WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Другой известный механизм отрицательной ФП, которая наблюдалась ранее в объемных образцах p-Ge, состоит в изменении подвижности горячих дырок при возбуждении носителей из зоны тяжелых в зону легких дырок [37,38]. Однако такая ситуация имеет место только в условиях внутризонной подсветки (энергия фотонов 120 мэВ).

Отрицательная фотопроводимость, связанная с перезарядкой светом центров рассеяния, была обнаружена Рис. 6. Зависимости относительной фотопроводимости от также в слоистых кристаллах GaSe и InSe [39].

интенсивности межзонной подсветки в n-Si с квантовыми Следует также отметить, что уменьшение конценточками при температурах T, K: 1, 1, 1 — 77, 2 — 87, трации носителей в двумерных подзонах и увеличение 3 — 99, 4 — 102, 5 — 180. Концентрация сурьмы, см-3:

сопротивления структуры при освещении ее фотонами 1–5 —2.5 · 1016, 1 — 8 · 1016. 1 — для структуры без с энергиями h > Eg наблюдалось в двумерных систеквантовых точек.

мах на основе гетероструктур In0.25Ga0.75Sb/InAs [40], InAs/Al0.5Ga0.5Sb [41], ZnS1-xSex/Zn1-yCdySe [42]. Эффект связывался с захватом фотовозбужденных электронов из квантовой долины на электронные ловушки в барьере. Наличием ловушек для электронов объяснялся эффект отрицательной ФП в пленках PbTe [43], Pb1-xSnxTe In [44].

Природа центра-ловушки — своя для каждого материала. Так, в структурах на основе GaAs ловушками являются, по-видимому, DX-центры [45]. Нами было впервые показано [34], что в ансамблях квантовых точек 2 типа возможна ситуация, когда фотоиндуцированные ловушки для одного из типов носителей не связаны с дефектами структуры, а обусловлены фундаментальными квантовыми явлениями.

Для проверки выдвинутых представлений исследовалась ФП эпитаксиальных структур Ge/Si, выращенных на подложке Si (001) с концентрацией фосфора Рис. 7. Зависимости относительной фотопроводимости от Ns 1015 см-3. Толщина подложки Ls = 300 мкм.

интенсивности межзонной подсветки в структуре Ge/p-Si с Структуры состояли из десяти слоев островков Ge, квантовыми точками Ge.

разделенных прослойками Si толщиной 30 нм. Общая толщина эпитаксиального слоя Lepi 0.3 мкм. Концентрация доноров (Sb) в эпитаксиальном слое Si составлясами контакты и приконтактная область защищались ла Nepi 2.5 · 1016 и 8 · 1016 см-3. Слоевая плотность непрозрачным покрытием.

нанокластеров составляла qd = 3 · 1011 см-2.

В качестве источника света использовался GaAs-све- На рис. 6 приведены зависимости относительной ФП тодиод, максимум излучения которого находился на дли- G/G от мощности освещения (P) структур Ge/n-Si не волны 0.9 мкм. Интенсивность излучения светоди- с квантовыми точками при различных температурах (сплошные и пунктирная линии). Там же показана люксода модулировалась с частотой 2 кГц. ФП измерялась на частоте модуляции в плоскости структуры на омическом амперная характеристика при T = 77 K для образца, в участке вольт-амперной характеристики (напряженность котором эпитаксиальный слой с островками отсутствует электрического поля не превышала 0.5 В/см). Электриче- (штриховая линия). В образце без КТ фотопроводимость ские контакты формировались напылением Al и дальней- положительна и практически линейно увеличивается с шим нагревом структуры при температуре 450Cв атмо- ростом P. В структурах с нанокластерами Ge в области сфере N2. Для исключения засветки контактов, которая интенсивностей засветки P < 100 мВт/см2 наблюдается может приводить к ложной отрицательной ФП [46], отрицательная ФП.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Квантовые точки 2 типа в системе Ge/Si Некоторые параметры фоточувствительных структур с квантовыми точками и сверхрешетками Системы с квантовыми T, K m, мкм n ph, 10-15 см2 D, 108 см · Гц1/2/Вт Литература точками (КТ/матрица) InAs/GaAs 300 6 z 3 [51] InAs/GaAs 90 7 z 3 [52] InAsGaAs 120 11 xy 0.16 [53] InAs/GaAs 120 6-8 xy 0.25 [53] InAs/InAlAs 300 13.8 xy 15 [54] InAs/GaAs 300 10.6 xy 0.3 [55] InGaAs/InGaP 77 5.5 xy 0.47 [56] Ge/Si 77 6 xy 200 [50] Ge/Si 300 10–20 xy 0.8 0.7–1.7 [57] Ge/Si 300 1.7–3 xy 1 [57] Двумерные системы Si1-xGex/Si 77 9 z 10 [58] InAs/GaSb 77 10.3 z 13 [59] Примечание. T — температура измерений, m — длина волны в максимуме спектральной чувствительности, n — поляризация излучения, ph — сечение фотонного поглощения, D — обнаружительная способность.

В слоях p-типа с КТ Ge явление отрицательной ФП тельной способности для структур с КТ как 1, так и 2 тине наблюдается. На рис. 7 приведены люксамперные пов. Для системы Ge/Si область длин волн 6-20 мкм сохарактеристики структуры Ge/p-Si. Образец был выра- ответствует межуровневым переходам [47,48], а область щен в условиях, аналогичных условиям синтеза образцов 1.7-3 мкм — межзонным непрямым переходам (в реGe/n-Si, за исключением типа проводимости подложки альном и k-пространстве). Видно, что большее сечение и верхнего эпитаксиального слоя Si с островками Ge соответствует переходам между состояниями, связанны(концентрация акцепторной примеси бора составляла ми с ограничением движения частиц в вертикальном направлении (в направлении z). Исключение составляют 1015 см-3). Видно, что в структуре p-типа участок с отрицательной ФП отсутствует. Вместо него наблюда- системы InAs/InAlAs и Ge/Si, в которых большие сечения поглощения фотонов наблюдались и при латерально ется протяженная область с малой положительной ФП, поляризованных переходах (поляризация света в плоспосле которой происходит резкое увеличение фототока.

кости xy слоев КТ). Это обстоятельство позволяет Такое поведение при малых интенсивностях засветки связано с захватом обоих типов неравновесных носите- рассматривать эти системы как перспективные на пути создания фотодетекторов, обеспечивающих поглощение лей на связанные состояния в окрестности островков Ge излучения при нормальном падении света на структу(дырок — на состояния в островках Ge, электронов — ру [49,50] (см. таблицу). Аналогичный вывод для гена состояния вблизи гетерограниц Si/Ge), а рост ФПпри тероструктур Ge/Si следует из сравнительного анализа больших интенсивностях освещения обусловлен заполобнаружительной способности D фотоприемников с нением электронных уровней и появлением свободных различными КТ, приведенной в таблице. Оказалось, что неравновесных электронов. Этот результат свидетельпараметр D при комнатной температуре для системы ствует также о том, что наблюдаемое явление отриGe/Si более чем в 2 раза превосходит величину D, изцательной ФП не связано с изменением подвижности меренную в квантовых точках InAs/GaAs (гетеросистема носителей заряда при подсветке.

1 типа).

Изложенный механизм отрицательной фотопроводиСопоставление обнаружительной способности фотомости реализуется только в квантовых точках 2 типа, детекторов на основе структур с двумерным электронпоскольку в гетероструктурах 1 типа и электроны и ным газом и структур с КТ (см. таблицу) показывает, дырки локализуются в одном и том же полупроводнике что D в двумерных системах примерно на порядок независимо от зарядового состояния КТ.

больше, чем достигнутые в настоящее время значения обнаружительной способности в структурах с КТ.

7. Сравнение параметров Это, по-видимому, связано с большей концентрацией фоточувствительных структур носителей в двумерных сверхрешетках ( 1012 см-2).

Исследованные в настоящее время фоточувствительные с квантовыми точками структуры содержат не более 10 слоев КТ. ПроПредставляется интересным провести сопоставление стые оценки показывают, что увеличение числа слосуществующих в настоящее время немногочисленных ев с КТ Ge должно обеспечить преодоление такого данных по сечению фотонного поглощения и обнаружи- разрыва.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 1152 А.В. Двуреченский, А.И. Якимов 8. Заключение самоорганизации при низкотемпературной эпитаксии, изучение возможностей управления процессом образоваПроведенные исследования систем с квантовыми точ- ния нанокластеров путем облучения низкоэнергетичеками 2 типа были направлены на установление электрон- скими ионами в процессе молекулярно-лучевой гетероного спектра возбуждений, эффектов их взаимодействия, эпитаксии [64], применение структур кремний-на-изоляопределения физических параметров, характеризующих торе.

рассматриваемый класс нуль-мерных структур. К фундаРасчет полей упругих напряжений и решение самоментальным физическим явлениям, присущим индивидусогласованной задачи по определению энергетического альным характеристикам квантовых точек (КТ) 2 типа, спектра проводился А.В. Ненашевым.

относятся:

Работа выполнена при поддержке Российско-Украин— увеличение энергии связи экситона по сравнению ской научно-технической программы ”Нанофизика и нас энергией связи свободных экситонов в объемных однофотоника” (грант № 2000-Ф2), программы ”Физика нородных полупроводниках, что является результатом твердотельных структур” (грант № 98-1100), межвуограничения движения электрона и дырки, и увеличение зовской научной программы ”Университеты России — вклада фактора перекрытия их волновых функций вследфундаментальные исследования” (грант № 015.01.01.34), ствие взаимного проникновения в потенциальный барьер Российского фонда фундаментальных исследований конечной высоты;

(грант № 00-02-17885).

— коротковолновый сдвиг экситонного перехода при образовании комплексов экситон–дырка, экситон– экситон; пространственное разделение электронов в биСписок литературы экситоне для структуры Ge/Si;

— отрицательная фотопроводимость при освещении [1] Ж.И. Алфёров. ФТП, 32, 317 (1998).

светом, вызывающим межзонные переходы вследствие [2] С.В. Гапоненко. ФТП, 30, 577 (1996).

захвата равновесных носителей на локализованные со[3] N.N. Ledentsov. ФТП, 33, 1039 (1999).

стояния, формируемые полем заряженных квантовых [4] A.I. Yakimov, V.A. Markov, A.V. Dvurechenskii, O.P. Pchelyaточек.

kov. Phil. Mag. B, 65, 701 (1992).

Кроме того, существует еще ряд явлений, которые [5] Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, В.А. Щукин, П.С. Копьев, хотя и обнаружены при исследовании КТ 2 типа, но Ж.И. Алфёров, Д. Бимберг. ФТП, 32, 385 (1998).

могут быть также присущи КТ 1 типа. К ним относятся:

[6] F. Hatami, N.N. Ledentsov, M. Grundmann, J. Bhrer, F. Hein— увеличение сечения фотонного поглощения по richsdorff, M. Beer, D. Bimberg, S.S. Ruvimov, P. Werner, сравнению с точечными дефектами в объемных полупро- U. Gsele, J. Heydenreich, U. Richter, S.V. Ivanov, B.Ya. Meltser, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov. Appl. Phys. Lett., 67, водниках;

(1995).

— сдвиг линии межуровневого поглощения в кванто[7] F. Hatami, M. Grundmann, N.N. Ledentsov, F. Heinrichsdorff, вых точках в коротковолновую область при увеличении R. Heintz, J. Bhrer, D. Bimberg, S.S. Ruvimov, P. Werner, в них концентрации носителей заряда (эффект латеральV.M. Ustinov, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov. Phys. Rev. B, 57, ной деполяризации) [26,47,48,57];

4635 (1998).

— увеличение сечения захвата носителей заряда в [8] J.M. Rorison. Phys. Rev. B, 48, 4643 (1993).

квантовые точки [60];

[9] U.E.H. Laheld, F.B. Pedersen, P.C. Hemmer. Phys. Rev. B, 52, — осциллирующий характер проводимости в массиве 2697 (1995).

туннельно-связанных КТ при изменении степени их за[10] S. Fukatsu, H. Sunamura, Y. Shiraki, S. Komiyama. Appl. Phys.

полнения [61,62];

Lett., 71, 258 (1997).

— универсальный характер предэкспоненциально[11] А.В. Каламейцев, А.О. Говоров, В.М. Ковалев. Письма го фактора температурной зависимости проводимости ЖЭТФ, 68, 634 (1998).

вдоль слоев туннельно-связанных КТ, равного e2/h [63]. [12] А.В. Двуреченский, А.И. Якимов, В.А. Марков, А.И. Никифоров, О.П. Пчеляков. Изв. РАН. Сер. физ., 63, 307 (1999).

Следует отметить важнейшие следствия проведенных [13] А.В. Двуреченский, А.И. Якимов. Изв. РАН. Сер. физ., 6, исследований для применения в полупроводниковых при306 (2000).

борах:

[14] О.П. Пчеляков, Ю.Б. Болховитянов, А.В. Двуреченский, — ”одноэлектронный” полевой транзистор с каналом Л.В. Соколов, А.И. Никифоров, А.И. Якимов. ФТП, 34, на туннельно-связанных КТ [61,62];

1281 (2000).

— поглощение света при нормальном падении на [15] А.В. Двуреченский, А.И. Якимов. Изв. вузов Матер. элекструктуру с КТ [49];

трон. техники, №4, 4 (1999).

— ИК фотодетекторы на основе оптических перехо[16] A.I. Yakimov, V.A. Markov, A.V. Dvurechenskii, O.P. Pchelyaдов между уровнями размерного квантования, а также kov. J. Phys.: Condens. Matter., 6, 2573 (1994).

межзонных переходов; управление областью поглощения [17] А.В. Ржанов. Электронные процессы на поверхности света приложением внешнего смещения [49].

полупроводников (М., Наука, 1971).

К важным технологическим особенностям развития [18] D. Bimberg. ФТП, 33, 1044 (1999).

данного направления относится исследование эффектов [19] M.M. Rieger, P. Vogl. Phys. Rev. B, 48, 14 276 (1993).

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Квантовые точки 2 типа в системе Ge/Si [20] T. Meyer, M. Klemenc, H. Von Knel. Phys. Rev. B, 60, R8493 [52] S. Sauvage, P. Boucaud, F.H. Julien, J.-M. Gerard, V. Thierry(1999). Mieg. J. Appl. Phys., 84, 4356 (1998).

[21] O.G. Schidt, K. Eberl, Y. Rau. Phys. Rev. B, 62, 16 715 (2000). [53] S. Sauvage, P. Boucaud, J.-M. Gerard, V. Thierry-Mieg. Phys.

Rev. B, 58, 10 562 (1998).

[22] А.В. Ненашев, А.В. Двуреченский. ЖЭТФ, 118, 570 (2000).

[54] A. Weber, O. Gauthier-Lafaye, F.H. Julien, J. Brault, [23] P.N. Keating. Phys. Rev., 145, 637 (1966).

M. Gendry, Y. Desieres, T. Benyattou. Appl. Phys. Lett., 74, [24] Y. Kikuchi, H. Sugii, K. Shintani. J. Appl. Phys., 89, 413 (1999).

(2001).

[55] T. Cho, J.-W. Kim, J.-E. Oh, S. Hong. Tech. Dig. Int. Electron.

[25] Ч. Киттель. Квантовая теория твердых тел (М., Наука, Dev. Meet., 441 (1998).

1967).

[56] S. Kim, H. Mohseni, M. Erdtmann, E. Michel, C. Jelen, [26] А.И. Якимов, А.В. Двуреченский, Н.П. Степина, А.И. НиM. Razeghi. Appl. Phys. Lett., 73, 963 (1998).

кифоров, А.В. Ненашев. ЖЭТФ, 119, вып. 3 (2001).

[57] A.I. Yakimov, A.I. Dvurechenskii, A.I. Nikiforov, Yu.Yu. Pro[27] C.G. Van de Walle. Phys. Rev. B, 39, 1871 (1989).

skuryakov. J. Appl. Phys., 89, №6 (2001).

[28] A.I. Yakimov, N.P. Stepina, A.V. Dvurechenskii, A.I. Nikiforov, [58] R.P.G. Karunasiri, J.S. Park, K.L. Wang. Appl. Phys. Lett., 59, A.V. Nenashev. Semicond. Sci. Technol., 15, 1125 (2000).

2588 (1991).

[29] R.J. Warbuton, C.S. Drr, K. Karrai, J.P. Kotthaus, G. Medei[59] H. Mohseni, E. Michel, Jan Sandoen, M. Razeghi, W. Mitchel, ros-Ribeiro, P.M. Petro. Phys. Rev. Lett., 79, 5282 (1997).

G. Brown. Appl. Phys. Lett., 71, 1403 (1997).

[30] K.H. Schmidt, G. Medeiros-Ribeiro, P.M. Petro. Phys. Rev. B, [60] A.I. Yakimov, A.V. Dvurechenskii, A.I. Nikiforov, O.P. Pche58, 3597 (1998).

lyakov. Phys. Low-Dim. Structur., 3/4, 99 (1999).

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 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.