WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 10 Влияние качества гетерограниц на спектры циклотронного резонанса гетероструктур InAs/(AlGa)Sb © Ю.Б. Васильев, С.Д. Сучалкин, С.В. Иванов, Б.Я. Мельцер, А.Ф. Цацульников, П.В. Неклюдов, П.С. Копьев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 15 апреля 1997 г. Принята к печати 22 апреля 1997 г.) Проведены измерения циклотронного резонанса в одиночных квантовых ямах InAs–AlGaSb II типа, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии при различных условиях роста. Обнаружены квантовые осцилляции в спектрах циклотронного поглощения в образцах InAs–GaSb, которые объясняются рассеянием на короткодействующем потенциале, обусловленном шероховатостью гетерограницы. Предлагается новый метод оценки качества гетерограницы, основанный на измерении спектров циклотронного резонанса.

Введение В качестве объекта исследования выбрана система InAs/AlGaSb, в которой можно реализовать различный Известно, что свойства гетероструктур в значительной тип связи на гетерогранице (In–Sb или (Al)Ga–As) в степени определяются качеством поверхности гетерозависимости от способа и условий ее формирования.

границ. Например, в гетероструктурах AlGaAs/GaAs с квантовыми ямами (КЯ) качество гетерограницы обраМетодика эксперимента зовавшейся в результате осаждения GaAs на поверхности AlGaAs, значительно хуже, чем в случае, когда Образцы представляют собой структуры с одиночными AlGaAs выращивается на поверхности GaAs, что и обКЯ GaSb–InAs–GaSb и AlSb–InAs–AlSb, выращенные условливает, например, худшие транспортные характеметодом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках ристики двумерного электронного газа в модулированноGaAs(001). Методика выращивания толстой ( 2мкм) легированных структурах с КЯ или сверхрешетками по буферной структуры GaSb/Al(Ga)Sb подробно описана сравнению с одиночными гетеропереходами. Поскольку в работе [4]. Все структуры выращивались при темналичие гетерограницы приводит к появлению дополпературе подложки 500C, что существенно затрудняет нительного механизма рассеяния носителей заряда на формирование однородной гетерограницы типа In–Sb, шероховатостях ее поверхности, измерения подвижности практически независимо от материала барьера, вследносителей в КЯ могут быть использованы для оценки ствие сильного переиспарения Sb из напряженного гракачества границы (см., например, [1]).

ничного монослоя InSb [5]. Гетерограницы в структуре В настоящей работе нами предлагается новый меInAs/GaSb формировались путем переключения потоков тод оценки качества поверхности гетерограниц путем элементов V группы на поверхность GaSb при минианализа спектров циклотронного резонанса (ЦР). В мальном (3с) времени выдержки под потоком As до отличие от других методов он позволяет оценить провключения потока In. Во всех остальных структурах дольные размеры неоднородностей на гетерогранице и с InAs/AlSb на поверхности AlSb специально выращиопределить основной тип рассеивателей в структуре, что вался один монослой InSb при более чем шестикратном оказывается чрезвычайно полезным там, где люминеспревышении потока атомов Sb над потоком атомов In, центная характеризация затруднена, как, например, в после чего потоки Sb и As переключались одновреструктурах InAs/GaSb II типа с разрывом запрещенной менно.

зоны на гетерогранице. Известно, что в случае короткоИзмерения ЦР проводились при фиксированной длине действующих рассеивателей форма линии ЦР имеет хаволны генерации лазера ( = 119 мкм) с помощью рактерные особенности в виде квантовых осцилляций [2].

развертки магнитного поля, направленного перпендикуРанее эти осцилляции наблюдались в системе двумерлярно к поверхности образцов. Все образцы стачивались ного электронного газа на поверхности Si [3], однако о на клин, чтобы избежать интерференции в подложке.

наблюдении подобной формы ЦР в других материалах не Дополнительно образцы, как правило, снабжались элексообщалось. Мы обнаружили квантовые осцилляции при исследовании субмиллиметрового поглощения в одиноч- трическими контактами для измерений осцилляций магнитосопротивления.

ной квантовой яме GaSb–InAs–GaSb. Были выполнены исследования, которые позволяют связать форму линии Измерения концентрации и подвижности электронов в ЦР с наличием мелкоразмерных шероховатостей на по- двумерном канале InAs проводились с помощью эффекта верхности гетерограницы. Холла в температурном диапазоне 4.2 300 K.

Влияние качества гетерограниц на спектры циклотронного резонанса гетероструктур InAs/(AlGa)Sb Результаты и обсуждение магнитных полях показали, что квантовые осцилляции в поглощении смещаются одинаково с осцилляциями магнитосопротивления и в соответствии с ожидаемым На рисунке представлены спектры ЦР, полученные поведением двумерного электронного газа — по закону для 2 одиночных квантовых ям InAs с различным обракосинуса угла наклона.

зом сформированными гетерограницами. Верхней криНапротив, для структуры с КЯ типа InAs/AlSb никаких вой соответствуют измерения для структуры с барьерами квантовых осцилляций на линии ЦР не видно, а ширина из GaSb, а нижней — из AlSb. Обе ямы имеют праклинии значительно меньше, чем для верхней кривой. Растически одинаковую ширину (примерно 20 нм), близкие щепление пика (нижняя кривая на рисунке) не связано значения поверхностной концентрации носителей в двус характером заполнения уровней Ландау, его природа мерном InAs-канале (около 3 · 1012 см-2) и подвижности обсуждается в другой работе [7].

при 300 K ( 2.5 · 104 см2/В · с). Однако значения Обсудим более подробно причину квантовых осцилнизкотемпературной подвижности носителй в структуре ляций. Обычно в сильных магнитных полях свойства InAs/AlSb (2 · 105 см2/В · с [6]) более чем в 3 раза системы зависят от распределения носителей по уровням выше, чем в стурктуре InAs/GaSb, что, вероятнее всего, Ландау. Дополнительно при исследовании ЦР важную связано с лучшим качеством гетерограницы. В спектрах роль играет характерный размер рассеивающего потенЦР также наблюдаются значительные отличия не только циала. Как отмечено в обзоре [2], это влияние наиболее в ширине, но и в форме линии циклотронного резонанса.

выражено для случая d l, где d — характерный Верхней кривой на рисунке соответствует характерная размер рассеивателей, а l = ( c/eH)1/2 — магнитная форма линии, четко указывающая на квантовые осциллядлина. При выполнении ряда условий, когда в предеции. При этом особенности на линии ЦР соответствуют лах линии ЦР уровень Ферми несколько раз пересемагнитным полям, при которых уровень Ферми совпадакает уровни Ландау, в спектре ЦР может возникнуть ют с одним из уровней Ландау в согласии с теоретическиосцилляционная структура. Возникновение осцилляций ми предсказаниями Андо [2]. Это подтверждается также есть следствие зависимости коэффициента поглощения и измерениями осцилляций магнитосопротивления, выдвумерного электронного газа от плотности состояний полненными по двухконтактной методике одновременна уровне Ферми. Как и в случае обычных осцилляций но с измерениями поглощения. Видно, что осцилляции магнитосопротивления, эти осцилляции определяются на линии ЦР коррелируют с осцилляциями магнитоконцентрацией носителей и имеют характерный период сопротивления. Контрольные измерения в наклонных по оси 1/H. В соответствии с предсказаниями теории [2] в области меньших магнитных полей c < 0 (0 — частота зондирующего излучения, c — циклотронная частота) максимумы поглощения совпадают с максимумами магнитосопротивления, в то время как на краю линии поглощения, соответствующем большим магнитным полям (c > 0), максимумы магнитосопротивления соответствуют минимумам в поглощении. Как было показано в [2], наличие квантовых осцилляций свидетельствует о том, что основным типом рассеяния электронов в данной системе является рассеяние на короткодействующем потенциале. Источником такого рода рассеивающего потенциала в первую очередь могут служить шероховатости гетерограницы с характерным размером, меньшим магнитной длины. Мы можем примерно оценить характерные размеры этих шероховатостей, исходя из того, что при данных магнитных полях H 3Тл магнитная длина l равна 15 нм. Данная оценка дает длину порядка нескольких десятков ангстрем. Очевидно, что более точная оценка размеров неоднородностей трубует дополнительных измерений в широком диапазоне магнитных полей. Наблюдению квантовых осцилляций в поглощении в системе InAs/GaSb во многом способствует достаточно большая концентрация электронов в КЯ (более 1012 см-2), при которой особенно велика роль мелкоразмерных шероховатостей [8].

Спектры циклотронного резонанса (1, 2) при = 119 мкм Столь существенное различие в спектрах ЦР двух и зависимости магнитосопротивления R/R от магнитного структур, хорошо согласующееся с результатами низполя H (1, 2 ) для квантовых ям: 1, 1 — GaSb–InAs–GaSb;

котемпературных холловских измерений, можно объяс2, 2 — AlSb–InAs–AlSb.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1248 Ю.Б. Васильев, С.Д. Сучалкин, С.В. Иванов, Б.Я. Мельцер, А.Ф. Цацульников, П.В. Неклюдов...

нить нарушением планарности и, вероятно, локальным Список литературы изменением типа связи на гетерогранице InAs/GaSb [1] W.C. Mitchel, G.J. Brown, I. Lo, S. Elharmi, M. Ahoujja, в результате реакции замещения атомов Sb атомами K. Ravindran, R.S. Newrock, M. Razeghi, X. He. Appl. Phys.

As, существенно ускоряющейся при высоких темпераLett., 65, 1578 (1994).

турах [9], тогда как в структуре InAs/AlSb тип связи [2] T. Ando. J. Phys. Soc. Japan, 38, 989 (1975).

на гетерогранице — преимущественно In–Sb [6], при [3] G. Abstreiter, J.P. Kotthaus, J.F. Koch, G. Dorda. Phys. Rev.

существенно лучшей планарности.

B, 14, 2480 (1976).

Кроме рассеяния на шероховатостях поверхности дру[4] S.V. Ivanov, P.D. Altukhov, T.S. Argunova, A.A. Bakun, гой возможной причиной возникновения квантовых осA.A. Boudza, V.V. Chaldyshev, Yu.A. Kovalenko, P.S. Kop’ev, цилляций в структурах InAs–GaSb могло бы быть налиR.N. Kutt, B.Ya. Meltser, S.S. Ruvimov, S.V. Shaposhnikov, чие близко расположенного слоя дырок в валентной зоне L.M. Sorokin, V.M. Ustinov. Semicond. Sci. Technol., 8, GaSb. Действительно, экранированный дырочный газ (1993).

[5] П.В. Неклюдов, С.В. Иванов, Б.Я. Мельцер, П.С. Копьев.

имеет свойства короткодействующего рассеивателя, что ФТП 2157 (1997).

в принципе может приводить к квантовым осцилляциям [6] P.D. Wang, N.N. Ledentsov, C. Sotomayor-Torres, S.V. Ivanov, в поглощении. Были проведены дополнительные экспеB.Ya. Meltser, P.S. Kop’ev. Sol. St. Commun., 91, 361 (1994).

рименты на серии образцов InAs/AlSb/GaSb, в которых [7] Yu. Vasilyev, H. Kobori, T. Ohyama, S. Suchalkin, S. Ivanov, ширина барьера между электронами в InAs и дырками в P. Kop’ev, B. Meltser. Phys. Rev. B (to be published).

GaSb варьировалась в пределах от 2 до 30 нм, гетерогра[8] Т. Андо, А. Фаулер, Ф. Стерн. Электронные свойства ница InAs/AlSb формировалась путем выращивания оддвумерных систем (М., Мир, 1985).

ного монослоя InSb при большом избыточном давлении [9] D.H. Chow, R.H. Miles, J.R. Soderstrom, T.C. McGill. J. Vac.

Sb. Однако квантовые осцилляции ни на одном из этих Sci. Technol. B, 8, 710 (1990).

образцов не наблюдались, что позволяет исключить ды- [10] Y. Guldner, J.P. Vieren, P. Voisin, M. Voos, J.C. Maan, рочный слой как причину появления осцилляций в погло- L.L. Chang, L. Esaki. Sol. St. Commun., 41, 755 (1982).

щении. Отметим, что ранее осцилляции в поглощении Редактор Т.А. Полянская наблюдались на гетеропереходах GaSb/InAs [10], причем авторы интерпретировали причину таких осцилляций Interface–related effects in cyclotron как межподзонные переходы между уровнями Ландау, resonance spectra of InAs/(AlGa)Sb находящимися в зоне проводимости в InAs и уровнями heterostructures Ландау в валентной зоне GaSb.

Следует отметить, что отсутствие квантовых осцилYu.B. Vasilyev, S.D. Suchalkin, S.V. Ivanov, ляций в структурах с AlSb-барьером могло бы быть B.Ya. Meltser, A.F. Tsatsul’nikov, P.V. Necliudov, связано не с улучшением качества гетерограницы, а с P.S. Kop’ev меньшей вероятностью рассеяния на шероховатостях за A.F. Ioffe Physicatechnical Institute, счет большой высоты AlSb-барьеров. Однако согласно Russian Academy of Sciences, нашим оценкам следует, что высота барьеров не оказы194021 St.Petersburg, Russia вает существенного влияния на вероятность рассеяния на шероховатостях гетерограницы в отличие, например, от ширины ямы.

Abstract

Cyclotron resonance (CR) measurements are perТаким образом, мы впервые наблюдали квантовые ос- formed on type-II InAs–AlGaSb single quantum well structures цилляции в спектре циклотронного резонанса в одиноч- grown by molecular beam epitaxy under different growth conной квантовой яме InAs/GaSb. Предложен новый метод ditions. Quantum oscillations in CR absorption are observed in исследования качества поверхности гетерограницы пу- InAs–GaSb samples and are interpreted to be due to short-ranged тем измерений спектров ЦР. Получены предварительные scattering on interfacial roughness. We propose a novel method данные, которые позволяют оценить продольные разме- based on CR measurement to evaluate the interface quality.

ры рассеивателей на границе. Для повышения точности оценки требуются более подробные исследования при различных магнитных полях.

Работа была выполнена при поддержке Japan Society for the Promotion of Science, Международной ассоциации INATS — грант 94-1172; Российского фонда фундаментальных исследований — гранты 97-02-18355, 97-02-18175 и РФФИ-ДФГ — грант 96-02-00223G.




© 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.