WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 2 Емкостная спектроскопия глубоких состояний в InAs/GaAs-гетероструктурах с квантовыми точками © М.М. Соболев, А.Р. Ковш, В.М. Устинов, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, Ю.Г. Мусихин Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 23 июля 1998 г. Принята к печати 28 июля 1998 г.) Сообщается о результатах исследования структуры, содержащей один массив квантовых точек InAs в матрице GaAs, методами вольт-фарадной спектроскопии и нестационарной спектроскопии глубоких уровней, фотолюминесценции, а также просвечивающей электронной микроскопии. Было обнаружено присутствие в слоях GaAs, выращенных при низкой температуре, кластера взаимодействующих бистабильных дефектов.

Обнаружен эффект контролируемой и обратимой метастабильной заселенности энергетических состояний квантовой точки и моноэнергетического поверхностного состояния, зависящей от температуры и условий изохронного отжига. Он связывается с присутствием бистабильных ловушек с самозахватом (self–trapped) дырок. С помощью измерений методом нестационарной спектроскопии глубоких уровней обнаружено изменение термоионизационной энергии эмиссии дырок с поверхностных состояний гетерограницы InAs/GaAs и смачивающего слоя при увеличении напряжения обратного смещения. Было сделано предположение, что эти изменения обусловлены встроенным электростатическим полем диполя, который может образоваться как дырками смачивающего слоя, с одной стороны, так и ионизованными уровнями, расположенными вблизи с гетерограницей.

Введение а также как изолированных [8], так и массива вертикально связанных КТ InAs/GaAs [9–10]. Другим методом, Полупроводниковые гетероструктуры с пространст- который успешно применяется для определения эффеквенным ограничением носителей в трех измерениях тивного профиля распределения носителей в структурах, благодаря широким возможностям по их применению в содержащих КТ, является вольт-фарадная спектроскопия оптоэлектронике и в качестве элементов памяти являют- (C-V) [10–11]. При рассмотрении результатов C-V и ся в настоящее время одними из самых перспективных DLTS-исследований реальных структур, когда в них, пообъектов исследования [1–2]. Наибольшие успехи при мимо КТ, имеется смачивающий слой, присутствуют деформировании квантовых точек (КТ) были достигну- фекты и поверхностные состояния на гетерогранице, возты при использовании эффектов самоорганизации на- никают большие проблемы. В частности, известно [12], ноструктур в гетероэпитаксиальных полупроводниковых что характеристики изменения высокочастотной емкости системах. Электронный спектр таких КТ оказывается от напряжения для гетероструктур с моноэнергетичеподобен спектру одиночного атома [2]. К настоящему ским поверхностным уровнем, с квантовым состоянием времени в инжекционных гетеролазерах с активной обла- ямы или точки будут подобны. При DLTS-измерениях стью на основе вертикально связанных (In, Ga)As/GaAs таких структур также возникают вопросы о происхоКТ реализована генерация через основное состояние ждении DLTS-сигналов, которые могут быть связаны с КТ при комнатной температуре и пороговой плотности эмиссией из смачивающего слоя, КТ или поверхностных тока 65 А/см2 [2]. Вместе с тем специфические условия состояний, так и с глубоких уровней дефекта. В рабовыращивания КТ: низкие температуры осаждения и тах [5–10] было показано, что DLT S-измерения, сделанзаращивания стимулируют генерацию точечных дефек- ные в зависимости от величин напряжения обратного тов вблизи КТ и на гетерогранице смачивающий слой смещения и импульса заполнения, позволяют установить (СС)–матрица, которые действуют как центры захвата и природу DLT S-сигнала. Во-первых, было обнаружено безызлучательной рекомбинации неравновесных носите- сильное влияние электрического поля в области пролей, уменьшая квантовую эффективность излучательной странственного заряда на эмиссию носителей. Потенцирекомбинации. В работе [3] было показано, что в этих альный барьер в квантовой яме [7] и точке [9–10] полазерах только 40 % носителей принимают участие в нижался в сильном электрическом поле, что приводило излучательной рекомбинации и 65 % из них в стимули- к смещению максимума DLTS-сигнала в область низких рованной эмиссии. Оставшиеся 35 % носителей реком- температур с ростом напряжения обратного смещения.

бинируют спонтанно через возбужденные состояния КТ Но в то же время для моноэнергетического поверхи состояния смачивающего слоя. Нестационарная спек- ностного состояния было обнаружено смещение мактроскопия глубоких уровней (DLT S) является наиболее симума DLTS-сигнала в высокотемпературную область эффективным методом для спектроскопии дефектов и при увеличении напряжения обратного смещения и этот примесей с глубокими состояниями [4]. Этот метод с эффект соотносился с пространственными измененияуспехом был применен для спектроскопии состояний, ми напряжений рассогласования вблизи с гетерогранисвязанных с гетерограницей [5], и квантовых ям [6–7], цей [5].

Было установлено, что при увеличении величины Емкостная спектроскопия глубоких состояний в InAs/GaAs-гетероструктурах с квантовыми точками импульса заполнения положения пиков DLT S-сигналов, Для измерения емкости использовался мост Boontonобусловленные эмиссиями из квантовой точки [8–10], 72B, работающий на частоте 1 МГц. Чувствительность смещаются в область низких температур. Наблюдаемое этой установки равна C/C0 10-4. Для провеуменьшение активационной энергии эмиссии носителей дения DLTS- и C-V-измерений на p+-GaAs-подложку из квантовой точки в работе [8] связывали с ростом и n+-GaAs-слой были термически осаждены омические энергии кулоновского заряда в точках при увеличении контакты. Перед каждым DLTS- иC-V -измерением обраконцентрации носителей в них. В работе [9–10] было зец изохронно отжигался в течение 1 мин при фиксиустановлено, что в структурах с вертикальносвязанными рованной температуре. Предварительно образец нагреКТ InAs/GaAs в случае, если плотность дефектов вблизи вался до 450 K и выдерживался 1 мин с напряжением с КТ оказывается сравнимой с плотностью самих точек, обратного смещения Ur = 0, если отжиг проводился при то кулоновское взаимодействие заряженных дефектов Ur < 0, а затем охлаждался до температуры отжига. При с локализованными КТ носителями может привести к отжиге с Ur = 0 образец выдерживался предварительно образованию электрического домена, а также к тунне- с Ur < 0. Температура отжига варьировалась в прелированию носителей между глубокими и квантовыми делах (80–450) K. После этого образец охлаждался до состояниями. Однако в настоящее время, несмотря на T = 80 K либо с приложенным напряжением обратного наличие ряда работ, отсутствует детальная информация смещения Ur < 0 или с Ur = 0. Далее начинался процесс об особенностях C-V- и DLTS-измерений реальных DLTS- или C-V-измерения. Кроме того, если это не структур, когда в них, помимо КТ, имеется смачивающий оговаривается специально, все измерения проводились в слой, присутствуют дефекты и поверхностные глубокие темноте и образец перед DLTS-измерениями охлаждался состояния на гетерогранице. Возникающие при этом при условии Ur < 0. Энергия термической активации Ea проблемы связи DLTS-сигналов с эмиссией из того и сечения захвата на них носителей p определяли из или иного состояния могут быть решены комплексным зависимости Аррениуса.

подходом, путем сопоставления результатов фотолюмиИсследования структуры InAs/GaAs c КТ с помонесценции, просвечивающей электронной микроскопии щью просвечивающего электронного микроскопа Phillips (ПЭМ), C-V- и DLTS-измерений.

EM420, работающего при ускоряющем напряжении В данной работе сообщается о результатах исследо100 кВт, проводились в планарной геометрии и в пования структуры, содержащей один массив КТ InAs в перечном сечении. Образцы в геометрии поперечного матрице GaAs, методами C-V и DLT S, фотолюминессечения подготавливались по стандартной процедуре с ценции (ФЛ), а также ПЭМ. Было обнаружено, что использованием финишного распыления ионами аргона в DLTS-спектрах присутствуют как пики, связанные с с энергией 4 кВт при скользящем угле падения, на устаглубокими состояниями известных дефектов и моноэнерновке Gatan Duo-Mill 600. Для исследований в планаргетического поверхностного состояния на гетерограниной геометрии образцы были подготовлены химическим це смачивающего слоя InAs и матрицы GaAs, так и травлением в растворе H2SO4 : H2O2 : H2O (5: 1: 1) с энергетического состояния КТ. Обнаружен эффект конпредварительным удалением верхнего слоя материала.

тролируемой и обратимой метастабильной заселенности энергетических состояний квантовой точки и моноэнергетического поверхностного состояния, зависящий от Результаты температуры и условий изохронного отжига.

На рис. 1, a, b показаны изображения КТ InAs в матрице GaAs в исследуемой нами структуре в режиОбразцы и методы исследования ме светлого поля и геометрий поперечного сечения, Исследуемая в работе структура была получена ме- полученные с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Концентрация точек была оценена на основе тодом молекулярно-пучковой эпитаксии. Она содержала изображения, полученного в режиме светлого поля в одну плоскость КТ, встроенную в результате осаждения рефлексе (220) от образца планарной геометрии, как монослоев InAs в середину эпитаксиального слоя p-GaAs (2 3) 109 см-2. Доминирующим фактором при (p = 3 1016 cm-3) толщиной 0.9 мкм, выращенного на формировании изображения в этом режиме является подложке p+-GaAs < 100 >. Сверху эпитаксиальный деформационная составляющая. Она включает в себя p-GaAs был покрыт для создания p-n-перехода слоем n+-GaAs.

При азотной температуре в спектрах фо- как деформацию самой точки, так и матрицы GaAs, толюминесценции такой структуры наблюдается линия расположенной в ближайшей окрестности этой точки.

h = 1.19 эВ [13–14], обусловленная основным состоя- Поэтому размер точки, определяемый на основе такого нием электронов и дырок плоскости точек. Исследования изображения и равный 17 ± 3 нм, является оценкой сверквантовых состояний точек, глубоких уровней дефектов ху. Реальный размер КТ при этом завышен на (25–30)%.

и примесей, а также профиля распределения носителей в В структурах были также обнаружены линейные дефекты гетероструктурах производились методами C-V и DLTS с плотностью 2 106 см-2. Исследования показали, с помощью спектрометра DL4600 фирмы BIO-RAD, что существует два типа линейных дефектов: дислокации работающего в режиме двухстробного интегрирования. в напряженных островках, образующиеся в результате Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 186 М.М. Соболев, А.Р. Ковш, В.М. Устинов, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, Ю.Г. Мусихин Рис. 1. Электронно-микроскопические изображения квантовых точек InAs в матрице GaAs: a — в режиме светлого поля (220) (стрелками отмечены протяженные дефекты); b — поперечного сечения слоя квантовых точек (стрелкой отмечен дефект упаковки).

процесса релаксации, а также дефекты упаковки в верх- C-V-измерения позволили определить область пронем слое, ограниченные частичными дислокациями и странственной локализации КТ и условия, при которых в возникающие из-за наличия напряженного слоя точек. Из спектрах DLTS должны наблюдаться сигналы, связанные изображения слоя КТ в планарной геометрии (рис. 1, b) с эмиссией носителей из КТ, смачивающего слоя и также видно, что эти частичные дислокации замыкаются дефектов, расположенных в их окрестностях. Спектры, друг на друга.

показанные на рис. 3, a, были измерены при постоянном На рис. 2, b показаны профили распределения эф- значении импульса заполнения Uf и для различных фективной концентрации дырок (p(Ur)), определенные напряжений импульса обратного смещения Ur. Для опреиз C-V-характеристик p-n-структуры InAs/GaAs КТ деления пространственной локализации DLTS-сигналов (рис. 2, a). C-V-характеристики были измерены при измерения были проведены при одновременном изменетемпературе 82 K и различных условиях изохронного нии Uf и Ur, но с фиксированным интервалом между отжига. Из рис. 2, b видно, что профиль p(Ur) имеет Ur и Uf (U = (Ur - Uf ) = 0.8B) (рис. 3, b). При два пика области аккумуляции дырок. Первый из них Ur < 1.5 B никакого DLT S-сигнала не наблюдалось. При узкий, амплитуда другого — в 5 раз меньше. Кроме того варьировании величины Ur в диапазоне (1.5–3.0) B, что имеется область обеднения, расположенная между двумя соответствовало первому пику аккумуляции дырок в пропиками. C-2(Ur)-характеристика (рис. 2, a) при этом филе p(Ur), в спектрах DLT S появлялось два широких имела одно протяженное плато с небольшим градиентом пика. Низкотемпературный пик H2 рос при увеличении и другое — менее выраженное. Наличие такого рода Ur и максимум его слегка смещался в область низких зависимостей напряжения от емкости характерно для температур с одновременным его уширением в ту же структур с квантовыми точками, ямами и моноэнергетисторону (рис. 2, a). Энергия термической активации ческими поверхностными состояниями на гетерогранице.

уровня, соответствующая этому пику и определенная Первый пик p(Ur) находился на глубине 0.38 мкм, из зависимости Аррениуса, изменялась с ростом Ur второй — 0.46 мкм. Положение пиков p(Ur) совпадало с в пределах Ea = (225-240) мэВ, а сечение захвата расчетными положениями квантовой точки и смачивающего слоя. Уменьшение температуры измерения приводило к сужению и росту амплитуды пиков распределения Наименование Энергия Сечение Идентификация эффективной концентрации дырок. Заметные изменения уровней Ea, мэВ захвата, см2 уровней профиля p(Ur) наблюдались в зависимости от условий изохронного отжига (Ur = 0 и Ur < 0) (рис. 2). АмH1 95 7.2 · 10-плитуды пиков в максимумах эффективной концентрации H2 225 2.7 · 10-дырок p(Ur) вырастали при отжиге с Ur < 0. При H3 360 3.0 · 10-15 HL5, HL11 [21] этом ширина первого пика увеличивалась, смещаясь в H4 293 2.6 · 10-сторону второй области обеднения, а второго пика — H5 314 7.9 · 10-сужалась. Ширина области обеднения оставалась неиз- H5 397 2.6 · 10-16 HL4 (Cu), H2 [21, 23] менной. Еще большой рост в эффективной концентрации H6 454 5.2 · 10-H7 562 1.9 · 10-15 HL8 (Fe) [21] дырок наблюдался, если C-V-измерения проводили при H8 776 1.9 · 10-15 H5 [23] освещении образца белым светом (рис. 2, b).

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Емкостная спектроскопия глубоких состояний в InAs/GaAs-гетероструктурах с квантовыми точками деленные для этого пика DLTS, изменялись в пределах Ea = (314-360) мэВ и = (0.10-3.0) · 10-15 см2.

Pages:     || 2 | 3 |



© 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.