WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1 Латеральная фотопроводимость структур AlGaAs / InGaAs с квантовыми ямами и самоорганизующимися квантовыми точками при межзонной подсветке ¶ © О.А. Шегай, А.К. Бакаров, А.К. Калагин, А.И. Торопов Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия (Получена 1 июня 2004 г. Принята к печати 16 июня 2004 г.) Представлены экспериментальные результаты по изучению особенностей зависимости латеральной фотопроводимости структур AlGaAs / InGaAs с квантовыми точками и квантовыми ямами от интенсивности межзонного света при низких температурах. Обнаружено, что рост фотопроводимости происходит пороговым образом. В области относительно больших тянущих полей наблюдались осцилляции фотопроводимости.

Изучено влияние тянущего поля и температуры на фотопроводимость. Результаты анализируются в рамках теории протекания неравновесных носителей заряда по локализованным состояниям при учете релаксации механического напряжения вокруг квантовых точек.

1. Введение AlGaAs, затем выращивался слой InGaAs с номинальной толщиной 2.5 монослоя (ML) при температуре 510C, Изучение механизмов латеральной межзонной фото- затем вновь выращивался слой AlGaAs, который запроводимости (ФП) в структурах AlGaAs / InGaAs с са- крывался поверхностным слоем GaAs толщиной 20 нм.

моорганизующимися квантовыми точками (КТ) InGaAs Концентрация КТ составляла 1010 см-2, латеральный и с квантовыми ямами (КЯ) актуально в связи с воз- размер КТ лежал в пределах 30-40 нм. В некотоможностью получения новых приборов на их основе [1].

рых структурах с КТ были выращены и КЯ. В таких В этих структурах зонная диаграмма относится к типу 1, структурах размер КЯ GaAs составлял 8.5 и 5 нм, они когда область внутри КТ (и КЯ) является ямой как разделялись слоем AlGaAs толщиной 25 нм.

для электронов, так и для дырок. На первый взгляд, Исследуемые образцы размером 2 4мм2 имели обпри межзонном возбуждении неравновесные носители ласть засветки 2 2мм2, к структурам были изгозаряда должны захватываться на состояния в КТ (и КЯ) товлены омические контакты из индия по стандартной и в дальнейшем излучательно рекомбинировать, что не методике. Измерения были выполнены при низких темдолжно привести к появлению особенностей в межпературах с использованием красного светодиода в казонной ФП. Однако учет неоднородного распределения честве источника межзонного фотовозбуждения. Более механического напряжения вокруг КТ, как это недавно подробно методика измерений приведена в [3].

показано для структур Si / Ge с КТ Ge, относящихся к На рис. 1 приведены зависимости латеральной ФП структурам с зонной диаграммой типа 2 [2,3], может анаструктуры 477 AlGaAs / GaAs с двумя КЯ толщиной 8.логичным образом проявиться в ФП данных структур.

В данной работе представлены экспериментальные результаты по изучению особенностей зависимости латеральной ФП структур AlGaAs / InGaAs с КТ и КЯ от интенсивности межзонного света при низких температурах. Обнаружены ступенчатый рост и осцилляции ФП в данных структурах. Изучено влияние тянущего поля на наблюдаемые особенности. Результаты анализируются в рамках теории протекания неравновесных носителей заряда по локализованным состояниям при учете релаксации механического напряжения вокруг КТ.

2. Экспериментальные результаты и их обсуждение Структуры с КТ были получены методом молекуРис. 1. Зависимость латеральной ФП от интенсивности межлярно-лучевой эпитаксии по механизму самоорганизазонного света для структуры AlGaAs / GaAs с двумя КЯ толщиции Странского–Крастанова: сначала на подложке полуной 8.5 и 5 нм, разделенными слоем AlGaAs толщиной 25 нм, изолирующего GaAs (001) выращивался буферный слой при T = 4.2 K и различных значениях тянущего напряжения U ¶ E-mail: shegai@thermo.isp.nsc.ru в интервале 10-20 В.

8 116 О.А. Шегай, А.К. Бакаров, А.К. Калагин, А.И. Торопов рисунка видно, что пороговый рост ФП происходит при Ith, существенно большем (примерно на порядок), чем для структуры с КЯ (рис. 1). СростомU наклон кривых ФП уменьшается, величина Ith также почти не меняется с ростом U.

На рис. 3 представлены зависимости латеральной ФП структуры 478 AlGaAs / InGaAs с КТ InGaAs и с двумя КЯ GaAs в матрице AlGaAs от интенсивности межзонного света I при T = 4.2K для U, изменяющегося в интервале 6-16 В. Как видно из рисунка, по мере роста U на кривой ФП появляется и увеличивается максимум, который постепенно сдвигается в область больших интенсивностей и затем исчезает при возрастании U до 16 В. Интересным здесь, на наш взгляд, является спадающий участок ФП. Отметим, что в измерениях, проведенных на объемном GaAs, наблюдается лишь монотонный рост ФП с ростом интенсивности Рис. 2. Зависимость латеральной ФП от интенсивности межмежзонного света.

зонного света для структуры с одним слоем КТ InAs в матрице Для структуры 477 с ростом U сигнал ФП начинает AlAs при T = 4.2 K и различных значениях тянущего поля вести себя неустойчиво, и начиная приблизительно с U = 9-18 В.

50 В в зависимости ФП от I появляются осцилляции, показанные на рис. 4. Видно, что осцилляции появляются начиная с некоторой интенсивности света, период осцилляций растет с U и уменьшается с ростом I.

При изменении скорости нарастания интенсивности света изменялся период осцилляций, они сохранялись и при некоторой фиксированной интенсивности подсветки структур. Это означает, что наблюдаемые осцилляции ФП происходят во времени. Аналогичные осцилляции ФП в области больших U наблюдались и для некоторых структур с КТ. Увеличение температуры измерений приводит к исчезновению порогового поведения ФП и к уменьшению периода осцилляций вплоть до их исчезновения.

Анализ представленных результатов проводился в рамках теории протекания [4]. В структурах с КЯ проявление ступенчатого роста мы связываем с флуктуацией толщины КЯ в плоскости структуры [5]. Следствием Рис. 3. Зависимость латеральной ФП от интенсивности межзонного света для структуры с КТ InGaAs и с двумя КЯ GaAs в матрице AlGaAs при T = 4.2 K и различных значениях тянущего напряжения.

и 5 нм, разделенными слоем AlGaAs толщиной 25 нм, от интенсивности межзонного света I при температуре T = 4.2 K и различных значениях тянущего напряжения U. В области малых I начиная с некоторой пороговой интенсивности Ith наблюдается рост ФП. По мере роста U наклон кривых ФП становится более крутым и достигает максимума при U 12 В, затем он уменьшается. При этом величина Ith слабо зависит от U, в отличие от случая КТ Ge [3].

На рис. 2 приведены зависимости латеральной ФП Рис. 4. Зависимость латеральной ФП от интенсивности структуры 1379 AlAs / InAs с одним слоем КТ InAs межзонного света для структуры с двумя КЯ GaAs толщиной от интенсивности межзонного света I при T = 4.2K 8.5 и 5 нм, разделенных слоем AlGaAs толщиной 25 нм, при и различных значениях тянущего напряжения U. Из T = 4.2K и U = 55, 85 и 100 В.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Латеральная фотопроводимость структур AlGaAs / InGaAs с квантовыми ямами... этих флуктуаций является уширение уровней размер- В структуре 478 содержатся как КТ, так и КЯ.

ного квантования в КЯ и образование локализованных Пороговый рост ФП для данной структуры происходит состояний в областях, где флуктуация толщины КЯ при малой величине Ith (рис. 3), как и для структуры достигает максимума. По мере роста интенсивности с КЯ 477 (рис. 1), что можно связать с флуктуациями света увеличивается заселенность этих локализованных толщины КЯ в данных структурах. Однако участок состояний, и при Ith неравновесные носители заряда в монотонного уменьшения ФП с ростом I связан, поэтих состояниях достигают уровня протекания. Числен- видимому, с уменьшением количества носителей заряда ный анализ для I > Ith показал, что рост сигнала ФП в локализованных состояниях за счет их туннелирования для структур с КЯ происходит по степенному закону на уровни размерного квантования в КТ.

(I - Ith)p, где показатель степени p = 0.5 для U = 10 В Таким образом, в структурах AlGaAs / GaAs с КЯ и с ростом U он монотонно возрастает. GaAs и структурах AlGaAs / InGaAs с самоорганизуюЗависимость ФП от I вблизи Ith для структуры 1379 щимися КТ InGaAs обнаружено, что латеральная фототакже имеет степенной вид, но с показателем степени проводимость имеет пороговый характер по отношению больше 1 для U = 9 В. Ранее для структур с КТ Ge пока- к интенсивности межзонного света. Обнаружены осцилзатель степени был равен 1.4 и был идентифицирован ляции межзонной ФП в области относительно больших как критический индекс теории протекания (t) [3]. тянущих полей. Эти наблюдаемые особенности объясСущественно большее значение пороговой интенсив- няются в модели протекания неравновесных носителей заряда по локализованным состояниям.

ности для структуры с КТ относительно структуры с КЯ говорит о том, что рельеф, индуцированный Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 03напряженными КТ, превосходит рельеф, создаваемый 02-16466).

флуктуациями толщины КЯ. Отметим также, что для ряда структур с КЯ порогового поведения ФП не Список литературы наблюдалось. Это свидетельствует о том, что в этих структурах флуктуации толщины малы.

[1] V.A. Shchukin, D. Bimberg. Rev. Mod. Phys., 71, 1125 (1999).

Происхождение осцилляций ФП мы связываем с пове[2] О.А. Шегай, К.С. Журавлев, В.А. Марков, А.И. Никифоров, дением локализованных носителей заряда вблизи порога О.П. Пчеляков. ФТП, 34, 1363 (2000).

протекания. Более детальное рассмотрение показало, [3] O.A. Shegai, V.A. Markov et al. Phys. Low-Dim. Structur., 1/2, что осцилляции ФП имеют асимметричный вид, т. е.

261 (2002).

сначала происходит монотонный рост сигнала ФП, а [4] Б.И. Шкловский, А.Л. Эфрос. Электронные свойства затем резкое его уменьшение. При малых U рекомбилегированных полупроводников (М., Наука, 1979) с. 174.

нация электронов и дырок в локализованных состоя[5] В.А. Гайслер, Д.А. Тэннэ, Н.Т. Мошегов и др. ФТТ, 38, нях уменьшает их заполнение и осцилляции отсутству- (1996).

ют. Для больших значений U происходит разделение Редактор Л.В. Шаронова неравновесных носителей заряда различного знака в противоположные стороны и рекомбинация подавляется.

Lateral photoconductivity При фиксированном значении I временной процесс of AlGaAs / InGaAs structures накопления электронов и дырок в этих локализованwith quantum wells and quantum dots ных состояниях происходит до тех пор, пока они не начинают пересекаться и рекомбинация возобновляется, under interband illumination что проявляется в резком уменьшении ФП. Повторение O.A. Shegai, A.K. Bakarov, A.K. Kalagin, A.I. Toropov этого циклического процесса приводит к наблюдаемым осцилляциям ФП. Увеличение периода осцилляций с The Institute of Semiconductor Physics, ростом U следует из увеличения пространственного Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, разделения электронов и дырок в локализованных со630090 Novosibirsk, Russia стояниях. Уменьшение периода осцилляций с ростом интенсивности подсветки объясняется ростом концен

Abstract

The lateral interband photoconductivity of MBE трации неравновесных носителей заряда, что приводит к grown AlGaAs / InGaAs structures with quantum wells (QW’s) более быстрому заполнению локализованных состояний.

and quantum dots (QD’s) as a function of light intensity has Повышение температуры измерений приводит к росту been investigated at low temperatures T and different lateral частоты осцилляций ФП, и при некоторой температуvoltages U. As for QW’s and QD’s structures the threshold ре осцилляции исчезают полностью. Тепловая энергия growth of photoconductivity was observed. At large U the PC of электронов в локализованных состояниях при этом both types of structures oscillated and the period of oscillations становится больше высоты барьеров, носители заряда не decreased with the light intensity and increased with U. The чувствуют рельефа, связанного с флуктуациями толщиincrease in temperature resulted in disappearance of those features.

ны КЯ в структурах с КЯ или связанного с релаксацией Analysis of these date were based on the percolation theory.

механического напряжения вокруг КТ в структурах с КТ, и осцилляции исчезают.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.




© 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.