WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

массиве КТ преимущественно наиболее крупных точек. На рис. 2 показаны спектры ФЛ (в одном масштабе) Несмотря на наличие покрывающего слоя, если этот для образцов с КТ, выращенных с применением разслой GaAs/AlAs не имеет достаточной толщины, при вы- личных режимов удаления дефектов. Видно, что интенсокотемпературном отжиге (700C) могут вскрываться сивности наблюдаемых пиков ФЛ слабо различаются.

не только области с дислокациями, но и крупные КТ, Исключение составляет образец со 2-й ступенью отжига, поскольку известно, что на вершине КТ материал также осуществленной при 700C в течение 10 мин. Пик ФЛ частично релаксировавший [23]. В результате толщина КТ этого образца в 2 раза меньше по интенсивности, Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Влияние условий отжига на испарение дефектных областей в структурах с квантовыми точками... безызлучательной рекомбинации) захватывают носители, тем самым уменьшая заселенность матрицы. Носители, локализованные в КТ, не могут захватиться дефектами до тех пор, пока они не делокализуются в матрицу, поэтому, отметим еще раз, оценка плотности дефектов по интенсивности пика ФЛ КТ является значительно более грубой. В случае, когда заселенность матрицы доминирует или сравнима с заселенностью КТ, по пику ФЛ матрицы можно оценивать степень дефектности структуры независимо от свойств люминесценции самих КТ.

Были проведены исследования структур, в которых слой КТ после 1-го этапа отжига заращивался GaAs, а не AlAs. 2-й отжиг проводился при 700C длительностью 30 с и 2 мин. На рис. 4 показаны спектры ФЛ этих структур в сравнении с бездефектным контрольным образцом.

Пик ФЛ КТ для образца с отжигом 30 с (пунктирная кривая) на 3 порядка слабее пика контрольного образца.

Рис. 3. Спектры фотолюминесценции квантовых точек в У второго образца, который отличается от первого образцах, выращенных с применением методики двойного большим временем отжига (2 мин), пик ФЛ КТ вообще удаления дефектов, измеренные при 290, 420, 470 K.

отсутствует. Это явление объясняется тем, что GaAs испаряется при 700C и не способен предохранить слой КТ от испарения при отжиге. В то же время пик ФЛ матричем у остальных образцов, кроме того он сдвинут в цы у этих образцов сравним по интенсивности с пиком коротковолновую область спектра. Мы связываем этот ФЛ матрицы контрольного бездефектного образца, что эффект с уменьшением плотности и среднего размера свидетельствует о незначительной плотности дефектов КТ. Кроме того, при неконгруэнтном испарении возмож- в этих образцах. Режим отжига, примененный на данных но образование точечных и прорастающих дефектов, что образцах, полностью или почти полностью уничтожает также ослабляет интенсивность люминесценции. КТ, однако при этом восстанавливает кристаллическое В данном случае по интенсивности пиков ФЛ от КТ совершенство матрицы.

невозможно определить степень дефектности исследуе- На рис. 5 показаны спектры ФЛ матрицы GaAs мых структур. Более подробно такие оценки позволя- исследованных структур. Спектры измерялись при темет делать исследование ФЛ электронных переходов в пературе 420 K. На рис. 5 видно, что интенсивность матрице GaAs. Легко оценить, что даже при комнатной пика ФЛ матрицы образцов, выращенных с применетемпературе количество дырок в матрице сравнимо с нием двойного удаления дефектов, существенно выше количеством носителей в КТ вследствие термических интенсивности пика ФЛ матрицы образца, при выращивыбросов носителей из КТ. Дальнейшее увеличение тем- вании которого применялась одноступенчатая методика пературы приводит к возрастанию термического выбро- удаления дефектов (штриховая кривая). Максимальную са носителей из КТ, а значит, увеличению заселенности интенсивность демонстрируют образцы с температурой матрицы. 2-й ступени отжига 650C в течение 10 мин. ИнтенсивСпектры фотолюминесценции образца, выращенного ность пика ФЛ матрицы этого образца в 4 раза выше, с применением двойного удаления дефектов со 2-й сту- чем у образца с одноступенчатым удалением дефектов.

пенью отжига при 650C, измерялись при температурах Для случая 2-й ступени отжига при 650C в течение 290, 420 и 470 K. Результаты измерений представлены на 1 мин интенсивность ФЛ матрицы существенно меньше.

рис. 3. Из спектров видно, что повышение температуры Вероятно, такого времени оказывается недостаточно для приводит к сильному увеличению пика люминесценции процесса переиспарения дефектных областей. В случае, матрицы, вследствие роста заселенности электронных и когда условия 2-й ступени отжига — 700C в течение дырочных уровней матрицы. При температуре 420 K он 10 мин, интенсивность ФЛ матрицы также незначительстановится сравним с интенсивностью пика КТ, а при но отличается от ФЛ образца с одной ступенью отжига.

470 K пик ФЛ матрицы доминирует над пиком ФЛ КТ. Таким образом, видно, что двухступенчатый отжиг поВместе с тем интегральная интенсивность при нагреве сле заращивания тонкими слоями GaAs и AlAs может уменьшается на порядок, что может быть объяснено существенно повышать эффективность излучательной перезахватом выброшенных носителей на дефектах. рекомбинации носителей, заселяющих матрицу, что свиПоскольку интенсивность ФЛ прямо пропорциональна детельствует об уменьшении эффекта безызлучательной заселенности полупроводника электронами и дырками, рекомбинации, вызванной дефектами кристаллической можно утверждать, что заселенность инжектированных решетки.

носителей в матрице больше у образцов с меньшей Как показано, среди исследованных образцов наибоплотностью дефектов. Дефекты (являющиеся центрами лее эффективен 2-й этап отжига при 650C в течение Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 1102 Д.С. Сизов, М.В. Максимов, А.Ф. Цацульников, Н.А. Черкашин, Н.В. Крыжановская, А.Б. Жуков...

Рис. 4. Спектры фотолюминесценции образцов, выращенных без заращивания слоем AlAs.

Рис. 5. Спектры фотолюминесценции матрицы GaAs для образцов, выращенных с применением предложенной методики удаления дефектов; температура измерения 420 K. Температура и время 2-й ступени отжига после заращивания слоем AlAs указаны на рисунке.

10 мин. Однако уменьшение интегральной интенсив- высокие параметры лазерной генерации структур с КТ ности ФЛ этого образца при нагреве свидетельствует в активной области, выращенными при том же режио наличии существенного количества дефектов. Тем ме [12,16,24], что и в образцах, исследованных в данной не менее ряд экспериментальных работ демонстрирует работе. В частности, эти приборы продемонстрировали Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Влияние условий отжига на испарение дефектных областей в структурах с квантовыми точками... высокую температурную стабильность пороговой плот- предотвращения испарения когерентного материала при ности тока. Дальнейшее улучшение кристаллического отжиге 700C. Для исследованных образцов найдены совершенства структуры позволяет ожидать улучшения оптимальные параметры метода двойного удаления детаких лазерных характеристик, как внутренняя диф- фектов, которым соответствуют: заращивание слоя КТ ференциальная эффективность, температурная стабиль- слоем GaAs толщиной 2 нм, отжиг при 600Cв течение 1 мин, дальнейшее заращивание слоем AlAs толщиной ность пороговой плотности тока, время жизни прибора.

Интересным также является тот факт, что при тем- 2 нм и повторный отжиг при 650C.

Улучшение кристаллического совершенства структупературе измерения 470 K (рис. 3) на спектре ФЛ ры является важным этапом для улучшения характериобразца с двойным удалением дефектов наблюдается стик лазерных приборов с КТ в активной области.

заметная фотолюминесценция на длине волны 1.5 мкм, вследствие температурного сдвига запрещенной зоны.

Наличие люминесценции КТ на длине волны 1.5 мкм Список литературы позволяет выдвинуть идею о создании инжекционных лазеров, излучающих на длине волны в районе 1.5 мкм [1] Н.Н. Леденцов. Тез. докл. IX нац. конф. по росту на основе КТ, которые находят широкое применение в кристаллов (Москва, 15–20 октября 2000 г.).

линиях оптоволоконных передач. Поскольку такие при- [2] P. Gyoungwon, O.B. Shchekin, D.L. Huffaker, D.G. Deppe.

IEEE Phot. Techn. Lett., 12 (3), 230 (2000).

боры должны будут работать при высоких температурах [3] R.L. Sellin, Ch. Ribbat, M. Grundmann, N.N. Ledentsov, (больше 150C), необходимой задачей в разработке таD. Bimberg. Appl. Phys. Lett., 78, 1207 (2001).

ких приборов является достижение бездефектного роста.

[4] S. Seki, H. Oohasi, H. Sugiura, T. Hirono, K. Yokoyama. J.

Таким образом, показано, что высокотемпературAppl. Phys., 79, 2192 (1996).

ный отжиг структур с КТ, заращенных тонким слоем [5] B.B. Elenkrig, S. Smetona, J.G. Simmons, T. Makino, GaAs/AlAs, повышает кристаллическое совершенство J.D. Evans. J. Appl. Phys., 85, 2367 (1999).

структуры. В то же время в процессе отжига может [6] O.B. Shchekin, G. Park, D.L. Huffaker, Q. Mo, D.G. Deppe.

испаряться материал КТ. Таким образом, при разра- Appl. Phys. Lett., 77, 486 (2000).

[7] J.K. Kim, R.L. Naone, L.A. Coldren. IEEE J. Selected Topics ботке режимов удаления дефектов необходимо найти in Quant Electron., 6 (3), 504 (2000).

компромиссный вариант при котором ликвидируется [8] N.N. Ledentsov, D. Bimberg, V.M. Ustinov, M.V. Maximov, максимальное количество дефектов, но квантовые точки Zh.I. Alferov, V.P. Kalosha, J.A. Lott. Semicond. Sci. Technol., еще не испаряются. Среди исследованных образцов 14, 99 (1999).

наиболее оптимальным представляется образец с 2 нм [9] P. Borri, S. Schneider, W. Langbein, U. Woggon, A.E. Zhukov, покрывающего слоя GaAs и температурой 2-й ступени V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov, Zh.I. Alferov, D. Quyang, отжига 650C, поскольку этот образец демонстрирует D. Bimber. Appl. Phys. Lett., 79, 2633 (2001).

максимальную люминесценцию матрицы и не дегради[10] F. Ferdos, M. Sadeghi, Q.X. Zhao, S.M. Wang, A. Larsson. J.

ровавшую люминесценцию КТ.

Cryst. Growth, 227, 1140 (2001).

[11] A. Passaseo, G. Maruccio, M. De Vittorio, R. Rinaldi, R. Cingolani, M. Lomascolo. Appl. Phys. Lett., 78, 4. Заключение (2001).

[12] M.V. Maximov, A.F. Tsatsul’nikov, B.V. Volovik, D.S. Sizov, В данной работе методом просвечивающей электронYu.M. Shernyakov, I.N. Kaiander, A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, ной микроскопии и фотолюминесценции исследовались S.S. Mikhrin, V.M. Ustinov, Zh.I. Alferov, R. Heitz, образцы с квантовыми точками (КТ), излучающими в V.A. Shchukin, N.N. Ledentsov, D. Bimberg, Yu.G. Musikhin, W. Neumann. Phys. Rev. B, 62, 16 671 (2000).

районе 1.3 мкм. Образцы выращивались с применением [13] G.T. Liu, A. Stintz, H. Li, K.J. Malloy, L.F. Lester. Electron.

метода двойного удаления дефектов, позволившего суLett., 35, 1163 (1999).

щественно снизить плотность дефектов кристаллической [14] A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, N.A. Maleev, S.S. Mikhrin, решетки, возникающих в процессе напряженного роста.

V.M. Ustinov, A.F. Tsatsul’nikov, M.V. Maximov, B.V. MoloМетод двойного удаления дефектов основан на зараvik, D.A. Bedarev, Yu.M. Shernyakov, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alfeщивании слоя КТ тонким прикрывающим слоем GaAs, rov, N.N. Ledentsov, D. Bimberg. Appl. Phys. Lett., 75, отжиге in situ при температуре 600C, дальнейшем (1999).

заращивании тонким слоем GaAs/AlAs и повторном [15] M. Grundmann, F. Heinrichsdorff, N.N. Ledentsov, C. Ribbat, отжиге in situ при температуре 650-700C. D. Bimberg, A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, M.V. Maximov, Yu.M. Shernyakov, D.A. Lifshits, V.M. Ustinov, Z.I. Alferov.

Показано, что измерение фотолюминесценции (ФЛ) Jap. J. Appl. Phys., 39, pt 1, 2341 (2000).

при температурах выше комнатной позволяет эффек[16] J.A. Lott, N.N. Ledentsov, V.M. Ustinov, N.A. Maleev, тивно исследовать степень дефектности структур с КТ.

A.R. Kovsh, A.E. Zhukov, M.V. Maximov, B.V. Volovik, При помощи измерения ФЛ при высоких температурах Zh.I. Alferov, D. Bimberg.

Abstract

Book LEOS 2000 (Rio (300-420 K) продемонстрировано увеличение интенсивGrande, Puerto Rico, Nov. 13–16, 2000) p. 304.

ности ФЛ матрицы структуры с КТ почти на поря[17] А.В. Сахаров, И.Л. Крестников, Н.А. Малеев, А.Р. Ковш, док, что свидетельствует об успешном удалении дефекА.Е. Жуков, А.Ф. Цацульников, В.М. Устинов, Н.Н. Ледентов. Продемонстрирована необходимость заращивания цов, Д. Бимберг, Ж.А. Лотт, Ж.И. Алфёров. ФТП, 35, структуры слоем AlAs перед повторным отжигом, для (2001).

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 1104 Д.С. Сизов, М.В. Максимов, А.Ф. Цацульников, Н.А. Черкашин, Н.В. Крыжановская, А.Б. Жуков...

[18] P. Gyoungwon, O.B. Shchekin, S. Csutak, D.L. Huffaker, D.G. Deppe. Appl. Phys. Lett., 75, 3267 (1999).

[19] Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, В.А. Щукин, П.С. Копьев, Ж.И. Алфёров, Д. Бимберг. ФТП, 32, 385 (1998).

[20] A. Passaseo, G. Maruccio, M. De Vittorio, R. Rinaldi, R. Cingolani, M. Lomascolo. Appl. Phys. Lett., 78, (2001).

[21] N.N. Ledentsov, M.V. Maximov, D. Bimberg, T. Maka, C.M. Sotomayor Torres, I.V. Kochnev, I.L. Krestnikov, V.M. Lantratov, N.A. Cherkashin, Yu.M. Musikhin, Zh.I. Alferov. Semicond. Sci. Technol., 15, 604 (2000).

[22] И.Л. Крестников, Н.А. Черкашин, Д.С. Сизов, Д.А. Бедарев, И.В. Кочнев, В.М. Лантратов, Н.Н. Леденцов. Письма ЖТФ, № 6, 34 (2001). [I.L. Krestnikov, N.A. Cherkashin, D.S. Sizov, D.A. Bedarev, I.V. Kochnev, V.M. Lantratov, N.N. Ledentsov. Techn. Phys. Lett., 27, 6 (2001)].

[23] O. Stier, M. Grundmann, D. Bimberg. Phys. Rev. B, 59, (1999).

[24] G.T. Liu, A. Stintz, H. Li, T.C. Newell, A.L. Gray, P.M. Varangis, K.J. Malloy, L.F. Lester. IEEE J. Quant. Electron., 36, 1272 (2000).

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.