулированных на сопри температуре 350 K и Ua < 0. 1 — измерение при освещестояниях квантовых точек. Область пространственной нии белым светом, (2–4) — измерение в темноте.

отжига (Ua < 0, Ua = 0), показали незначительный рост амплитуд DLTS-пиков HD1(311) A и HD2(311) A при отжиге с Ua = 0 по сравнению с отжигом в случае Ua < 0, и этот рост становился значительным при оптической подсветке в процессе DLTS-измерений. Наблюдаемый рост амплитуд пиков HD1(311) A и HD2(311) A при отжиге с Ua = 0 и оптической подсветке, так же как и в случае C-U-измерений, связывается с изменением положения уровня Ферми при перезарядке дефектов с глубокими уровнями в матрице GaAs [3,13]. В согласии с выводами, полученными в работах [3,13], DLTS-пики HD2(311) A и HD1(311) A обусловлены пространственно локализованными состояниями дырок. Они связываются соответственно с основным и возбужденным состояниями Рис. 3. Зависимости температурного положения пиков DLTS дырок в ОКТ. Кроме этих двух пиков, в DLTS-спектрах от величины импульса напряжения U: 1 — HD1(311) A, 2 —HD2(311) A, 3 —HD2(100), 4 —HD1(100), 5 —ED1(100).

наблюдался также еще один пик (на рис. 2, a не показан).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Смещение Штарка состояний дырок одиночных квантовых точек InAs/GaAs, выращенных... локализации пика HD2(100) совпадает с гетерограни- практически мы не регистрировали для ОКТ-структуры цей смачивающий слой–ОКТ. Для всех структур бы- на подложке (311)A GaAs. Появилось интерфейсное соли построены зависимости температурного положения стояние на гетерогранице смачивающий слой–ОКТ, для DLTS-пиков Tmax от величины U (рис. 3). Для пиков которого также наблюдали сильное смещение Штарка.

HD1(311) A и HD2(311) A (рис. 3, кривые 1 и 2) наблюда- Кроме квантовых состояний дырок для ОКТ-структур лось смещение в область высоких температур с ростом на подложках (100) GaAs в DLTS-спектрах наблюдалось абсолютной величины U, что соответствует изменению также квантовое состояние электронов — пик ED1(100), энергии термической активации от 52 до 61 мэВ и от 303 для которого также было характерно проявление смещедо 308 мэВ. В случае ОКТ-структуры на подложке (100) ния Штарка.

GaAs мы также наблюдали смещение положения DLTSпиков (рис. 3): для HD2(100) в высокотемпературную 4. Заключение область с изменением напряжения смещения от +0.до -0.40 В (кривая 3), для HD1(100) при изменении U Таким образом, результаты наших DLTS-исследований от -0.52 до -0.75 В максимум смещается в область ОКТ-гетероструктур, полученных на подложках GaAs с низких температур (кривая 4), а затем, при изменении ориентацией (311)Aи (100), показывают, что структуры U от -0.75 до -1.61 В, в сторону высоких температур.

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.