WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

(I[011]) и параллельно [011] (I[011]). Угловое распределеДальнейшие исследования показали, что повышение латеральной упорядоченности коррелирует с увеличени- ние интенсивности в максимуме полосы линейно поляем оптической анизотропии излучения КТ (In,Ga)As. ризованного излучения для 2- и 11-периодных структур Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 78 В.В. Стрельчук, П.М. Литвин, А.Ф. Коломыс, М.Я. Валах, Yu.I. Mazur, Zh.M. Wang, G.J. Salamo Рис. 3. Трехмерные АСМ-изображения фрагментов поверхности 17-периодных структур Inx Ga1-xAs/GaAs (слева) и их двумерное фурье-преобразование (справа). a: x = 0.40, dInGaAs = 7.6MC; b: x = 0.30, dInGaAs = 11.5MC; c: x = 0.30, dInGaAs = 16.3MC.

In0.5Ga0.5As/GaAs представленo на рис. 2, c. Регистриру- кванта 2.33 эВ, значительно превышающей ширину заемая полоса ФЛ отвечает излучательной рекомбинации прещенной зоны GaAs (1.5 эВ), фотовозбужденные ноэкситонов в КТ (In,Ga)As [18]. При увеличении количе- сители, термализуясь на квантово-размерные уровни КТ, ства периодов наблюдается небольшое уменьшение по- теряют свою поляризационную память [24].

луширины полосы излучения и смещение ее максимума Из рис. 2 видно, что степень линейной поляризав высокоэнергетическую сторону на 50 мэВ (от 1.ции излучения КТ (In,Ga)As больше для направле до 1.19 эВ), что может быть обусловлено увеличением ния [011], чем для [011], что совпадает с характедеформаций сжатия в КТ и (или) уменьшением в них ром анизотропии формы КТ (анизотропии деформаконцентрации индия.

ций). Для 2-периодной структуры степень линейной Рост числа периодов сопровождается увеличением поляризации ФЛ P 5% и очень слабо изменяется степени поляризации ФЛ P, при этом она не зависит во всем энергетическом интервале полосы излучения.

от поляризации возбуждающего света. Это обусловлено Несколько иная ситуация имеет место для 11-периодной тем, что при возбуждении с используемой энергией структуры. В максимуме полосы ФЛ P 8% и увеФизика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. Латеральное упорядочение квантовых точек и нитей в многослойных структурах (In,Ga)As/GaAs (100) Рис. 4. Спектры фотолюминесценции (PL) 17-периодных структур InxGa1-x As/GaAs для x = 0.40 (a), x = 0.30 (b, c) и номинальной толщины слоев InGaAs 7.6 MC (a), 11.5 MC (b), 16.3 MC (c) при линейной поляризации излучения, параллельной [011] (I[011]) и [011] (I[011]) и соответствующие угловые распределения интенсивности излучения (d–f). (a–c): пунктирная кривая — степень линейной поляризации. (d–f): сплошная линия — аппроксимация I = I[011] sin2 + I[011] cos2. Eexc = 2.33 эВ, T = 8K, плотность мощности 0.1Bт/см2.

личивается с низкоэнергетической стороны полосы из- Примечательно, что во всех случах наблюдаются разлучения. Поскольку АСМ-данные показывают повыше- личия интенсивности c поляризацией излучения вдоль ние однородности размеров КТ с увеличением коли- направлений [011] и [011], в то время как для идеальной чества периодов, наблюдаемое спектральное измене- кубической структуры (симметрия Td) и тетрагональной ние P мы приписываем большей анизотропии формы структуры (симметрия D2D) эти направления эквива более крупных КТ в верхних слоях InGaAs струк- лентны. Неэквивалентность направлений [011] и [011] туры, определяющих низкоэнергетический край поло- была недавно обнаружена при изучении тонкой струксы ФЛ. туры экситонного спектра сверхрешеток GaAs/AlAs в Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 80 В.В. Стрельчук, П.М. Литвин, А.Ф. Коломыс, М.Я. Валах, Yu.I. Mazur, Zh.M. Wang, G.J. Salamo экспериментах по оптически детектируемому магнит- составляют 7 и 77 нм соответственно, а латеральный ному резонансу [25] и угловых зависимостей линей- период в направлении [011], по данным фурье-анализа, ной поляризации экситонного излучения сверхрешеток 100 нм (см. таблицу).

CdTe/Cdx Mn1-xTe [26]. Этот эффект может быть связан Различия в морфологии поверхности, формирующейся с некоторым понижением симметрии системы от идепри разных концентрациях индия и толщинах слоя альной D2D до C2v, в результате чего направления [011] InxGa1-xAs, могут быть объяснены тем, что уменьшение и [011] становятся неэквивалентными. В нашем случае концентрации индия приводит к уменьшению упрутакое понижение симметрии системы может быть обугой энергии системы и соответственно к увеличению словлено квазипериодическим анизотропным деформакритической толщины морфологической неустойчивости ционным полем, вызванным анизотропным латеральным поверхности, при которой реализуется морфологический упорядочением КТ в многослойной структуре.

переход 2D–3D (образуются 3D островки). При этом На рис. 2, c показана зависимость интенсивности позначительное различие подвижности (диффузии) адатолосы ФЛ КТ (In,Ga)As от угла линейной поляризации мов между направлениями [011] и [011] приводит к ани() относительно оси [011]. Эта зависимость хорошо зотропии массопереноса и соответственно анизотропии аппроксимируется соотношением деформаций, которые и обусловливают анизотропный характер скорости зарождения как КТ так и КН.

I = I[011] sin2 + I[011] cos2. (1) Для КН (In,Ga)As реализуется значительно большая Отношение I[011] к I[011] равняется 1.13 и 1.20 для 2- и анизотропия формы КН в сравнении с КТ в цепочках, 11-периодных структур соответственно.

что приводит к увеличению степени поляризации в КН.

С целью детального изучения механизма самоорНа рис. 4 приведены спектры ФЛ (8K) и угловое ганизации цепочек КТ были выращены 17-периодные распределение линейной поляризации излучения многоструктуры при тех же условиях роста, что и структуры, слойных структур, показанных на рис. 3. В спектре ФЛ обсуждавшиеся выше. Они имели одинаковую толщину цепочек КТ (рис. 4, a) регистрируется полоса излучения разделяющего слоя GaAs (67 MC), а толщина слоя при 1.28 эВ (полуширина 65 мэВ). Степень поляInGaAs и концентрация в нем индия варьировались (см.

ризации в максимуме полосы составляет 10%.

таблицу).

В случае двух разных образцов КН In0.3Ga0.7As На рис. 3, a приведены АСМ-изображения и 2D (рис. 4, b, c) полоса излучения регистрируется при фурье-преобразование для верхнего непокрытого 1.29 эВ ( 34 мэВ) и 1.25 эВ ( 46 мэВ), а слоя КТ (In,Ga)As 17-периодной структуры степень поляризации в максимуме полосы составляет In0.4Ga0.6As(7.6 MC)/GaAs. Видно, что морфология по14 и 30% соответственно. Низкоэнергетический сдвиг верхности образца являет собой массив периодических ( 40 мэВ) максимума полосы ФЛ, наблюдаемый при цепочек КТ. Из анализа АСМ-данных мы определили увеличении толщины осаждаемого слоя In0.3Ga0.7As, средний латеральный размер и высоту КТ ( 50 и обусловлен уменьшением величины упругих деформа 7 нм соответственно). Наличие нескольких максимуций в КН (In,Ga)As. На энергетическое положение мов на картине 2D фурье-преобразования в направлении максимума полосы излучения могут влиять и некоторые [011] указывает на существенную корреляцию ближнего другие факторы, такие как эффект сегрегации индия и порядка во взаимном расположении соседних КТ.

присутствие пьезоэлектрического поля, обусловленного При этом размытые максимумы в направлении [011] упругими деформациями. Эти эффекты не обсуждаются соответствуют более слабому упорядочению только в данной работе.

лишь в первом координационном окружении КТ.

Угловая зависимость интенсивности в максимуме поСреднее расстояние между цепочками в направлении лосы линейно поляризованного излучения (рис. 4, d–f) [011] составляет 110 нм, а между центрами КТ в хорошо аппроксимируется выражением (1) при отноцепочке (в направлении [011]) 51 нм (см. таблицу).

шении I[011] к I[011], равном 1.21, 1.32 и 1.65 для Интересным является эффект упорядочения КТ в цепочек КТ (рис. 4, a) и квантовых нитей (рис. 4, b, c) цепочке (вдоль направления [011]), который обусловлен высокой плотностью КТ (w/d 0.9, КТ практически со- соответственно.

прикасаются) и минимизацией отталкивающих сил упругого взаимодействия соседних КТ. При этом некоторые 4. Заключение сбои в предпочтительном расстоянии между ближайшими соседями обусловлены влиянием неоднородности Таким образом, при определенных условиях роста деформационных полей в периферийных областях вдоль может реализоваться упорядочение КТ в плоскости цепочек КТ.

гетерограницы при осаждении уже первых периодов Ситуация кардинально изменяется при уменьшении концентрации In до x = 0.30 и увеличении номиналь- многослойной структуры (In,Ga)As/GaAs. При увеличении числа периодов структуры латеральное упорядоченой толщины слоя In0.30Ga0.70As до 11.5 и 16.3 МС ние и однородность размеров КТ и КН повышаются.

(рис. 3, b, c). В этом случае образуется пространственно однородный массив латерально-упорядоченных кванто- Изменением толщины разделяющего слоя и концентравых нитей. Средние значения высоты и ширины КН ции индия можно обеспечить образование однородных Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. Латеральное упорядочение квантовых точек и нитей в многослойных структурах (In,Ga)As/GaAs (100) периодических цепочек КТ и КН. Процесс латераль- [22] E. Penev, P. Kratzer, M. Scheffler. Phys. Rev. B, 64, 85 (2001).

ного упорядочения КТ и КН в многослойных струк[23] C. Priester. Phys. Rev. B, 63, 153 303 (2001).

турах определяется конкуренцией эффектов анизотро[24] M. Sugisaki, H.-W. Ren, S.V. Nair, K. Nishi, S. Sogou, пии упругих свойств разделяющего слоя, анизотропии T. Okuno, Y. Matsumoto. Phys. Rev. B, 59, R5300 (1999).

поверхностной диффузии адатомов и упругого взаимо[25] H.W. van Kesteren, E.C. Cosman, W.A.J.A. van der Poel, действия КТ. Оптическая анизотропия излучения КТ и C.T. Foxon. Phys. Rev. B, 41, 5283 (1990).

КН определяется эффектами анизотропии релаксации [26] И.Г. Аксянов, А.В. Кудинов, Ю.Г. Кусраев, Б.П. Захарченя, упругих деформаций и формой нанообъектов.

Т. Wojtowicz, G. Karczewski, J. Kossut. ФТТ, 44, 903 (1999).

Редактор Л.В. Шаронова Список литературы Lateral ordering of quantum dots and [1] J. Tersoff, C. Teichert, M.G. Lagally. Phys. Rev. Lett., 76, 1675 quantum wires in (In,Ga)As/GaAs (100) (1996); Q. Xie, A. Madhukar, P. Chen, N. Kobayashi. Phys.

multilayer structures Rev. Lett., 75, 2542 (1995).

V.V. Strelchuk, P.M. Lytvyn, A.F. Kolomys, M.Ya. Valakh, [2] V. Holy, G. Springholz, M. Pinczolits, G. Bauer. Phys. Rev.

Lett., 83, 356 (1999); S.S. Quek, G.R. Liu. Nanotechnology, Yu.I. Masur+, Zh. M. Wang+, G.J. Salamo+ 14, 752 (2003).

Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, [3] X.-D. Wang, N. Liu, C.K. Shih, S. Govindaraju, A.L. Holmes.

National Academy of Sciences of Ukraine, Appl. Phys. Lett., 85, 1356 (2004).

03028 Kiev, Ukraine [4] G. Springholtz, V. Holy, M. Pinczolits, G. Bauer. Science, 282, + University of Arkansas, 734 (1998).

[5] M. Meixner, E. Schll, M. Schmidbauer, H. Raidt, R. Khler. Departament of Physics, Phys. Rev. B, 64, 245 307 (2001).

Fayetteville, Arkansas, [6] K. Zhang, Ch. Heyn, W. Hansen, Th. Schmidt, J. Falta. Appl.

Phys. Lett., 76, 2229 (2000).

Abstract

The surface morphology and optical properties of [7] G.E. Cirlin, G.M. Guryanov, A.O. Golubok, S.Ya. Tipissev, the multilayer (In,Ga)As/GaAs (100) structures with selfassembled N.N. Ledentsov, P.S. Kop’ev, M. Grundmann, D. Bimberg.

quantum dots and quantum wires grown by molecular-beam Appl. Phys. Lett., 67, 97 (1995).

epitaxy are investigated. It is found that the lateral ordering [8] G.E. Cirlin, V.N. Petrov, A.O. Golubok, S.Ya. Tipissev, of quantum dots arise from early periods of the multilayer V.G. Dubrovskii, G.M. Guryanov, N.N. Ledentsov, structure. With the increase of periods number, the alignment D. Bimberg. Surf. Sci., 377–379, 895 (1997).

of quantum dots in rows along the [011] direction is observed.

[9] Zh.M. Wang, K. Holmes, Yu.I. Mazur, G.J. Salamo. Appl.

The improvement of lateral ordering of the examined structures Phys. Lett., 84, 1931 (2004).

correlates well with the increase of the optical anisotropy of [10] T. Mano, R. Ntzel, G.J. Hamhuis, T.J. Eijkemans, J.H. Wolter.

radiation, caused by the anisotropy of the relaxation of elastic J. Appl. Phys., 85, 109 (2004).

deformations and by the shape of nanostructures. The possible [11] H. Saito, K. Nishi, S. Sugou, Y. Sugimoto. Appl. Phys. Lett., mechanism of the lateral ordering of quantum dots and wires 71, 590 (1997).

in multilayer structures is discussed, including effects of the [12] A. Moritz, R. Wirth, A. Hangleiter, A. Kurtenbach, K. Eberl.

anisotropy of the deformation fields and the adatoms diffusion, Appl. Phys. Lett., 69, 212 (1996).

as well as the elastic interaction of neighboring quantum dots.

[13] Y. Tang, D.H. Rich, I. Mukhametzhanov, P. Chen, A. Madhukar. J. Appl. Phys., 84, 3342 (1998).

[14] S. Noda, T. Abe, M. Tamura. Phys. Rev. B, 58, 7181 (1998).

[15] P. Yu, W. Langbein, K. Leosson, J.M. Hvam, N.N. Ledentsov, D. Bimberg, V.M. Ustinov, A.Yu. Egorov, A.E. Zhukov, A.F. Tsatsul’nikov, Yu.G. Musikhin. Phys. Rev. B, 60, 16 (1999).

[16] V. Zwiller, L. Jarlskog, M.-E. Pistol, C. Pryor, P. Castrillo, W. Seifert, L. Samuelson. Phys. Rev. B, 63, 233 301 (2000).

[17] M. Henini, S. Sanguinetti, S.C. Fortina, E. Grilli, M. Guzzi, G. Panzarini, L.C. Andreani, M.D. Upward, P. Moriarty, P.H. Beton, L. Eaves. Phys. Rev. B, 57, R6815 (1998).

[18] Yu.I. Mazur, W.Q. Ma, X. Wang, Zh.M. Wang, G.J. Salamo, M. Xiao, T.D. Mishima, M.B. Johnson. Appl. Phys. Lett., 83, 987 (2003).

[19] Y. Hasegawa, H. Kiyama, Q.K. Xue, T. Sakurai. Appl. Phys.

Lett., 72, 2265 (1998).

[20] M. Schmidbauer, Th. Wiebach, H. Raidt, M. Hanke, R. Khler, H. Wawra. Phys. Rev. B, 58, 10 523 (1998).

[21] V.A. Shchukin, N.N. Ledentsov, P.S. Kop’ev, D. Bimberg. Phys.

Rev. Lett., 75, 2968 (1995).

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.