WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

(рис. 4) уровни E1, E2, H1 и H2 исчезали и появлялись Что касается уровней H1 и H1, то их поведение уровни E1 и H1. Положение пика H1 в DLTSв зависимости от условий изохронного отжига, темспектрах зависело от величины импульса заполнения и пературы и вариации Vb и Vf (рис. 3, 4) не может смещалось в высокотемпературную область с ростом Vf.

быть понято, если их связывать с каким-либо дефектом, Энергия термической активации уровня H1 изменялась в том числе и бистабильным [13]. Положение пика от 194 до 89 мэВ при увеличении величины Vf от 1.H1 в спектрах DLTS зависело от температуры отжига до 1.6 В (табл. 2). Амплитуда соответствующих пиков (рис. 2), условий охлаждения (Vf > 0 или Vb = 0) практически не менялась (рис. 4, b). Другой особенно- и менялось при оптической подсветке. Это обычно настью пика H1 было то, что он имел большую ширину блюдается у конфигурационно-бистабильных дефектов, и с высокотемпературной стороны плавно переходил в но изменение положения максимума DLTS-пика при пик H1 (рис. 4). Пики H1 и H3 уменьшались при варьировании величины Vf для метастабильного дефекта росте величины Vb и исчезали при Vb = 1.3В. Это не характерно [13]. В работах [14,15] при исследоваФизика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Нестационарная спектроскопия глубоких уровней в лазерных структурах InAs/GaAs... нии гетероструктур с помощью метода полных прово- (L — глубина слоя КТ, W — ширина области объдимостей наблюдали уменьшение эффективной энергии емного заряда, NA — концентрация акцепторов в слое разрыва зон при уменьшении температуры и частоты GaAs), совпадали и были равны 1011 см-2. При оценке pd были использованы параметры, определенf, при которой проводили измерения проводимости и ные из C-V-характеристик (рис. 1) и DLTS-измерений емкости [14,15]. Аналогичные изменения в энергии (рис. 2), в том числе величины C/C 2.5 · 10-2, термической активации носителей при их эмиссии с NA 1.5 · 1016 см-3. Кулоновское взаимодействие локауровня в зону наблюдались и для квантовой ямы [4,5,16].

лизованных в КТ дырок с противоположно заряженными В работе [16] изменение разрыва зон связывали с налипо знаку примесями и дефектами в его окрестностях чием ”интерфейсного диполя”, образованного донорами, должно приводить к образованию заряженного диполя.

ионизованными в тонком слое ( 50 ), и акцепторами, При этом происходит изменение энергии термической расположенными в плоскости на расстоянии нескольких активации носителей из КТ в зону, которое может быть десятков от гетерограницы. Авторы полагали, что связано, в том числе, и с изменением прозрачности электростатический потенциал этого диполя вычитается барьера для туннелирования носителей. Для их обратили складывается с дипольным потенциалом разрыва зон ного захвата в КТ необходимо также преодолеть барьер.

на гетерогранице. Так как расстояние между заряженныВарьируя величины Ta и Vf, мы тем самым изменяем ми плоскостями порядка или меньше, чем длина волны заселенность КТ и высоту термического барьера для де Бройля для носителей, они, пересекая гетерограницу, эмиссии носителей в зону. При охлаждении с Vb = ”видят” новый разрыв зон. Энергия Ea = 194 мэВ, носители в зонах отсутствуют и образования диполя определенная нами для H1 уровня при Vb = 1.07 В не происходит. Наблюдаемый при этих же условиях и Vf = 1.64 В, оказывается значительно больше, чем электронный уровень E1, по-видимому, является элекдля смачивающего слоя (СС), если его рассматривать тронным квантовым состоянием той же точки. Если из как квантовую яму. В работах [17] наблюдали пик фотоширины запрещенной зоны GaAs вычесть суммарную люминесценции из СС при энергии 1.43 эВ (T = 8K), величину энергий уровней E1 и H1, то получится ширина запрещенной зоны GaAs при этой температуре величина порядка 110 мэВ, что вполне согласуется с Eg = 1.51 эВ. Таким образом, энергия основного состояданными по фотолюминесценции [2,17].

ния квантовой ямы не может превышать 80 мэВ. ПоэтоДля уровня H1, появляющегося в спектрах DLTS при му можно сделать предположение, что уровень H1 не Ta > 245 K, мы также наблюдали характерные изменения связан с квантовой ямой смачивающего слоя, а является в энергии термической активации (табл. 2). Они также дырочным состоянием квантовой точки. Изменения в могут быть объяснены с точки зрения эмиссии носителей спектрах DLTS, которые мы наблюдали в зависимости от из квантовых точек при условии, что при Ta > 245 K температуры изохронного отжига и условий охлаждения не происходит образования диполя между квантовой (Vf > 0 или Vb = 0), по-видимому, связаны с тем, точкой и дефектом. При этих температурах изохронного что при охлаждении с Vf > 0 в разрешенных зонах отжига не происходит образования диполя и спектр DLTS имеются носители, которые захватываются на квантовые уже не зависит от предварительных условий охлаждения состояния в точках и КТ становится заряженной. В то же (Vb = 0 или Vf >0). В исследуемых нами структурах время, как было определено выше, спектр DLTS дефектов размер квантовых точек в каждом последующем ряде с глубокими уровнями в ближайшей окрестности КТ помассива вертикально связанных точек увеличивался по добен спектру, который обычно наблюдается для GaAs, сравнению с предыдущим, что связывалось с условиями полученного методом жидкофазной эпитаксии при изформирования этих точек. Поэтому при Vb = 1.07 В мы бытке в растворе–расплаве Ga. Для GaAs, полученного наблюдаем эмиссию из самой большой по размеру КТ, у таким методом, характерно также наличие дефекта GaAs, которой глубже расположены уровни. Дырки из меньших являющегося двойным акцептором с уровнями энергии по размеру КТ, а следовательно, с менее глубоких по 77 и 230 мэВ [18]. Эти уровни в исследуемом нами энергии уровней, будут туннелировать в самую большую температурном диапазоне обычно не обнаруживаются.

КТ, имеющую самый глубокий квантовый уровень, отМы видели при Vb > 1.30 В только ”хвост” уровня с куда и будет происходить термическая эмиссия дырок.

энергией термической активации 230 мэВ. Таким обраУвеличение Vb до 1.15 В приводит к уменьшению толщизом, поскольку энергия термической активации уровней ны слоя объемного заряда на величину примерно 90, дефекта GaAs в ближайшей окрестности КТ меньше, что соответствует размеру двух квантовых точек. Слечем у квантового состояния H1, возможна область довательно, увеличивая Vb, мы оставляем за пределами температур, при которой глубокие акцепторы еще не слоя объемного заряда самые большие по размерам кванзахватили дырки, ионизованы и имеют отрицательный товые точки с самыми большими энергиями активации.

заряд. Поверхностные концентрации дефектов GaAs и При дальнейшем увеличении Vb происходит достаточно H2, а также дырок pd, захваченных в КТ (рис. 2), медленный рост энергии активации, что связывается с определенные из соотношения [6] проявлением туннельного эффекта дырок из КТ, зависящего от величины электрического поля p-n-перехода.

C/C = pdL(2NAW2) Форма DLTS-пика для этого уровня не изменялась при Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1254 М.М. Соболев, А.Р. Ковш, В.М. Устинов, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов всех значениях Vb. Это, по-видимому, указывает на тот Vf > 0илиVb =0 спектр DLTS претерпевает существенфакт, что эмиссия происходит только из одной квантовой ные изменения. Они связываются с проявлением эффекта точки с самым глубоким состоянием, куда туннелируют кулоновского взаимодействяи носителей, захваченных и носители с более мелких состояний из КТ меньшего локализованных в КТ, с ионизованными дефектами и размера. Заселенность состояний КТ для данного Vf не примесями и образованием диполя, возникающего при изменяется. Ta < Tac и охлаждении при Vf > 0, или с его отсутствием Таким образом, в зависимости от температуры изо- при Ta > Tac и охлаждении при Vb = 0.

хронного отжига Ta < Tac = 245 K или Ta > 245 K мож- 3. Обнаружено, что в диполе осуществляется перекрыно наблюдать два различных спектра DLTS, в которых тие волновых функций примесей и дефектов с квантоприсутствуют пики, связанные с КТ. Кроме того, в спек- выми состояниями точек. Происходит туннелирование трах DLTS при Ta < 245 K отсутствуют пики, которые носителей с более глубоких состояний дефектов на более мелкие состояния квантовых точек.

были в спектрах при Ta > 245 K. Происходит уширение пика уровня E1, а пик H1 со стороны высокотемпе- 4. Установлено, что определенное из DLTS-измерений ратурной области плавно переходит в широкую зону. В при предварительном изохронном отжиге образца при ряде исследуемых образцов, изготовленных из той же Ta < Tac и последующем его охлаждении при Vf > пластины, мы наблюдали, что спектр DLTS, измеренный уменьшение энергии термической активации носителей при Vb = 0 и Ta

точках. При изохронном отжиге исследуемого образца с В первом случае, при отжиге с Ta > Tac и охлаждении с Ta > Tac и охлаждении при Vb = 0 энергия термической Vb = 0, квантовая точка не заселена и нет кулоновского активации дырок из квантовой точки изменялась в превзаимодействия с заряженными примесями и дефектами делах (132 194) мэВ, что связывается с проявлением в окрестностях КТ, не происходит образования диполя.

Примеси и дефекты не притягиваются к КТ, они находят- эффекта туннелирования дырок из КТ, зависящего от величины электрического поля p-n-перехода.

ся на достаточном расстоянии от нее. В случае отжига при Ta < Tac и охлаждении при Vf > 0 квантовая Авторы считают своим приятным долгом выразить точка заселяется носителями, возникает кулоновское глубокую благодарность П.С. Копьеву и С.Г. Конникову взаимодействие носителей, локализованных в квантовых за помощью в проведении этой работы и полезные точках, с заряженными примесями и дефектами, окружадискуссии.

ющими КТ, образуется диполь, который замораживается при температурах Ta < Tac. В этом диполе происходит перекрытие волновых функций примесей и дефектов с Список литературы квантовыми состояниями точек. Становится возможным [1] Y. Arakawa, A. Yariv. IEEE J. Quant. Electron., QE-22, туннелирование носителей с более глубоких состояний (1986).

этих примесей и дефектов на более мелкие состояния КТ [2] V.M. Ustinov, A.Yu. Egorov, A.R. Kovsh, A.E. Zhukov, с последующей их термической эмиссией в зоны. Это, M.V. Maximov, A.F. Tsatsul’nikov, N.Yu. Gordeev, по-видимому, является причиной уширения уровней ES.V. Zaitsev, Yu.M. Shernyakov, N.A. Bert, P.S. Kop’ev, и H1, исчезноения в спектрах DLTS уровней E2 и H2 и Zh.I. Alferov, N.N. Ledentsov, J. Bhrer, D. Bimberg, появления широкой зоны.

A.O. Kosogov, P. Werner, U. Gsele (Принято к печати в J.

Cryst. Growth, 175 (1997)).

[3] D.V. Lang. J. Appl. Phys., 45, 3023 (1974).

5. Заключение [4] T. Matsumoto, Y. Ito, T. Ishida. Jpn. J. Appl. Phys., 28, (1989).

Перечислим результаты наших исследований метода[5] K.L. Jiao, W.A. Anderson. J. Appl. Phys., 73, 271 (1993).

ми DLTS лазерных структур с активной областью в виде [6] S. Anand, N. Carlsson, M.-E. Pistol, L. Samuelson, W. Seifert.

6 рядов массивов квантовых точек InGa/GaAs.

Appl. Phys. Lett., 67, 3016 (1995).

1. Установлено, что при низкотемпературном осажде- [7] П.Н. Брунков, С.Г. Конников, В.М. Устинов, А.Е. Жуков, А.Ю. Егоров, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов, П.С. Копьев.

нии и заращивании квантовых точек в эпитаксиальных ФТП, 30, 924 (1996). [Semiconductors, 30, 492 (1996)].

слоях GaAs происходит генерация точечных дефектов в [8] A. Mitonneau, G.M. Martin, A. Mircea. Electron. Lett., 13, ближайших окрестностях квантовых точек (КТ), возни666 (1977).

кающая при локальной нестехиометрии состава. Поверх[9] П.Н. Брунков, С. Гайбуллаев, С.Г. Конников, В.Г. Никитин, ностные концентрации этих дефектов и квантовых точек М.И. Папенцев, М.М. Соболев. ФТП, 25, 338 (1991).

близки и равны примерно 1011 см-2.

[10] G.M. Martin, A. Mitonneau, A. Mircea. Electron. Lett., 13, 2. Обнаружено, что в зависимости от температу191 (1977).

ры предварительного изохронного отжига образца при [11] L. Samuelson, P. Omling, H.G. Grimmeis. J. Cryst. Growth., Ta < Tac = 245 K или Ta > Tac и условий охлаждения при 55, 164 (1981).

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Нестационарная спектроскопия глубоких уровней в лазерных структурах InAs/GaAs... [12] D.L. Partin, J.W. Chen, A.G. Milnes, L.F. Vassamillet. J. Appl.

Phys., 50, 6845 (1979).

[13] M.M. Sobolev, I.V. Kochnev, M.I. Papentsev, V.S. Kalinovsky.

Semicond. Sci. Technol., 11, 1692 (1996).

[14] S.R. Forrest, O.K. Kim. J. Appl. Phys., 53, 5738 (1982).

[15] K. Kazmierski, P. Philippe, P. Poulain, B. de Cremoux. J. Appl.

Phys., 61, 1941 (1987).

[16] F. Capasso, F. Beltram. Mater. Soc. Symp. Proc., 104, (1988).

[17] M. Grundmann, N.N. Ledensov, O. Stier, D. Bimberg, V.M. Ustinov, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov. Appl. Phys. Lett., 68, 979 (1996).

[18] Ph. Won Yu, W.C. Mitchel, M.G. Mier, S.S. Li, W.L. Wang.

Appl. Phys. Lett., 41, 532 (1982).

Редактор Т.А. Полянская Deep level transient spectroscopy of InAs/GaAs vertically coupled quantum dot lasers structures.

M.M. Sobolev, A.R. Kovsh, V.M. Ustinov, A.Yu. Egorov, A.E. Zhukov, M.V. Maximov, and N.N. Ledentsov A.F. Ioffe Physicotechnical Inctitute, Russian Academy of Sciences, 194021 St.Petersburg, Russia

Abstract

In this work we report on the level transient spectroscopy (DLTS) and capacitance-voltage studies of InAs/GaAs vertically coupled quantum dot structures embedded in an active region of laser diode. We found that DLTS spectra are changed dramatically for isochronous annealing temperatures below and above 245 K and for cooling conditions: bias voltage Vb = 0 or of filling pulse voltages Vf > 0. They are bound up with manifestation of the effect of Coulomb interaction between carriers captured in quantum dots and on point defects located in regions close to the dots; also dipoles are being formed after annealing below 245 K at Vf > 0 and they are absent after annealing above 245 K at Vb = 0. It have been observed that in the dipoles the carriers can tunnel from deep levels into quantum dots from which they were previously thermally evaporated.

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.