Электронные свойства короткопериодных сверхрешеток и слоев квантовых точек InAs/GaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

р

На правах рукописи

РОГОЗИН ВАСИЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА КОРОТКОПЕРИОДНЫХ СВЕРХРЕШЕТОК И СЛОЕВ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК 1пАв/СаА$

Специальность 01.04 09 Физика низких температур

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА -2005

Работа выполнена на кафедре физики низких температур и сверхпроводимости физического факультета Московского государственного университета имени М В Ломоносова

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

профессор Кульбачинский Владимир Анатольевич

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор Звягин Игорь Петрович кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Котельников Игорь Николаевич

Ведущая организация' Институт спектроскопии РАН

г. Троицк Московской области

Защита состоится " И£ 2005 года в на заседании

Диссертационного совета Д 501.001 70 Московского государственного университета имени МВ Ломоносова по адресу 119992, Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет, криогенный корпус, аудитория 2-05а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ Автореферат разослан " /У2005 года

Ученый секретарь Диссертационного совета Д 501 001 70 МГУ им M В Ломоносова доктор физико-математических наук, профессор ' ГС ПЛОТНИКОВ

Ш6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В последние годы одним из важных направлений в фундаментальной и прикладной физике твердого тела является изучение наноструктур, образующихся путем реконструкции (самоорганизации) поверхности при гетероэпитаксиальном росте, в рассогласованных по параметру решетки системах, например парах полупроводников Ge/Si, InAs/GaAs В результате таких процессов можно получать структуры с нанокристаллами (кластерами) одного полупроводника на поверхности второго -самоорганизующимися квантовыми точками

Изучение таких структур вызывает огромный научный интерес Это связано в первую очередь с возможностью изучения в них фундаментальных физических эффектов, например, процессов локализации и рассеяния носителей тока, квантовых оптических свойств, электронного энергетического спектра Помимо научного значения систем с квантовыми точками, они очень перспективны для практического использования Энергетический спектр идеальной системы квантовых точек представляет собой набор б-функций, поэтому применение таких систем позволит выйти на качественно новый уровень создания оптических приборов, например, высокоэффективных полупроводниковых лазеров с узкой линией излучения и малой чувствительностью к температуре Энергетический спектр уединенной квантовой точки близок к атомным уровням, что позволяет создавать на основе квантовых точек одноэлектронные транзисторы и элементы памяти

Процесс самоорганизованного роста квантовых точек InAs начинается при высаживании на поверхность GaAs количества InAs, превышающего некоторую критическую величину, то есть, по сути, при превышении некоторой критической толщины слоя InAs На сегодняшний день в структурах с образовавшимися квантовыми точками наиболее хорошо изучены оптические свойства В гораздо меньшей степени изучен перенос носителей тока в этих структурах. Транспортные свойства структур InAs/GaAs в области критической и немного меньшей критической толщины InAs, при которой образования квантовых точек еще не происходит, практически не изучались

Изменяя условия роста можно менять размеры квантовых точек, их плотность и распределение по поверхности Один го способов уменьшения разброса положения и размеров квантовых точек - выращивание точек на вицинальных гранях полупроводника В большинстве работ исследуются структуры, в которых концентрация квантовых точек мала для того, чтобы

\

\

обеспечить достаточное перекрытие волновых функций носителей заряда, локализованных в соседних квантовых точках Латеральный транспорт носителей тока в структурах, в которых имеет место сильное перекрытие волновых функций носителей тока, локализованных в соседних квантовых точках (квантовые точки расположены весьма плотно), гораздо менее исследован

В зависимости от выбора легирующих примесей можно получать структуры с квантовыми точками ¡пАэ/СаАв как с электронным, так и с дырочным типом проводимости в плоскости слоев квантовых точек Сравнение электронных свойств ТпАв/СЗаАБ структур со слоями квантовых точек с/)- и п-типом проводимости представляет особый фундаментальный интерес Однако на настоящий момент практически не имеется работ, посвященных исследованию структур со слоями квантовых точекр-типа проводимости

Таким образом, в настоящее время недостаточно исследованы электронные свойства структур 1пА5ЛЗаА$ в области критической толщины 1пАз, при которой начинается образование квантовых точек Практически отсутствуют комплексные исследований транспортных свойств структур со слоями квантовых точек с р-типом проводимости Недостаточно освещен латеральный транспорт носителей тока в структурах с высокой плотностью квантовых точек, при которой происходит образование двумерного проводящего слоя Результаты данных исследований имеют высокую значимость для получения фундаментальных знаний в области физики наноструктур

Объекты исследования В данной работе исследовались транспортные свойства носителей тока и фотолюминесценция в квантовой яме 1по1бОаомАз/ОаЛ5 толщиной 14 нм и 8-легированных кремнием структурах ХпАв/ОаАв, находящихся на пороге образования квантовых точек, то есть в области критической и докритической толщины 1пАв О, той же суммарной толщины и среднего состава, что и квантовая яма При этом использовались образцы, выращенные методом молекулярно-лучевой эпигаксии на полуизолирующих подложках ОаАв (001), содержащие от 3 до 24 пар чередующихся слоев 1пА5/ОаА5 с периодом от 4,6 до 0,58 нм соответственно, то есть короткопериодные сверхрешетки ЬАвДЗаАз

В работе также проведены исследования транспортных свойств носителей тока в структурах со слоями квантовых точек 1пА8/СаА5, легированных кремнием (структуры с п-типом проводимости) и углеродом (структуры с р-типом проводимости), и выполнено сравнение их свойств Для этого были использованы образцы, выращенные методом МОС-гидридной эпитаксии при атмосферном

1

* »*»• - -

5 "V.

давлении на вицинальных полуизолирующих подложках (ЗаАз (001), разориентированных в направлении [110] на угол 3°

Проведены исследования магнетосопротивления, эффекта Холла и температурных зависимостей проводимости этих структур Исследованы спектры фотолюминесценции образцов при различных мощностях накачки Исследован эффект замороженной фотопроводимости в структурах со слоями квантовых точек 1пА5/ОаАз с различным типом проводимости

Целью работы является ■

1) Исследование латерального транспорта и фотолюминесценции структур с короткопериодными сверхрешетками 1пАз/ОаА8 различного периода и одной толщины, со средним составом ГподбОао.мАв, с докритической толщиной слоев 1пАз, при которой не образуются квантовые точки, в диапазоне температур от 1 К до 300 К и в магнитных полях до 40 Тл Расчет энергетического спектра структур с короткопериодными сверхрешетками ТпА^ОаАв методом самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона Сравнение свойств сверхрешеток и однородной квантовой ямы того же состава и толщины

2) Исследование латеральных транспортных свойств в слабых магнитных полях, фотолюминесценции при различных мощностях накачки, а также температурных зависимостей сопротивления в диапазоне температур от 0,4 К до 300 К структур со слоями квантовых точек 1пАб в матрице ОаАэ р-типа проводимости и сравнение со структурами с »-типом проводимости

3) Исследование эффекта Шубникова- де Гааза, квантового эффекта Холла, и перехода металл - изолятор, индуцированного магнитным полем, в структурах со слоями квантовых точек 1лА8/<ЗаА8 с дырочным типом проводимости Сравнение этих структур со слоями квантовых точек ГпАэ/СаАз с электронным типом проводимости

4) Исследование замороженной инфракрасной фотопроводимости в 1пАз/ОаАз структурах со слоями квантовых точек ср-ии- типом проводимости, при освещении светом с различными длинами волн, и ее релаксации после выключения освещения в области температур от 4,2 К до 300 К

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1) Транспортные свойства, формы спектров люминесценции и волновые функции носителей тока в квантовой яме Ino.i6Gao.84As/GaAs шириной 14 нм и в структурах, содержащих от 3 до 24 периодов сверхрешетки 1пАз/(}аА8 среднего состава Ino.i6Gao.84As и суммарной ширины 14 нм, в целом аналогичны Таким образом, короткопериодную сверхрешетку ТпА^ОаАв можно рассматривать как

потенциальную яму среднего состава 1по1г,Оал я+Ав с небольшими модуляциями профиля потенциала

2) При выбранных технологических режимах роста существует критическое количество 1л АЭ (0=2,7 монослоя), при превышении которого в осаждаемых слоях образуются квантовые точки Это приводит к сдвигу максимума спектра фотолюминесценции в длинноволновую область Образование слоев квантовых точек при превышении критического количества 1пА5 сопровождается резким падением подвижности электронов и переходом проводимости от металлической к прыжковой

3)В структурах со слоями квантовых точек образуется двумерный проводящий слой в результате перекрытия электронных волновых функций в квантовых точках и возникновения двумерной энергетической зоны При концентрации двумерных носителей тока, достаточной для заполнения возникшей двумерной зоны, в магнитном поле наблюдаются осцилляции Шубникова - де Гааза и квантовый эффект Холла

4) В структурах с квантовыми точками с образовавшимся двумерным проводящим слоем р-типа проводимости наблюдается переход «плато квантового эффекта Холла - холловский изолятор», индуцированный магнитным полем при значении сопротивления р=Ь/е2, аналогичный переходу в квантовых ямах

При низких концентрациях носителей тока наблюдается прыжковая проводимость с переменной длиной прыжка Длина локализации превышает характерные размеры квантовых точек, получаемые с помощью атомного силового микроскопа

5) Обнаружена замороженная фотопроводимость, с релаксацией хорошо описывающейся моделью термической активации через электростатический барьер переменной высоты Анализ спектров фотолюминесценции исследованных структур с квантовыми точками показывает наличие в структурах квантовых точек двух характерных размеров Увеличение мощности накачки приводит, на начальном этапе, к сдвигу одной из линий спектра фотолюминесценции для нелегированного образца, что связанно с перераспределением возбужденных носителей тока между квантовыми точками разных размеров

Научная новизна полученных в работе результатов обусловлена тем, что

Впервые проведены комплексные исследования структур со слоями квантовых точек ТпАв/ОаАз с дырочным типом проводимости, и их сравнение с аналогичными структурами электронного типа проводимости Исследованы транспортные свойства носителей тока, замороженная фотопроводимость (для

длин волн света ^=950 им и 1120 нм) при температурах от 4,2 К до 300 К Проведены исследования магнетосопротивления, осцилляций Шубникова - де Гааза, квантового эффекта Холла в магнитных полях до 40 Тл при низких температурах, а также перехода метал - изолятор, индуцированного магнитным полем

Произведен расчет электронной структуры для образцов, содержащих короткопериодные сверхрешетки ТпАзЛЗаАз, и выполнено сравнение полученных расчетных данных с данными фотолюминесценции и эффекта Шубникова- де Гааза При этом показано, что профиль волновых функций электронов в короткопериодной сверхрешетке, аналогичен профилю волновых функций в одиночной квантовой яме того же среднего химического состава и той же ширины

В образцах с квантовыми точками ЬАв/ОаАв, с дырочным типом проводимости, также как и в образцах с электронным типом проводимости, обнаружена положительная замороженная инфракрасная фотопроводимость Изменение концентрации носителей заряда от времени хорошо описывается моделью термической активации через электростатический барьер переменной высоты, независимо от типа носителей тока

Практическая значимость диссертации обусловлена следующим В работе показано, что короткопериодную сверхрешетку с туннельно прозрачными барьерами можно рассматривать как одну квантовую яму того же среднего химического состава и той же ширины При этом также показано, что при определенных толщинах слоев 1пАв, подвижности носителей тока в серхрешетке оказываются выше Таким образом, заменяя квантовую яму соответствующей сверхрешеткой, возможно повысить подвижности носителей тока в структуре, не изменяя при этом остальных ее свойств, что важно для улучшения параметров квантовых полупроводниковых приборов, созданных на основе квантовых ям

Эффект замороженной положительной инфракрасной фотопроводимости, обнаруженный в структурах со слоями квантовых точек ХпАвЛЗаАв, может быть использован при создании оптических приборов и элементов памяти При этом важны механизмы релаксации фотопроводимости, изученные в работе

Проведенное в работе изучение свойств структур со слоями квантовых точек с /кгипом проводимости важно для разработки и усовершенствования полупроводниковых приборов на основе квантовых точек с различными типами проводимости

Для разработки одноэлектронных транзисторов, полупроводниковых лазеров, и элементов памяти на основе квантовых точек, важны данные о локализации носителей тока в слоях InAs/GaAs квантовых точек, полученные в настоящей работе

Апробация работы и публикации.

Основные результаты работы докладывались на' VII международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2000", секция "физика", Москва, 2000; 25th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS25, Osaka, Japan, September 17 - 22, 2000, 32 всероссийском совещании по физике низких температур, секция NS "Наноструктуры и Низкоразмерные Системы", Казань, 3-6 октября, 2000, Второй всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, 4-8 декабря, 2000; 9й1 International Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, June 18-22, 2001, 10th International Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, June 17-21, 2002, 2nd International Conference on Semiconductor Quantum Dots, QD2002, Tokyo, Japan, September 30 - October 3, 2002, Internation Conference on Superlattices, Nano-Stmctures and Nano-Devices, ICSNN2002, Toulouse, France, July 22 - 26, 2002, 23rd International Conference on Low Temperature Physics, LT23, Hiroshima, Japan, August 20 - 27, 2002, Восьмой российской конференции «Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы Ш-V», Томск, 1-4 октября, 2002; Международной конференции по физике электронных материалов, ФИЭМ02, Калуга, 1-4 октября, 2002, X Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2003", секция "физика", Москва, 2003, 12th International Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, June 21-25,2004.

По теме диссертации имеется 24 публикации в научных журналах и сборниках Список работ приведен в конце автореферата

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитированной литературы из 111 наименований Диссертация содержит 155 страниц машинописного текста, включая 75 рисунков и 13 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы и выбор объектов исследования, формулируются цели и задачи работы, ее научная новизна, практическая значимость, а также основные научные положения выносимые на защиту Приводится список публикаций по теме диссертации

В первой главе дается обзор литературы по основным физическим свойствам квантовых ям и сверхрешеток на основе соединений АШВУ, а также по методам получения ТпАв/ваАз квантовых точек Представлены основные теоретические и экспериментальные данные о механизмах транспорта носителей тока в низкоразмерных системах

В начале главы дано краткое описание гетеросгруктур, содержащих квантовые ямы, на основе соединении АШВУ Приведена общая информация о сверхрешетках, об особенностях их энергетического спектра и латерального транспорта носителей тока Особое внимание уделяется ТпАэ/ОаАз сверхрешеткам Рассматриваются особенности формирования короткопериодных сверхрешеток, с толщинами отдельных слоев порядка единиц монослоев вещества.

Далее рассмотрены методы получения МАз/ваАл квантовых точек, в том числе их самоорганизованный рост Затем приведены особенности фотолюминесценции полученных таким образом структур с квантовыми точками В частности, рассмотрены возможные механизмы влияния мощности возбуждающего излучения и температуры на форму спектров фотолюминесценции структур с квантовыми точками

Рассмотриваются эффекты слабой и сильной локализации в низкоразмерных структурах с наличием беспорядка, а также влияние на эти эффекты магнитного поля

В заключение главы рассмотрены квантовые эффекты в магнитном поле: эффект Шубникова - де Гааза, квантовый эффект Холла, а также состояние холловского изолятора, переход "квантовый эффект Холла - холловский изолятор", индуцированный магнитным полем

Во второй главе описаны использованные в работе образцы и методы их исследования. Рассказывается об использованных в работе методиках измерений температурных зависимостей сопротивления, магнетосопротивления и эффекта Холла Приводится описание методики исследования эффекта замороженной инфракрасной фотопроводимости Описывается методика получения спектров фотолюминесценции Приводятся схемы автоматизированных

экспериментальных установок для проведения гальваномагнитных измерений и получения спектров фотолюминесценции

В третьей главе представлены исследования латеральных транспортных свойств и фотолюминесценции структуры с квантовой ямой Гпо^бСао.мАвЛЗаАз шириной 14 нм, и структур с короткопериодными сверхрешетками ХпАБ/СаАв различного периода, среднего состава 1по,1бОао,84Аз и той же суммарной ширины 14 нм, что и квантовая яма Также представлен расчет энергетического спектра этих структур Проведено сравнение свойств сверхрешеток и однородной квантовой ямы того же состава и толщины Определены холловские концентрации и подвижности носителей тока в указанных структурах

При низких температурах поведение магнетосопротивления и температурных зависимостей сопротивления в однородной квантовой яме и в серхрешетках, толщины слоев 1пАз в которых не превышают 2 монослоев, соответствует режиму слабой локализации носителей тока В сильном магнитном поле в структурах наблюдались квантовый эффект Холла и осцилляции Шубникова - де Гааза, из которых определены концентрации носителей тока Для сверхрешетки с толщиной слоев 1пАв 2,7 монослоя магнетосопротивление в слабых магнитных полях и температурные зависимости сопротивления соответствуют сильной локализации носителей тока

Форма и положение максимума спектра фотолюминесценции для сверхрешетки с толщиной слоев ТпАб 2,7 монослоя также радикально отличается от спектров, полученных на остальных образцах со сверхрешетками и с однородной квантовой ямой В этом образце при низких температурах наблюдается прыжковая проводимость На основании полученных данных, включая атомную силовую микроскопию, показано, что в структуре, содержащей сверхрешетку с толщиной слоев 1пАз 2,7 монослоя, образовались квантовые точки

В результате расчета энергетического спектра этих структур методом самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона определены профили дна зоны проводимости структур, положения электронных уровней и профили соответствующих волновых функций На рис 1 в качестве примера приведен результат расчета энергетического спектра для образца со сверхрешеткой с толщиной слоев 1пАз 2 монослоя Установлено, что в структурах заполнена только нижняя электронная подзона размерного квантования, что соответствует данным, полученным из эффекта Шубникова - де Гааза Расчетные положения электронных уровней согласуются с данными фотолюминесценции Профили волновых функций электронов в короткопериодной сверхрешетке

оказываются аналогичными профилю волновых функций в однородной квантовой яме того же среднего химического состава и той же ширины В совокупности с данными фотолюминесценции и

гальваномагнитных измерений это позволяет утверждать, что исследованные

короткопериодные сверхрешетки ТпАзЛЗаАз, в которых не произошло образование квантовых точек, можно рассматривать как потенциальные ямы среднего состава Ino.i6Gao.84As с небольшими модуляциями профиля потенциала

Четвертая глава посвящена исследованию латеральных транспортных свойств и локализационных эффектов, а также перехода "квантовый эффект Холла - холловский изолятор" индуцированного магнитным полем, в структурах ГпАз/ОаАв р- и л-типа проводимости со слоями квантовых точек

Для всех исследованных структур были определены холловские концентрации и подвижности носителей тока Поведение температурных зависимостей сопротивления и магнетосопротивления определяется концентрацией носителей тока в слоях квантовых точек Понижение концентрации в образцах соответствует в области низких температур переходу от металлической проводимости сначала к слабой локализации носителей тока, а затем к прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка При этом длина локализации превышает характерные размеры квантовых точек, получаемые с помощью атомного силового микроскопа

Исследованы латеральные транспортные свойства в слабых магнитных полях, фотолюминесценция при различных мощностях накачки, а также температурные зависимости сопротивления в диапазоне температур от 0,4 К до 300 К структур со слоями квантовых точек 1пАэ в матрице СгаАв р-типа проводимости и проведено сравнение со структурами с и-типом проводимости Измерены сопротивления образцов вдоль двух взаимно перпендикулярных направлений, что позволило выявить анизотропию проводимости, связанную с

02 00 • -02 -04

Е„

г—1 «7

---------'?" / ч

<4

50 60 2 (пт)

70

80

Рис.1. Расчетный профиль диа зоны проводимости (Е,), положения уровней размерного квантования Ео (штриховая линия) и Е, (штрих-пунктирная линия), в профили соответствующих волновых функций для серхрешетки с толщиной слоев 1пАя 2 монослоя Энергия отсчитывается от уровня Ферми, г-расстояние от поверхности образца

выстраиванием квантовых точек вдоль ступеней, образующихся на вицинальных гранях.

В сильных магнитных полях в структурах со слоями квантовых точек InAs/GaAs наблюдаются осцилляции Шубникова - де Гааза и квантовый эффект Холла Это позволяет заключить, что в этих структурах за счет перекрытия электронных волновых функций в квантовых точках образуется двумерный проводящий слой и возникает двумерная энергетическая зона Значения концентраций носителей тока, полученные на основании данных эффекта Шубникова - де Гааза, хорошо согласуются с холловскими концентрациями

В структурах /»-типа проводимости с квантовыми точками с образовавшимся двумерным проводящим слоем наблюдается переход "плато квантового эффекта Холла -холловский изолятор",

индуцированный магнитным полем, при значении магнетосопротивления p*«=h/e2 На рис 2 показаны

магнетосопротивление р1Х и холловское сопротивление рху образца с концентрацией дырок р=3,77-101|см"2, измеренные при различных температурах Слева от точки пересечения производная фяс/йГГ положительна, что соответствует проводящему состоянию, справа -отрицательна, что соответствует состоянию изолятора

В пятой главе приведены исследования инфракрасной замороженной фотопроводимости в структурах InAs/GaAs р- и л-типа проводимости со слоями квантовых точек Рассмотрен механизм возникновения и релаксации замороженной фотопроводимости Представлены исследования

фотолюминесценции в структурах с квантовыми точками

Для наблюдения замороженной фотопроводимости структуры освещались светом с энергией фотонов, не превышающей ширину запрещенной зоны GaAs При этом во всех исследованных структурах во всем исследованном интервале температур наблюдалась положительная замороженная фотопроводимость На рис 3 приведено в качестве примера изменения сопротивления образца с

60

Ü

i а

i 20

•■ -р„42К ----Р»135К 1,

---р 4 2К ........Р„ 1 35К 1* L Г

h г /;-// i * i

-><•- у* . J . /

10

20

25

15 В(Т)

Рис 2 Поперечное магнетосопрагинление Рхх и холловское сопротивление гцу образца с концентрацией дырок />=3,77-10" см3 при Т=4Д К (пунктир и пприх-пунктир соответственно) и при Т=1,35 К (штрих и короткий штрих соответственно)

о -100

а

а: -200 <

-300

0 100 200 . . 300 400 500

t(s)

Рис 3 Изменение сопротивления AR образца с концентрацией дырок р=7,410"см2во время освещения светом с длинной волны >.-950нм, и после выключения засветки Приведены начальные участки кривой релаксации сопротивления

концентрацией дырок р=7,4-10"см'2, после включения и выключения засветки, при двух температурах

Наблюдаемая релаксация проводимости и концентрации носителей тока после выключения подсветки идет по логарифмическому закону Рассматриваемый механизм релаксации за счет термической активации через электростатический барьер переменной высоты дает следующую зависимость для релаксации проводимости <т, справедливую для времени t, при котором oft) еще далека от своего равновесного значения

(T(.t) = a0-crlln(í + t/T) где Сто, сг, и т - константы, зависящие от температуры Характерное значение времени релаксации т составляет при комнатной температуре порядка нескольких секунд, и возрастает, при уменьшении температуры до гелиевой, более чем на порядок

Спектры фотолюминесценции исследованных образцов можно условно разделить на высокоэнергетическую и низкоэнергетическую части (разделение происходит в области примерно 1,42 эВ) Высокоэнергетические пики связаны с переходами в матрице GaAs Низкоэнергетическая часть состоит из двух пиков, и не наблюдается в образцах без квантовых точек Наличие двух пиков объясняется переходами в квантовых точках двух различных характерных размеров Данные атомной силовой микроскопии подтверждают наличие в структурах квантовых точек двух типов, различающихся по высоте

Повышение температуры измерений спектров фотолюминесценции приводит к характерному для объемного GaAs ослаблению высокочастотной части спектра Кроме этого, низкочастотные пики сдвигаются в область еще более низких энергий, что связано с увеличением подвижности носителей тока в

структуре, приводящему к попаданию возбужденных носителей заряда в области с наиболее глубокими энергетическими уровнями, в которых и происходит излучательная рекомбинация Увеличение мощности накачки приводит, на начальном этапе, к сдвигу одной из линий спектра фотолюминесценции для нелегированного образца, что объясняется включением в процесс фотолюминесценции большего числа квантовых точек Дальнейшее увеличение мощности накачки приводит только к увеличению амплитуды спектров

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1)В результате проведенных комплексных исследований структур с короткопериодными сверхрешетками ГпАвЛЗаАв с толщинами слоев 1пАз, недостаточными для образования квантовых точек, получены данные о спектрах фотолюминесценции и транспортных свойствах этих структур в диапазоне температур от1Кдо300Кив магнитных полях до 40 Тл Методом численного самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона рассчитаны зонные диаграммы, энергетические спектры и профили волновых функций носителей тока для этих структур Результаты расчета согласуются с данными фотолюминесценции

2) Обнаружено, что транспортные свойства и спектры фотолюминесценции в корогкопериодных сверхрешетках среднего химического состава Ino.i6Gao.84As/GaAs в целом аналогичны транспортным свойствам и спектрам фотолюминесценции в структуре с однородной квантовой ямой того же состава и той же общей толщины 14 нм Волновые функции носителей тока в таких сверхрешетках аналогичны волновым функциям в однородной квантовой яме такого же состава, но имеют слабую модуляцию с периодом сверхрешетки При исследовании образца с периодом 0,58 нм обнаружено увеличение подвижности носителей тока и интенсивности спектров фотолюминесценции, по сравнению с однородной квантовой ямой ^олбОао^Аз/СаАз

3) Существует критическая толщина слоев 1пАв в короткопериодной сверхрешетке (0=2,7 монослоя), при превышении которой в слоях образуются квантовые точки (при использованных режимах роста) Это приводит к резкому падению подвижности электронов и сдвигу максимума спектра фотолюминесценции в длинноволновую область Переход от короткопериодной сверхрешетки к слоям квантовых точек сопровождается переходом в проводимости от металлической к прыжковой.

4) В структурах со слоями квантовых точек наблюдались осцилляции Шубникова - де Гааза и квантовый эффект Холла Это свидетельствует об образовании двумерного проводящего слоя в результате перекрытия состояний в отдельных квантовых точках в образцах с высокой плотностью точек В структурах с меньшей концентрацией носителей тока наблюдался переход металл - изолятор, индуцированный магнитным полем, аналогичный переходу в гетероструктурах с квантовыми ямами

5) В образцах с квантовыми точками как с л- так и с р- типом проводимости была обнаружена инфракрасная замороженная фотопроводимость Процесс ее релаксации после выключения освещения хорошо описывается моделью термической активации через электростатический барьер переменной высоты

6) В низкоэнергетической части спектров фотолюминесценции исследованных структур с квантовыми точками были обнаружены два пика, отсутствовавшие в аналогичной структуре без квантовых точек Это связано с наличием в структурах квантовых точек двух размеров, что подтверждается данными атомной силовой микроскопии Увеличение мощности накачки приводит, на начальном этапе, к сдвигу одной из линий спектра фотолюминесценции для нелегированного образца, что связанно с включением в процесс фотолюминесценции большего числа квантовых точек

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах'

1 В А Рогозин, "Оптические и транспортные свойства модулировано легированных сверхрешеток InAs/GaAs" VII международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2000", секция "физика", сборник тезисов, стр 80-81 (2000)

2 VA Kulbachinskii, R A Lunin, V G Kytin, A V Golikov, V A Rogozin, V G Mokerov, Yu V Fedorov, A V Hook, "Optical and transport properties of modulation doped InAs/GaAs superlattices" 25th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS25, Abstracts, Paît 2 (Session E-H), стр 477 (2000)

3 PA Лунин, В А Кульбачинский, В Г Кьггин, А В Голиков, А В Демин, В А Рогозин, Б В Звонков, С M Некоркин, "Оптические свойства и прыжковая проводимость в InAs/GaAs структурах с квантовыми точками" 32 всероссийское совещание по физике низких температур, Казань, З-б октября 2000, тезисы

докладов секции NS "Наноструктуры и Низкоразмерные Системы", стр 74-75 (2000).

4 В А Рогозин, "Оптические и транспортные свойства модулированно легированных сверхрешеток InAs/GaAs" Вторая всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, тезисы докладов, стр 59 (2000)

5 V A Kulbachinskii, А V. Golikov, R A. Lunin, V G Kytin, А V Demin, V A Rogozin, В N Zvonkov, S М Nekorlcin, A de Visser, "Optical properties and hopping conductivity in InAs/GaAs quantum dot structures" Proceedings of the 25ft International Conference on the Physics of Semiconductors, Part 2, стр 1067-1068 (2000).

6 В А Кульбачинский, P А Лунин, В Г Кытин, А В Голиков, А В Демин, В А Рогозин, Б Н Звонков, С М Некоркин, Д О Филатов, "Электрический транспорт и замороженная фотопроводимость в слоях InAs/GaAs квантовых точек" ЖЭТФ, 120, №9,933-944 (2001)

7 V A Kulbachinskii, R A Lunin, А V Golikov, V A Rogozin, V G. Mokerov, Yu V Fedorov, A V Hook, Yu V Khabarov, "Optical and transport properties of short period InAs/GaAs superlattices" 9th International Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, Russia, June 18-22, 2001, Proceedings, crp 290-293 (2001).

8 Kulbachinskii V.A., Lunin R A, Rogozin V A., Fedorov Yu V, Khabarov Yu V, Visser A de, "Optical and transport properties of short-period InAs/GaAs superlattices near quantum dot formation" Semicond Sci Technol 17, 947 (2002)

9. V A Kulbachinskii, R A Lunin, V A Rogozin, A V Golikov, V G Kytin, В N Zvonkov, S M Nekorkin, D О Filatov and A de Visser, "Hopping conductivity and magnetic-field-induced quantum Hall-insulator transition in InAs/GaAs quantum dot layers" 10th International Symp "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, June 17-21, 2002, proceedings, стр 516-519(2002)

10 V.A Kulbachinskii, R A Lunin V A Rogozin, PV. Gurin, В N Zvonkov, D О Filatov, "Persistent Photoconductivity in Quantum Dot Layers in InAs/GaAs Structures" 2nd International Conference on Semiconductor Quantum Dots QD2002, Tokyo, Japan, Abstracts, стр 112 (2002)

11 Kulbachinskii V A , Lunin R A, Rogozin V A , Zvonkov В N, Nekorkin S M , Filatov D О, Visser A de, "Magnetic-field-induced quantum Hall-insulator transition and persistent photoconductivity in InAs/GaAs quantum dot layers" International

Conference on Superlattices, Nano-Structures and Nano-Devices, Toulouse, France, Abstracts, стр I-P056(2002)

12 Kulbachinskii V A, Lunin R A, Rogozin V A, Brandt N В , Fedorov Yu V, Khabarov Yu V, "Peculiarities of electron transport in very short period InAs/GaAs superlattices near the quantum dot formation" International Conference on Superlattices, Nano-Structures and Nano-Devices, Toulouse, France, Abstracts, стр I-P126 (2002)

13 Kulbachinskii VA, LuninRA, RogozinVA, ZvonkovBN, FilatovDO, Visser A de, "Magnetic-field-induced the quantum Hall effect - Hall insulator transition and hopping conductivity in InAs/GaAs quantum dot layers" LT-23 Int Conference, Hiroshima, Japan, August 2002, Abstracts, стр 523 (2002)

14 РогозинВА, КульбачинскийВ A, ЛунинРА, МокеровВГ, Федоров Ю В, Хабаров Ю В , "Энергетический спектр и электронный транспорт в короткопериодных сверхрешетках InAs/GaAs" Восьмая российская конференция "Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы 1TI-V", Томск, 1-4 октября 2002, Материалы конференции, стр 134

15 Лунин Р А, Кульбачинский В А, Голиков А В , Рогозин В А, Васильевский И С, Деркач А В , Мокеров В Г, Федоров Ю В , "Электронный транспорт в слоях InAs/GaAs на пороге образования квантовых точек" «Физика электронных материалов 2002», материалы Международной конференции, Калуга, 1-4 октября 2002, стр 170.

16 В А Кульбачинский, РА Лунин, В А Рогозин, В Г Мокеров, Ю В Федоров, Ю В Хабаров, Е Нарюми, К Киндо, А де Виссер, "Латеральный транспорт в короткопериодных сверхрешетках InAs/GaAs на пороге образования квантовых точек" ФТП, 37, №1, 70-76 (2003)

17 В А Кульбачинский, Р А Лунин, В А Рогозин, А В Голиков, В Г Кытин, Б Н Звонков, С М Некоркин, Д О Филатов, А де Виссер, "Переход "квантовый эффект Холла - изолятор" в системе InAs/GaAs квантовых точек" ФТТ, 45, №4, 725-729 (2003)

18 V A Kulbachinskii, R A Lunin, V A Rogozin, VG Kytin, BN Zvonkov, S M Nekorkin, D О Filatov, A de Visser, "Magnetic-field-induced quantum Hall-insulator transition and persistent photoconductivity in InAs/GaAs quantum dot layers" PhysicaE, 17, 159-160(2003)

19 VA Kulbachinskii, RA Lunin, VA Rogozin, NB Brandt, VG Mokerov, Y V Fedorov, Y V Khabarov, "Peculiarities of the electron transport in very short period InAs/GaAs superlattices near quantum dot formation" Physica E, 17, 300-302 (2003).

20 V A Kulbachinskii, R.A Lunin, V G Kytin, V A Rogozin, P V Gurin, BN Zvonkov, DO Filatov, "Persistent photoconductivity in quantum dot layers in InAs/GaAs structures" Phys stat sol (c), 0, №4,1297-1300(2003)

21 VA Kulbachinskii, RA Lunin, VA Rogozin, BN Zvonkov, DO Filatov, A de Visser, "Magnetic-field-induced quantum Hall effect - Hall insulator transition and hopping conductivity in InAs/GaAs quantum dot layers" Physica E, 18, 116-117 (2003)

22 V A Kulbachinskii, R.A Lunin, V A Rogozin, A V Golikov, V G Kytin, В N Zvonkov, S M Nekorkin, D О Filatov and A de Visser, "Hopping conductivity and magnetic-field-induced quantum Hall-insulator transition in InAs/GaAs quantum dot layers" lo"1 International Symp "Nanostmctures Physics and Technology", St Petersburg, 17-21 June 2002, Proceedings of SPIE, 5023,461-464 (2003)

23. ПВ. Гурин, В А Рогозин, "Механизм релаксации замороженной фотопроводимости в структурах с квантовыми точками InAs на поверхности GaAs" Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2003", секция "физика", сборник тезисов, стр 261-262(2003)

24 V A Kulbachinskii, VG Kytin, R A Lunin, V A Rogozin, Р S Gurin, В N Zvonkov, and D О Filatov, "Persistent photoconductivity and quantum Hall-insulator transition in p- and n-type InAs/GaAs structures with quantum dots" 12" International Symp "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, June 21-25,2004, proceedings, стр 354-355 (2004)

Заказ № 583 Подписано в печать 15.04.05 Тираж 100 экз. Усл. пл. 0,67

ООО "Цифровичок", тел. 741-18-71,505-28-72 www.cfr.ru

8447

РНБ Русский фонд

2006^4 5229

Введение

Глава 1. Сверхрешетки и квантовые точки

1.1 Сверхрешетки: энергетический спектр, транспортные свойства.

1.1.1 Размерное квантование, квантовые ямы

1.1.2 Типы сверхрешеток, энергетический спектр сверхрешеток —

1.1.3 Латеральный транспорт электронов в сверхрешетках

1.1.4 Короткопериодные сверхрешетки

1.2 Квантовые точки, слои квантовых точек.

1.2.1 Механизмы формирования квантовых точек, самоорганизованный рост квантовых точек

1.2.2 Особенности фотолюминесценции структур с квантовыми точками

1.2.3 Локализация носителей тока в низкоразмерных системах

1.2.4 Переход "квантовый эффект Холла —холловеки й изолятор" в двумерных системах, индуцированный магнитным полем •■

Глава 2. Методика измерений и образцы

2.1 Методика измерений температурных зависимостей сопротивления, магнетосопротивления, эффекта Холла и эффекта Шубникова - де Гааза.

2.2 Методика измерения замороженной фотопроводимости •

2.3 Методика измерения спектров фотолюминесценции.

2.4 Образцы с короткопериодными InAs/GaAs сверхрешеткиами

2.5 Образцы с квантовыми точками InAs/GaAs.

Глава 3. Электронный транспорт в слоях InAs/GaAs на пороге образования квантовых точек

3.1 Температурные зависимости сопротивления, локализация носителей тока.

3.2 Магнетосопротивление, эффект Шубникова - де Гааза •—

3.3 Фотолюминесценция

3.4 Энергетический спектр короткопериодных сверхрешеток

3.5 Критическая концентрация InAs и образование квантовых точек.

Глава 4. Электронный транспорт и локализация носителей тока в структурах InAs/GaAs р- и п-типа проводимости со слоями квантовых точек

4.1 Проводимость слоя квантовых точек.

4.1.1 Образцы и-типа проводимости с квантовыми точками

4.1.2 Образцы р-типа проводимости с квантовыми точками

4.2 Магнетосопротивление, квантовый эффект Холла и эффект Шубникова - де Гааза.

4.2.1 Образцы р-типа проводимости с квантовыми точками

4.2.2 Образцы «-типа проводимости с квантовыми точками

4.2.3 Двумерные носители тока

4.3 Переход: квантовый эффект Холла - холловский изолятор.

Глава 5. Замороженная фотопроводимость и фотолюминесценция в структурах п- и р-типа проводимости со слоями квантовых точек InAs/GaAs

5.1 Замороженная фотопроводимость.Ill

5.1.1 Изменение проводимости под действием освещения и после его выключения

5.1.2 Механизм замороженной фотопроводимости

5.2 Фотолюминесценция, влияние мощности накачки.

Актуальность темы исследования

В последние годы одним из важных направлений в фундаментальной и прикладной физике твердого тела является изучение наноструктур, образующихся путем реконструкции (самоорганизации) поверхности при гетероэпитаксиальном росте, в рассогласованных по параметру решетки системах, например парах полупроводников Ge/Si, InAs/GaAs [1-4]. В результате таких процессов можно получать структуры с нанокристаллами (кластерами) одного полупроводника на поверхности второго — самоорганизующимися квантовыми точками.

Изучение таких структур вызывает огромный научный интерес [3-5]. Это связано в первую очередь с возможностью изучения в них фундаментальных физических эффектов, например, процессов локализации и рассеяния носителей тока [6, 7], квантовых оптических свойств [8, 9], электронного энергетического спектра [10-13]. Помимо научного значения систем с квантовыми точками, они очень перспективны для практического использования. Энергетический спектр идеальной системы квантовых точек представляет собой набор 5-функций, поэтому применение таких систем позволит выйти на качественно новый уровень создания оптических приборов, например, высокоэффективных полупроводниковых лазеров [5, 14-17] с узкой линией излучения и малой чувствительностью к температуре. Энергетический спектр уединенной квантовой точки близок к атомным уровням, что позволяет создавать на основе квантовых точек одноэлектронные транзисторы и элементы памяти [18, 19].

Процесс самоорганизованного роста квантовых точек InAs начинается при высаживании на поверхность GaAs количества InAs, превышающего некоторую критическую величину, то есть, по сути, при превышении некоторой критической толщины слоя InAs. На сегодняшний день в структурах с образовавшимися квантовыми точками наиболее хорошо изучены оптические свойства [20-26]. В гораздо меньшей степени изучен перенос носителей тока в этих структурах [27, 28]. Транспортные свойства структур InAs/GaAs в области критической и немного меньшей критической толщины InAs, при которой образования квантовых точек еще не происходит, практически не изучались.

Изменяя условия роста можно менять размеры квантовых точек, их плотность и распределение по поверхности. Один из способов уменьшения разброса положения и размеров квантовых точек - выращивание точек на вицинальных гранях полупроводника [29]. В большинстве работ исследуются структуры, в которых концентрация квантовых точек мала для того, чтобы обеспечить достаточное перекрытие волновых функций носителей заряда, локализованных в соседних квантовых точках. В таких структурах слои квантовых точек не участвуют в проводимости непосредственно, однако могут влиять (как искусственные рассеивающие центры) на проводимость соседних двумерных слоев [30, 31]. Латеральный транспорт носителей тока в структурах, в которых имеет место сильное перекрытие волновых функций носителей заряда, локализованных в соседних квантовых точках (квантовые точки расположены весьма плотно), гораздо менее исследован.

В зависимости от выбора легирующих примесей можно получать структуры с квантовыми точками InAs/GaAs как с электронным, так и с дырочным типом проводимости в плоскости слоев квантовых точек. Сравнение электронных свойств InAs/GaAs структур со слоями квантовых точек с р- и п-типом проводимости представляет особый фундаментальный интерес. Однако на настоящий момент практически не имеется работ, посвященных исследованию структур со слоями квантовых точек /ьтипа проводимости, а также сравнению таких структур с электронным и дырочным типом проводимости.

Таким образом, в настоящее время недостаточно исследованы электронные свойства структур InAs/GaAs в области критической толщины InAs, при которой начинается образование квантовых точек. Практически отсутствуют комплексные исследований транспортных свойств структур со слоями квантовых точек с р-типом проводимости. Недостаточно освещен латеральный транспорт носителей тока в структурах с высокой плотностью квантовых точек, при которой происходит образование двумерного проводящего слоя. Результаты данных исследований имеют высокую значимость для получения фундаментальных знаний в области физики наноструктур. Объекты исследования

В данной работе исследовались транспортные свойства носителей тока и фотолюминесценция в квантовой яме Ino.i6Gao.84As/GaAs толщиной 14 нм и 6- легированных кремнием структурах InAs/GaAs, находящихся на пороге образования квантовых точек, то есть в области критической и докритической толщины InAs, Q, той же суммарной толщины и среднего состава, что и квантовая яма. При этом использовались образцы, выращенные методом молекулярно-лучевой эпитаксии на полуизолирующих подложках GaAs (001), содержащие от 3 до 24 пар чередующихся слоев InAs/GaAs с различным периодом, то есть короткопериодные сверхрешетки InAs/GaAs.

В работе также проведены исследования транспортных свойств носителей тока в структурах со слоями квантовых точек InAs/GaAs, легированных кремнием (структуры с «-типом проводимости) и углеродом (структуры с р-типом проводимости), и выполнено сравнение указанных свойств. Для этого были использованы образцы, выращенные методом МОС-гидридной эпитаксии при атмосферном давлении на вицинальных полуизолирующих подложках GaAs (001), разориентированных в направлении [110] на 3°.

Проведены исследования магнетосопротивления, эффекта Холла и температурных зависимостей проводимости этих структур. Исследованы спектры фотолюминесценции образцов при различных мощностях накачки. Исследован эффект замороженной фотопроводимости в структурах со слоями квантовых точек InAs/GaAs с различным типом проводимости. Целью работы является / 1) Исследование латерального транспорта и фотолюминесценции структур с короткопериодными сверхрешетками InAs/GaAs различного периода и одной толщины, со средним составом Ino.i6Gao.84As, с докритической толщиной слоев InAs, при которой не образуются квантовые точки, в диапазоне температур от I К до 300 К и в магнитных полях до 40 Тл. Расчет энергетического спектра структур с короткопериодными сверхрешетками InAs/GaAs методом самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона. Сравнение свойств сверхрешеток и однородной квантовой ямы того же состава и толщины.

2) Исследование латеральных транспортных свойств в слабых магнитных полях, фотолюминесценции при различных мощностях накачки, а также температурных зависимостей сопротивления в диапазоне температур от 0.4 К до 300 К структур со слоями квантовых точек InAs в матрице GaAs р-типа проводимости и сравнение со структурами с и-типом проводимости.

3) Исследование эффекта Шубникова - де Гааза, квантового эффекта Холла, и перехода металл - изолятор, индуцированного магнитным полем, в структурах со слоями квантовых точек InAs/GaAs с дырочным типом проводимости. Сравнение этих структур со слоями квантовых точек InAs/GaAs с электронным типом проводимости.

4) Исследование замороженной инфракрасной фотопроводимости в InAs/GaAs структурах со слоями квантовых точек с р- и п- типом проводимости, при освещении светом с различными длинами волн, и ее релаксации после выключения освещения в области температур от 4.2 К до 300 К. Основные научные положения, выносимые на защиту:

1) Транспортные свойства, формы спектров люминесценции и волновые функции носителей тока в квантовой яме Ino.i6Gao.84As/GaAs шириной 14 нм и в структурах, содержащих от 3 до 24 периодов сверхрешетки InAs/GaAs среднего состава Ino.i6Gao.84As и суммарной ширины 14 нм, в целом аналогичны. Таким ai образом, короткопериодную сверхрешетку InAs/GaAs можно рассматривать как потенциальную яму среднего состава Ino.i6Gao.84As с небольшими модуляциями профиля потенциала.

2) При выбранных технологических режимах роста существует критическое количество InAs (Q=2.7 монослоя), при превышении которого в осаждаемых слоях образуются квантовые точки. Это приводит к сдвигу максимума спектра фотолюминесценции в длинноволновую область. Образование слоев квантовых точек при превышении критического количества InAs сопровождается резким падением подвижности электронов и переходом проводимости от металлической к прыжковой.

3) В структурах со слоями квантовых точек образуется двумерный проводящий слой в результате перекрытия электронных волновых функций в квантовых точках и возникновения двумерной энергетической зоны. При концентрации двумерных носителей тока, достаточной для заполнения возникшей двумерной зоны, в магнитном поле наблюдаются осцилляции Шубникова- де Гааза и квантовый эффект Холла.

4) В структурах с квантовыми точками с образовавшимся двумерным проводящим слоем р-типа проводимости наблюдается переход «плато квантового эффекта Холла - холловский изолятор», индуцированный магнитным полем при значении сопротивления p=h/e2, аналогичный переходу в квантовых ямах.

При низких концентрациях носителей тока наблюдается прыжковая проводимость с переменной длиной прыжка. Длина локализации превышает характерные размеры квантовых точек, получаемые с помощью атомного силового микроскопа.

5) Обнаружена замороженная фотопроводимость, с релаксацией хорошо описывающейся моделью термической активации через электростатический барьер переменной высоты. Анализ спектров фотолюминесценции исследованных структур с квантовыми точками показывает наличие в структурах квантовых точек двух характерных размеров. Увеличение мощности накачки приводит, на начальном этапе, к сдвигу одной из линий спектра фотолюминесценции для нелегированного образца, что связанно с перераспределением возбужденных носителей тока между квантовыми точками разных размеров.

Научная новизна полученных в работе результатов обусловлена тем, что:

Впервые проведены комплексные исследования структур со слоями квантовых точек InAs/GaAs с дырочным типом проводимости, и их сравнение с аналогичными структурами электронного типа проводимости. Исследованы транспортные свойства носителей тока, замороженная фотопроводимость (для длин волн света А,=950 нм и А>1120нм) при температурах от 4.2 К до 300 К. Проведены исследования магнетосопротивления, осцилляций Шубникова - де Гааза, квантового эффекта Холла в магнитных полях до 40 Тл при низких температурах, а также перехода метал - изолятор, индуцированного магнитным полем.

Произведен расчет электронной структуры для образцов, содержащих короткопериодные сверхрешетки InAs/GaAs, и выполнено сравнение полученных расчетных данных с данными фотолюминесценции и эффекта Шубникова- де Гааза. При этом показано, что профиль волновых функций электронов в короткопериодной сверхрешетке, аналогичен профилю волновых функций в одиночной квантовой яме того же среднего химического состава и той же ширины.

В образцах с квантовыми точками InAs/GaAs, с дырочным типом проводимости, также как и в образцах с электронным типом проводимости, обнаружена положительная замороженная инфракрасная фотопроводимость. Изменение концентрации носителей заряда от времени хорошо описывается моделью термической активации через электростатический барьер переменной высоты, независимо от типа носителей тока.

Практическая значимость диссертации обусловлена следующим:

В работе показано, что короткопериодную сверхрешетку с туннельно прозрачными барьерами можно рассматривать как одну квантовую яму того же среднего химического состава и той же ширины. При этом также показано, что при определенных толщинах слоев InAs, подвижности носителей тока в серхрешетке оказываются выше. Таким образом, заменяя квантовую яму соответствующей сверхрешеткой, возможно повысить подвижности носителей тока в структуре, не изменяя при этом остальных ее свойств, что важно для улучшения параметров квантовых полупроводниковых приборов, созданных на основе квантовых ям.

Эффект замороженной положительной инфракрасной фотопроводимости, обнаруженный в структурах со слоями квантовых точек InAs/GaAs, может быть использован при создании оптических приборов и элементов памяти. При этом важны механизмы релаксации фотопроводимости, изученные в работе.

Проведенное в работе изучение свойств структур со слоями квантовых точек с /7-типом проводимости важно для разработки и усовершенствования полупроводниковых приборов на основе квантовых точек с различными типами проводимости.

Для разработки одноэлектронных транзисторов, полупроводниковых лазеров, и элементов памяти на основе квантовых точек, важны данные о локализации носителей тока в слоях InAs/GaAs квантовых точек, полученные в настоящей работе.

Публикации по теме диссертации:

1. В.А. Рогозин, "Оптические и транспортные свойства модулированно легированных сверхрешеток InAs/GaAs". VII международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2000", секция "физика", сборник тезисов, стр. 80-81 (2000).

2. V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, V.G. Kytin, A.V. Golikov, V.A. Rogozin, V.G. Mokerov, Yu.V. Fedorov, A.V. Hook, "Optical and transport properties of modulation doped InAs/GaAs superlattices". 25th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS25, Abstracts, Part 2 (Session E-H), стр. 477 (2000).

3. P.A. Лунин, B.A. Кульбачинский, В.Г. Кытин, A.B. Голиков, A.B. Демин, B.A. Рогозин, Б.В. Звонков, С.М. Некоркин, "Оптические свойства и прыжковая проводимость в InAs/GaAs структурах с квантовыми точками". 32 всероссийское совещание по физике низких температур, Казань, 3-6 октября 2000, тезисы докладов секции NS: "Наноструктуры и Низкоразмерные Системы", стр. 74-75 (2000).

4. В.А. Рогозин, "Оптические и транспортные свойства модулированно легированных сверхрешеток InAs/GaAs". Вторая всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, тезисы докладов, стр. 59 (2000).

5. V.A. Kulbachinskii, A.V. Golikov, R.A. Lunin, V.G. Kytin, A.V. Demin, V.A. Rogozin, B.N. Zvonkov, S.M. Nekorkin, A. de Visser, "Optical properties and hopping conductivity in InAs/GaAs quantum dot structures". Proceedings of the 25th International Conference on the Physics of Semiconductors, Part 2, стр.1067-1068 (2000).

6. В.А. Кульбачинский, P.A. Лунин, В.Г. Кытин, А.В. Голиков, А.В. Демин, В.А. Рогозин, Б.Н. Звонков, С.М. Некоркин, Д.О. Филатов, "Электрический транспорт и замороженная фотопроводимость в слоях InAs/GaAs квантовых точек". ЖЭТФ, 120, №9, 933-944 (2001).

7. V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, A.V. Golikov, V.A. Rogozin, V.G. Mokerov, Yu.V. Fedorov, A.V. Hook, Yu.V. Khabarov, "Optical and transport properties of short period InAs/GaAs superlattices". 9th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 18-22, 2001, Proceedings, стр 290-293 (2001).

8. Kulbachinskii V.A., Lunin R.A., Rogozin V.A., Fedorov Yu.V., Khabarov Yu.V., Visser A. de, "Optical and transport properties of short-period InAs/GaAs superlattices near quantum dot formation". Semicond. Sci. Technol. 17, 947 (2002)

9. V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, V.A. Rogozin, A.V. Golikov, V.G. Kytin, B.N. Zvonkov, S.M. Nekorkin, D.O. Filatov and A. de Visser, "Hopping conductivity and magnetic-field-induced quantum Hall-insulator transition in

InAs/GaAs quantum dot layers". 10th International Symp. "Nanostructures:Physics and Technology", St. Petersburg, June 17-21, 2002, proceedings, стр. 516-519 (2002)

10. V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin. V.A. Rogozin, P.V. Gurin, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov, "Persistent Photoconductivity in Quantum Dot Layers in InAs/GaAs Structures". 2nd International Conference on Semiconductor Quantum Dots QD2002, Tokyo, Japan, Abstracts, стр. 112 (2002)

11. Kulbachinskii V.A., Lunin R.A., Rogozin V.A., Zvonkov B.N., Nekorkin S.M., Filatov D.O., Visser A. de, "Magnetic-field-induced quantum Hall-insulator transition and persistent photoconductivity in InAs/GaAs quantum dot layers". International Conference on Superlattices, Nano-Structures and Nano-Devices, Toulouse, France, Abstracts, стр. I-P056 (2002)

12. Kulbachinskii V.A., Lunin R.A., Rogozin V.A., Brandt N.B., Fedorov Yu.V., Khabarov Yu.V., "Peculiarities of electron transport in very short period InAs/GaAs superlattices near the quantum dot formation". International Conference on Superlattices, Nano-Structures and Nano-Devices, Toulouse, France, Abstracts, стр. I-P126 (2002)

13. Kulbachinskii V.A., Lunin R.A., Rogozin V.A., Zvonkov B.N., Filatov D.O., Visser A. de, "Magnetic-field-induced the quantum Hall effect - Hall insulator transition and hopping conductivity in InAs/GaAs quantum dot layers". LT-23 Int. Conference, Hiroshima, Japan, August 2002, Abstracts, стр. 523 (2002)

14. Рогозин B.A., Кульбачинский B.A., Лунин Р.А., Мокеров В.Г., Федоров Ю.В., Хабаров Ю.В., "Энергетический спектр и электронный транспорт в короткопериодных сверхрешетках InAs/GaAs". Восьмая российская конференция "Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы III-V", Томск, 1-4 октября 2002, Материалы конференции, стр 134

15. Лунин Р.А., Кульбачинский В.А., Голиков А.В., Рогозин В.А., Васильевский И.С., Деркач А.В., Мокеров В.Г., Федоров Ю.В., "Электронный транспорт в слоях InAs/GaAs на пороге образования квантовых точек". «Физика электронных материалов 2002», материалы Международной конференции, Калуга, 1-4 октября 2002, стр. 170

16. В.А. Кульбачинский, Р.А. Лунин, В.А. Рогозин, В.Г. Мокеров, Ю.В. Федоров, Ю.В. Хабаров, Е. Нарюми, К. Киндо, А. де Виссер, "Латеральный транспорт в короткопериодных сверхрешетках InAs/GaAs на пороге образования квантовых точек". ФТП, 37, №1, 70-76 (2003)

17. В.А. Кульбачинский, Р.А. Лунин, В.А. Рогозин, А.В. Голиков, В.Г. Кытин, Б.Н. Звонков, С.М. Некоркин, Д.О. Филатов, А. де Виссер, "Переход "квантовый эффект Холла - изолятор" в системе InAs/GaAs квантовых точек". ФТТ, 45, №4, 725-729 (2003)

18. V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, V.A. Rogozin, V.G. Kytin, B.N. Zvonkov, S.M. Nekorkin, D.O. Filatov, A. de Visser, "Magnetic-field-induced quantum Hall-insulator transition and persistent photoconductivity in InAs/GaAs quantum dot layers". Physica E, 17, 159-160 (2003)

19. V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, V.A. Rogozin, N.B. Brandt, V.G. Mokerov, Y.V. Fedorov, Y.V. Khabarov, "Peculiarities of the electron transport in very short period InAs/GaAs superlattices near quantum dot formation". Physica E, 17, 300-302 (2003)

20. V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, V.G. Kytin, V.A. Rogozin, P.V. Gurin, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov, "Persistent photoconductivity in quantum dot layers in InAs/GaAs structures". Phys. stat. sol. (c), 0, №4, 1297-1300 (2003)

21. V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, V.A. Rogozin, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov,

A. de Visser, "Magnetic-field-induced quantum Hall effect - Hall insulator transition and hopping conductivity in InAs/GaAs quantum dot layers". Physica E, 18,116-117 (2003)

22. V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, V.A. Rogozin, A.V. Golikov, V.G. Kytin,

B.N. Zvonkov, S.M. Nekorkin, D.O. Filatov and A. de Visser, "Hopping conductivity and magnetic-field-induced quantum Hall-insulator transition in InAs/GaAs quantum dot layers". 10th International Symp. "Nanostructures:Physics and Technology", St. Petersburg, 17-21 June 2002, Proceedings of SPIE, 5023, 461-464 (2003)

23. П.В. Турин, В.А. Рогозин, "Механизм релаксации замороженной фотопроводимости в структурах с квантовыми точками InAs на поверхности GaAs". Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2003", секция "физика", сборник тезисов, стр. 261-262 (2003).

24. V.A. Kulbachinskii, V.G. Kytin, R.A. Lunin, V.A. Rogozin, P.S. Gurin, B.N. Zvonkov, and D.O. Filatov, "Persistent photoconductivity and quantum Hall-insulator transition in p- and n-type InAs/GaAs structures with quantum dots". 12th International Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, June 21-25, 2004, proceedings, стр. 354-355 (2004)

Апробация

Основные результаты работы докладывались на: VII международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2000", секция "физика", Москва, 2000; 25th International Conference on the Physics of Semiconductors, ICPS25, Osaka, Japan, September 17 - 22, 2000; 32 всероссийском совещании по физике низких температур, секция NS:

Наноструктуры и Низкоразмерные Системы", Казань, 3 — 6 октября, 2000; Второй всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, 4-8 декабря, 2000; 9th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, June 18 - 22, 2001; 10th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, June 17 - 21, 2002. 2nd International Conference on Semiconductor Quantum Dots, QD2002, Tokyo, Japan, September 30 — October 3, 2002; Internation Conference on Superlattices, Nano-Structures and Nano-Devices, ICSNN2002, Toulouse, France, July 22 - 26, 2002. 23rd International Conference on Low Temperature Physics, LT23, Hiroshima, Japan, August 20 - 27, 2002; Восьмой российская конференция «Арсенид галия и полупроводниковые соединения группы III-V», Томск, 1-4 октября, 2002. Международной конференции по физике электронных материалов, ФИЭМ02, Калуга, 1 - 4 октября, 2002; X Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2003", секция "физика", Москва, 2003; 12th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, June 21 - 25, 2004.

Основные результаты и выводы

1) В результате проведенных комплексных исследований структур с короткопериодными сверхрешетками InAs/GaAs с толщинами слоев InAs, недостаточными для образования квантовых точек, получены данные о спектрах фотолюминесценции и транспортных свойствах этих структур в диапазоне температур от 1 К до 300 К и в магнитных полях до 40 Тл. Методом численного самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона рассчитаны зонные диаграммы, энергетические спектры и профили волновых функций носителей тока для этих структур. Результаты расчета согласуются с данными фотолюминесценции.

2) Обнаружено, что транспортные свойства и спектры фотолюминесценции в короткопериодных сверхрешетках среднего химического состава Ino.i6Gao.84As/GaAs в целом аналогичны транспортным свойствам и спектрам фотолюминесценции в структуре с однородной квантовой ямой того же состава и той же общей толщины 14 нм. Волновые функции носителей тока в таких сверхрешетках аналогичны волновым функциям в однородной квантовой яме такого же состава, но имеют слабую модуляцию с периодом сверхрешетки. При исследовании образца с периодом сверхрешетки 0.58 нм обнаружено увеличение подвижности носителей тока и интенсивности спектров фотолюминесценции, по сравнению с однородной квантовой ямой Ino.i6Gao.84As/GaAs.

3) При выбранных режимах роста существует критическая толщина слоев InAs в короткопериодной сверхрешетке (Q=2.7 монослоя), при превышении которой в слоях образуются квантовые точки. Это приводит к резкому падению подвижности электронов и сдвигу максимума спектра фотолюминесценции в длинноволновую область. Переход от короткопериодной сверхрешетки к слоям квантовых точек сопровождается переходом в проводимости от металлической к прыжковой.

4) В структурах со слоями квантовых точек наблюдались осцилляции Шубникова - де Гааза и квантовый эффект Холла. Это свидетельствует об образовании двумерного проводящего слоя в результате перекрытия состояний в отдельных квантовых точках в образцах с высокой плотностью точек. В структурах с меньшей концентрацией носителей тока наблюдался переход металл - изолятор, индуцированный магнитным полем, аналогичный переходу в гетероструктурах с квантовыми ямами.

5) В образцах с квантовыми точками как с п- так и с р- типом проводимости была обнаружена инфракрасная замороженная фотопроводимость. Процесс ее релаксации после выключения освещения хорошо описывается моделью термической активации через электростатический барьер переменной высоты.

6) В низкоэнергетической части спектров фотолюминесценции исследованных структур с квантовыми точками были обнаружены два пика, отсутствовавшие в аналогичной структуре без квантовых точек. Это связано с наличием в структурах квантовых точек двух размеров, что подтверждается данными атомной силовой микроскопии. Увеличение мощности накачки приводит, на начальном этапе, к сдвигу одной из линий спектра фотолюминесценции для нелегированного образца, что связанно с включением в процесс фотолюминесценции большего числа квантовых точек.

Заключение

Я хочу выразить глубокую благодарность моему научному руководителю, доктору физ.-мат. наук, профессору Владимиру Анатольевичу Кульбачинскому за руководство моей научной работой, предоставление интересной темы для диссертационной работы и базы для ее выполнения, постоянное внимание и всестороннюю помощь при выполнении данной работы.

Я глубоко благодарен старшему научному сотруднику, кандидату физ.-мат. наук Роману Анатольевичу Лунину за его огромную помощь в проведении экспериментов, обработке и интерпретации результатов.

От души благодарю кандидата физ.-мат. наук Артема Викторовича Голикова за его непосредственное участие в экспериментах и интерпретации результатов.

Я благодарен кандидату физ.-мат. наук Владимиру Геннадиевичу Кытину за плодотворное обсуждение результатов.

Выражаю свою благодарность члену корреспонденту РАН В. Г. Мокерову и Ю. В. Федорову, а также доктору физ.-мат. наук, профессору Б. Н. Звонкову за образцы, предоставленные для исследований.

От всей души благодарю всех сотрудников кафедры физики низких температур и сверхпроводимости, так или иначе способствовавших успешному завершению этой работы.

В заключение я бы хотел вспомнить, если это возможно, и поблагодарить всех тех, кто сделал возможным мое участие в научной работе ведущейся на физическом факультете Московского Государственного университета им. М.В. Ломоносова -одного из ведущих университетов мира.

1. L.Goldstein, F.Flas, J.Y.Marzin, M.N.Charasse, G.Le Roux "Growth by molecular beamepitaxy and characterization of InAs/GaAs strained-layer superlattices". Appl. Phys. Lett. 47,1099 (1985).

2. J.Terso, R.M.Tromp "Shape transition in growth of strained islands: spontaneousformation of quantum wires". Phys. Rev. Lett. 70, 2782 (1993).

3. Н.Н.Леденцов, В.М.Устинов, В.А.Щукин, П.С.Копьев, Ж.И.Алферов, Д.Бимберг

4. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. Обзор". ФТП 32, 385 (1998).

5. A.D.Yoffe "Semiconductor quantum dots and related systems: electronic, optical,luminescence and related properties of low dimensional systems". Advanced in Phys. 50,1 (2001).

6. Ж.И.Алферов "Двойные гетероструктуры: концепция и применения в физике,электронике и технологии" (Нобелевская лекция, Стокгольм, 8 декабря 2000 г.). УФН 172,1068 (2002).

7. L.-H.Lin, N.Aoki, K.Nakao, A.Andresen, C.Prasad, F.Ge, J.P.Bird, D.K.Ferry, Y.Ochiai,

8. K.Ishibashi, Y.Ayoagi, T.Sugano "Localization effect in mesoscopic quantum dots and quantum-dot arrays" Phys. Rev. В 60, R16299 (1999).

9. G.H.Kim, J.T.Nicholls, S.I.Khondaker, I.Farrer, D.A.Ritchie "Tuning the insulatorquantum Hall liquid transition in a two-dimensional electron gas using self-assembled InAs" Phys. Rev. В 61,10910 (2000).

10. J.Bloch, J.Shah, L.N.Pfeiffer, K.W.West, S.N.G.Chu "Optical properties of multiple layersof self-orginized InAs quantum dots emitting at 1.3 pm" Appl. Phys. Lett. 77, 2545 (2000).

11. R.P.Mirin, K.L.Silverman, D.H.Christensen, A.Roshko "Narrow photoluminescencelinewidths from ensembles of self-assembled InGaAs quantum dots" J. Vac. Sci. Technol. В 18,1510 (2000).

12. P.B.Joyce, T.J.Krzyzewski, G.R.Bell, B.A.Joyce, T.S.Jones "Composition of InAsquantum dots on GaAs(OOl): Direct evidence for (In,Ga)As alloying" Phys. Rev. В 58, R15981 (1998).

13. V.Holy, G.Springholz, M.Pinczolits, G.Bauer "Strain Induced Vertical and Lateral Correlation in Quantum Dot Superlattices" Phys. Rev. Lett. 83,356 (1999).

14. X.D.Wang, Z.Niu, S.Feng "Influence of InxGai-xAs (0<x<0.3) Cap Layer on Structuraland Optical Properties of Self-assembled InAs/GaAs Quantum Dots" Jpn. J. Appl. Phys. 39,5076 (2000).

15. R.Rinaldi, S.Antonaci, M.DeVittorio, R.Cingolani, U.Hohenester, E.Molinari,

16. H.Lipsanen, J.Tulkki "Effects of few-particle interaction on the atomiclike levels of a single strain-induced quantum dot" Phys. Rev. В 62,1592 (2000).

17. F.Schafer, J.P.Reithmaier, A.Forchel "High-performance GalnAs/GaAs quantum-dotlaser based on a single active layer" Appl. Phys. Lett. 74, 2915 (1999).

18. Л.В.Асрян, Р.А.Сурис "Теория пороговых характеристик полупроводниковыхлазеров на квантовых точках Обзор" ФТП, 38,3 (2004).

19. М.В.Максимов, Ю.М.Шерняков, Н.В.Крыжановская, А.Г.Гладышев,

20. С.С.Михрин, А.Е.Жуков, А.Р.Ковш, Н.А.Малеев, А.П.Васильев, Е.С.Семенова,

21. В.М.Устинов, М.М.Кулагина, Е.В.Никитина, И.П.Сошников, Ю.М.Шерняков,

22. Д.А.Лившиц, Н.В.Крыжановская, Д.С.Сизов, М.В.Максимов, А.Ф.Цацульников, Н.Н.Леденцов, D.Bimberg, Ж.И.Алферов "Высокоэффективные (riD>80%) длинноволновые (А>1.25мкм) лазеры на основе квантовых точек на подложках GaAs" ФТП, 36,1400, (2002).

23. K.A.Matveev and A.V.Andreev "Thermopower of a single-electron transistor in theregime of strong inelastic cotunneling" Phys. Rev. В 66,45301 (2002).

24. P.Recher, E.V.Sukhorukov, D.Loss "Quantum Dot as Spin Filter and Spin Memory"

25. Phys. Rev. Lett. 85,1962 (2000).

26. M.Grassi Alessi, M.Capizzi, A.S.Bhatti, A.Frova, F.Martelli, P.Frigeri, A.Bosacchi and

27. S.Franchi "Optical properties of InAs quantum dots: Common trends" Phys.Rev.B 59, 7620 (1999).

28. M.V.Maximov, A.F.Tsatsul'nikov, B.V.Volovik, D.A.Bedarev, A.Yu.Egorov,

29. Н.А.Малеев, А.Е.Жуков, А.Р.Ковш, С.С.Михрин, В.М.Устинов, Д.А.Бедарев,

30. Б.В.Воловик, И.Л.Крестников, И.Н.Каяндер, В.А.Одноблюдов, А.А.Суворова,

31. A.Ф.Цацульников, Ю.М.Шерняков, Н.Н.Леденцов, П.С.Копьев, Ж.И.Алферов, Д.Бимберг "Гетероструктуры с несколькими слоями InAs / InGaAs-квантовых точек для источников оптического излучения диапазона длин волн 1.3 мкм" ФТП, 34, 612 (2000).

32. Б.В.Воловик, Д.С.Сизов, А.Ф.Цацульников, Ю.Г.Мусихин, Н.Н.Леденцов,

33. B.М.Устинов, В.А.Егоров, В.Н.Петров, Н.К.Поляков, Г.Э.Цырлин "Излучение на1.3-1.4 мкм в структурах с массивами связанных квантовых точек, выращенных методом субмонослойной эпитаксии" ФТП, 34,1368 (2000).

34. М.В.Максимов, Ю.М.Шерняков, С.В.Зайцев, Н.Ю.Гордеев, А.Ю.Егоров,

35. А.Е.Жуков, П.С.Копьев, А.О.Косогов, А.В.Сахаров, Н.Н.Леденцов, В.М.Устинов, А.Ф.Цацульников, Ж.И.Алферов, J.Bohrer, D.Bimberg "Оптические свойства вертикально связанных квантовых точек InGaAs в матрице GaAs" ФТП, 31, 670 (1997).

36. В.Г.Дубровский, Ю.Г.Мусихин, Г.Э.Цырлин, В.А.Егоров, Н.К.Поляков,

37. Ю.Б.Самсоненко, А.А.Тонких, Н.В.Крыжановская, Н.А.Берт, В.М.Устинов "Зависимость структурных и оптических свойств ансамблей квантовых точек в системе InAs / GaAs от температуры поверхности и скорости роста" ФТП, 38, 342 (2004).

38. Д.С.Сизов, Ю.Б.Самсоненко, Г.Э.Цырлин, Н.К.Поляков, В.А.Егоров, А.А.Тонких,

39. A.Е.Жуков, С.С.Михрин, А.П.Васильев, Ю.Г.Мусихин, А.Ф.Цацульников,

40. B.М.Устинов, Н.Н.Леденцов "Структурные и оптические свойства квантовых точек InAs в матрице AlGaAs" ФТП, 37,578 (2003).

41. A.Fuhrer, S.Luscher, T.Heinzel, K.Ensslin, W.Wegscheider and M.Bichler "Transportproperties of quantum dots with steep walls" Phys. Rev. В 63,125309 (2001).

42. Robert M.Konik, Hubert Saleur and Andreas Ludwig "Transport in quantum dots fromthe integrability of the Anderson model" Phys. Rev. В 66, 125304 (2002).

43. M.Kitamura, M.Nishioka, J.Oshinowo, Y.Arakawa "In situ fabrication of self-aligned

44. GaAs quantum dots on GaAs multiatomic steps by metalorganic chemical vapor deposition" Appl. Phys. Lett. 66, 3663 (1995).

45. E.Ribeiro, E.Muller, T.Heinzel, H.Auderset, K.Ensslin "InAs self-assembled quantumdots as controllable scattering centers near a two-dimensional electron gas" Phys. Rev. В 58,1506 (1998).

46. AJ.Shields, M.P.O'Sullivan, I.Farrer, D.A.Ritchie, K.Cooper, C.L.Foden, M.Pepper

47. Optically induced bistability in the mobility of a two-dimensional electron gas coupled to a layer of quantum dots" Appl. Phys. Lett. 74, 735 (1999).

48. Т.Андо, А.Фаулер, Ф.Стерн "Электронные свойства двумерных систем". М.:Мир1985), 416 стр.

49. Ж.И.Алферов "История и будущее полупроводниковых гетероструктур". ФТП 32,3 (1998).

50. Л.Ченг, К.Плог, Молекулярно-лучевая эпитаксия, М., Мир (1989), 582 стр.

51. M.H.Herman, D.Bimberg, J.Christen "Heterointerfaces in quantum wells and epitaxialgrowth processes: Evaluation by luminescence techniques". J. Appl. Phys. 70, R1 (1991).

52. M.Grundman, O.Stier, D.Bimberg "InAs/GaAs pyramidal quantum dots. Straindistribution, optical phonons, and electronic structure". Phys. Rev. В 52, 11969 (1995).

53. D.W.Palmer, www.semiconductors.co.uk, 2000.11.

54. J.Briibach, A.Yu.Silov, J.E.M.Haverkort, W.v.d.Vleuten, J.H.Wolter "Coupling ofultrathin InAs layers as a tool for band-offset determination". Phys. Rev. В 59, 10315 (1999).

55. Shu-Shen Li, Jian-Bai Xia, Z.L.Yuan, Z.Y.Xu Weikun, Ge, Xiang Rong Wang, Y.Wang,

56. J.Wang, L.L.Chang "Effective-mass theory for InAs/GaAs strained coupled quantum dots". Phys. Rev. В 54,11575 (1996).

57. В.А.Кульбачинский "Двумерные, одномерные, нульмерные структуры исверхрешетки". М.:Физический факультет МГУ (1998), 164 стр.

58. А.В.Кавокин, С.И.Кохановский, А.И.Несвижский, М.Э.Сасин, Р.П.Сейсян,

59. В.М.Устинов, А.Ю.Егоров, А.Е.Жуков, С.В.Гупалов "Эффект "кулоновской ямы" в спектрах поглощенияи магнитопоглощения напряженных гетероструктур (In,Ga)As/GaAs". ФТП 31,1109 (1997).

60. З.Н.Соколова, Д.А.Винокуров, И.С.Тарасов, Н.А.Гунько, Г.Г.Зегря

61. Гетероструктуры в системе InGaAs/InP с напряженными квантовыми ямами и квантовыми точками (к = 1.5-1.9 мкм)". ФТП 33,1105 (1999).

62. J.-P.Reithmaier, R.Hoger, H.Riechert, A.Heberle, G.Abstreiter, G.Weimann "Band offsetin elastically strained InGaAs/GaAs multiple quantum wells determined by optical absorption and electron raman scattering". Appl. Phys. Lett., 56,536 (1990).

63. R.Atanasov, F.Bassani, A.D'Andrea, N.Tomassini "Exciton properties and opticalresponse in InxGai-xAs/GaAs strained quantum wells". Phys. Rev. В 50,14381 (1994).

64. Y.Matsiu, Y.Kusumi, A.Nakaue "Energy-band gap of monolayer superlattices calculatedby a modified tight-binding method with electronegativity". Phys. Rev. В 48, 8827 (1993).

65. Akihito Taguchi, Takahisa Ohno "Electronic structure of (InAs)m(GaAs)m (m=l-7)strained superlattices". Phys. Rev. В 38,2038 (1988).

66. Marcos H.Degani "Electron energy levels in a 5-doped layer in GaAs" Phys. Rev. В 44,5580 (1991).

67. I.N.Stranski, L.Von Krastanov. Sitzungsber. Akad. Wiss. Wien lib 146, 797 (1938).

68. N.N.Ledentsov, P.D.Wang, C.M.Sotomayor Torres A.Yu.Egorov, M.V.Maximov,

69. V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, P.S.Kop'ev "Optical spectroscopic studies of InAs layer transformation of GaAs surfaces". Phys. Rev. В 50, 12171 (1994).

70. D.Vanderbilt, L.K.Wickham "Elastic Relaxation Energies of Coherent Germanium1.lands on Silicon". Mater. Res. Soc. Proceedings 202, 555 (1991).

71. C.Ratsch, A.Zangwill "Equilibrium Theory of The Stranski-Krastanov Epitaxial

72. Morphology". Surf. Sci. 293,123 (1993).

73. N.N.Ledentsov, M.Grundman, N.Kirstaedter, J.Christen, R.Heitz, J.Bohrer,

74. J.A.Lott, N.N.Ledentsov, V.M.Ustinov, D.Bimberg "Vertical cavity lasers based onvertically coupled quantum dots". Electron Lett. 33, 1150 (1997).

75. Г.Э.Цирлин, В.Н.Петров, С.А.Масалов А.О.Голубок, Н.Н.Леденцов

76. Самоорганизация квантовых точек в многослойных структурах InAs/GaAs и InGaAs/GaAs при субмонослойной миграционно-стимулированной эпитаксии". Письма в ЖТФ 23, 80 (1997).

77. Б.Н.Звонков, И.Г.Малкина, Е.Р.Линькова, В.Я.Алешкин, И.А.Карпович,

78. Д.О.Филатов "Фотоэлектрические свойства гетероструктур GaAs/InAs с квантовыми точками". ФТП 31,1100 (1997).

79. L.Landin, M.S.Miller, M.-E.Pistol, C.E.Pryor, L.Samuelson "Optical studies ofindividual InAs quantum dots in GaAs: few-particle effects". Science 280, 262 (1998).

80. M.Grundmann, J.Christen, N.N.Ledentsov, J.Bohrer, D.Bimberg, S.S.Ruvimov,

81. P.Werner, U.Richter, U.Gosele, J.Heydenreich, V.M.Ustinov, A.Yu.Egorov, A.E.Zhukov, P.S.Kop'ev, Zh.I.Alferov "Ultranarrow luminiscance lines from single quantum dots". Phys. Rev. Lett. 74,4043 (1995).

82. J.-Y.Marzin, J.-M.Gerard, A.Israel, D.Barrier, G.Bastard "Photoluminiscence of single

83. As quantum dots obtained by self-organized growth on GaAs". Phys. Rev. Lett. 73, 716 (1994).

84. S.Ruvimov, P.Werner, K.Scheerschmidt U.Gosele, J.Heydenreich, U.Richter,

85. N.N.Ledentsov, M.Grundman, D.Bimberg, V.M.Ustinov, A.Yu.Egorov, P.S.Kop'ev, Zh.I.Alferov "Structural characterization of (In,Ga)As quantum dots in a GaAs matrix". Phys. Rev. В 51, 14766 (1995).

86. D.Bimberg, V.A.Shchukin, N.N.Ledentsov, A.Krost "Formation of self-organizedquantum dots at semiconductor surfaces". Appl. Surf. Sci. 130-132, 713 (1998).

87. В.А.Кульбачинский, В.Г.Кытин, Р.А.Лунин, А.В.Голиков, А.В.Демин,

88. И.Г.Малкина, Б.Н.Звонков, Ю.Н.Сафьянов "Особенности фотолюминесценции и транспортных свойств многослойных InAs/GaAs структур с квантовыми точками" ФТП 33,316(1999)

89. J.Z.Wang, Z.M.Wang, Z.G.Wang, Y.H.Chen and Z.Yang "Photoluminescence of InAsquantum dots in n-i-p-i GaAs superlattice" Phys.Rev.B 61,15614 (2000)

90. A.W.E.Minnaert, A.Yu.Silov, W. van der Vleuten, J.E.M.Haverkort and J.H.Wolter

91. Frohlich interaction in InAs/GaAs self-assembled quantum dots" Phys.Rev.B 63, 075303 (2001)

92. MJ.Steer, D.J.Mowbray, W.R.Tribe, M.S.Skolnick, M.D.Sturge, M.Hopkinson,

93. A.G.Cullis, C.R.Whitehouse and R.Murray "Electronic energy levels and energy relaxation mechanisms in self-organised InAs/GaAs quantum dots" Phys.Rev.B 54, 17738 (1996)

94. M.Henini, S.Sanguinetti, S.C.Fortina, E.Grilli, M.Guzzi, G.Panzarini, L.C. Andreani,

95. M.D. Upward, P. Moriarty, P.H. Beton and L. Eaves "Optical anisotropy in arrow-shaped InAs quantum dots" Phys.Rev.B 57, R6815 (1998)

96. R. Heitz, F. Guffarth, I. Mukhametzhanov, M. Grundman, A. Madhukar and D. Bimberg

97. Many-body effects on the optical spectra of InAs/GaAs quantum dots" Phys.Rev.B 62, 16881(2000)

98. H. Kissel, U. Muller, C.Walther, W.T. Masselink, Yu.I. Mazur, G.G. Tarasov and M.P.1.sitsa "Size distribution in self-assembled InAs quantum dots on GaAs(OOl) for intermediate InAs coverage" Phys.Rev.B 62, 7213 (2000)

99. Д.Г. Васильев, В.П. Евтихиев, В.Е.Токранов, И.В. Кудряшов, В.П. Кочерешко

100. Влияние разориентации подложки на распределение квантовых точек по размерам в системе InAs/GaAs" ФТТ 40, 855 (1998)

101. Б.Л.Альтшуллер, А.Г.Аронов "Затухание одноэлектронных возбуждений вметаллах" Письма в ЖЭТФ 30, 514 (1979).

102. A.P.Dmitriev, V.Yu.Kachorovskii, I.V.Gornyi "Nonbackscattering contribution to weaklocalization". Phys. Rev. В 56, 9910 (1997).

103. B.L.AItshuler, A.G.Aronov "Electron-electron interaction in disordered conductors".

104. Modern problems in Condensed Matter Sciences, edited by A.L.Efros and M.Pollak Amstedam. (1985).

105. А.А.Абрикосов "Основы теории металлов". М.:Наука (1987), 520 стр.

106. M.I.Dyakonov "Magnetoconductance due to weak localization beyond the diffusionapproximation: the high-field limit". Solid State Commun. 92, 711 (1994).

107. A.Cassam-Chenai, B.Shapiro "Two dimensional weak localization beyond the diffusionapproximation". J. Phys. France I 4,1527 (1994).

108. E.Abrahams, P.W.Anderson, D.C.Liccardello, T.V.Ramakrishnan "Scaling theory oflocalization: absence of quantum diffusion in two dimensions". Phys. Rev. Lett. 42, 673 (1979).

109. N.F.Mott "Conduction in glasses containing transition metal ions". J. Non-Cryst. Solids1, 1 (1968).

110. H.L.Zhao, B.Z.Spivak, M.P.Gelfand, S.Feng "Negative magnetoresistance in variablerange-hopping conduction" Phys. Rev. В 44, 10760 (1991).

111. В.Л.Нгуен, Б.З.Спивак, Б.И.Шкловский "Осцилляции Ааронова — Бома снормальным и сверхпроводящим квантами потока в прыжковой проводимости" Письма в ЖЭТФ 41,35 (1985).

112. K.von Klitzing, G.Dorda, M.Pepper "Realization of a resistance standard based onfundamental constants" Phys. Rev. Lett. 45,494 (1980).

113. V.A.Kulbachinskii, V.G.Kytin, R.A.Lunin, A.V.Golikov, I.G.Malkina, B.N.Zvonkov,

114. Yu.N.Safyanov "Low temperature transport properties of InAs/GaAs structures with quantum dots" Microelectronic Engineering 43-44, 107 (1998).

115. В.А.Кульбачинский, В.Г.Кытин, Р.АЛунин, А.В.Голиков, А.В.Демин,

116. И.Г.Малкина, Б.Н.Звонков, Ю.Н.Сафьянов "Сильная локализация носителей тока в многослойных структурах InAs/GaAs с квантовыми точками" Вестник МГУ, серия 3 Физика, Астрономия, 5, 53 (1998).

117. V.A.Kulbachinskii, V.G.Kytin, R.A.Lunin, A.V.Golikov, I.G.Malkina, B.N.Zvonkov,

118. Yu.N.Safyanov "Peculiarities of optical and low temperature transport properties of multi-layer InAs/GaAs structures with quantum dots" Physica В 266, 185 (1999).

119. S.Kivelson, D.-H.Lee, S.-C.Zhang "Global phase diagram in the quantum Hall effect".

120. Phys. Rev В 46, 2223 (1992).

121. D.Shahar, D.C.Tsui, J.E.Cunninggham "Observation of the v =1 quantum Hall effect in astrongly localized two-dimensional system" Phys. Rev. В 52,14372 (1995)

122. G.H.Kim, J.T.Nicholls, S.I.Khondaker, I.Farrer, D.A.Ritchie "Tuning the insulatorquantum Hall liquid transitions in a two-dimensional electron gas using self-assembled InAs" Phys. Rev. В 61,10910 (2000).

123. J.D.Wasscher "Note on four-point resistivity measurement on anisotropic conductors"

124. Philips Res. Repts. 16,301 (1961).

125. L.L.Soethout, H.van Kempen, J.T.P.W.van Maarseveen, P.A.Schroeder, P.Wyder

126. Current-voltage reciprocity in the magnetoresistance of simple metals" J. Phys. F: Met. Phys. 17,129 (1987).

127. Ф.Качмарек "Введение в физику лазеров" М.:МИР, 540 стр (1981).

128. T.Ando "Self-consistent results for a GaAs/AlxGal-xAs heterojunction. I. Subbandstructure and light-scattering spectra". J. Phys. Soc. Jap. 51, 3893 (1982).

129. F.Stern, S.Das Sarma "Electron energy levels in GaAs-Gai-xAlxAs heterojunctions".

130. Phys. Rev. В 30, 840 (1984).

131. C.R.Proetto "Electronic structure of delta-doped semiconductors". Delta-doping ofsemiconductors, Cambridge University Press. 2,23 (1996).

132. R.O.Jones, O.Gunnarsson "The density functional formalism, its applications andprospects". Rev. Mod. Phys. 61, 689 (1989).

133. J.P.Perdew, A.Zunger "Self-interaction correction to density-functional approximationsfor many-electron systems" Phys. Rev. В 23,5048 (1981).

134. Н.Марч, В.Кон, П.Вашишта, С.Лундквист, А.Уильямс, У.Барт, Н.Лэнг "Теориянеоднородного электронного газа". М.:Мир. (1987), 400 стр.

135. O.Gunnarsson, B.LLundqvist "Exchange and correlation in atoms, molecules, and solidsby the spin-density-functional formalism". Phys. Rev. В 13, 4274 (1976).

136. С.В.Евстигнеев, Р.М.Имамов, А.А.Ломов, Ю.Г.Садофьев, Ю.В.Хабаров, М.А.Чуев,

137. Д.С.Шипицин "Исследование квантовых ям InxGai-xAs/GaAs методаминизкотемпературной фотолюминесценции и рентгеновской дифрактометрии". ФТП 34, 719 (2000).

138. T.Schweizer, K.Kohler, W.Rothemund, P.Ganser "Highly anisotropic electron mobilitiesof GaAs/Ino.2Gao.8As/Alo.3Gao.7As inverted high electron mobility transistor structures". Appl. Phys. Lett. 59, 2736 (1991).

139. А.Д.Виссер, В.И.Кадушкин, В.А.Кульбачинский, В.Г.Кытин, А.П.Сеничкин,

140. Е.Л.Шангина "Квазиодномерные электронные каналы и двумерный электронный газ в структурах с дельта-легированием оловом вицинальных граней GaAs". Письма в ЖЭТФ 59, 339 (1994).

141. В.А.Кульбачинский, В.Г.Кытин, В.И.Кадушкин, А.П.Сеничкин "Анизотропияявлений переноса структур с б-Sn квантовыми ямами на вицинальных гранях GaAs". ФТТ 37,2693 (1995).

142. V.A.Kulbachinskii, V.G.Kytin, R.A.Lunin, A.V.Golikov, V.G.Mokerov, A.S.Bugaev, A.P.Senichkin, R.T.F.van Schaijk, A.de Visser, P.M.Koenraad "Sn 5-dopping in GaAs" Semicond. Sci. Technol. 14,1034 (1999).

143. S.Kivelson, D.-H.Lee, S.-C.Zhang "Global phase diagram in the quantum Hall effect" Phys. Rev В 46, 2223 (1992).

144. C.E.Johnson, H.W Jiang "Observation of a nondivergent Hall coefficient for a localized two- dimensional electron gas" Phys. Rev. В 48, 2823 (1993).

145. M.Hilke, D.Shahar, S.H.Song, D.C.Tsui, Y.H.Xie, Don Monroe "Experimental evidence for a two-dimensional quantized Hall insulator" Nature 395, 675 (1998).

146. D.T.N, de Lang, L.Ponomarenko, A. de Visser, C.Possanzini, S.M.Olsthoorn, A.M.M.Pruisken "Evidence for a quantum Hall insulator in an InGaAs/InP heterostructure" Physica E 12, 666 (2002).

147. D.Shahar, M.Hilke, C.C.Li, D.C.Tsui, S.L.Sondhi, J.E.Cunningham, M.Razeghi "A new transport regime in the quantum Hall effect" Solid State Commun. 107,19 (1998).

148. D.Shahar, D.C.Tsui, M.Shayegan, J.E.Cunningham, E.Shimshoni, S.L.Sondhi "On the nature of the hall insulator" Solid State Commun. 102,817 (1997).

149. HJ.Queisser, D.E.Theodorou "Decay kinetics of persistent photoconductivity in semiconductors" Phys. Rev. В 33, 4027 (1986).

150. K.H.Schmidt, G.Medeiros-Ribeiro, M.Oestreich, P.M.Petroff, G.H.Dohler "Carrier relaxation and electronic structure in InAs self-assembled quantum dots" Phys. Rev. В 54,11346 (1996).

151. R.Heitz, I.Mukhametzhanov, O.Stier, A.Madhukar, D.Bimberg "Enhanced polar exciton-LO-phonon interaction in quantum dots" Phys. Rev. Lett. 83,4654 (1999).