WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

высокой температуре, kB — постоянная Больцмана. Из Однако этой энергии может быть недостаточно для зависимостей Аррениуса (рис. 4) были определены сеих обратной ионизации. В результате чего происходит чение и величина барьера для захвата электрона E.

частичное заполнение донорных ловушек, и они станоДля быстрого участка, измеренного при условии предвятся нейтральными, электростатическое поле диполя варительного изохронного отжига с Ura < 0, они были уменьшается и, как следствие, происходит рост энерравны Ef = 27 мэВ и f = 1.7 · 10-16 см2, а для гии термической активации для эмиссии электронов с медленного El = 77 мэВ и f = 4.4 · 10-16 см2.

Эти же величины для условий предварительного изо- квантового состояния точки. В спектрах DLTS (рис. 1) наблюдается смещение пика ED2# в область высоких хронного отжига с Ura = 0 были для быстрого участка Ef = 48 мэВ и f = 6.7 · 10-16 см2, а для медлен- температур. Аналогичные изменения после изохронных отжигов с последующим охлаждением при Ura < ного El = 104 мэВ и l = 2.5 · 10-15 см2. Следует и Ura = 0 наблюдаются и для ED1 (ED1#) DLTS-пиков отметить, что точность определения (рис. 4) из-за (рис. 1). Для получения некоторых интересных выводов, узкого диапазона изменения температур, при которых определялись изменения высоты DLTS-пиков, небольшая. следующих из наших экспериментальных результатов, На эту особенность, связанную с точностью определе- займемся небольшой арифметикой. Разность в энергиях ния, было указано ранее еще в работах [7,16]. Для тепловой эмиссии электрона, определяемая при двух пиков ED1 (ED1#) диапазон изменения температур был условиях отжига (Ura = 0 и Ura < 0), была равна еще уже и разброс в значениях при разных темпах Ea = ED2# - ED2 = 369-347 = 22 мэВ. Раз окна был значительным, что не позволило определить ности между энергиями теплового захвата электронов, Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 1232 М.М. Соболев, И.В. Кочнев, В.М. Лантратов, Н.Н. Леденцов определенных для отжигов с Ura = 0 и Ura < 0, дали, что независимо от условий изохронного отжига были соответственно равны для быстрого процесса высота барьера захвата увеличивается примерно в 2 раза, Ef = Ef - Ef = 48 - 27 = 21 мэВ и для медленного что может быть связано с захватом третьего электрона El = El - El = 104 - 77 = 27 мэВ. Видно, что на p-состояние КТ. Третьему электрону для преодолеизменения условий отжига с Ura < 0 на Ura = 0 приво- ния кулоновской блокады двух электронов необходимо дили как к увеличению энергии термической эмиссии, иметь энергию, равную 2Ec 54 эВ. При этом в истак и к росту высоты барьера для теплового захвата следуемых DLTS-спектрах мы не наблюдали ни заметноэлектрона КТ примерно на одну и ту же величину, го смещения положения максимумов DLTS-пиков EDравную (21-27) мэВ при всех длительностях импульса и ED2# по температуре, ни изменения их структуры заполнения. В то же время разности между энергиями при изменениях tp, которые определялись бы эффектом барьеров при быстром и медленном захвате электронов кулоновского заряда. Отсутствие этих изменений может для отжига с Ura < 0 и Ura = 0 были также близки и быть связано со значительным разбросом в размерах равнялись соответственно El f = El - Ef = 56 мэВ квантовых точек исследуемой структуры. Измеренная и El f = El - Ef = 61 мэВ. Эти результаты пока- спектральная ширина фотолюминесценции была почти зывают, что механизм, ответственный за наблюдаемое в 2 раза больше, чем влияние энергии кулоновского уменьшение энергии захвата электрона КТ для быстрого заряда, и составляла величину порядка 100 мэВ [12,13].

и медленного процессов при изменении условий отжига Кроме того, при DLTS-измерениях сигналы от КТ и от с Ura = 0 на Ura < 0, один и тот же. Он связан с образо- дефекта перемешивались, что приводило к сглаживанию ванием электростатического диполя между электронами DLTS-спектра КТ. Однако эффект кулоновской блокады квантовой точки и заряженными дефектами. При отжиге в спектрах DLTS для пиков ED2 и ED2# проявился в с Ura < 0 происходит формирование диполя, встроенный особенностях зависимостей величины амплитуды этих электростатический потенциал которого уменьшает раз- пиков от длительности импульса заполнения (S(tp)) рыв зон на гетерогранице, понижая берьер для эмиссии (рис. 2 и 3). DLTS-сигнал при tp 1.2мкс, как было и захвата электрона КТ. При отжиге Ura = 0 образования сказано выше, определялся эмиссией первого электрона диполя не происходит, и величина разрыва зон определя- с основного состояния КТ и при tp = 1.2мкс был равен ется условиями формирования гетерограницы при росте для пика ED2 160 фФ. При tp > 1.2 мкс в процессе структуры. Однако образование диполя в случае отжига захвата на основное состояние КТ принимало участие с Ura < 0 не приводит к полному исчезновению барьера два электрона. Амлитуда пика ED2 при tp = 5.0 мкс уведля захвата электрона, его величина при импульсах личивалась в 2 раза и становилась равной 320 фФ. При захвата tp < 5 мкс остается равной Ef = 27 мэВ. дальнейшем увеличении tp > 5.0 мкс в процессе захвата Наличие барьера для захвата в этом случае может быть принимало участие уже три электрона. Зависимость S(tp) связано либо c тем, что величина встроенного поля достигала насыщения при tp > 50.0мкс. Амплитуда электростатического диполя недостаточна для полного пика ED2 при этом достигала величины 510 фФ, что сглаживания барьера захвата, либо с проявлением эф- в 3 раза больше, чем при tp = 1.2мкс.

фекта кулоновской блокады [18,19] при захвате второго Обсудим теперь результаты, полученные для DLTS-пиэлектрона на основное состояние КТ. При импульсах ков ED1 (ED1#). Их поведение в зависимости от захвата с tp < 1 мкс основное состояние квантовой условий изохронного отжига было подобно тому, что точки, по-видимому, успевает захватить только один мы наблюдали для DLTS-пиков ED2 (ED2#) (рис. 1).

электрон. При увеличении tp от 1 до 5 мкс, по-видимому, Это дает некоторые основания делать предположение о становится вероятным захват второго электрона на близости их природы и связывать закономерности, проосновное s-состояние КТ. Для преодоления кулонов- являемые в поведении DLTS-пиков ED1 (ED1#), с обраской блокады, образуемой первым электроном основного зованием электростатического диполя на гетерогранице s-состояния КТ [18,19], второй электрон должен обла- InGaAs/GaAs. Однако для них, в отличие от пиков EDдать дополнительной энергией. Энергия кулоновского (ED2#), кривые зависимостей (1 - S(tp)/Ssat) tp показаряда (Ec), необходимая для размещения дополнитель- зывали наличие только одного экспоненциального участного электрона с зарядом q в квантовой точке InGaAs, ка — в диапазоне изменения tp =(1-5) мкс. Кроме того, встроенной в GaAs и имеющей форму диска диаме- было определено, что энергии термической активации тром d, может быть оценена с помощью соотноше- при эмиссии электронов с состояний ED1 (ED1#) меньния q2/2C, где C = 40d — собственная емкость ше, чем с ED2 (ED2#) (см. таблицу). Эти результаты квантовой точки. Для исследуемой нами структуры ти- свидетельствуют о том, что пики ED1 (ED1#) не могут пичный латеральный размер КТ, измеренный с помощью быть связаны с возбужденными состояниями квантовой просвечивающей электронной микроскопии, был равен точки, а, скорее всего, образуются в результате эмиссии d 13 нм. Энергия кулоновского заряда, оцененная с электронов из квантовой ямы смачивающего слоя.

помощью приведенного выше соотношения, оказалась Обнаруженный нами эффект кулоновского взаимодейравной Ec 27 мэВ и находилась в соответствии с экспе- ствия электронов, локализованных в квантовых точках, риментально измеренным значением Ef = 27 мэВ. При и ионизованных дефектов с глубокими уровнями, придлительностях импульсов захвата tp > 5 мкс мы наблю- водящий к образованию бистабильного электрического Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Исследование захвата электронов квантовыми точками с помощью нестационарной... диполя, встроенный потенциал которого изменяет вы- Работа выполнена при поддержке научной просоту потенциального барьера для эмиссии и захвата граммы ”Физика твердотельных наноструктур” (проэлектрона КТ, как нам представляется, помимо научного ект 99-1115), РФФИ (проект 00-02-16848) и SNSF (проинтереса имеет и практическое значение. В последнее ект 7SUPJ 062392, Щвейцария).

время широко обсуждается возможность применения гетероструктур с квантовыми точками для создания Список литературы элементов памяти с высокой плотностью. При этом реализацию такого элемента предлагается осуществлять [1] D. Bimberg, M. Grundmann, N.N. Ledentsov. Quantum Dot с помощью полевого транзистора с оптическим затвоHeterostructures (Wiley, Chichester, 1998) p. 328.

ром [3]. Наши исследования показывают, что эле[2] M. Koltonyuk, D. Berman, N.B. Zhitenev, R.C. Ashoori, ментами памяти могут служить комплексы точечный L.N. Pfeiffer, K.W. West. Appl. Phys. Lett., 74, 555 (1999).

дефект - квантовая точка, где вместо двумерного элек[3] G. Yusa, H. Sakali. Appl. Phys. Lett., 70, 345 (1997).

тронного газа в качестве ловушки для ”стирания” данных [4] M. Grundmann, N.N. Ledentsov, O. Stier, D. Bimberg, возможно использование точечного дефекта. Их примеV.M. Ustinov, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov. Appl. Phys. Lett., нение в качестве сред с обратимой записью оптических 68, 979 (1996).

[5] M.A. Cusak, P.R. Briddon, M. Jaros. Phys. Rev. B, 54, и электрических данных может способствовать созданию (1997).

элементов памяти с высоким пространственным разре[6] P.D. Siverns, S. Malik, G. McPherson, D. Childs, C. Roberts, шением (1010-1011 бит/см2).

R. Murray, B.A. Joyce, H. Davock. Phys. Rev. B, 58, R(1998).

[7] H.L. Wang, F.H. Yang, S.L. Feng, H.J. Zhu, D. Ning, H. Wang, 5. Заключение X.D. Wang. Phys. Rev. B, 61, 5530 (2000).

[8] М.М. Соболев, Ф.Р. Ковш, В.М. Устинов, А.Ю. Егоров, Мы провели детальные DLTS-исследования эмиссии А.Е. Жуков, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов. ФТП, 31, (1997).

и захвата электронов квантовыми состояниями точек, [9] M.M. Sobolev, A.R. Kovsh, V.M. Ustinov, A.Yu. Egorov, а также влияния на эти процессы электростатического A.E. Zhukov, M.V. Maximov, N.N. Ledentsov. Proc. 19th Int.

взаимодействия между носителями, локализованными в Conf. on Defects in Semicond. (Aveiro, Portugal, 1997).

квантовых точках, и ионизованными дефектами решетки [Mater. Sci. Forum, 258–263, pt 3, 1619 (1997)].

в полупроводниковых гетероструктурах (In,Ga)As/GaAs.

[10] М.М. Соболев, Ф.Р. Ковш, В.М. Устинов, А.Ю. Егоров, Исследуемые структуры с квантовыми точками выраА.Е. Жуков, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов. ФТП, 33, щивались методом газофазной эпитаксии из металлор(1999).

ганических соединений за счет эффектов самоорганиза[11] M.M. Sobolev, A.R. Kovsh, V.M. Ustinov, A.Yu. Egorov, ции. DLTS-исследования показали, что носителям для A.E. Zhukov. J. Electron. Mater., 28 (5), 491 (1999).

их захвата квантовыми состояниями точки необходи- [12] M.M. Sobolev, I.V. Kochnev, V.M. Lantratov, N.A. Cherkashin, V.V. Emtsev. Physica B, Condens. Mater., 273–274, мо преодолеть барьер энергии, высота которого за(1999).

висит от условий изохронного отжига при включен[13] М.М. Соболев, И.В. Кочнев, В.М. Лантратов, Н.А. Берт, ном/выключенном напряжении смещения (Ura < 0, Н.А. Черкашин, Н.Н. Леденцов, Д.А. Бедарев. ФТП, 34, Ura = 0), а также длительности импульса заполнения.

200 (2000).

При отжиге с Ura < 0 происходит формирование дипо[14] N.N. Ledentsov, M.V. Maximov, D. Bimberg, T. Maka, ля, встроенный электростатический потенциал которого S.M. Sotomayor Torres, I.V. Kochnev, I.L. Krestnikov, уменьшает разрыв зон на гетерогранице, понижая барьер V.M. Lantratov, N.A. Cherkashin, Yu.M. Musikhin, Zh.I. Alfeдля эмиссии и захвата электрона квантовой точкой. При rov. Semicond. Sci. Technol., 15, 604 (2000).

[15] D. Pons, P.M. Monney, J.C. Bourgoin. J. Appl. Phys., 51, отжиге с Ura = 0 образования диполя не происходит.

(1980).

Величина разрыва зон определяется условиями формиро[16] J.H. Zhao, T.E. Schlesinger, A.G. Milnes. J. Appl. Phys., 62, вания гетерограницы при росте структуры и изменяется 2865 (1987).

в зависимости от длительности импульса захвата tp [17] Y. Toyozawa. Physica, 116B, 7 (1983).

от 48 до 105 мэВ. В случае отжига с Ura < 0 не [18] H. Drexler, D. Leonard, W. Hansen, J.P. Kotthaus, P.M. Petroff.

происходит полного исчезновения барьера для захвата Phys. Rev. Lett., 73, 2252 (1994).

электрона. Его величина при длительности импульса [19] W.-H. Chang, T.M. Hsu, N.T. Yeh, J.-I. Chyi. Phys. Rev. B, 62, захвата tp < 5 мкс остается равной Ef = 27 мэВ и свя13 040 (2000).

зывается с проявлением эффекта кулоновской блокады Редактор Н.М. Колчанова для захвата второго электрона на основное состояние квантовой точки. При импульсах захвата tp > 5мкс высота барьера увеличивается на 56 мэВ, что связывается с проявлением эффекта кулоновской блокады для захвата электронов на возбужденное состояние квантовой точки.

5 Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 1234 М.М. Соболев, И.В. Кочнев, В.М. Лантратов, Н.Н. Леденцов Investigation of electron captures into quantumdots by a deep level non-stationary spectroscopy M.M. Sobolev, I.V. Kochnev, V.M. Lantratov, N.N. Ledentsov Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

Results are presented on the investigation of processes of the electron emission and capture by the quantum dots in p-n InGaAs/GaAs heterostructures after an isochronous annealing under bias-on-bias-off cooling conditions (Ura < 0, Ura = 0).

These investigations have shown that throughout the annealing at Uar < 0 occurs the formation of a dipole made by carriers localized in quantum dots and ionized by the lattice defects. The electrostatic potential of the dipole decreases the barrier energies for the emission and capture of electrons by a quantum dot. But annealing at Ura = 0 does not result in formation of a dipole. The amount of the band disconnection is determined by the formation conditions of the heterointerface during the crystal growth. It has been also found the dependence of the heigth of the capture barrier on the duration of the filling pulse, which is explained in terms of manifestation of the Coulomb blockade effect in the sense of the capture of electrons into both the ground and excited states of the dot. The structures with the quantum dots under study were grown by the technique of metalloorganic chemical vapor deposition (MOCVD) at the expense of the self-consistency effects.

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.