WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 10 Поляризация фотолюминесценции вдоль плоскости квантово-размерных слоев структур InAs / Ga(In)As, выращенных методом МОС-гидридной эпитаксии © В.Я. Алешкин, Б.Н. Звонков, И.Г. Малкина, Ю.Н. Сафьянов, Д.О. Филатов+, А.Л. Чернов Научно-исследовательский физико-технический институт, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603600 Нижний Новогород, Россия Институт физики микроструктур Российской академии наук, 603600 Нижний Новгород, Россия + Региональный центр сканирующей зондовой микроскопии при Научно-исследовательском физико-техническом институте, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603600 Нижний Новгород, Россия (Получена 27 января 1998 г. Принята к печати 14 апреля 1998 г.) Исследована линейная поляризация фотолюминесценции вдоль плоскости структур InAs / Ga(In)As. Обнаружено, что она зависит от несимметричности профиля квантовой ямы, возникновения квантовых точек, наличия включений в твердых растворах.

Современные методы исследования проверхности, та- была бы на 100% линейно поляризована [8,9]. Вследкие как атомно-силовая и туннельная микроскопия, силь- ствие наличия гетерограниц, гетерослои AIIIBV имеют но продвинули изучение сложных механизмов роста более низкую симметрию: направления [110] и [-110] квантово-размерных слоев (КРС) и их структуры. Од- не эквивалентны. Кроме того, возможно дополнительное нако многие особенности КРС, являющиеся следствием понижение симметрии атомных связей на гетерогранице за счет возникновения различных морфологических происходящих при эпитаксии процессов, не поддаются изучению этими методами. Такие процессы как сегре- особенностей во время эпитаксиального роста. Поэтому гация примесей, приводящая к изменению потенциаль- на гетерогранице возможно замешивание состояний тяжелых и легких дырок [10]. В этом случае из теории ного профиля КРС, или расслоение твердого раствора развиваются в толще структуры при наращивании сле- групп следует также, что в КЯ с симметричным потенциальным профилем должна наблюдаться 100%-ная подующего, покровного, слоя. Таким образом, поскольку ляризация (если параметр замешивания [10] не слишком окончательное формирование структуры происходит при велик), однако отклонение потенциального профиля КЯ заращивании ее покровным слоем, важно развивать меот прямоугольной формы должно оказывать влияние на тодики исследования, позволяющие изучать структуру степень поляризации.

КРС под толщей других эпитаксиальных слоев. При этом В данной работе исследована анизотропия ФЛ струкодним из наиболее важных методов может оказаться тур с КРС, выращенных методом МОС-гидридной эпианализ оптической анизотропии, очень чувствительной таксии (газофазной эпитаксии из металлорганических к структуре кристалла. Среди многочисленных публисоединений) при атмосферном давлении: наблюдалась каций, касающихся оптической анизотропии структур связь между структурой КРС и линейной поляризацией AIIIBV с КРС имеется относительно мало работ, посвяФЛ со сколотых граней структур In(Ga)As / GaAs и щенных поляризации фотолюминесценции (ФЛ) квантоInAs / GaInAs / InP с напряженными КЯ и КТ. Насколько вых ям (КЯ) [1–5] иквантовыхточек (КТ) [5], исходящей нам известно, торцевая ФЛ КРС In(Ga)As на подложках вдоль плоскости слоев эпитаксиальной структуры — GaAs и InAs / InGaAs на подложках InP никогда ранее не торцевой ФЛ. Однако именно в этом направлении, исследовалась.

перпендикулярно оптической оси, влияние квантового ограничения и механических напряжений в квантовом слое на оптическую анизотропию должно проявляться Экспериментальные методики наиболее сильно.

Известно, что КЯ в тетрагонально деформированном Рост проводили в атмосфере водорода из триметилслое InGaAs на подложках GaAs или InP содержит галлия (ТМГ), триметилиндия (ТМИ), служивших истолько уровни тяжелых дырок [6,7], и направление век- точниками элементов III группы, при избытке источника тора электрического поля E излучения ФЛ КЯ должно Vгруппы —арсина или фосфина.

лежать в плоскости КЯ. При этом, если бы имелась Квантово-размерные слои InAs (InGaAs) выращиваось симметрии не ниже 3-го порядка, направленная по ли на подложках (001) GaAs. Образцы содержали нормали к слоям структуры, то замешивание состояний одиночный КРС, покрытый GaAs, или многослойную тяжелых и легких дырок отсутствовало бы, и краевая ФЛ периодическую структуру (МПС). МПС представляли Поляризация фотолюминесценции вдоль плоскости квантово-размерных слоев структур... Результаты и их обсуждение ФЛ всех изученных образцов, наблюдаемая вдоль направления нормали к поверхности, не была заметно поляризована: P составляла менее 10%. Торцевая ФЛ калибровочных образцов, представлявших собой однородные эпитаксиальные гомоэпитаксиальные слои GaAs или InP или структуры GaAs с периодически расположенными -слоями акцепторного углерода, также не имела заметной поляризации.

Слабой была и зависимость поляризации от геометрических параметров образца: удаленности возбужденного пятна от скола, толщины подложки и качества поверхРис. 1. Схема измерений фотолюминесценции (PL) вдоль ности образцов, но все-таки для уменьшения возможной слоев структур.

ошибки вследствие воздействия перечисленных факторов, между собой сравнивались результаты измерений, проведенных в одинаковых условиях.

Торцевая ФЛ всех изученных гетероструктур была лисобой 10 20 КРС, разделенных барьерами GaAs толнейно поляризована, причем направлениями максимальщиной 0.1 мкм. КЯ выращивали при 650C. Они имели ной и минимальной интенсивности ФЛ относительно не более 20% InAs и толщину меньше критической слоев структуры всегда оставались 0 и 90.

толщины спонтанного образования КТ [11]. КТ выращивали по механизму Странски–Крастанова при 630C c последующей остановкой роста. Рост и свойства этих 1. Одиночные КРС КТ подробно описаны в [12,13]. КТ содержали от до 5 монослоев (МС) InAs. Исследование в атомноОдиночный КРС In(Ga)As на подложке GaAs или InP силовом микроскопе ТМХ2100 поверхности контрольотличается более слабым волноводным эффектом, чем ных образцов InAs / GaAs (выращенных без покровного МПС, в которой основная доля излучения распростраслоя GaAs) выявило наличие холмиков с характерным няется в ее объеме. Если толщина покровного слоя старазмером 10 20 нм и плотностью 1011 см-2 [14].

новится меньше длины волны ФЛ в веществе (в нашем Многослойные периодические структуры с КЯ случае 0.3мкм), то большая доля излучения вдоль In0.5Ga0.5As / InP были выращены на подложках (001) КРС распространяется в покровном слое. Вблизи поInP при 600C. Состав твердого раствора определяли верхности имеется поле поверхностных состояний, что, методом рентгеновской дифракции. Слои In0.5Ga0.5As с одой стороны, может приводить к повороту плоскости были близки по параметру решетки к подложке поляризации за счет электрооптического эффекта, а с (несоответствие параметров решетки менее ±5 · 10-3).

другой — к нарушению правил отбора по поляризации В середине слоя In0.5Ga0.5As на одинаковом расстоянии из-за отклонения потенциального профиля квантовой от InP помещали напряженный слой InAs с номинальной ямы от прямоугольной формы в электрическом поле толщиной 2.5 7.5МС (0.8 2.4нм).

поверхностных состояний.

Рис. 1 поясняет схему проведения измерений. ВозбуДействительно, экспериментально было обнаружено, ждающий ФЛ луч He–Ne-лазера (длина волны 633 нм) что толщина покровного слоя является наиболее суфокусировали на поверхности структуры вблизи скола в щественным фактором, который следует учитывать при пятно диаметром 0.1 мм. Излучение из образца (его ФЛ) определении величины линейной поляризации торцевой фокусировали собирающей линзой на щели монохромаФЛ одиночного КРС. Зависимость линейной поляритора и регистрировали с помощью автоматизированной зации от толщины покровного КРС измеряли на изгосистемы. Поляроид помещали перед щелью монохроматовленных химическим травлением малоугловых сечетора и поворачивали вокруг направления наблюдения.

ниях структур GaAs / In(Ga)As / GaAs и InP / InAs / InP.

Направление вектора электрического поля ФЛ образца Возбуждающий луч перемещали вдоль клина сечения (вектора E), перпендикулярное нормали к плоскости параллельно излучающему торцу.

слоев структуры (т. е. вдоль слоев), характеризовали На рис. 2 представлены зависимости интенсивности углом 0. Если этот вектор был направлен вдоль (IPL) торцевой ФЛ структуры GaAs / In(Ga)As / GaAs нормали к слоям, то такому направлению в наших (n = 1016 см-3) от толщины покровного слоя GaAs.

обозначениях соответствовал угол 90.

Если КРС находился в квазинейтральной области (т. е.

Степень поляризации оценивали по формуле вне пределов области пространственного заряда поверхP = 100% · (I0 - I90)/(I0 + I90) (I0, I90 —интенсивности, ностных состояний, толщина которой при данном уровне соответствующие 0 и 90). Погрешность ее легирования составляла 0.3 мкм [15]), то максимум инопределения составляла приблизительно ±10%. тенсивности ФЛ КРС наблюдался при электрическом поФизика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1256 В.Я. Алешкин, Б.Н. Звонков, И.Г. Малкина, Ю.Н. Сафьянов, Д.О. Филатов, А.Л. Чернов цов 50 нм (образцы 2246–2249, уровень легирования n = 2.5·1017 см-3). Толщина КЯ составляла 5 нм. Результаты приведены в табл. 1. Состав КЯ с преднамеренно измененным профилем распределения индия, вычисленный по данным о режиме роста КЯ, указан последовательно в направлении роста. Кроме того, в табл. 1 приведены данные, полученные на нелегированных МПС с такими же КЯ (структуры 2234–2237).

Действительно, оказалось, что наибольшая степень поляризации торцевой ФЛ наблюдается у контрольных образцов и образцов с увеличением концентрации индия в середине КЯ. Увеличение концентрации индия вблизи одной из гетерограниц уменьшает степень поляризации и Рис. 2. Зависимость интенсивности торцевой ФЛ IPL (1–3) сопровождается небольшим сдвигом энергии максимума и степени поляризации P (4) одиночного КРС InGaAs от (на 0.01 0.02 мэВ) в сторону больших энергий. Наитолщины покровного слоя GaAs h. 1 — полная интенсивность;

2 — интенсивность ФЛ, поляризованной в плоскости КРС меньшая степень поляризации наблюдается при увели(0); 3 — интенсивность ФЛ, поляризованной в направлении чении концентрации индия вблизи границы с подложкой.

нормали к КРС (90).

Последнее можно понять, если учесть, что сегрегация индия при использованных температурах роста приводит к проникновению некоторого количества индия в покрывающий слой [16] и в результате к снижению ле световой волны E, параллельном плоскости слоя (0), потенциального барьера с этой стороны КЯ. Поэтому а минимум — при перпендикулярном направлении (90).

даже в контрольном образце потенциальный профиль не В диапазоне 00.2 мкм толщина покровного слоя сильно является вполне симметричным относительно середины влияла на поляризацию торцевой ФЛ. При уменьшении ямы. Помещение слоя с повышенной концентрацией его толщины степень поляризации уменьшалась и даже индия со стороны подложки приближает потенциальменяла знак, достигая значения P = -60%, характерного ный профиль к треугольной форме. Такой же слой, для переходов с участием состояний легких дырок.

помещенный с противоположной стороны, действует в На структуре InP / InAs / InP с таким же уровнем легипротивоположном направлении. Результаты, полученные рования наблюдалась такая же закономерность, но при на МПС и одиночных КРС, согласуются (табл. 1).

толщинах покровного слоя на 30 60 нм меньше, что согласуется с характерной для этого материала меньшей Таблица 1. Параметры структур InxGa1-xAs / GaAs высотой поверхностного барьера.

Влияние электрооптического эффекта должно было № структуры Тип структуры x hA, эВ P, % бы привести к плавному изменению направления поля2246 КРС 0.13 1.434 ризации при изменении расстояния между излучающим 2247 КРС 0.15/0.10 1.447 торцом и линией перемещения возбуждаемого лучом 2248 КРС 0.11/0.16 1.454 лазера пятна. Однако этого не наблюдалось. Поэтому 2249 КРС 0.9/0.14/0.9 1.440 наиболее вероятной причиной изменения поляризации 2234 МПС 0.16 1.416 можно считать нарушение симметрии потенциального 2235 МПС 0.23/0.15 1.439 2236 МПС 0.13/0.21 1.428 профиля КЯ электрическим полем барьера.

2237 МПС 0.13/0.21/0.13 1.412 Отклонение потенциального профиля от прямоугольного может быть обусловлено не только электрическим полем, но и неравномерным распределением концентраТаким образом, измерения поляризации торцевой ФЛ ции индия в КЯ вдоль направления роста. Для изучения КЯ с непрямоугольным профилем подтверждают зависиего влияния на поляризацию были выращены структуры мость степени поляризации от симметрии потенциальноInxGa1-xAs / GaAs c заведомо несимметричным относиго профиля КЯ.

тельно середины КЯ распределением индия.

Контрольные образцы представляли собой ”симметричные КЯ”. Они содержали слой InxGa1-xAs, во 2. Многослойные структуры время роста которого (9с) поток ТМИ поддерживали In(Ga)As / GaAs постоянным или увеличивали в середине на 3 с. При выращивании несимметричных КЯ в начале или в конце ФЛ многослойных структур In(Ga)As / GaAs также выращивания поток ТМИ увеличивали в течение 2 с. была поляризована параллельно плоскости слоев. СтеТолщина покровного (и буферного) слоя составляла пень поляризации для КЯ (на длине волны максимума 0.4 мкм и была много больше толщины области про- спектра) оказывалась при этом около 30%. При тех странственного заряда, составлявшей в этой серии образ- же параметрах образца ФЛ КТ была поляризована знаФизика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Поляризация фотолюминесценции вдоль плоскости квантово-размерных слоев структур... Таблица 2. Параметры многослойных структур 3. Многослойные структуры InxGa1-xAs / GaAs InAs / In0.5Ga0.5As / InP Толщина Концентрация но№стру- Тип hA, В литературе сообщалось, что в структурах x InGaAs, сителей (на один ктуры структуры эВ InGaAsP / InP с КЯ знак поляризации ФЛ соответствовал нм период) n, p, см-знаку механических деформаций [4]. Сообщалось также, 1848 КЯ 0.2 4.5 p, 1011 1.что фоточувствительность структур InxGa1-xAs / InP 1966 КТ 1 0.65 p, 1011 1.зависит от поляризации, и направление поляризации, 1959 КТ 1 0.76 n, 1011 1.соответствующее наибольшей фоточувствительности, 1960 КТ 1 0.73 p, 1012 1.согласуется со знаком механических деформаций 2065 КТ 0.5 3.4 n, 3 · 1010 1.твердого раствора [7]. Однако наблюдаемые изменения сигнала были все же существенно меньше 100%.

Pages:     || 2 |



© 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.