WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ет менее одного монослоя (Q = 0.33 МС) и напряжения, альная энергия, определяемая из уравнения Пуассона вызванные несоответствием периодов кристаллических d dUH(z ) решеток InAs и GaAs, малы, в связи с чем происходит 0(z ) = e2 N(z ) - n(z ), (2) dz dz их релаксация на малых расстояниях. В образовавшейся в результате квантовой яме процессы рассеяния и безызгде N(z ) — объемная концентрация ионизированных лучательной рекомбинации уменьшаются, подвижность доноров, носителей тока и интенсивность фотолюминесценции в этом образце максимальны. При достижении толщины m n(z ) = (EF - Ei) (EF - Ei)|i(z )|2 (3) слоев InAs Q = 0.67 МС упругие напряжения становят 2 i ся больше, что, вероятно, вызывает флуктуации потенциального рельефа и снижает подвижность. Дальнейшее — концентрация электронов при T = 0K, (x) — увеличение толщины слоев InAs позволяет постепенно ступенчатая функция Хевисайда. Uc — скачок дна зоны уменьшать величину упругих напряжения и вызываемые проводимости на границе гетероперехода, Uxc — обменими флуктуации, так как наблюдается рост подвижности но-корреляционный потенциал [11] и интенсивности спектров фотолюминесценции с увели11.4 чением толщины слоев InAs. Радикальная перестройка Uxc = - 1 + 0.0545rS ln 1 + Ry, (4) rS rS формы спектра фотолюминесценции при достижении слоями InAs номинальной толщины Q = 2.7МС (обрагде 1/3 -1/зец 8) свидетельствует об образовании квантовых точек 4 4a3 n(z ) B =, rS =, InAs. Низкая концентрация свободных носителей тока в 9 этом образце объясняется локализацией (см. выше) зна40 2 eчительной части электронов в образовавшихся массивах a =, Ry =. (5) B квантовых точек, следствием чего является предельно me2 80a B низкая холловская подвижность в этом образце. Все это В расчетах разрывы зон между GaAs и напряи приводит к немонотонной зависимости интенсивности женным InAs принимались равными Uc = 535 мэВ и фотолюминесценции и холловской подвижности элек Uv = 385 мэВ [12] для дна зоны проводимости и потолтронов от толщины слоев InAs.

ка валентной зоны соответственно. Величина эффективДля всех образцов был выполнен расчет энергетиченой массы электронов для напряженных слоев InAs в ского спектра и волновых функций электронов методом сверхрешетках считалась равной mst = 0.0365m0 [13].

c самосогласованного решения уравнений Шредингера и На рис. 8 в качестве примера представлены расчетПуассона [9,10]. В уравнении Шредингера ные профили дна зоны проводимости (Ec), положения двух нижних электронных уровней и профили волно d 1 d вых функций для образцов 4 и 7. В качестве начала - + U(z ) i(z ) =Eii(z ) (1) 2 dz m(z ) dz отсчета энергии взята энергия Ферми. Во всех образцах заполненными электронами оказались только нижние потенциальная энергия является суммой U(z ) =UH(z ) электронные уровни, что соответствует данным, полу+ Uc + Uxc(z ). UH(z ) — электростатическая потенци- ченным из эффекта Шубникова–де-Гааза. Рассчитанная Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Латеральный электронный транспорт в короткопериодных сверхрешетках InAs/GaAs... 0.07 < T < 300 K в магнитных полях до 40 Тл в короткопериодных сверхрешетках InAs/GaAs, представляющих собой квантовые ямы. Квантовую яму In0.16Ga0.84As можно вырастить в виде твердого раствора или последовательным осаждением долей слоев InAs и GaAs. В последнем случае при определенной толщине осажденного InAs, а именно при Q = 0.33 и Q = 2.монослоя, интенсивность фотолюминесценции, а также подвижность электронов в структурах имеют ярко выраженный максимум, что, вероятно, связано с более эффективной релаксацией напряжения по сравнению с образцами с другими значениями Q. Наблюдается анизотропия проводимости, зависящая от толщины Рис. 9. Зависимость отношения сопротивления в направлеслоев осажденного InAs.

нии [110] (Rpe) к сопротивлению в направлении [110] (Rpa) от Установлено, что существует критическая концентратолщины слоев InAs (Q). Величина Q = 0 МС соответствует ция InAs (Q = 2.7 монослоя), выше которой в слоях образцу 1.

образуются квантовые точки. Образование квантовых точек приводит к резкому падению холловской подвижности электронов и сдвигу максимума спектра фотолюмиразница между энергиями первого и второго электроннесценции. Переход от короткопериодной сверхрешетки ного уровня приведена в таблице. Следует отметить, к слоям квантовых точек при превышении критической что расчетная разница между энергиями электронных толщины InAs сопровождается переходом в проводиуровней близка к разнице между наблюдаемыми пиками мости от металлической к прыжковой с переменной фотолюминесценции, что указывает на то, что в наблюдлиной прыжка.

даемых переходах действительно участвуют первая и вторая электронные подзоны размерного квантования. Работа поддержана РФФИ, грант 00-02-17493 и проФорма волновых функций в сверхрешетке (во всех ектом Министерства промышленности и науки.

образцах) напоминает форму волновых функций для одной потенциальной ямы In0.16Ga0.84As и отличается от нее модуляцией, коррелирующей с профилем дна Список литературы зоны проводимости сверхрешетки. Это показывает, что короткопериодная сверхрешетка представляет собой по [1] Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, В.А. Щукин и др. ФТП, 32, сути квантовую яму с модуляциями профиля.

385 (1998) [Semiconductors, 32, 343 (1998)].

[2] D. Bimberg, M. Grundman, N.N. Ledentsov. Quantum Dot Heterostructures (John Wiley & Sons Ltd, West Sussex, 3.4. Анизотропия проводимости England, 1998).

Во всех образцах, за исключением образца 1, наблю- [3] P.W. Fry, I.E. Itskevich, D.J. Mowbray et al. Phys. Rev. Lett., далась анизотропия сопротивлений. На рис. 9 представ- 84, 733 (2000).

лена зависимость отношения сопротивления в направ- [4] A.D. Yoffe. Adv. Phys., 50, 1 (2001).

лении [110] к сопротивлению в направлении [110] от [5] Т.А. Полянская, Ю.В. Шмарцев. ФТП, 23 (1), 3 (1989) [Sov.

толщины Q слоев InAs (разброс коэффициента анизо- Phys. Semicond., 23 (1), 1 (1989)].

[6] Б.И. Шкловский, А.Л. Эфрос. Электронные свойства тропии для серии образцов с одинаковым Q составляет легированных полупроводников (М., Наука, 1979).

менее 10%). Анизотропия сопротивлений коррелирует [7] J.-Y. Marzin, J.-M. Grard, A. Isral, D. Barrier, G. Bastard.

с асимметрией распределения дислокиций [14]. АнизоPhys. Rev. Lett., 73, 716 (1994).

тропия проводимости в системе двумерных электронов [8] V.A. Kulbachinskii, V.G. Kytin, T.S. Babushkina, I.G. Malkina, типична для структур с предпочтительным ростом осаA. de Visser, B.N. Zvonkov. J. Low Temp. Phys., N 5/6, ждаемого материала в одном направлении [15]. Зависи(1996).

мость анизотропии от толщины слоев InAs показывает, [9] T. Ando. J. Phys. Soc. Jap., 51, 3893 (1982).

что островковый рост, который ведет к анизотропии [10] В.А. Кульбачинский, Р.А. Лунин, В.Г. Кытин, А.С. Бугаев, проводимости, зависит от количества осаждаемого InAs.

А.П. Сеничкин. ЖЭТФ, 110, 1517 (1996) [JETP, 83, (1996)].

4. Заключение [11] Н. Марч, В. Кон, П. Вашишта, С. Лундквист и др. Теория неоднородного электронного газа (М., Мир, 1987).

В работе исследована фотолюминесценция, [12] J. Brbach, A.Yu. Silov, J.E.M. Haverkort, W. Vleuten, температурные зависимости сопротивления и J.H. Wolter. Phys. Rev. B, 59, 10 315 (1999).

эффект Шубникова–де-Гааза в интервале температур [13] Y. Foulon, C. Priester. Phys. Rev. B, 44, 5889 (1992).

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 76 В.А. Кульбачинский, Р.А. Лунин, В.А. Рогозин, В.Г. Мокеров, Ю.В. Федоров, Ю.В. Хабаров, Е. Нарюми...

[14] T. Schweizer, K. Kohler, W. Rothemund, P. Ganser. Appl.

Phys. Lett., 59, 2736 (1991).

[15] А. де Виссер, В.И. Кадушкин, В.А. Кульбачинский, В.Г. Кытин, А.П. Сеничкин, Е.Л. Шангина. Письма ЖЭТФ, 59, 339 (1994).

Редактор Т.А. Полянская Lateral electron transport in short period InAs/GaAs superlattices near the quantum dot formation V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, V.A. Rogozin, V.G. Mokerov, Yu.V. Fedorov, Yu.V. Khabarov, † Y. Narumi, K. Kindo, A. de Visser Moscow State University, 119899 Moscow, Russia Osaka University, Japan † Van der Waals–Zeeman Institute, University of Amsterdam, The Netherlands

Abstract

Temperature dependences of resistance in the temperature interval 0.07 < T < 300 K, the Hall effect and the Shubnikov de Haas effect in magnetic field up to 40 T, photoluminescence and morphology of the heterojunction (with the help of Atomic Force Microscope) have been investigated in the short period InAs/GaAs superlattices near the critical value Q = 2.7ML of InAs, above which the selforganizing growth of quantum dots starts. Forming of quantum dot layers above the critical value of InAs (Q = 2.7ML) leads to the transition in the conductivity from the metallic type to the hopping conductivity. It was found that at the thickness of InAs Q = 0.33 ML and Q = 2.0 ML the intensity jof the photoluminescence and mobility of electrons in the structures have a maximum. The anisotropy of conductivity was observed which depended on the thickness of deposited InAs.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, 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.