WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Было показано, что интенсивность ФЛ обеих структур при достаточно низких температурах и плотностях накачки была примерно одинаковой. В то же время интенсивность ФЛ квантовой ямы InGaAs, выращенной на кремниевой подложке, была существенно ниже, чем квантовой ямы, выращенной на подложке GaAs. Необходимо отметить, что в лазере на КТ, выращенном на кремниевой подложке, генерация наблюдалась только при азотных температурах, а пороговая плотность тока была очень большой (3.8 кА/см2) [9]. Таким образом, высокая эффективность ФЛ при умеренных накачках и не очень высоких температурах не является достаточным условием того, что лазер на основе таких квантовых точек будет обладать низкой пороговой плотностью тока.

Низкая чувствительность эффективности ФЛ в структурах с квантовыми точками к наличию дислокаций обычно качественно объясняется следующим образом:

Рис. 4. Зависимости интегральной интенсивности фотолюми- захват носителей в КТ — очень быстрый процесс [10], несценции для образцов C, D и E от температуры. Плотность а их локализация относительно смачивающего слоя и мощности накачки 5000 Вт · см-2.

GaAs-матрицы — очень эффективная (особенно в КТ Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Влияние центров безызлучательной рекомбинации на эффективность фотолюминесценции структур... большого размера). При умеренных плотностях накачки смачивающем слое и в объемном GaAs описывается и не слишком высоких температурах концентрация но- соответственно выражениями сителей в смачивающем слое и GaAs-матрице, которые n2D могли бы диффундировать к дислокациям, достаточно R2D =, (2) nr 2D мала. Таким образом, носители в квантовых точках как nr бы „не чувствуют“ дислокации, и обычные условия n эксперимента не позволяют определить степень кристалR3D = b, (3) nr 3D nr лического совершенства структуры. Для создания более высокой заселенности смачивающего слоя и матрицы где n2D — двумерная концентрация носителей в смачиGaAs и соответственно увеличения латерального трансвающем слое, n — объемная концентрация носителей 2D порта в направлении дефектов и дислокаций необходимо в GaAs, nr — время безызлучательной рекомбинации 3D использовать высокие плотности накачки и (или) высочерез центры в смачивающем слое, nr — время кие температуры, что и подтверждается результатами безызлучательной рекомбинации через центры в GaAs, наших экспериментов. В то же время приведенные b — толщина слоя GaAs. С ростом температуры конвыше рассуждения являются слишком общими, и для центрации носителей в смачивающем слое и в GaAs оптимизации структур с квантовыми точками было бы увеличиваются, что приводит к росту темпа безызлужелательно иметь более точное количественное опичательной рекомбинации. В то же время необходимо сание безызлучательной рекомбинации, позволяющее отметить, что в случае наличия в структуре только лишь моделировать зависимости спектров ФЛ от температуры дефектов в смачивающем слое и GaAs насыщение темпа и накачки.

безызлучательной рекомбинации при увеличении плотДанные электронной микроскопии, а также результаности накачки не наблюдалось бы. Различие в интенты оптических исследований позволяют предположить, сивностях ФЛ структур с различным кристаллическим что в структурах с КТ имеются по крайней мере 2 типа качеством наиболее ярко должно проявляться при очень центров безызлучательной рекомбинации.

малых, а не при очень больших плотностях накачки.

Центрами первого типа являются кластеры с дислокаВ наших экспериментах минимальная плотность накачки циями, присутствующие на изображениях, полученных ограничивалась чувствительностью системы регистраэлектронной микроскопией (рис. 1). В общем случае ции. Предварительные эксперименты при сравнительно интегрированный (по спектру) темп безызлучательной малых плотностях накачки ( 0.5Вт· см-2) не окарекомбинации можно предствить в виде зались информативными с точки зрения определения Nt ft кристаллического качества образцов. В настоящее время Rclaster =, (1) nr t нами планируются исследования при меньших плотностях возбуждения (< 0.05 Вт · см-2) и повышенных где Nt — поверхностная (двумерная) концентрация температурах, которые, возможно, позволят расширить центров, t — время рекомбинации через центр, ft — понимание процессов безызлучательной рекомбинации в степень заполнения уровня этих центров. При больших структурах с квантовыми точками.

плотностях оптического возбуждения ft стремится к Наличие нескольких типов безызлучательных каналов единице, и соответственно темп безызлучательной ререкомбинации существенно осложняет интерпретацию комбинации стремится к Nt/t. Иными словами, при результатов оптических исследований. Для более адедостаточно высоких плотностях возбуждения в струккватного описания зависимости ФЛ от температуры туре с меньшей плотностью дислокаций начинается и накачки в структурах с квантовыми точками нами насыщение темпа безызлучательной рекомбинации и, планируется независимое определение как природы и соответственно, интенсивность ФЛ начинает возрастать плотности дислокаций, так и их энергетического спектра быстрее, что и наблюдается в эксперименте. Если в методами электронной микроскопии, емкостной спекструктуре имеет место тепловое равновесие (т. е. сущетроскопии, а также спектроскопии глубоких уровней.

ствует квазиуровень Ферми, определяемый плотностью Весьма важным для понимания оптических свойств накачки) и известен энергетический уровень центров, лазерных структур с квантовыми точками представлято ft определяется как фермиевская функция. Зависиется также теоретическое моделирование. В настоящее мость квазиуровня Ферми от плотности фотовозбуждевремя теоретическое описание излучательных процессов ния может быть рассчитана в рамках модели [11], а в структурах с квантовыми точками достаточно хорошо плотность дефектов может быть определена по данным электронной микроскопии. Таким образом, величина t развито [4,11]. Было показано, что учет безызлучательв принципе может быть определена по эксперименталь- ной рекомбинации в лазерах на квантовых точках даже на основе очень простой модели позволяет добиться но измеряемому насыщенному темпу безызлучательной существенно лучшего согласия с экспериментальными рекомбинации.

Центрами второго типа являются дефекты, располо- результатами [12]. Более детальный учет безызлучательженные вблизи квантовых точек в смачивающем слое и ной рекомбинации позволил бы существенно улучшить (или) в GaAs. В достаточно общем случае темп безыз- понимание оптических свойств структур с квантовыми лучательной рекомбинации через дефекты в двумерном точками.

7 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1250 М.В. Максимов, Д.С. Сизов, А.Г. Макаров, И.Н. Каяндер, Л.В. Асрян, А.Е. Жуков, В.М. Устинов...

5. Заключение [12] M.V. Maximov, L.V. Asryan, Yu.M. Shernyakov, A.F. Tsatsul’nikov, I.N. Kaiander, V.V. Nikolaev, A.R. Kovsh, S.S. Mikhrin, V.M. Ustinov, A.E. Zhukov, Zh.I. Alferov, N.N. Ledentsov, Исследовано влияние одиночных дислокаций и больD. Bimberg. IEEE J. Quant. Electron., 37 (5), 676 (2001).

ших кластеров с дислокациями в структурах с квантовыми точками на интенсивность ФЛ. Полученные Редактор Л.В. Шаронова данные позволяют сделать вывод о сложной и сильно нелинейной зависимости интенсивности ФЛ от темThe impact of nonradiative recombination пературы и накачки в присутствии безызлучательных on quantum dots structures каналов рекомбинации. В частности, показано, что при photoluminescence effeciency температурах ниже комнатной и умеренных уровнях накачки (0.5-500 Вт · см-2) структуры с сильно от- M.V. Maximov, D.S. Sizov, A.G. Makarov, I.N. Kaiander, L.V. Asryan, A.E. Zhukov, V.M. Ustinov, личающимися плотностями кластеров с дислокациями N.A. Cherkashin, N.A. Bert, N.N. Ledentsov+, могут иметь практически одинаковую интенсивность D. Bimberg+ люминесценции. В противоположность этому, измерения при высоких уровнях накачки (5000 Вт · см-2) и Ioffe Physicotechnical Institute, повышенных температурах (140C) позволяют оценить Russian Academy of Sciences, кристаллическое качество образца.

194021 St. Petersburg, Russia + Technische Universitt Berlin, Работа выполнена при поддержке Российского фонBerlin D-10623, Germany да фундаментальных исследований, программы „Физика твердотельных наноструктур“ и INTAS.

Abstract

The influence of dislocations on photoluminescence intensity of structures with InAs-GaAs quantum dots is studied. Structural characteristics of the samples were studied by Список литературы transmission electron beam microscopy under bright field and weak beam dark field as well. At temperatures below the room [1] N.N. Ledentsov. IEEE J. Select. Topics Quant. Electron., 8, temperature and for moderate excitation densities the integrated 1015 (2002).

photoluminescence intensities for the structure containing large [2] N.N. Ledentsov, V.A. Shchukin, M. Grundmann, N. Kirstaeddislocation clusters and for that in which the cluster density ter, J. Bhrer, O. Schmidt, D. Bimberg, S.V. Zaitsev, V.M. Usti- was significantly lower were comparable. In contrast, photoluminov, A.E. Zhukov, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov, A.O. Kosogov, nescence intensities measured at elevated temperatures and high S.S. Ruvimov, P. Werner, U. Gsele, J. Heydenreich. Phys. excitation densities allows of evaluating the structural quality of quantum dot samples correctly. Overgrowth of quantum dots Rev. B, 54, 8743 (1996).

with a thin (1–2nm) GaAs layer followed by annealing results [3] M.V. Maximov, A.F. Tsatsul’nikov, B.V. Volovik, D.S. Sizov, in a decrease in the dislocation density and increase in the Yu.M. Shernyakov, I.N. Kaiander, A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, photoluminescence temperature stability.

S.S. Mikhrin, V.M. Ustinov, Zh.I. Alferov, R. Heitz, V.A. Shchukin, N.N. Ledentsov, D. Bimberg, Yu.G. Musikhin, W. Neumann. Phys. Rev. B, 62, 16 671 (2000).

[4] D. Bimberg, M. Grundman, N.N. Ledentsov. Quantum dot heterostructures (John Wiley & Sons, 1999).

[5] M. Grundman. Nano-optoelectronics Concepts, Physics and Devices (Springer, 2002).

[6] Б.В. Воловик, А.Ф. Цацульников, Д.А. Бедарев, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, А.Р. Ковш, Н.Н. Леденцов, М.В. Максимов, Н.А. Малеев, Ю.Г. Мусихин, А.А. Суворова, В.М. Устинов, П.С. Копьев, Ж.И. Алфёров, Д. Бимберг, П. Вернер. ФТП, 33 (8), 990 (1999).

[7] 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.G. Musikhin, Zh.I. Alferov. Semicond Sci. Technol., 15 (6), 604 (2000).

[8] J.M. Jerard, O. Cabrol, B. Sermage. Appl. Phys. Lett., 68, (1996).

[9] K.K. Linder, J. Phillips, O. Qasaimeh, X.F. Liu, S. Krishna, P. Bhattacharya, J.C. Jiang. Appl. Phys. Lett., 74, 1355 (1999).

[10] L. A. Graham, D.L. Huffaker, D.G. Deppe. Appl. Phys. Lett., 74, 2408 (1999).

[11] L.V. Asryan, R.A. Suris. Semicond Sci. Technol., 11 (4), (1996).

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып.

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.