Емкостная спектроскопия электронных состояний в гетероструктурах с квантовыми ямами и квантовыми точками

Брунков, Павел Николаевич

Емкостная спектроскопия электронных состояний в гетероструктурах с квантовыми ямами и квантовыми точками тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Брунков, Павел Николаевич АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2007 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Емкостная спектроскопия электронных состояний в гетероструктурах с квантовыми ямами и квантовыми точками»

Автореферат диссертации на тему "Емкостная спектроскопия электронных состояний в гетероструктурах с квантовыми ямами и квантовыми точками"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф. ИОФФЕ

На правах рукописи

БРУНКОВ Павел Николаевич

ЕМКОСТНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ С КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ И КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ

(специальность 01 04 10 - физика полупроводников)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

003150730

Санкт-Петербург 2007

Работа выполнена в Физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук,

профессор В А Гергель

доктор физико-математических наук,

профессор В И Иванов-Омский

доктор физико-математических наук,

профессор А В Соломонов

Ведущая организация Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Защита состоится " 1 " ноября 2007 г в /О часов на заседании диссертационного совета Д 002 205 02 при Физико-техническом институте им А Ф Иоффе РАН по адресу 194021, Санкт-Петербург, Политехническая, д 26

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института им А Ф Иоффе РАН

Автореферат разослан " Ц " 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002 205 02 доктор физико-математических наук

ЛМ Сорокин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Бурный прогресс информационных технологий в значительной мере определяется достижениями в физике и технологии полупроводниковых гетероструктур [1,2] Применение полупроводниковых гетероструктур с квантоворазмерными слоями позволило создать широкий спектр новых приборов опто- и наноэлектроники, таких как полупроводниковые лазерные диоды с квантовыми ямами и квантовыми точками в качестве активной области, транзисторы с высокой подвижностью электронов на основе двумерного электронного газа, локализованного на гетерогранице, резонансно-туннельные диоды, фотоприемники и светоиз-лучающие приборы на основе межзонных и межподзонных переходов в квантоворазмерных слоях Параметры этих приборов в значительной степени определяются энергетическим спектром и волновыми функциями уровней размерного квантования, распределением электронной плотности по толщине гетероструктуры, разрывами зон на гетерограницах, а также темпами эмиссии и захвата носителей заряда на уровни размерного квантования Таким образом, возникает необходимость в интенсивном изучении фундаментальных физических свойств полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками и разработке новых методов их исследования

Метод вольт-емкостного профилирования широко используется для определения распределения концентрации свободных носителей заряда в полупроводниковых материалах [3] Было обнаружено, что присутствие в однородно легированной полупроводниковой структуре гетерограницы [4,5] или квантовой ямы [6-8] приводит к искажению профиля распределения свободных носителей из-за перераспределения носителей между объемом и квантовыми состояниями и последующего электростатического взаимодействия между ними В дифференциальной емкости диода Шоттки или р-п-перехода на основе такой гетероструктуры появляется составляющая, которая определяется изменением заряда на квантовых состояниях при изменении напряжения смещения Исследование емкости, связанной с квантовыми состояниями, позволит определить основные фундаментальные физические свойства квантоворазмерных слоев Для анализа вольт-емкостных характеристик диодов Шоттки, содержащих слои пониженной размерности, использовались различные приближенные методы, основанные на аналитическом решении уравнения Пуассона [4-8] Однако за границами данного рассмотрения оставались изменения формы волновых функций квантоворазмерных состояний под действием электрического поля, что дает существенный вклад в емкость при исследовании одиночных гетерограниц, широких квантовых ям и слоев с «^-легированием Кро-

ме того, как правило, рассматривалось заполнение носителями заряда только основного состояния в квантоворазмерном слое Было показано [9], что для учета заполнения нескольких подзон в квантоворазмерном слое необходимо проведение самосогласованного решения уравнений Пуассона и Шредингера Однако применение данного подхода было затруднено ввиду отсутствия эффективных методов численного решения этой системы уравнений Кроме того, к моменту начала данной работы отсутствовали методы емкостной спектроскопии для исследования электронной структуры и динамики носителей в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми точками (КТ) Настоящая диссертационная работа в значительной степени восполняет этот пробел

Целью работы является исследование фундаментальных свойств кванто-воразмерных состояний в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами и квантовыми точками методами емкостной спектроскопии

Объекты и методы исследования Объектом исследования были полупроводниковые гетероструктуры с квантовыми ямами (на основе систем 1пСаА8/1пА1Аз и ОаАв/'АЮаАк) и гетероструктуры с квантовыми точками (на основе систем ¡пАз/СаАэ и низкотемпературного СаАз), выращенные методом молекулярно пучковой эпитаксии (МПЭ) В ходе выполнения диссертационной работы были разработаны методы емкостной спектроскопии для исследования фундаментальных свойств квантоворазмерных слоев

Научная новизна работы состоит в следующем

1 Разработана модель для численного анализа вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами на основе самосогласованного решения уравнений Пуассона и Шредингера, которая позволяет определять геометрическое положение квантоворазмерных слоев и их толщину, электронную структуру и распределение электронной плотности по толщине в квантовых ямах, а также разрывы зон на гетерограницах

2 Разработана модель для численного анализа вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми точками, которая позволяет определять электронную структуру массива квантовых точек

3 Проведено исследование механизмов эмиссии носителей заряда из самоорганизованных квантовых точек 1пАз в матрицу СаАз под действием электрического и магнитных полей и оптического возбуждения

4 При Т < 100 К обнаружен эффект фотофизического «выжигания дыры» в неоднородно уширенном спектре поглощения массива самоорганизованных КТ ¡пАз/ваАя, где самоорганизованные КТ используются в ка-

честве оптически и электрически управляемых ловушек носителей заряда

Практическая значимость работы состоит в следующем

1 Разработан метод анализа вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами для определения разрывов зон на гетерограницах, электронной структуры и волновых функций состояний в квантовых ямах

2 Разработан комплекс методов емкостной спектроскопии полупроводниковых гетероструктур с квантовыми точками для определения энергетического спектра состояний массива квантовых точек и исследования механизмов эмиссии носителей заряда из квантовых точек

3 Обнаружен эффект фотофизического «выжигания дыры» в неоднородно уширенном спектре поглощения массива самоорганизованных КТ ЫАй/ОаАя, где самоорганизованные КТ используются в качестве оптически и электрически управляемых ловушек носителей заряда, который указывает на возможность использования таких структур в качестве нового типа элемента памяти высокой плотности, где наличие или отсутствие дыры в спектре поглощения системы КТ может быть использовано для бинарного представления данных Кроме того, данная система может быть использована в качестве нелинейного оптического устройства

Все полученные автором научные результаты, вынесенные на защиту являются новыми

В результате проведенного исследования развито новое научное направление в физике полупроводников - емкостная спектроскопия полупроводниковых гетероструктур с квантоворазмерными слоями

Научные положения, выносимые на защиту.

ПОЛОЖЕНИЕ 1. Численное моделирование экспериментальных квазистатических вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами на основе самосогласованного решения дифференциальных уравнений Пуассона и Шредингера позволяет определять геометрическое положение квантоворазмерных слоев и их толщину, электронную структуру и волновые функции состояний в квантовых ямах, распределение электронной плотности по толщине структуры и разрывы зон на гетерограницах Необходимым условием при измерении вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур является минимизация в полном импедансе структуры вкладов от дефектов с глубокими уровнями и активных потерь, которые не учитываются при мо-

дельных расчетах Это достигается выбором температуры и частоты измерительного сигнала

ПОЛОЖЕНИЕ 2. Численное моделирование экспериментальных квазистатических вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетеро-структур, содержащих один или несколько слоев квантовых точек, на основе решения уравнения Пуассона в предположении, что плоскость квантовых точек представляет набор одиночных изолированных центров с неоднородно уширенной плотностью электронных состояний из-за разброса квантовых точек по составу и размеру, позволяет определять геометрическое положение слоя квантовых точек и энергетический спектр состояний массива квантовых точек

ПОЛОЖЕНИЕ 3. Полуширина эффективного профиля распределения концентрации свободных носителей в квантовой яме определяется тепловым уширением края Фермиевского распределения и не связана с полушириной волновой функции электронов в квантовой яме

ПОЛОЖЕНИЕ 4. В электрическом поле эмиссия носителей заряда из самоорганизованных квантовых точек 1пАв в матрицу ваАв осуществляется путем термически активированного туннелирования Наличие стадии туннелирования в процессе эмиссии приводит к тому, что темп эмиссии электронов из квантовых точек на несколько порядков превышает темп эмиссии дырок, поскольку эффективная масса электронов значительно ниже, чем у дырок

ПОЛОЖЕНИЕ 5. Внешнее магнитное поле (до ЮТ) приводит к уменьшению темпа эмиссии электронов из ¡пАв квантовых точек в СаАк матрицу из-за эффективного понижения электронного уровня в квантовых точках, вызванного формированием уровней Ландау в зоне проводимости ОаАв Этот эффект не зависит от ориентации магнитного поля относительно плоскости квантовых точек, что является проявлением нуль-мерной природы квантовых точек

ПОЛОЖЕНИЕ 6. В области температур ниже 80 К полупроводниковые гетероструктуры с самоорганизованными 1пАз квантовыми точками в ваАэ матрице проявляют эффект "выжигания дыр" в неоднородно уширенном спектре поглощения ансамбля квантовых точек Резонансное оптическое возбуждение в области основных оптических переходов в 1пАу квантовых точках приводит к накоплению в них дырок, которые блокируют поглощение света Этот нелинейный оптический эффект имеет немонотонную зависимость от электрического поля в области объемного заряда

структуры, содержащей квантовые точки В слабых электрических полях эффект "выжигания дыр" не наблюдается, т к темп туннельной эмиссии электронов ниже темпа рекомбинации фотовозбужденных носителей в квантовых точках В сильных электрических полях данный эффект не наблюдается из-за увеличения темпа туннельной эмиссии фотовозбужденных дырок из квантовых точек

ПОЛОЖЕНИЕ 7. Наноразмерные кластеры мышьяка (с характерным размером менее 10 нм), сформированные в результате высокотемпературного отжига в матрице низкотемпературного арсенида галлия (температура роста ниже 300°С), ведут себя как амфотерные глубокие центры, которые захватывают электроны в n-матрице, заряжаясь отрицательно, и дырки в р-матрице, заряжаясь положительно

Результаты исследований, выполненных в диссертационной работе, представляют фундаментальный интерес и могут быть использованы при разработке новых приборов оптоэлектроники, а также при фундаментальных исследованиях других гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками Результаты исследований могут быть использованы в различных организациях Российской Академии наук (ФТИ им А Ф Иоффе, Санкт-Петербург, ФИАН им П Н Лебедева, Москва, ИФТТ, Черноголовка, ИПП, Новосибирск, Институт физики микроструктур, Нижний Новгород, Институт общей физики, Москва, ИРЭ, Москва), в ГОИ им С И Вавилова, Санкт-Петербург, в Санкт-Петербургском Государственном Политехническом университете и др

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на 2,3,4,5,6,8 Российских конференциях по физике полупроводников (Зелено-горек, 1997, Москва, 1998, Новосибирск, 1999, Нижний Новгород, 2001, 2003 Санкт-Петербург, 2007 Екатеринбург), 3-11 Международных симпозиумах "Наноструктуры Физика и Технология" (Санкт-Петербург, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004), 23-27 Международных конференциях по физике полупроводников (Берлин, Германия, 1996, Иерусалим, Израиль, 1998, Осака, Япония, 2000, Эдинбург, Великобритания, 2002, Флагстафф, США, 2004), международной осенней конференции Общества исследования материалов (MRS) (Бостон, США, 2001 ), 3 международной конференции по Физике низко-размерных структур (Дубна, 1995), 9 и 11 международных конференциях по Сверхрешеткам, микроструктурам и микроприборам (Льеж, Бельгия, 1996, Хургада, Египет, 1998), 23 международном симпозиуме по Полупроводниковым соединениям (Санкт-Петербург, 1996), 40 международной конференции по Электронным материалам (Шарлоттсвиль, США, 1998), конференции по Физике твердого тела и материалам (Эксетер, Великобритания, 1997), 12 конференции по Электронным свойствам двумерных систем (EP2DS-12) (Токио, Япо-

ния, 1997), международных конференциях по Физике полупроводниковых квантовых точек (<302000 - Мюнхен, Германия, 2000, (^02002 - Токио, Япония 2002), 3 симпозиуме по Нестехиометрическим соединениям А"'-Ву (Эрланген, Германия, 2001), совещаниях по Нанофотонике (Нижний Новгород 2002, 2003, 2004), 11 международной конференции по Модулированным Полупроводниковым Структурам (МВБ-11 - Нара, Япония 2003), 13 международной конференции по Динамике Неравновесных Носителей в Полупроводниках (Модена, Италия 2003)

Результаты работы, как в целом, так и отдельные ее части докладывались также на физических семинарах в ФТИ им А Ф Иоффе РАН, в Техническом университете г Берлин, Германия, университете г Ноттингем, Великобритания, институте Прикладных Наук г Лион, Франция Публикации. По теме диссертации имеется 59 публикаций в научных журналах и трудах российских и международных конференций, основные из которых приведены в конце автореферата

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержит 335 страниц, 119 рисунков, 14 таблиц Список литературы состоит из 59 наименований авторских публикаций и списка цитируемой литературы, включающего 135 наименований

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы цели и задачи работы, ее научная новизна и практическая значимость, а также положения, выносимые на защиту

В первой главе рассматриваются физические основы метода емкостной спектроскопии полупроводниковых гетероструктур, основанный на измерении барьерной емкости диода Шоттки, р-п-перехода или структуры Металл-Диэлектрик-Полупроводник (МДП) Для таких структур характерно отсутствие пропорциональности между зарядом конденсатора <2 и напряжением V на его обкладках, поэтому используется понятие дифференциальной емкости, являющейся коэффициентом пропорциональности между изменением заряда с!(2 и изменением напряжения ¿IV [3]

с1д = с ау а)

Далее рассматривается барьерная емкость диода Шоттки на основе полупроводниковой гетероструктуры и-типа проводимости с квантовой ямой (КЯ) При отсутствии обратного смещения под барьером Шоттки под действием поверхностного потенциала цФь формируется область пространственного заряда №¿(0) (Рис 1а) Уровень размерного квантования Е0 в слое КЯ находится ниже дна зоны проводимости матрицы Ес, поэтому часть

(а)

свободных носителей перетекает в ВСЯ из прилегающих к квантовой яме я-слоев В КЯ накапливается отрицательный заряд электронов, который индуцирует область пространственного заряда \¥п с обеих сторон от слоя квантовой ямы (Рис 1а) Показано, что в данной структуре существует два типа распределения заряда двумерный заряд электронов {(¿ю), расположенных на уровнях (Е,) в квантовой яме, и трехмерный заряд свободных электронов в зоне проводимости и ионизованных доноров (£2ю) в п-матрице При изменении напряжения смещения (IV в такой структуре происходит изменение заряда сК^щ, связанное с движением края области пространственного заряда (ОПЗ) барьера Шоттки от ¡¥¿(0) до IV¿(V) (Рис 16) Кроме того, изменяется заряд в квантовой яме dQ2D, а, следовательно, и заряд, индуцированный вокруг квантовой ямы Показано, что барьерная емкость С (¿¡у данной структуры имеет две компоненты — трехмерную (С'ю) и двумерную (С2о)

(2)

тт «от

Рис.1 Энергетическая диаграмма диода Шоттки на структуре с квантовой ямой а) при отсутствии внешнего напряжения смещения, б) при приложенном обратном смещении V

-С)1¥

' С-1П + С7Л —

дУ

где суммирование проводится по всем подзонам состоянии в квантовой яме Вторая компонента С2о в выражении (2) отражает изменение двумерного заряда электронов в квантовой яме связанное с изменением относительного положения уровня Ферми ЕР и энергетического положения подзоны Е0 в квантовой яме, а также с изменением квадрага волновой функции | \2 электронов в квантовой яме из-за квантового эффекта Штарка Заряд аккумулированный в квантовой яме, зависит от таких параметров, как разрыв зон на гетерогранице АЕС, эффективная массы носителей и ширина квантовой ямы, которые, в свою очередь, определяют положение энергетических уровней Е, и волновые функции локализованных состояний Ч/, в квантовой яме Поэтому анализ емкости С2Д, связанной с квантовой ямой, позволит определить все эти параметры Вводится понятие емкостной спектроскопии квантоворазмерных состояний, когда, увеличивая напряжение обратного смещения на барьере Шоттки, заполненные электронами энергетические уровни Е, в слое КЯ последовательно

опустошаются при прохождении через уровень Ферми ЕР матрицы (Рис 1а,б)

Следует отметить, что выражение (2) для емкости диода Шоттки с квантовой ямой написано в частных производных, потому что необходимо учитывать тот факт, что изменение заряда в квантовой яме приводит к изменению заряда, индуцированного вокруг квантовой ямы, поэтому двумерная С2о и трехмерная С'щ компоненты емкости оказываются взаимосвязанными Последнее обстоятельство в значительной степени затрудняет анализ емкости диода Шоттки с квантовой ямой

Для расчета С-К характеристик диодов Шоттки, изготовленных на основе полупроводниковых гетероструктур, была разработана модель самосогласованного решения одномерных уравнений Пуассона и Шредингера Из решения уравнения Пуассона получаем распределение по толщине структуры электростатического потенциала и (г) Уравнение Шредингера решается для эффективного потенциала ¥(г), который учитывает форму дна зоны проводимости ЛЕс(г) нелегированной гетероструктуры с учетом разрывов зон на границах квантовой ямы, влияние свободных электронов в зоне проводимости и ионизованных доноров, а также внешнее напряжение смещения Ут прикладываемое к структуре

V(z)=-qU(z)+^El{z) (3)

Заряд в области квантовой ямы представляет собой распределение

плотности двумерного электронного газа, которое зависит от волновых функций Ч'^г) и собственных значений энергии Е1, полученных из уравнения Шредингера

вгоМ = 9 ^^ 5>{1 + ехр[{Ен-Е,)1кТ]}\Ч>,{4> (4)

Система взаимодействующих дифференциальных уравнений Пуассона и Шредингера не может быть решена аналитически, поэтому использовался численный подход на основе метода конечных разностей (МКР) Для дискретизации дифференциальных уравнений Пуассона и Шредингера реальное пространство было разбито узлами сетки с однородным размером ячейки С помощью интерполяционного полинома второй степени были получены приближенные выражения для производных первого и второго порядка искомых функций и (г) и Щг) по трем точкам, так называемые центральные разностные отношения Решение системы дифференциальных уравнений Пуассона и Шредингера было сведено к решению систем линейных уравнений с матрицами высокой размерности (более 1000x1000 элементов) Использование схемы Холецкого при решении таких систем позволило значительно повысить скорость вычислений Для получения самосогласованного решения уравнений Пуассона и Шредингера использовалась итеративная процедура

Самосогласованное решение уравнений Пуассона и Шредингера позволяет определить форму эффективного потенциала У(г) как функцию напряжения смещения У,т приложенного к диоду Шоттки Согласно теореме Гаусса, для данного напряжения смещения Угех, полный заряд в структуре пропорционален величине электрического поля на поверхности образца Етгу

dV{z)

surf' surf dz

surface

(5)

Для расчета емкости данной структуры используется квазистатическое приближение, т е

--V rev

ÁV

el -éS.

4v = v -¿.у

rev V = V

rev . (6)

где AQ есть полное изменение заряда, обусловленное изменением обратного смещения AVоколо статической точки V,ev

Представленная модель для расчета емкости диода Шоттки основана на квази-статическом приближении, те не учитывается временная зависимость изменения заряда dQ, вызванного изменением напряжения смещения dV На практике, для измерения дифференциальной емкости к барьеру Шоттки (или р-п-переходу) прикладывается напряжение, состоящее из двух компонент постоянного напряжения смещения Vrev и гармонического сигнала V на частоте f

ove

H'hr^+K* > К, =ÓTcxp(j0Jt), (7)

где со = 2 лf, t — время, 8V - амплитуда модулирующего сигнала Из рассмотрения полного импеданса Z барьера Шоттки при гармоническом воздействии (выр 7) следует, что его эквивалентная схема может быть сведена к параллельному соединению емкости С,„ и проводимости Gm, которые и измеряются в эксперименте Показано, что наличие в полупроводниковом материале дефектов с глубокими уровнями может приводить к появлению дополнительного вклада в полную емкость структуры, если частота измерений со будет много меньше темпа термической эмиссии е„ носителей заряда с глубокого уровня

e'n=V,ha„Nc^V[-Er/kT^ (8)

При условии е„ наблюдается увеличение амплитуды сигнала проводимости G,„ Показано, что для подавления вклада в емкость структуры С,„ от глубоких уровней необходимо выбирать условия измерения, когда со » е„ Однако, повышение частоты измерительного сигнала/ может привести к уменьшению величины измеряемой емкости Ст из-за появления вклада от последовательного сопротивления Rs в эквивалентной схеме барьера Шоттки При этом наблюдается рост амплитуды сигнала прово-

v/ (цт )

Рис.2 С- V (а), в-У(б) и ЛЬ-И7 (в) характеристики диода Шоттки с квантовой ямой, измеренные при Т= 300К на разных частотах / Сплошная линия -результаты расчетов

Рис.3 С-V(а), в-V(б) и Ыа-IV(в) характеристики диода Шоттки с квантовой ямой, измеренные при Т = 86 К на разных частотах f Сплошная линия - результаты расчетов

димости (?т Показано, что для минимизации искажений емкости структуры Ст необходимо выбирать условия измерения, когда величина С„, на порядок превышает приведенную проводимость <7,„/¿у Далее в работе рассматриваются методы измерения параметров дефектов с глубокими уровнями, такие как нестационарная спектроскопия глубоких уровней (НСГУ) [10] и спектроскопия полной проводимости [11] Предложенная квазистатическая модель была использована для анализа экспериментальных вольт-емкостных характеристик диодов Шоттки на основе полупроводниковых гетероструктур с одиночными и повторяющимися квантовыми ямами на основе систем 1пСаАз/1пА1Ав и СаАв/АЮаАз

На Рис 2а и 26 представлены результаты измерений при Т = 300 К частотной зависимости емкости С и проводимости О от напряжения обратного смещения для диода Шоттки на основе гетероструктуры с одиночной квантовой ямой 1п0 47Са0 53 Ав с шириной 5 нм в матрице 1п0 52А1о 48^ п-типа проводимости При уменьшении частоты измерений от 1 МГц до 500 Гц происходит повышение измеряемой емкости структуры (Рис 2а), которое сопровождается значительным ростом проводимости (5 (Рис 26) С помощью метода НСГУ было установлено, что это связано с вкладом в емкость и проводимость от дефектов с глубокими уровнями (с Ет= 0 64 эВ

-13 2

и (Усо— 5 3x10 см ), типичными для слоев 1п0^А^наЛя, выращенных методом МПЭ В соответствии с выр 8 для минимизации вклада в емкость от этих электронных ловушек при Т = 300 К измерительная частота/должна быть значительно выше 200 Гц Совпадение экспериментальных С-У характеристик структуры МВЕ779, измеренных при /=100 кГц и / = 1 МГц (Рис 2а) указывает на то, что глубокие ловушки не вносят искажений в С-К характеристики в этом диапазоне частот измерительного сигнала При этих частотах приведенная проводимость О/27$' находится на уровне нескольких пФ (Рис 26), что значительно ниже измеряемой емкости структуры

При Т=Ш К с повышением измерительной частоты / от 5кГц до 1 МГц становится существенным влияние последовательного сопротивления структуры К„ что приводит уменьшению емкости структуры (Рис За) и появлению значительного сигнала приведенной проводимости в/2 7$ (Рис 36) Совпадение С-У характеристик структуры при /= 5 кГц и/ = 500 Гц (Рис За) и малый сигнал приведенной проводимости С/2тг/'на уровне нескольких пФ (Рис 36) позволяют нам сделать заключение, что в этом диапазоне частот влияние последовательного сопротивления на емкость структуры становится незначительным Таким образом, для моделирования С-У характеристик структуры с квантовой ямой с помощью квазистатической модели на основе самосогласованного решения уравнений Пуассона и Шредингера были выбраны измерения, сделанные при Г=300 К на частоте 100 кГц (Рис 2а) и при Т= 86 К на частоте 5кГц (Рис За) Как видно из Рис 2а и За, модельные расчеты достаточно хорошо описывают экспериментальные данные, полученные при минимизации сигнала приведенной проводимости а2л$

Показано, что из анализа вольт-емкостных характеристик может быть определен разрыв зон на гетерогранице АЕС, а также энергетический спектр уровней Е, и волновые функции локализованных состояний % в квантовой яме (Рис 4а,б)

Установлено, что разрыв зоны проводимости в квантовой яме для согласованной по параметру решетки гетерограницы 1п0 52А10 адАэАпо 5зСао 47-^

1x10

- 5x10

1x10

5x10

0 36 О 37 0 38 Ш (мш)

Рис.4 Эффективный потенциал V (сплошная линия) и распределение электронной плотности в структуре с квантовой ямой, рассчитанные при Г=300 К (а) и Г= 86 К (б) Горизонтальные линии в слое КЯ отражают положение энергетических уровней (Е0 = 97 9 мэВ Е: = 407 6 мэВ) На рисунке (б) приведено сравнение Лес- IV профилей в области квантовой ямы экспериментальных (Д - Т = 86 К и/= 5 кГц , О - Т= 300 К и /= 100 кГц) и теоретических (сплошная линия - Т = 86 К и пунктирная линия - Г= 300 К)

равен АЕС = 0 49 эВ Это достаточно хорошо

согласуется с величиной АЕС = 0 50 эВ, полученной

из анализа вольт-емкостной характеристики одиночной гетерограницы 1п0 52А10 48Аз/1По 5зОа0 47А5 [5] Наблюдается также хорошее соответствие с модельными расчетами на основе теории функционала плотности локальных псевдопотенциалов [12], которые тоже дают величину АЕС = 0 50 эВ для гетерограницы

1п0 52А10 48А8/1п0 5зСа() 47Ая Из анализа вольт-емкостных характеристик диодов Шоттки с упруго напряженным слоем

квантовой ямы на основе рассогласованной по параметру решетки системы 1п0 52А10 48Аэ/1По боСгао 4()Ак было установлено, что в данном случае величина разрыва зон проводимости составляет АЕС = 0 53 эВ, что также согласуется с

расчетами на основе теории функционала плотности локальных псевдопотенциалов [12] Следует отметить, что данный метод определения разрывов зон на гетеро-границах имеет высокое разрешение по энергии (до 20 мэВ), и в отличие от оптических методов позволяет независимо определять разрывы зон проводимости и валентных зон на гетерогранице, используя структуры пи р-типа проводимости Кроме того, исследование структур с квантовыми ямами позволяет определять величину разрыва зон проводимости в структурах с упруго напряженными слоями, которые не могут иметь большую толщину из-за релаксации механических напряжений с образованием дислокаций и дефектов

На рис 2в и Зв представлены эффективные профили распределения концентрации свободных носителей заряда ЛГС(,-И/Г, рассчитанные из вольт-емкостных характеристик (Рис 2а и За) в приближении обедненного слоя

[3]

МсуЮ=-?! , Ч , (9)

Установлено, что максимум характеристики в области геометриче-

ского положения слоя квантовой ямы связан с аккумуляцией там электронов на уровнях размерного квантования (Рис 2в, Зв) Кроме того, из сравнения с модельными расчетами было показано, что профиль распределения концентрации свободных носителей заряда Ы(у- IV не описывает форму распределения электронной плотности в области КЯ (Рис 4а,б,в) Это связано с тем, что выражение (9) для расчета распределения концентрации Ысу-^У было получено для трехмерного распределения заряда в структуре Установлено, что в области квазипостоянной емкости (Рис 2а и За) определяющим является изменение двумерного заряда ¿/(^д в квантовой яме (выр (4)), поэтому сильная температурная зависимость полуширины пика Мс-у-РУ в квантовой яме (Рис 4в) определяется тепловым уширением края Фермиевского распределения

На основе анализа вольт-емкостных характеристик диодов Шотгки на базе полупроводниковых структур с широкими квантовыми ямами (25 нм) на основе системы 1п0 5гА1о 48Аз/1по бОао 4Аб показано, что при температуре 60 К два нижних энергетических состояния в КЯ заполнены электронами Далее приведены результаты анализа вольт-емкостных характеристик сверхрешеток со слабосвязанными квантовыми ямами на основе системы 1по52А1о48А8/1по5зОао47А8 Установлено, что из-за высокой концентрации носителей в квантовых ямах с ростом напряжения обратного смещения V происходит их последовательное опустошение от электронов Изменение ширины ОПЗ барьера Шоттки блокируется ближайшей заполненной КЯ, и емкость структуры не зависит от напряжения Как только с ростом напряжения смещения V концентрация электронов в КЯ становится менее 1x1010 см"2, край ОПЗ барьера Шоттки перескакивает к следующей КЯ, что сопровождается скачкообразным изменением емкости структуры Таким образом, в данной главе была представлена модель для расчета С-У и Л/сг IV характеристик полупроводниковых многослойных гетероструктур с квантовыми ямами на основе численного решения самосогласованных уравнений Шредингера и Пуассона с помощью метода конечных разностей Показано, что данная модель позволяет определить параметры квантоворазмерных слоев при условии, что учтено влияние на емкость гетероструктуры дефектов с глубокими уровнями и активных потерь

Во второй главе представлены результаты исследований самоорганизованных квантовых точек 1пАв в матрице ваАв

Во введении к данной главе сделан краткий обзор сведений о самоорганизованных КТ Поскольку гетеросистема МАв/СаЛв характеризуется достаточно большим рассогласованием постоянных решеток (около 7 %), то при эпитаксиальном осаждении сильно напряженного слоя 1пАз на поверхности СаАБ происходит изменение характера роста от двумерного к трехмерному, когда на планарной поверхности ОаАв образуются островки 1пАв [13] Эти островки лежат на остаточном двумерном слое 1пАз с толщиной порядка 1 монослоя, который называется смачивающим слоем (\\Ъ) Такой механизм роста, где сочетается образование трехмерных островков и остаточного смачивающего слоя, называется механизмом Странски-Крастанова Последующее заращивание островков 1пАз слоем ваАв приводит к образованию структуры, где слой островков из узкозонного материала ХпАэ находится внутри слоя широкозонного материала СаАз Характерный размер островков ХпАэ - порядка 10 нм, что сравнимо с длиной волны ДеБройля в данном материале Кроме того, система ^Ав/СаЛя представляет собой гетеропереход первого рода Таким образом, 1пАв квантовые точки в ваАв матрице представляют собой нуль-мерную атомо-подобную структуру с уровнями размерного квантования для электронов и дырок [14,15]

В этой главе представлена, основанная на решении уравнения Пуассона модель, для расчета квазистатических С-К-характеристик структур п- или ¿»-типа проводимости, содержащих плоскость квантовых точек, ориентированную параллельно плоскости барьера Шоттки Эта модель позволяет определять расстояние от слоя квантовых точек до поверхности образца, двумерную концентрацию квантовых точек (Лу, энергетическое положение уровня электрона в квантовой точке (Д ^ и степень заполнения квантовых точек электронами в зависимости от температуры Использование матриц п- и р-типа проводимости позволяет проводить раздельное исследование дырочных и электронных состояний в квантовых точках Показано, что емкость диода Шоттки с плоскостью КТ, как и в случае структур с квантовыми ямами (выр 2), состоит из двух компонент объемной С3€> и двумерной Сдс/, связанной с изменением заряда в КТ

С = С +С = I (10)

3£> дУ дУ

Исследования с помощью просвечивающей электронной микроскопии

(ПЭМ) показали, что между квантовыми точками (пА.ч/СаАз в плоскости

имеется достаточно большое расстояние (порядка 10 нм) В то же время,

из теоретических расчетов следует, что волновые функции электронов и

дырок практически полностью локализованы внутри КТ Поэтому было

предложено, что плоскость КТ 1пА8/СаА8 может быть рассмотрена как

набор невзаимодействующих центров, способных захватить несколько носителей заряда, где каждая отдельная КТ характеризуется 5-образной функцией плотности состояний Кроме того, ПЭМ исследования показали, что самоорганизованные КТ характеризуются незначительным разбросом по размерам, а, следовательно, и по энергиям квантоворазмерных состояний Это подтверждается спектрами микрокатодо- и микрофотолюминесценции, из которых следует, что широкий пик ФЛ из большого ансамбля КТ состоит из набора узких линий, связанных с люминесценцией из отдельных КТ Было показано, что для учета неоднородности размера КТ плотность состояний Ичас в слое КТ может быть описана нормальным распределением Тогда заряд, накопленный в слое КТ, с учетом Фермиевской функции распределения может быть представлен в следующей форме

'-2 {Е-Ес)'

ехр

о -аТ г I уд,

Рассмотрение полного импеданса диода Шоттки, содержащего плоскость самоорганизованных КТ, при воздействии гармонического сигнала V на частоте / (выр 7) показало, что эквивалентная электрическая схема такой структуры может сведена к параллельному соединению емкости С,„а и проводимости (7,„с

С,„0=С^М алйап(а>т,)' 4 + (®гт)2]' С^Е,) = д2 (И)

2 «г-,,,

Здесь т,„ -постоянная времени эмиссии носителей заряда из КТ Показано, что из соотношения частоты измерительного сигнала со и времени т,„ можно определить три режима измерений

1 а>тт « 1 98 — это режим квазистатических измерений в этом случае адмитанс структуры с КТ является чисто емкостным и проводимость 0,„а близка к нулю Поэтому уменьшение до нуля активной компоненты в адмитансе (выр 12) при уменьшении сотт может служить мерой равновесия в измеряемой системе

2 сотт а 1 98 — сигнал проводимости ОтС максимален, и по его величине из выр 12 можно определить величину плотности состояний в КТ в

точке пересечения с уровнем Ферми Ер Поскольку точка пересечения уровня Ферми Ер с плотностью состояний Ы^а в плоскости КТ зависит от величины обратного смещения на барьере Шоттки (Рис 1), то, изменяя напряжение смещения, можно изучать форму плотности энергетических состояний в КТ 3 сотт » 1 98 — режим «вымораживания» носителей в КТ, т к обе составляющие адмитанса (выр 12), связанные с КТ, близки к нулю Следует отметить, что применение дополнительных методов исследования позволяет значительно сократить число параметров, варьируемых в модельных расчетах квазистатических вольт-емкостных характеристик диодов Шоттки на основе структур с КТ Так, геометрическое положение слоя КТ и двумерная концентрация квантовых точек N могут быть измерены с помощью ПЭМ Величина среднего квадратического отклонения ЛЕ функции плотности состояний в КТ может быть определена из анализа пика ФЛ, связанного с электронно-дырочной рекомбинацией в КТ Поэтому концентрация электронов, локализованных в плоскости КТ, определяется формой плотности состояний в плоскости КТ (Ее,, ЛЕ,,,) и положением уровня Ферми Ер в матрице СаАв Таким образом, из анализа С- V характеристик диодов Шоттки с самоорганизованными КТ можно определить электронную структуру энергетических состояний в КТ Показано, что в соответствии с выр 11 разрешение метода по энергии повышается при понижении температуры из-за уменьшения теплового размытия края Фермиевского распределения

Показано, что, измеряя частотную и температурную зависимости функции С,„<-/&) , которая имеет максимум при сотт= 1 98 (выр 12), можно определить температурную зависимость постоянной времени эмиссии из КТ, а затем и энергию активации этого процесса Кроме того, функция Отс/а> в максимуме а 0 8 Сч,ю /2, что позволяет оценить форму плотности энергетических состояний в КТ из измерения проводимости От(/(о в зависимости от обратного смещения и величины сотт

Таким образом, разработан комплекс методов емкостной спектроскопии для исследования энергетических состояний в КТ

Данный комплекс методов был применен для проведения исследований диодов Шоттки на основе гетероструктур п-типа и р-типа проводимости с КТ, сформированными после нанесения 1 7 и 4 монослоев (МС) 1пАв на поверхность ваАв ПЭМ исследования показали, что увеличение эффективной толщины слоя 1пАв от 1 7 МС до 4 МС приводит к увеличению среднего характерного размера базы КТ от 8-9 нм до 15-17 нм

Исследование температурной и частотной зависимостей С- V и О-У характеристик структуры п-типа проводимости с КТ, сформированными после нанесения 4 МС МАв, показало, что квазистатические условия измерения могут быть получены при Т = 80 К на частотах измерительного сигнала / менее 10 кГц, когда сотт « I 98 (Рис 5а,б) Из модельных расчетов установлено, что в КТ имеется два заполненных электронных состояния Ее/ и Ее2, расположенных ниже дна зоны проводимости ОаАв на 140 мэВ {ЛЕеП = 45 мэВ) и 60 мэВ (АЕ1 = 45 мэВ), соответственно Установлено, что при увеличении величины обратного смещения происходит последовательное опустошение уровней Ее2 и Ее] от электронов, при этом в С-К характеристике наблюдается две ступеньки (Рис 6а), которым соответствуют два пика на эффективном профиле распределения концентрации свободных носителей заряда ЫС¥~ № (Рис 66) Исследования структуры р-типа проводимости с такими же КТ показало, что основное энергетическое состояние для дырок в КТ расположено на 230 мэВ выше потолка валентной зоны ОаАэ

Установлено, что уменьшение размеров базы КТ ¡пАзЛЗаАз с 15-17 нм до 8-9 нм приводит к уменьшению глубины залегания электронных и дырочных состояний в КТ по отношению к краю соответствующей зоны до

Следует отметить, что сумма энергий локализации

электронов и дырок в КТ с энергией пика ФЛ при 10 К через основные состояния дает значения в диапазоне 1 4801 520 эВ, что с учетом энергии связи экситона в КТ достаточно хорошо

согласуется с шириной запрещенной зоны СаАв (Ег (¡аА5 = 1 519 эВ)

Было обнаружено, что при понижении температуры

происходит подавление

квантовой составляющей емкости С9</, связанное с тем, что темп термической эмиссии Рис.5 С-Г(а) и в-У(0) характеристики е» электронов из КТ структуры с КТ, полученные при Т= 80К становится значительно

для разных частот измерительного сигна- меньше угловой частоты ла/

80 мэВ и 170мэВ, соответственно

измерительного сигнала со (или о.пт » 1 98), т е происходит «вымораживание» электронов на уровнях в КТ (Рис 7а) При этом появляется пик проводимости й (Рис 76), связанный с возрастанием активных потерь в структуре из-за перезарядки КТ Этот эффект связан с отсутствием транспорта в плоскости КТ и является проявлением нуль-мерной природы состояний в КТ и поэтому не наблюдается в структурах с квантовыми ямами

Обнаружение эффекта «вымораживания» позволило применить для исследования динамических свойств КТ методы спектроскопии полной проводимости и НСГУ, используемые для определения параметров дефектов с глубокими уровнями Темп эмиссии е„= 1 /т,„ носителей заряда из КТ экспоненциально зависит от температуры и энергии электронного уровня Ее, в КТ относительно дна зоны проводимости Ее

кТ

(13)

Аналогичное выражение может быть написано для темпа эмиссии дырок из КТ Таким образом, соотношение темпа эмиссии е„ и частоты измерительного сигнала со=2п$ будет зависеть от температуры Из выражений (12) для полного адмитанса диода Шоттки с КТ следует, что с ростом температуры при переходе от режима «вымораживания» к квазистатическому режиму на температурной зависимости емкости С(Т) должна наблюдаться ступенька, которой соответст-

Рис.6 С- V(а) и N^№(6) характеристики структуры с КТ при Т = 80К экспериментальные результаты (открытые символы), измеренные на частоте измерительного сигнала/= 1кГц, и модельные расчеты (сплошные линии)

Рис.7 С-У(а) и С-У (б) характеристики структуры с КТ, измеренные на частоте /= 1 МГц при различных температурах

вуег пик на температурной зависимости проводимости 0(Т)/ы ( Рис.8а) при условии а>т„, ~ 1.9Х. Показано, что, изменяя напряжение смещения, можно изучать форму плотности энергетических состояний в КТ по амплитуде пика на температурной зависимости 0{Т)/(о (Рис.8а), поскольку точка пересечения уровня Ферми £> с плотностью состояний Л^- в плоскости КТ зависит от величины обратного смещения на барьере Шотгки (выр, 12). На Рис.86 зависимость С(7}У&> для частоты измерительного сигнала /- ! МГц как функция напряжения обратного смешения V и температуры представлена в виде двумерного графика, который показывает, что, выбирая напряжение обратного смещения V и температуру, можно раздельно изучать эмиссию из основного и первого возбужденного электронных состояний В КТ.

Из квазистатических расчетов вольт-емкостной характеристики структуры с КГ была получена зависимость от напряжения смещения для емкости СЧсЮ связанной с перезарядкой КТ (Рис.9а), форма которой достаточно хорошо совпадает с зависимостью амплитуды пика С(Т)/соот напряжения смещения (Рис.96). что является экспериментальным подтверждением но-

а)

Тспрста(1Х0 ( К ]

Рис,8 й-Т характеристики структуры с КТ, полученные на частоте измерительного сигнала / - 1 МГц, в зависимости от испряжения обратного смещения У.

Рис.9 Расчетная СЧ,ГУ характеристика структуры с КТ (а). Зависимость амплитуды сигнала проводимости Слш[ (- * -), измеренного при / = 1 МГц, и энергии активации темпа эмиссии .<!,„, (-•-) от напряжения обратного смещения У (6).

лученных выр 12

Было установлено, что энергия активации темпа эмиссии электронов из КТ растет с увеличением напряжении обратного смещения V (Рис 96), т к уровень Ферми ЕР пересекает все более глубокие (относительно дна проводимости Ес матрицы ваАв) электронные состояния в плоскости КТ Максимуму плотности состояний основного электронного уровня Ее0 в КТ соответствует энергия активации Аас,Еео = 76 мэВ, а для первого возбужденного состояния Ее1 эта величина составляет ЛааЕе1 =15 мэВ (Рис 96) В обоих случаях эта величина значительно ниже значений Ее0 = 140 мэВ и Ее1 = 60 мэВ, определенных из квази-статического анализа С- V характеристик Предлагается модель, согласно которой эмиссия электронов из 1пАз КТ в зону проводимости Ее матрицы ОаАв идет в несколько этапов через промежуточные состояния Из основного электронного состояния Еео электрон термически забрасывается на виртуальное возбужденное состояние, а затем туннелирует через узкий треугольный барьер в зону проводи-

Было показано, что приложение внешнего магнитного поля (с величиной магнитной индукции до 10 Т) приводит к уменьшению темпа эмиссии электронов из 1пАя квантовых точек в СаАз матрицу из-за формирования уровней Ландау в зоне проводимости ОаАв, которые приводят к увеличению эффективной толщины туннельного барьера (Рис 10а) Было продемонстрировано, что этот эффект не зависит от ориентации магнитного поля относительно плоскости квантовых точек, что является проявлением нуль-мерной природы квантовых точек Следует отметить, что магнитное поле с величиной магнитной индукции до 10 Т не влияет на электронную структуру КТ [пАв/СаЛв, т к магнитная длина в этом случае называют энергетические уровни для значительно больше характерного электронов Ее, для дырок Еы в КТ размера КТ

мости Ес матрицы ОаАя (Рис 10а)

Е<=

Рис.10 Механизмы эмиссии электронов (а) и дырок (б) из КТ в ОаАв матрицу Горизонтальные линии по-

С помощью метода НСГУ были проведены исследования темпов эмиссии электронов и дырок из КТ с использованием структур п- и р-типа проводимости, соответственно Следует отметить, что энергия активации эмиссии электронов из КТ 1пАб (Б,!4 « 82 мэВ), полученная из НСГУ измерений, достаточно хорошо согласуется с данными спектроскопии полной проводимости этих же структур в максимуме плотности состояний основного уровня электронов в КТ 1пАв Е„ « 74 мэВ (Рис 96) Наличие постоянного сигнала в НСГУ спектре при температурах ниже 30 К (Рис 11а) связано с тем, что в этой области температур темп термической эмиссии электронов из основного состояния Ее0 КТ незначителен, и основным механизмом эмиссии электронов из КТ является туннелирование из основного состояния в барьер ваАв (Рис 10а) Темп туннелирования не зависит от температуры, поэтому постоянная времени релаксации емкости, связанной с эмиссией электронов из КТ, тоже не зависит от температуры, что приводит к появлению постоянного сигнала на выходе двухстробного интегратора НСГУ (Рис 11а) Показано, что с повышением температуры идет термически активированное туннелирование электронов из 1пАз КТ в зону проводимости ОаАв (Рис 10а) Тот факт, что эффективная масса дырок выше, чем у электронов приводит к уменьшению туннельной прозрачности ваАв барьера, поэтому требуется большая энергия для термической активации туннелирования дырок из 1пАв КТ в валентную зону ваАв (Рис 106) Кроме того, дырочные состояния ХпАв КТ лежат глубже, чем электронные по отношению к соответствующему краю запрещенной зоны йаАв Показано, что при измерении НСГУ спектров с ростом напряжения смещения ¥геу энергия термической активации уровня Ндо линейно уменьшается с наклоном около -9 мэВ/В Экстраполяция к нулевому напряжению смещения Угеу дает величину энергии активации равную Еар « 194 мэВ, что достаточно хорошо согласуется с положением основ-

Temperature (К)

б)

12 14 16 18

1000П" ( К ' )

Рис.11 НСГУ спектры (а) и график Аррениуса (б) для темпов эмиссии электронов Ед0 и дырок Нд0 из самоорганизованных КТ 1пА8/ОаА8, измеренные на структурах п- и р-типа, соответственно

ного дырочного уровня в КТ Ею = 230 мэВ, определенным из анализа С-V характеристик структуры р-типа проводимости с КТ Исследование температурной зависимости темпов эмиссии носителей из КТ показало, что темп эмиссии электронов из КТ на несколько порядков превышает темп эмиссии дырок (рис 116)

В третьей главе представлены результаты исследований оптических свойств самоорганизованных квантовых точек 1пАз в матрице ОаАв с помощью фототоковой спектроскопии Показано, что интенсивность сигнала фототока 1рс в спектральной области поглощения КТ зависит от соотношения темпа рекомбинации и темпов эмиссии носителей заряда, фотовозбужденных в КТ

Для описания сигнала фототока 1РС от КТ была предложена модель на основе системы динамических уравнений, описывающих все возможные состояния КТ при оптическом возбуждении При этом задача была сведена к рассмотрению лишь основных электронных и дырочных состояний в КТ Показано, что фототок 1РС, протекающий в структуре с КТ, в стационарном режиме определяется темпом генерации (§) электронно-дырочных пар в КТ, соотношением темпов эмиссии электронов (1/те) и дырок (1 / гА) из КТ, темпом рекомбинации (1/гг) электронно-дырочных пар в КТ и количеством КТ (N(>0"*), оптически активных в спектральном диапазоне линии оптического возбуждения Кроме того, как было показано ранее в Главе 2, для ЪАз/СаАя КТ темп эмиссии дырок значительно ниже темпа эмиссии электронов, поэтому

ЧёКо (14)

тг

Было продемонстрировано, что, управляя равновесным заполнением электронных состояний в КТ с помощью внешнего напряжения смещения, можно модулировать поглощение фотонов в КТ и, следовательно, сигнал фототока 1РС от КТ Далее на основании исследований температурной зависимости фототока 1РС от КТ ХпАзЛЗаАз при малых уровнях возбуждения (£ « 1 /г* ) было показано, что величина сигнала фототока 1рС действительно контролируется температурной зависимостью темпа эмиссии 1 /те фотовозбужденных электронов из КТ Показано, что сигнал фототока 1РС от КТ подавляется, если темп эмиссии 1/ге электронов из КТ ниже темпа рекомбинации экситона 1/гг ~ 109 сек"1 для КТ ЫАя/ОаАв Продемонстрировано, что при этих условиях измерения фототока 1РС большая часть КТ была нейтральной, так что положительный заряд фотовозбужденных дырок в КТ, остававшихся после быстрого ухода электронов, не оказывал

значительного влияния на динамику носителей и интенсивность оптического поглощения в КТ

Наиболее интересной и важной с практической точки является ситуация высокого уровня возбуждения, когда g » 1/ц В этом случае будут проявляться нелинейные оптические свойства полупроводниковых гетерост-руктур с КТ Ранее было показано, что поскольку для формирования КТ используются процессы самоорганизации, то электронный спектр массива КТ имеет значительное неоднородное уширение (Г] ~ 50 мэВ) из-за разброса КТ по составу и размерам С другой стороны, самоорганизованные КТ характеризуются атомо-подобной электронной структурой с малым однородным уширением (Г\ <100 мкэВ) Поэтому данная система может быть использована для реализации эффекта фотофизического «выжигания дыры» в спектре поглощения КТ, где самоорганизованные КТ можно использовать в качестве оптически и электрически управляемых ловушек носителей заряда Наличие носителя заряда (электрона или дырки) в КТ будет модифицировать поглощение данной КТ, при этом свойства остальных КТ массива останутся без изменений Тогда по изменению неоднородно уширенного спектра поглощения системы самоорганизованных КТ можно будет детектировать заполнение КТ носителями заряда, так называемый эффект «выжигания дыры» в спектре поглощения Наличие или отсутствие спектральной дыры в спектре поглощения системы КТ может быть использовано для бинарного представления данных Таким образом, на основе самоорганизованных КТ можно создать новый тип элемента памяти Кроме того, данная система может быть использована в качестве нелинейного оптического устройства

Исследования эффекта «выжигания дыры» в спектрах поглощения самоорганизованных КТ проводились на полупроводниковых гетероструктурах, где слой самоорганизованных КТ 1пАэ был вставлен в середину 1-слоя р-1-п-структуры на основе СаАэ (Рис 12а) Спектральные зависимости фототока измерялись при низких температурах, когда термическая активация подавлена, и основным механизмом выхода носителей заряда из КТ является туннелирование

Для записи спектров фототока 1РС в качестве источника возбуждения использовалась галогеновая лампа в комбинации с монохроматором Для резонансного возбуждения КТ использовался перестраиваемый Т1-сапфировый лазер

Показано, что при низких температурах (Т < 10 К) амплитуда фототока 1рс, связанного с поглощением в КТ, зависит от электрического поля в р-1-п-структуре, которое контролирует темп туннелирования (х4ипп)' носителей заряда из КТ через треугольный барьер (Рис 12а) При большом напряжении обратного смещения амплитуда фототока 1РС от КТ насыщается, т к практически все фотовозбужденные в КТ носители заряда разделяются

и дают вклад в фототок 1РС При уменьшении напряжения обратного смещения падает темп туннелирования (Тшпп)"' носителей заряда из КТ, поэтому при этих условиях практически все фотовозбужденные носители заряда рекомбинируют в КТ и не дают вклада в фототок 1РС На Рис 126 представлена зависимость сигнала фототока 1Рс от КТ при Т = 7 К, от наличия подсветки (Рта) Ть сапфирового лазера в непрерывном режиме с энергией кванта света 1 37 эВ Пики фототока, расположенные при энергиях фотона 1 37 эВ и 1 46 эВ, связаны с поглощением фотонов между основными и возбужденными состояниями в КТ, соответственно Резкое увеличение фототока наблюдается при поглощении фотонов в смачивающем слое ¡пАв (1 49 эВ) в матрице ваАв (151 эВ) Это связано со значительным увеличением плотности состояний в этих слоях по сравнению со слоем самоорганизованных КТ Исследования показали, что подавление сигнала фототока 1РС наблюдается не только для основного состояния КТ (переход ед-Ио), соответствующего энергии кванта Ъ-сапфирового лазера, но и для возбужденного состояния КТ (переход е/-/?/) (Рис 126) Следует отметить, что «выжигание дыры» в спектре поглощения КТ началось только при мощности возбуждения Тьсапфирового лазера выше 100мВт Это связано с тем, что данный тип КТ 1пСаАя/ОаАя характеризуется высокой плотностью (порядка 10п см"2) и достаточно мелкими энергетическими состояниями электронов и дырок по отношению к соответствующему краю запрещенной зоны ОаАэ и уровням в смачивающем слое ЫАв Поэтому возможен транспорт носителей заряда между КТ в плоскости, и дырки, возбужденные лазерным излучением, будут распределены по основным состояниям всего массива КТ

Для понижения темпа генерации g, необходимого для наблюдения эффекта «выжигание дыры», было предложено использовать структуры с КТ большего размера, которые характеризуются более глубокими энергиями локализации носителей в КТ Для дополнительного понижения темпа туннельной эмиссии дырок из КТ в р-1-п-структуре с одной стороны от слоя

а) ГпАв

Епегду (eV)

Рис.12 (а) Энергетическая диаграмма р-1-п-структуры с КТ (б) Спектры фототока 1Рс структуры с КТ

КТ был вставлен барьер 1-А10 зОа0 уАв с толщиной 300 А (Рис 13) Использование этой структуры позволило на несколько порядков снизить мощность оптического возбуждения от Ть

12 13 14 photon energy (eV)

сапфирового наблюдения «выжигание

лазера для эффекта дыры» в

Рис.13 Спектры фототока 1РС структуры с КТ, измеренные с и без оптического возбуждения от Тьсапфирового лазера

спектрах фототока 1рс структуры с КТ На Рис 13 в спектре фототока 1рс структуры с КТ отчетливо наблюдается спектральная дыра при энергии кванта Тьсапфирового лазера 1 1322 эВ Следует отметить, что мощность возбуждения Тьсапфирового лазера была примерно 6 мВт (0 5 Вт/см2)

Установлено, что с повышением температуры глубина «дыры» постепенно уменьшается и при Т = 100 К исчезает вообще Это связано с ростом темпа ТермИЧеСКОЙ ЭМИССИИ Т^епп фотовозбужденных дырок из КТ Кроме того, при температурах ниже 40 К за пределами диапазона, соответствующего линии Тьсапфирового лазера, наблюдается усиление сигнала фототока 1Рс в области основного

поглощения КТ (Рис 13) Показано, что это явление связано с оптически активированной эмиссией фотовозбужденных дырок из КТ Были проведены измерения температурной зависимости фототока 1рс при лазерном возбуждении с энергией фотона 0 980 эВ, что значительно ниже, чем энергия основного состояния в КТ Установлено, что при температурах ниже 60 К с ростом интенсивности лазерной подсветки наблюдается усиление сигнала фототока 1рс в области основного поглощения

1 126 1 128 1 130 1 132 1 134 1 136 1 138 1140 1 142

photon energy (eV)

Рис.14 Спектр фототока 1РС структуры с КТ, измеренный с оптическим возбуждением от Тьсапфирового лазера

КТ При температурах выше 60 К эффект оптической активации эмиссии дырок из КТ не наблюдается, так как значительно возрастает темп термической эмиссии дырок

Из измерений насыщения спектра фототока 1РС от КТ при Т = 7 К в зависимости от электрического поля и интенсивности оптического возбуждения при записи 1РС установлено, что в электрическом поле 100 кВ/см постоянная времени туннелирования дырок из КТ составляет 1 5 мсек Оптимальное соотношение между электрическим полем и интенсивностью оптического возбуждения для записи «выжигания дыры» в спектре поглощения КТ было получено при Г= 4 6 К в электрическом поле 100 кВ/см при мощности оптического излучения для записи спектра фототока 1РС на уровне ~ 100 нВт При этом для формирования «спектральной дыры» (Рис 14) использовалось возбуждение от Тьсапфирового лазера с энергией фотона Ершпр = 1 1323 эВ и мощностью 9 мкВт (~ 0 5 мВт/см2) Было обнаружено, что в спектре фототока 1РС наблюдается также увеличение поглощения с высокоэнергетичной стороны от «спектральной дыры», сдвинутое примерно на 1 мэВ (Рис 14) Это связано с накоплением дырок в КТ, резонансно возбужденных лазерным излучением, которое приводит к сдвигу поглощения в этих КТ из-за образования положительно заряженного трио-на (А4) Следует отметить, что величина и направление этого сдвига хорошо согласуются с энергиями связи триона в диапазоне 1-33 мэВ, измеренными на изолированных КТ

В четвертой главе представлены результаты исследований эпитаксиаль-ных слоев низкотемпературного ОаАв с наноразмерными кластерами мышьяка методом емкостной спектроскопии Арсенид галлия, выращиваемый методом МПЭ при низких температурах Т<300°С (ЬТ-ОаАв), привлекает большое внимание благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокое удельное электрическое сопротивление и фемтосекундные времена жизни неравновесных носителей заряда Главной особенностью ЬТ-СаАя является избыток мышьяка Аэ (до 1 5 ат %), захватываемый в растущий слой при низкотемпературной эпитаксии При этом создается высокая концентрация точечных дефектов типа антиструктурного дефекта Авоа, междоузельного мышьяка Аэ,, вакансии галлия У0а и их комплексов В процессе отжига ЬТ-СаАз при высокой температуре (Т>500 °С) происходит формирование наноразмерных кластеров Ая, встроенных в матрицу СаАы Несмотря на то, что этот материал уже нашел целый ряд приборных применений, природа его электронных свойств до сих пор является предметом дискуссии

Для исследования использовались структуры с барьером Шоттки АиЛЗаАв, в которых тонкий слой ЬТ-СаАя (с толщиной ~ 100 нм), содержащий кластеры Ав, был вставлен между двумя однородно легированными слоями

06 0 £ №/ (цт)

Рис.15 С-У(а) и б) характеристики Р-

структуры, измеренные на частоте 10 кГц при 77 К Сплошные линии - модельные расчеты

СаАк п- или р-типа проводимости (далее Ы- и Р-струкгуры, соответственно), выращенными при стандартных температурах Для оценки заряда, аккумулированного в слое ¿Г-СаАя, было проведено моделирование С- V характеристик и профиля

распределения концентрации свободных носителей Л^^И7 для Р- и Ы-структур при низких температурах Модельные расчеты основаны на численном решении одномерного уравнения Пуассона методом конечных разностей При этом предполагалось, что темп эмиссии аккумулированных носителей незначителен, так что концентрация электронов или дырок (Л^7), локализованных в слое ЬТ-йаАв, не зависит от обратного напряжения Ут, на структуре

Из количественного анализа характеристик Р-структуры при

Т= 77 К было установлено (Рис 15а,б), что в слое ¿Г-ОаАз аккумулируется заряд, соответствующий слоевой концентрации дырок Л^г=0 8x10й см"2 Сравнение расчетов с экспериментальными результатами для Л'-структуры показало, что наилучшее совпадение наблюдается при Щьт=1 0х1012 см С помощью ПЭМ было показано, что концентрации кластеров мышьяка сравнимы с концентрацией аккумулированных в ЬТ-ваАэ носителей заряда {N(4 ~ 4x10" см"2 для Л'-структуры и Иа ~ 6х 1()" см"2 для .Р-структуры) при этом средний диаметр кластеров мышьяка лежит в диапазоне от 5 до 7 нм

Численный анализ С-К и NCy-W характеристик на основе одномерного решения уравнения Пуассона показал, что и электроны, и дырки аккумулируются на локальных уровнях, расположенных несколько выше середины запрещенной зоны СаАя

Установлено, что при приложении обратного напряжения темп эмиссии дырок из слоя ЬТ-ОаАв в Р-структуре значительно ниже темпа эмиссии электронов из слоя ¿Г-ОаАя в ТУ-структуре

Проведенные исследования показали, что присутствие тонкого слоя ЬТ-ваАв приводит к значительному увеличению напряжения электрического пробоя диода Шоттки Средняя по структуре напряженность электрического поля пробоя составляет ~230 В/см, что соответствует значениям, характерным для толстых слоев ЬТ-СаАв, и существенно превышает вели-

чины, характерные для обычного п-ОаАв и стехиометрического полуизолирующего ОаАв

Таким образом, установлено, что слой ¿Т-СаАь, содержащий кластеры мышьяка, аккумулирует электроны, если он помещен между слоями п-ОаАв, и аккумулирует дырки, если он помещен между слоями />ОаАз При этом вокруг слоя ЬТ-ОаАв происходит образование широкой области пространственного заряда (Рис 156) Проведенные исследования СУ-характеристик п-ЬТ-п и р-ЬТ-р структур с барьером Шоттки позволяют заключить, что наноразмерные кластеры мышьяка, сформированные в результате высокотемпературного отжига в матрице ¿Г-СаАв, ведут себя как амфотерные глубокие центры, которые захватывают электроны в п-матрице, заряжаясь отрицательно, и дырки в р-матрице, заряжаясь положительно

В Заключении отмечено, что в диссертационной работе с помощью емкостной спектроскопии проведены исследования широкого круга полупроводниковых гетероструктур с квантоворазмерными слоями Исследования объединены единым подходом, основанном на анализе емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками

В заключении также сформулированы основные результаты работы

1 Разработана модель для численного расчета квазистатических вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами Эта модель основана на самосогласованном решении одномерных уравнений Шредингера и Пуассона методом конечных разностей и не имеет ограничения на количество слоев в гетерострук-туре

2 Показано, что для минимизации искажений емкости С,„ полупроводниковых гетероструктур необходимо выбирать такие условия измерения (температура и частота измерительного сигнала), когда в полном импедансе структуры величина С,„ на порядок превышает приведенную проводимость 0,„/со, которая определяется вкладом от дефектов с глубокими уровнями и активных потерь, не учитываемых при модельных расчетах вольт-емкостных характеристик

3 На примере диодов Шоттки на основе полупроводниковых гетероструктур с одиночными и повторяющимися квантовыми ямами с использованием систем 1пСаА8/1пА1Аз и ОаАв/АЮаАв показано, что численное моделирование экспериментальных квазистатических вольт-емкостных характеристик этих структур на основе самосогласованного решения дифференциальных уравнений Пуассона и Шредингера позволяет определять геометрическое положение квантовораз-мерных слоев и их толщину, электронную структуру и волновые

функции состояний в квантовых ямах, распределение электронной плотности по толщине структуры и разрывы зон на гетерограницах

4 Анализ вольт-емкостных характеристик диодов Шоттки на основе полупроводниковых гетероструктур с одиночными квантовыми ямами на основе систем 1п0 470а<) 53 АзЛпо 52 А1() 4« Аб и 1п0 4оОа(| 60А8/1по 5гА1о 48Ав показано, что модельные расчеты позволяет с точностью до 20 мэВ определять величину разрыва зон на гетеро-границе Данный метод позволяет определять величину разрыва зон проводимости в структурах с упруго напряженными слоями, которые не могут иметь большую толщину из-за релаксации механических напряжений с образованием дислокаций и дефектов

5 Установлено, что распределение концентрации свободных носителей заряда, полученное из вольт-емкостной характеристики гетерострук-туры с квантовой ямой в приближении обедненного слоя, не описывает распределение плотности заряда в квантоворазмерном слое При этом полуширина эффективного профиля распределения концентрации свободных носителей в квантовой яме сильно зависит от температуры и определяется тепловым уширением края Фермиевского распределения

6 Разработана модель для численного расчета квазистатических вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур, содержащих слой с квантовыми точками Показано, что плоскость самоорганизованных КТ может быть рассмотрена как набор невзаимодействующих центров Из-за разброса самоорганизованных КТ по размеру и составу плотность состояний в плоскости КТ может быть представлена в виде нормального распределения Установлено, что среднее квадратическое отклонение плотности электронных состояний массива КТ, определенное из анализа вольт-емкостных характеристик гетероструктур с КТ, согласуется с шириной линии фотолюминесценции из КТ

7 Обнаружено, что при понижении температуры происходит «вымораживание» носителей заряда на электронных уровнях в КТ ¡пАз/ОаАй, связанное с тем, что темп эмиссии носителей заряда из КТ становится значительно меньше угловой частоты измерительного сигнала со Этот эффект связан с отсутствием транспорта в плоскости КТ и является проявлением нуль-мерной природы состояний в КТ и поэтому не наблюдается в структурах с квантовыми ямами, которые характеризуются высокой проводимостью в плоскости квантовой ямы

8 Показано, что в электрическом поле эмиссия носителей заряда из самоорганизованных квантовых точек 1пАз в матрицу ОаАБ осуществляется путем термически активированного туннелирования Наличие стадии туннелирования в процессе эмиссии приводит к тому, что темп эмиссии электронов из квантовых точек на несколько порядков пре-

вышает темп эмиссии дырок, поскольку эффективная масса электронов значительно ниже, чем дырок

9 Показано, что при измерении спектров полной проводимости на структурах с КТ амплитуда пика на температурной зависимости 0(Т)/со зависит от величины плотности энергетических состояний Мдс/С в КТ в точке пересечения с уровнем Ферми Ер Поскольку точка пересечения уровня Ферми Ер с плотностью состояний Ычс/а в плоскости КТ зависит от величины обратного смещения на барьере Шоттки, то, изменяя напряжение смещения, можно определять форму плотности энергетических состояний в КТ

10 Показано, что приложение магнитного поля до ЮТ приводит к уменьшению темпа эмиссии электронов из КТ 1пАк/СаА8 из-за эффективного заглубления электронного уровня в КТ, вызванного формированием уровней Ландау в зоне проводимости ОаАэ Этот эффект не зависит от ориентации магнитного поля относительно плоскости КТ, что связано с нуль-мерной природой квантовых состояний в КТ

11 При Т < 100 К обнаружен эффект фотофизического «выжигания дыры» в неоднородно уширенном спектре поглощения массива самоорганизованных КТ ХпАвАЗаАз, где самоорганизованные КТ используются в качестве оптически и электрически управляемых ловушек носителей заряда Показано, что эффект «выжигания дыры» связан с аккумуляцией дырок в КТ При этом в спектре поглощения КТ появляется дополнительный пик, связанный с образованием положительно заряженного триона (Х^)

12 С помощью моделирования вольт-емкостных характеристик, основанного на численном решении уравнения Пуассона, показано, что нано-размерные кластеры мышьяка, сформированные в результате высокотемпературного отжига в матрице ЬТ-СаАя, ведут себя как амфотер-ные глубокие центры, которые захватывают электроны в п-матрице, заряжаясь отрицательно, и дырки в р-матрице, заряжаясь положительно

Список основных публикаций по теме диссертации:

Al. P N Brounkov, S G Konmkov, T Benyattou, G Guillot, Capacitance-voltage characterization of subband levels in quantum wells // Abstracts of Invited Lectures and Contributed Papers of The 3,d International Symposium on Nanostrnctures Physics and Technology, June 26-30, St-Petersburg, Russia, p 94-96 (1995) A2. P N Brounkov, S G Konmkov, T Benyattou, G Guillot, Characterization of subband levels m quantum well using capacitance-voltage technique //Phys Low-Dim Struct 10/11, p 197-207 (1995)

A3. Р N Brounkov, Т Benyattou, G Guillot, S A Clark, Admittance spectroscopy of InAlAs/InGaAs single-quantum-well structure with high concentration of electron traps in InAlAs layers // J Appl Phys , 77, p 240-243 (1995)

A4. P N Brounkov, T Benyattou, G Guillot, Simulations of the capacitance-voltage characteristics of a single-quantum-well structure based on the self-consistent solution of the Schrodinger and Poisson equations Hi Appl Phys, 80, p 864-871 (1996) A5. П H Брунков, С О Усов, Ю Г Мусихин, А Е Жуков, Г Э Цырлин, В М Устинов, С Г Конников, Г К Расулова, Определение профиля распределения концентрации носителей заряда в слабосвязанных сверхрешетках GaAs/AlGaAs // ФТП, 32, с 469-472(2004)

А6. G К Rasulova, М V Golubkov, А V Leonov, Р N Brunkov, А Е Zhukov, V М Ustinov, S О Usov, S G Konnikov, Self-sustamed oscillations in weakly coupled GaAs/AlGaAs superlattices // Semicond Sci Technol 19, S77-S79 (2004) A7. G К Rasulova, M V Golubkov, A V Leonov, P N Brunkov, A E Zhukov, V M Ustinov, S О Usov, S G Konnikov, Domain boundary instability in weakly coupled GaAs/AlGaAs superlattices //, Superlattices Microstruct, 37, p 139-150 (2005) A8. П H Брунков, С Г Конников, В М Устинов, А Е Жуков, А Ю Егоров, М В Максимов, Н Н Леденцов, П С Копьев, Емкостная спектроскопия электронных уровней в квантовых точках InAs в матрице GaAs //ФТП, 30, с 924-933, (1996) А9. Р N Brounkov, N N Faleev, Yu G Musikhin, A A Suvorova, A F Tsatsul'mkov, V M Maximov, A Yu Egorov, A E Zhukov,

V M Ustinov, P S Kop'ev, S G Konnikov, New method for quantitative characterization of ordered QD arrays // in Compound Semiconductors 1996 (Institute of Physics Conference Series 155) edby M S Shur and R A Suns Proceedings of the Twenty-Third International Symposium on Compound Semiconductors held in St Petersburg, Russia, 23-27 September 1996 (IOP, Bristol 1997) p 841-846

A10. P N Brounkov, N N Faleev, A A Suvorova, S G Konnikov,

V M Ustinov, A E Zhukov, A Yu Egorov, V M Maximov, A F Tsatsul'mkov, N N Ledentsov, P S Kop'ev, Capacitance spectroscopy of electron energy levels in self-organized InAs/GaAs quantum dots // Abstracts of Invited Lectures and Contributed Papers of The 4th International Symposium on Nanostructures Physics and technology, June 26-30, St-Petersburg, Russia, p 263-266 (1996)

All. PN Brounkov, NN Faleev, YuG Musikhin, A A Suvorova, S G Konnikov, A F Tsatsul'mkov, V M Maximov, A Yu Egorov, A E Zhukov, V M Ustinov, P S Kop'ev, Capacitance-voltage charac-

terization of electron and hole energy levels in InAs/GaAs quantum dots grown by MBE // in Proc 23rd International Conference on the Physics of Semiconductors (23rd ICPS) ed M Scheffler and R Zimmerman V 2 p 1361-1364 (World Scientific,Singapore, 1996) A12. P N Brounkov, APohmem, S T Stoddart, M Henmi, L Eaves, P С Main, A R Kovsh, Yu G Musikhin, S G Konnikov, Electronic structure of self-assembled InAs quantum dots in GaAs matrix // Appl Phys Lett 73, p 1092-1094 (1998) A13. M Henini, P N Brounkov, A Polimem, S T Stoddart, P С Main, L Eaves, A R Kovsh, Yu G Musikhin and S G Konnikov, Electron and hole levels of InAs quantum dots in GaAs matrix // Superlattices & Microstructures 25(1/2), p 105-111 (1999) A14. П H Брунков, А А Суворова, H А Берт, A P Ковш, A E Жуков, А Ю Егоров, В M Устинов, А Ф Цацульников, Н Н Леденцов, П С Копьев, С Г Конников, Л Иве, П С Майн, Вольтъемкостное профилирование барьеров Шоттки Au / n-GaAs, содержащих слой самоорганизованных квантовых точек InAs // ФТП, 32, с 12291234 (1998)

А15. М V Maximov, N N Ledentsov, A F Tsatsul'nikov, V М Ustinov, А V Sakharov, В V Volovik, IL Krestnikov, Zhao Zhen, P N Brounkov, S G Konnikov, P S Kop'ev, M V Belousov, V Turk, D Bimberg , Optical studies of modulation doped InAs/GaAs quantum dots // Microelectronic Engineering 43-44, p 71-77 (1998) A16. P N Brunkov, A R Kovsh, A Yu Egorov, A E Zhukov, V M Ustinov, S G Konnikov, L Eaves, P С Main, Electronic structure of self-assembled InAs quantum dots in a GaAs matrix // Proc 24th International Conference on the Physics of Semiconductors (24th ICPS), Jerusalem, Israel, August 1998 m The Physics of Semiconductors ed D Gershoni (World Scientific, Singapore, 1999) A17. P N Brunkov, A Patane, A Levin, A Polimem, L Eaves, P С Mam, Yu G Musikhin, A R Kovsh, V M Ustinov, and S G Konnikov, Electronic structure of stacked self-organized InAs/GaAs quantum dots // Proceedings of 7th International Symposium on Nanostruc-tures Physics and Technology, June 14-18, 1999, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 1999) p 232-235 A18. V К Kalevich, M Ikezawa, T Okuno, A Yu Shiryaev, A E Zhukov, V M Ustinov, P N Brunkov, Y Masumoto, Optical spin polarization in negatively charged InAs self-assembled quantum dots under applied electric field // Physica Status Solidi (b) 238, p 250-253 (2003) A19. P N Brounkov, A A Suvorova, M V Maximov, A F Tsatsul'nikov, A E Zhukov, A Yu Egorov, A R Kovsh, S G Konnikov, T Ihn, S T Stoddart, L Eaves and P С Mam, Freezing of electrons in InAs/GaAs VECQDs at low temperatures // Proceedings of The 5th

International Symposium on Nanostructures Physics and Technology, June, 1997, St-Petersburg, Russia, (loffe Institute, St-Petersburg, 1997), 236-239(1997) A20. P N Brounkov, A A Suvorova, A E Zhukov, A Yu Egorov, A R Kovsh, VM Ustinov, SG Konnikov, S T Stoddart, L Eaves, and P C Main, Admittance spectroscopy of Schottky barrier structures with self-assembled InAs/GaAs quantum dots // Proceedings of the 6th International Symposium on Nanostructures Physics and Technology, June 22-26, 1998, St-Petersburg, Russia, (loffe Institute, St-Petersburg, 1998) p 424-427 A21. P N Brunkov, A R Kovsh, V M Ustinov, Yu G Musikhin, S G Konnikov, M Henini, A Polimem, S T Stoddart, P C Main, L Eaves, Electron capture and emission dynamics m self-assembled InAs/GaAs quantum dot structures // Proc 24th International Conference on the Physics of Semiconductors (24th ICPS), Jerusalem, Israel, August 1998 m The Physics of Semiconductors ed D Gershom (World Scientific,Singapore, 1999) A22. P N Brounkov, A A Suvorova, M V Maximov, A F Tsatsul'nikov, A E Zhukov, A Yu Egorov, A R Kovsh, S G Konnikov, T Ihn, S T Stoddart, L Eaves, P C Main, Electron escape from self-assembled InAs/GaAs quantum dot stacks // Physica B Physics Of Condensed Matter 249-251(1-4) , p 267-270 (1998) A23. P N Brunkov, A R Kovsh, V M Ustinov, Yu G Musikhin, N N Ledentsov, S G Konnikov, A Polimem, A Patane, P C Main, L Eaves, C M A Kapteyn, Emission of electrons from the ground and first excited states of self-organized InAs/GaAs quantum dot structures // Journal of Electronic Materials 28, p 486-491 (1999) A24. C M A Kapteyn, M Lion, R Heitz, D Bimberg, P N Brunkov, B

V Volovik, S G Konnikov, A R Kovsh, V M Ustinov, Comparison of hole and electron emission from InAs quantum dots // Proceedings of 8th International Symposium on Nanostructures Physics and Technology, June 19-23, 2000, St-Petersburg, Russia, (loffe Institute, St-Petersburg, 2000) p 375-378

A25. C M A Kapteyn, M Lion, R Heitz, D Bimberg, P N Brunkov, B

V Volovik, S G Konnikov, A R Kovsh, and V M Ustinov, Hole and electron emission from InAs quantum dots // Appl Phys Lett 76, p 1573-1575 (2000)

A26. C M A Kapteyn, M Lion, R Heitz, D Bimberg, P Brunkov, B Volovik, S G Konnikov, A R Kovsh, V M Ustinov, Carrier escape and level structure of InAs/GaAs quantum dots // in The Proceedings of The 25th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS25), September 17-22, 2000,Osaka, Japan, p 1045-1046 eds N Miura, T Ando, Springer 2001

А27. С M A Kapteyn, М Lion, R Heitz, D Bimberg, P Brunkov, В Vo-lovik, S G Konnikov, A R Kovsh, V M Ustinov , Time-Resolved Capacitance Spectroscopy of Hole and Electron Levels in InAs/GaAs Quantum Dots // Physica Status Solidi (b) 224(1), p 57- 60 (2001) A28. P N Brunkov, E V Monakhov, A Yu Kuznetsov, A A Gutkin, A V Bobyl, Yu G Musikhm, A E Zhukov, V M Ustinov, and S G Konnikov, Capacitance spectroscopy study of InAs quantum dots and dislocations in p-GaAs matrix // Proc of the 27th International Conf on Phys of Semicond AIP Conference Proceedings - June 30, 2005 -Volume 772, Issue 1, p 789-790 A29. P N Brunkov, A Patane, A Levin, L Eaves, and P С Main, Yu G Musikhin, В V Volovik, A E Zhukov, V M Ustinov, and S G Konnikov, Photocurrent and capacitance spectroscopy of Schottky barrier structures incorporating InAs/GaAs quantum dots // Phys Rev В 65(8), 085326 (2002) A30. P N Brunkov, A Patane, A Levin, L Eaves, P С Main, Yu G Musikhm, В V Volovik, A E Zhukov, V M Ustinov, S G Konnikov, Modulation of the optical absorption m self-organized InAs/GaAs quantum dots // Proceedings of 9th International Symposium on Nanostructures Physics and Technology, June 18-22, 2001, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 2001) p 320-323 A31. P N Brunkov, A Patane, A Levin, L Eaves, P С Main,Yu G Musikhm, В V Volovik, A E Zhukov, V M Ustinov, and S G Konnikov, Escape of carriers photoexcited in self-organized InAs/GaAs quantum dots // Proceedings of 10th International Symposium on Nanostructures Physics and Technology, June 17-21, 2002, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 2002) p 275-278 A32. П H Брунков, A Levin, Ю Г Мусихин, A E Жуков, В M Устинов, С Г Конников, Т Warming, F Guffarth, С М A Kapteyn, R Heitz, D Bimberg, A Patane, L Eaves, P С Main, M Henim, G Hill, Исследование спектрального гашения в спектрах поглощения самоорганизованных квантовых точек InGaAs/GaAs // Известия Академии Наук (сер физическая) 67(2), с 198-200 (2003) АЗЗ. Р N Brunkov, Yu G Musikhm, A E Zhukov, V M Ustinov , S G Konnikov, T Warming, F Guffarth, С Kapteyn, R Heitz, D Bimberg A Patane, M Hemni, L Eaves, P С Mam, G Hill, Modulation of the optical absorption of self-organized (InGa)As/GaAs quantum dots // Proceedings of the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors (26th ICPS), Edinburgh, 29 July -2 August 2002, Edinburgh,UK IOP Conference Series, 171, Edited by A R Long and J H Davies, (2003), HI50 A34. T Warming, P N Brunkov, F Guffarth, С Kapteyn, R Heitz, D Bimberg, Yu G Musikhin, A E Zhukov, V M Ustinov and S G

Konnikov, Spectral hole burning in the absorption spectrum of self-organized InAs/GaAs quantum dots // Proceedings of 11th International Symposium on Nanostructures Physics and Technology, June 23-28, 2003, St-Petersburg, Russia, (loffe Institute, St-Petersburg, 2003) p 356-357

A35. T Warming, П H Брунков, A E Жуков, В M Устинов, С Г Конников, F Guffarth, С М A Kapteyn, R Heitz, D Bimberg, Модификация поглощения самоорганизованных квантовых точек InAs/GaAs в узком спектральном диапазоне // Известия Академии Наук (сер физическая) 68(1), с 48-50 (2004) А36. Т Warming, F Guffarth, R Heitz, С Kapteyn, P Brunkov,V M Ustinov, D Bimberg, Wavelength selective charge accumulation in self-organized InAs/GaAs quantum dots // Semicond Sci Technol 19, S51-S53 (2004)

A37. R Heitz , T Warming , F Guffarth , С Kapteyn , P Brunkov , V M Ustinov and D Bimberg, Spectral hole burning in self-organized quantum dots // Physica E 21, p 215-218 (2004) A38. П H Брунков, В В Чалдышев, Н А Берт, А А Суворова, С Г Конников, А В Черниговский, В В Преображенский, М А Путя-то, Б Р Семягин, Аккумуляция электронов в слоях GaAs, выращенных при низкой температуре и содержащих кластеры мышьяка IIФТП, 32 с 1170-1174, (1998) А39. Р N Brounkov, V V Chaldyshev, A A Suvorova, N A Bert, S G Konnikov, А V Chernigovskn, V V Preobrazhenskn, М A Putyato, and В R Semyagm, Bistability of charge accumulated in low-temperature-grown GaAs //Appl Phys Lett 73, p 2796-2798 (1998) A40. П H Брунков, В В Чалдышев, А В Черниговский, А А, Суворова, Н А Берт, С Г Конников, В В Преображенский, М А Путято, Б Р Семягин, Аккумуляция основных носителей заряда в слоях GaAs, содержащих кластеры мышьяка // ФТП, 34, с 1109-1113 (2000) А41. Р N Brunkov, V V Chaldyshev, А V Chernigovskn, A A Suvorova, N A Bert, S G Konnikov, V V Preobrazhenskn, М A Putyato, В R Semyagm, Carrier accumulation due to insertion of nano-scale As clusters into n- and p-type GaAs // Proceedings of 8th International Symposium on Nanostructures Physics and Technology, June 19-23, 2000, St-Petersburg, Russia, (loffe Institute, St-Petersburg, 2000) p 291-294

Список цитируемой литературы.

1 Ж И Алферов, УФН, 172, с 1068 (2002)

2 Г Кремер, УФН, 172, с 1091 (2002)

3 С Зи Физика полупроводниковых приборов (М, Мир, 1984)

4 Н Kroemer, et al, Appl Phys Lett 36, p 295 (1980)

5 R People, et al, Appl Phys Lett 43, p 118 (1983)

6 X Letartre, et al, J Appl Phys 58, p 1047 (1991)

7 Алешкин В Я , et al, ФТП 25, с 1047 (1991)

8 Schubert E F , et al, Appl Phys Lett 57, p 497 (1990)

9 Ando T , et al, Reviews of Modern Physics, 54, p 437 (1982)

10 Lang D V , J Appl Phys 45, p 3023 (1974)

11 Losee D L , J Appl Phys 46, p 2204 (1975)

12 Chris G Van de Walle, Phys Rev В 39, p 1871 (1989)

13 Goldstein L , et al, Appl Phys Lett 47, p 1099 (1985)

14 M Grundmann, et al, Phys Rev Lett 74, p 4043 (1995)

15 J -Y Marzin, et al, Phys Rev Lett 73, p 716 (1994)

16 S Rodt, et al, Phys Rev В 71, 155325 (2005)

Лицензия ЛР №020593 от 07 08 97

Подписано в печать 29 08 2007 Формат 60x84/16 Печать цифровая Уел печ л 2,0 Тираж 100 Заказ 1857Ь

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул , 29 Тел 550-40-14 Тел/факс 297-57-76

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Брунков, Павел Николаевич

Оглавление.

Введение.

Глава 1 Емкостная спектроскопия полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами.

1.1 Физические основы метода емкостной спектроскопии полупроводниковых гетероструктур.

1.2 Расчет С-У и Ису-УУ характеристик полупроводниковых гетероструктур, с использованием самосогласованного решения уравнений Пуассона и Шредингера.

1.3 Численное решение самосогласованных дифференциальных уравнений Пуассона и Шредингера методом конечных разностей.

1.3.1 Пример расчета параметров одиночной квантовой ямы.

1.3.2 Примеры расчета С-У и характеристик диодов Шоттки, на основе полупроводниковых гетероструктур.

1.4 Емкостные измерения полупроводниковых структур.

1.4.1 Влияние глубоких уровней на СУ измерения полупроводниковых структур.

1.4.2 Спектроскопия полной проводимости.

1.4.3 Нестационарная спектроскопия глубоких уровней.

1.5 Анализ экспериментальных С-У и характеристик диодов Шоттки, на основе полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами.

1.5.1 Экспериментальное исследование влияния дефектов с глубокими уровнями и частоты измерительного сигнала емкостного моста на С-У характеристику диодов Шоттки с квантовыми ямами.

1.5.2 Анализ экспериментальных C-V характеристик диодов Шоттки на основе полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами.

Введение диссертация по физике, на тему "Емкостная спектроскопия электронных состояний в гетероструктурах с квантовыми ямами и квантовыми точками"

Бурный прогресс информационных технологий в значительной мере определяется достижениями в физике и технологии полупроводниковых гетероструктур !'2. Применение полупроводниковых гетероструктур с квантоворазмерными слоями позволило создать широкий спектр новых приборов опто- и наноэлектроники, таких как полупроводниковые лазерные диоды с квантовыми ямами и квантовыми точками в качестве активной области; транзисторы с высокой подвижностью электронов на основе двумерного электронного газа, локализованного на гетерогранице; резонансно-туннельные диоды; фотоприемники и светоизлучающие приборы на основе межзонных и межподзонных переходов в квантоворазмерных слоях. Параметры этих приборов в значительной степени определяются энергетическим спектром и волновыми функциями уровней размерного квантования, распределением электронной плотности по толщине гетероструктуры, разрывами зон на гетерограницах, а также темпами эмиссии и захвата носителей заряда на уровни размерного квантования. Таким образом, возникает необходимость в интенсивном изучении фундаментальных физических свойств полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками и разработке новых методов их исследования.

Метод вольт-емкостного профилирования широко используется для определения распределения концентрации свободных носителей заряда в полупроводниковых материалах 4'5,10. Было обнаружено, что присутствие в однородно легированной полупроводниковой структуре гетерограницы12'13,14,15'16 или квантовой ямы 1718 приводит к искажению профиля распределения свободных носителей из-за перераспределения носителей между объемом и локализованными квантовыми состояниями и последующего электростатического взаимодействия между ними. В дифференциальной емкости диода Шоттки или р-п-перехода на основе такой гетероструктуры появляется составляющая, которая определяется изменением заряда на этих квантовых состояниях при изменении напряжения смещения. Исследование емкости, связанной с локализованными квантовыми состояниями, позволяет определить основные фундаментальные физические свойства квантоворазмерных слоев. Для анализа вольт-емкостных характеристик диодов Шоттки, содержащих слои пониженной размерности, использовались различные приближенные методы, основанные на аналитическом решении уравнения

12 17 18 21 26

Пуассона ' ' ' ' . Однако за границами данного рассмотрения оставались изменения формы волновых функций квантоворазмерных состояний под действием электрического поля, что дает существенный вклад в емкость при исследовании одиночных гетерограниц, широких квантовых ям и слоев с 5-легированием. Кроме того, как правило, рассматривалось заполнение носителями заряда только основного состояния в квантоворазмерном слое. т 32,33,34

Ьыло показано , что для учета заполнения нескольких подзон в квантоворазмерном слое необходимо проведение самосогласованного решения уравнений Пуассона и Шредингера. Однако применение данного подхода было затруднено ввиду отсутствия эффективных методов численного решения этой системы уравнений. Кроме того, к моменту начала данной работы отсутствовали методы емкостной спектроскопии для исследования электронной структуры и динамики носителей в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми точками (КТ). Настоящая диссертационная работа в значительной степени восполняет этот пробел.

Целью работы является исследование фундаментальных свойств локализованных квантовых состояний в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами и квантовыми точками методами емкостной спектроскопии.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования были полупроводниковые гетероструктуры с квантовыми ямами (на основе систем 1пОаА8/1пА1А8 и ваАз/АЮаАз) и гетероструктуры с квантовыми точками (на основе систем 1пАз/ОаАз и низкотемпературного ОаАз), выращенные методом молекулярно пучковой эпитаксии (МПЭ). В ходе выполнения диссертационной работы были разработаны методы емкостной спектроскопии для исследования фундаментальных свойств квантоворазмерных слоев.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана модель для численного анализа вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами на основе самосогласованного решения уравнений Пуассона и Шредингера, которая позволяет определять геометрическое положение квантоворазмерных слоев и их толщину, электронную структуру и распределение электронной плотности по толщине в квантовых ямах, а также разрывы зон на гетерограницах.

2. Разработана модель для численного анализа вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми точками, которая позволяет определять электронную структуру массива квантовых точек.

3. Проведено исследование механизмов эмиссии носителей заряда из самоорганизованных квантовых точек ЬтАб в матрицу ОаАэ под действием электрического и магнитных полей и оптического возбуждения.

4. При Т < 100 К обнаружен эффект фотофизического «выжигания дыры» в неоднородно уширенном спектре поглощения массива самоорганизованных КТ ГпАз/ОаАБ, где самоорганизованные КТ используются в качестве оптически и электрически управляемых ловушек носителей заряда.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Разработан метод анализа вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами для определения разрывов зон на гетерограницах, электронной структуры и волновых функций состояний в квантовых ямах.

2. Разработан комплекс методов емкостной спектроскопии полупроводниковых гетероструктур с квантовыми точками для определения энергетического спектра состояний массива квантовых точек и исследования механизмов эмиссии носителей заряда из квантовых точек.

3. Обнаружен эффект фотофизического «выжигания дыры» в неоднородно уширенном спектре поглощения массива самоорганизованных КТ ТпАз/ваАз, где самоорганизованные КТ используются в качестве оптически и электрически управляемых ловушек носителей заряда, который указывает на возможность использования таких структур в качестве нового типа элемента памяти высокой плотности, где наличие или отсутствие дыры в спектре поглощения системы КТ может быть использовано для бинарного представления данных. Кроме того, данная система может быть использована в качестве нелинейного оптического устройства.

Все полученные автором научные результаты, вынесенные на защиту являются новыми.

Научные положения, выносимые на защиту. Положение 1. Численное моделирование экспериментальных квазистатических вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами на основе самосогласованного решения дифференциальных уравнений Пуассона и Шредингера позволяет определять геометрическое положение квантоворазмерных слоев и их толщину, электронную структуру и волновые функции состояний в квантовых ямах, распределение электронной плотности по толщине структуры и разрывы зон на гетерограницах. Необходимым условием при измерении вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур является минимизация в полном импедансе структуры вкладов от дефектов с глубокими уровнями и активных потерь, которые не учитываются при модельных расчетах. Это достигается выбором температуры и частоты измерительного сигнала.

Положение 2. Численное моделирование экспериментальных квазистатических вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур, содержащих один или несколько слоев квантовых точек, на основе решения уравнения Пуассона в предположении, что плоскость квантовых точек представляет набор одиночных изолированных центров с неоднородно уширенной плотностью электронных состояний из-за разброса квантовых точек по составу и размеру, позволяет определять геометрическое положение слоя квантовых точек и энергетический спектр состояний массива квантовых точек.

Положение 3. Полуширина эффективного профиля распределения концентрации свободных носителей в квантовой яме определяется тепловым уширением края Фермиевского распределения и не связана с полушириной волновой функции электронов в квантовой яме.

Положение 4. В электрическом поле эмиссия носителей заряда из самоорганизованных квантовых точек 1пАб в матрицу ваАз осуществляется путем термически активированного туннелирования. Наличие стадии туннелирования в процессе эмиссии приводит к тому, что темп эмиссии электронов из квантовых точек на несколько порядков превышает темп эмиссии дырок, поскольку эффективная масса электронов значительно ниже, чем у дырок.

Положение 5. Внешнее магнитное поле (до ЮТ) приводит к уменьшению темпа эмиссии электронов из ¡пАб квантовых точек в ваАэ матрицу из-за эффективного понижения электронного уровня в квантовых точках, вызванного формированием уровней Ландау в зоне проводимости ОаАэ. Этот эффект не зависит от ориентации магнитного поля относительно плоскости квантовых точек, что является проявлением нуль-мерной природы квантовых точек.

Положение 6. В области температур ниже 80 К полупроводниковые гетероструктуры с самоорганизованными 1пАб квантовыми точками в СаАэ матрице проявляют эффект "выжигания дыр" в неоднородно уширенном спектре поглощения ансамбля квантовых точек. Резонансное оптическое возбуждение в области основных оптических переходов в 1пАэ квантовых точках приводит к накоплению в них дырок, которые блокируют поглощение света. Этот нелинейный оптический эффект имеет немонотонную зависимость от электрического поля в области объемного заряда структуры, содержащей квантовые точки. В слабых электрических полях эффект "выжигания дыр" не наблюдается, т.к. темп туннельной эмиссии электронов ниже темпа рекомбинации фотовозбужденных носителей в квантовых точках. В сильных электрических полях данный эффект не наблюдается из-за увеличения темпа туннельной эмиссии фотовозбужденных дырок из квантовых точек.

Положение 7. Наноразмерные кластеры мышьяка (с характерным размером менее 10 нм), сформированные в результате высокотемпературного отжига в матрице низкотемпературного арсенида галлия (температура роста ниже 300иС), ведут себя как амфотерные глубокие центры, которые захватывают электроны в п-матрице, заряжаясь отрицательно, и дырки в р-матрице, заряжаясь положительно.

Результаты исследований, выполненных в диссертационной работе, представляют фундаментальный интерес и могут быть использованы при разработке новых приборов оптоэлектроники, а также при фундаментальных исследованиях других гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками. Результаты исследований могут быть использованы в различных организациях Российской Академии наук (ФТИ им.А.Ф.Иоффе, Санкт-Петербург; ФИАН им. П.Н.Лебедева, Москва; ИФТТ, Черноголовка; ИФП, Новосибирск; Институт физики микроструктур, Нижний Новгород; Институт общей физики, Москва; ИРЭ, Москва), в ГОИ им. С.И.Вавилова, Санкт-Петербург, в Санкт-Петербургском Государственном Политехническом университете и др.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:

• 2,3,4,5,6,8 Российских конференциях по физике полупроводников (Зеленогорск, 1997; Москва, 1998; Новосибирск, 1999; Нижний Новгород, 2001; 2003 Санкт-Петербург; 2007 Екатеринбург);

• 3-11 Международных симпозиумах "Наноструктуры: Физика и Технология" (Санкт-Петербург, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001,2002, 2003,2004);

• 23-27 Международных конференциях по физике полупроводников (Берлин, Германия, 1996; Иерусалим, Израиль, 1998; Осака, Япония, 2000; Эдинбург, Великобритания, 2002; Флагстафф, США, 2004);

• международной осенней конференции Общества исследования материалов (MRS) (Бостон, США, 2001 );

• 3 международной конференции по Физике низко-размерных структур (Дубна, 1995);

• 9 и 11 международных конференциях по Сверхрешеткам, микроструктурам и микроприборам (Льеж, Бельгия, 1996; Хургада, Египет, 1998); и

• 23 международном симпозиуме по Полупроводниковым соединениям (Санкт-Петербург, 1996);

• 40 международной конференции по Электронным материалам (Шарлоттсвиль, США, 1998);

• конференции по Физике твердого тела и материалам (Эксетер, Великобритания, 1997);

• 12 конференции по Электронным свойствам двумерных систем (ЕР2Э8-12) (Токио, Япония, 1997);

• международных конференциях по Физике полупроводниковых квантовых точек (СЮ2000 - Мюнхен, Германия, 2000; СЮ2002 - Токио, Япония 2002);

• 3 симпозиуме по Нестехиометрическим соединениям АШ-ВУ (Эрланген, Германия, 2001);

• совещаниях по Нанофотонике (Нижний Новгород 2002, 2003, 2004);

• 11 международной конференции по Модулированным Полупроводниковым Структурам (М88-11 - Нара, Япония 2003);

• 13 международной конференции по Динамике Неравновесных Носителей в Полупроводниках (Модена, Италия 2003).

Результаты работы, как в целом, так и отдельные ее части докладывались также на физических семинарах в ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, в Техническом университете г. Берлин, Германия, университете г. Ноттингем, Великобритания, институте Прикладных Наук г. Лион, Франция.

Публикации. По теме диссертации имеется 59 публикаций в научных журналах и трудах российских и международных конференций.

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Основные результаты могут быть сформулированы следующим образом:

1. Разработана модель для численного расчета квазистатических вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами. Эта модель основана на самосогласованном решении одномерных уравнений Шредингера и Пуассона методом конечных разностей и не имеет ограничения на количество слоев в гетероструктуре.

2. Показано, что для минимизации искажений емкости Ст полупроводниковых гетероструктур необходимо выбирать такие условия измерения (температура и частота измерительного сигнала), когда в полном импедансе структуры величина Ст на порядок превышает приведенную проводимость От1со, которая определяется вкладом от дефектов с глубокими уровнями и активных потерь, не учитываемых при модельных расчетах вольт-емкостных характеристик.

3. На примере диодов Шоттки на основе полупроводниковых гетероструктур с одиночными и повторяющимися квантовыми ямами с использованием систем 1пОаАз/1пА1А8 и ОаАз/АЮаАБ показано, что численное моделирование экспериментальных квазистатических вольт-емкостных характеристик этих структур на основе самосогласованного решения дифференциальных уравнений Пуассона и Шредингера позволяет определять геометрическое положение квантоворазмерных слоев и их толщину, электронную структуру и волновые функции состояний в квантовых ямах, распределение электронной плотности по толщине структуры и разрывы зон на гетерограницах.

4. Анализ вольт-емкостных характеристик диодов Шоттки на основе полупроводниковых гетероструктур с одиночными квантовыми ямами на основе систем Ino.47Gao.53As/Ino.52Alo.48As и Ino.40Gao.60As/Ino.52Alo.48As показано, что модельные расчеты позволяет с точностью до 20 мэВ определять величину разрыва зон на гетерогранице. Данный метод позволяет определять величину разрыва зон проводимости в структурах с упруго напряженными слоями, которые не могут иметь большую толщину из-за релаксации механических напряжений с образованием дислокаций и дефектов.

5. Установлено, что распределение концентрации свободных носителей заряда, полученное из вольт-емкостной характеристики гетероструктуры с квантовой ямой в приближении обедненного слоя, не описывает распределение плотности заряда в квантоворазмерном слое. При этом полуширина эффективного профиля распределения концентрации свободных носителей в квантовой яме сильно зависит от температуры и определяется тепловым уширением края Фермиевского распределения.

6. Разработана модель для численного расчета квазистатических вольт-емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур, содержащих слой с квантовыми точками. Показано, что плоскость самоорганизованных КТ может быть рассмотрена как набор невзаимодействующих центров. Из-за разброса самоорганизованных КТ по размеру и составу плотность состояний в плоскости КТ может быть представлена в виде нормального распределения. Установлено, что среднее квадратическое отклонение плотности электронных состояний массива КТ, определенное из анализа вольт-емкостных характеристик гетероструктур с КТ, согласуется с шириной линии фотолюминесценции из КТ.

7. Обнаружено, что при понижении температуры происходит «вымораживание» носителей заряда на электронных уровнях в КТ ГпАз/СаАэ, связанное с тем, что темп эмиссии носителей заряда из КТ становится значительно меньше угловой частоты измерительного сигнала со. Этот эффект связан с отсутствием транспорта в плоскости КТ и является проявлением нуль-мерной природы состояний в КТ и поэтому не наблюдается в структурах с квантовыми ямами, которые характеризуются высокой проводимостью в плоскости квантовой ямы.

8. Показано, что в электрическом поле эмиссия носителей заряда из самоорганизованных квантовых точек 1пАз в матрицу ваАз осуществляется путем термически активированного туннелирования. Наличие стадии туннелирования в процессе эмиссии приводит к тому, что темп эмиссии электронов из квантовых точек на несколько порядков превышает темп эмиссии дырок, поскольку эффективная масса электронов значительно ниже, чем дырок.

9. Показано, что при измерении спектров полной проводимости на структурах с КТ амплитуда пика на температурной зависимости С(Т)/со зависит от величины плотности энергетических состояний Ыцс1С в КТ в точке пересечения с квазиуровнем Ферми ЕР. Поскольку точка пересечения квазиуровня Ферми ЕР с плотностью состояний в плоскости КТ зависит от величины обратного смещения на барьере Шоттки, то, изменяя напряжение смещения, можно определять форму плотности энергетических состояний в КТ.

10. Показано, что приложение магнитного поля до 10 Т приводит к уменьшению темпа эмиссии электронов из КТ [пАз/ОаАз из-за эффективного заглубления электронного уровня в КТ, вызванного формированием уровней Ландау в зоне проводимости ваАз. Этот эффект не зависит от ориентации магнитного поля относительно плоскости КТ, что связано с нуль-мерной природой квантовых состояний в КТ.

11. При Т < 100 К обнаружен эффект фотофизического «выжигания дыры» в неоднородно уширенном спектре поглощения массива самоорганизованных КТ 1пАзЛлаАз, где самоорганизованные КТ используются в качестве оптически и электрически управляемых ловушек носителей заряда. Показано, что эффект «выжигания дыры» связан с аккумуляцией дырок в КТ. При этом в спектре поглощения КТ появляется дополнительный пик, связанный с образованием положительно заряженного триона (Х^).

12. С помощью моделирования вольт-емкостных характеристик, основанного на численном решении уравнения Пуассона, показано, что наноразмерные кластеры мышьяка, сформированные в результате высокотемпературного отжига в матрице ЬТ-ОаАз, ведут себя как амфотерные глубокие центры, которые захватывают электроны в п-матрице, заряжаясь отрицательно, и дырки в р-матрице, заряжаясь положительно.

Таким образом, в ходе проведенного исследования был разработан комплекс методов емкостной спектроскопии для исследования фундаментальных свойств квантоворазмерных состояний в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами и квантовыми точками.

Благодарности

В заключение считаю своим приятным долгом поблагодарить за дружескую поддержку и помощь своих коллег, сотрудников лаборатории «Диагностики материалов и структур твердотельной электроники» и других лабораторий Центра Физики Наногетероструктур Физико-Технического института им. А.Ф. Иоффе.

Выражаю искреннюю признательность д.ф.-м.н. проф. С.Г.Конникову, член-корр. РАН проф. Н.Н.Леденцову и д.ф.-м.н. В.В. Чалдышеву, которые инициировали работы по применению емкостных методов для исследования низкоразмерных гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками.

Отдельную благодарность хочу выразить д.ф.-м.н. проф. A.A. Гуткину за постоянно ощутимый интерес к работе и неоценимую помощь.

Я также благодарен д.ф.-м.н. проф. П.С. Копьеву, член-корр. РАН проф. В.М. Устинову, д.ф.-м.н. проф. А.Е.Жукову, к.ф.-м.н. H.A. Берту, к.ф.-м.н. А.Ю. Егорову, к.ф.-м.н. М.В. Максимову, к.ф.-м.н. А.Ф. Цацульникову, д.ф.-м.н. В.К. Калевичу, Р.В. Золотаревой, О.И. Симчук и многим другим сотрудникам ФТИ.

Список публикаций, включенных в диссертацию

1. P.N.Brounkov, S.G.Konnikov, T.Benyattou, G.Guillot // Capacitance-voltage characterization of subband levels in quantum wells. Abstracts of Invited Lectures and Contributed Papers of The 3rd International Symposium on Nanostructures : Physics and Technology, June 26-30, St-Petersburg, Russia, p.94-96 (1995).

2. P.N.Brounkov, S.G.Konnikov, T.Benyattou, G.Guillot // Characterization of subband levels in quantum well using capacitance-voltage technique. Abstracts of 2nd Intern. Confer. on Physics of Low-Dimensional Structures, Dubna, Russia, p.65 (1995). Опубликовано в P.N.Brounkov, S.G.Konnikov, T.Benyattou, G.Guillot // Characterization of subband levels in quantum well using capacitance-voltage technique. Phys. Low-Dim. Struct. 10/11, p. 197-207 (1995).

3. P.N.Brounkov, T. Benyattou, G. Guillot, S.A.Clark // Admittance spectroscopy of InAlAs/InGaAs single-quantum-well structure with high concentration of electron traps in InAlAs layers. J.Appl.Phys., 77, p.240-243 (1995).

4. П.Н.Брунков, С.Г.Конников, В.М.Устинов, А.Е.Жуков, А.Ю.Егоров, М.В.Максимов, Н.Н.Леденцов, П.С.Копьев // Емкостная спектроскопия электронных уровней в квантовых точках InAs в матрице GaAs ФТП, 30, с.924-933, (1996).

5. П.Н.Брунков, С.Г.Конников, В.М.Устинов, А.Е Жуков, А.Ю.Егоров, М.В.Максимов, Н.Н.Леденцов, П.С.Копьев " Емкостная спектроскопия электронных уровней в квантовых точках InAs в матрице GaAs Материалы II Российской конференции по физике полупроводников, Зеленогорск, 26 февраля -1 марта, Т.1, стр.81 (1996).

6. P.N.Brounkov, Т. Benyattou, G. Guillot // Simulations of the capacitance-voltage characteristics of a single-quantum-well structure based on the self-consistent solution of the Schrodinger and Poisson equations. J.Appl.Phys., 80, p. 864-871 (1996).

7. P.N. Brounkov, A.A. Suvorova, M.V. Maximov, A.F. Tsatsul'nikov, A.E. Zhukov, A.Yu.Egorov, A.R. Kovsh, S.G. Konnikov, T. Ihn, S.T. Stoddart, L. Eaves, P.C. Main // Electron escape from self-assembled InAs/GaAs quantum dot stacks, Physica B: Physics Of Condensed Matter 249-251(1-4) pp. 267-270 (1998).

8. P.N.Brounkov, A.Polimeni, S.T.Stoddart, M.Henini, L.Eaves, P.C.Main, A.R.Kovsh, Yu.G.Musikhin, S.G.Konnikov // Electronic structure of self-assembled InAs quantum dots in GaAs matrix. Appl.Phys.Lett. 73(8), p.1092-1094 (1998)

9. П.Н. Брунков, A.A. Суворова, H.A. Берт, A.P. Ковш, A.E. Жуков, А.Ю. Егоров, B.M. Устинов, А.Ф. Цацульников, Н.Н. Леденцов, П.С. Копьев, С.Г. Конников, Л. Иве, П.С. Майн // Вольтъемкостное профилирование барьеров Шоттки Аи / и-GaAs, содержащих слой самоорганизованных квантовых точек InAs. ФТП, 32(10), с. 12291234, (1998).

10.П.Н. Брунков, В.В. Чалдышев, Н.А. Берт, А.А. Суворова, С.Г. Конников, А.В. Черниговский, В.В. Преображенский, М.А. Путято, Б.Р. Семягин // Аккумуляция электронов в слоях GaAs, выращенных при низкой температуре и содержащих кластеры мышьяка. ФТП, 32(10) с.1170-1174, (1998).

11.Р. N. Brounkov, V. V. Chaldyshev, A. A. Suvorova, N. A. Bert, S. G. Konnikov, А. V. Chernigovskii, V. V. Preobrazhenskii, М. A. Putyato, and

B. R. Semyagin .// Bistability of charge accumulated in low-temperature-grown GaAs. Appl.Phys.Lett. 73(19), p.2796-2798 (1998).

12.M.V. Maximov, N.N. Ledentsov, A.F. Tsatsul'nikov, V.M. Ustinov, A.V. Sakharov, B.V. Volovik, I.L. Krestnikov, Zhao Zhen, P.N.Brounkov, S.G.Konnikov, P.S. Kop'ev, M.V. Belousov, V. Turk, D. Bimberg "Optical studies of modulation doped InAs/GaAs quantum dots" Microelectronic Engineering 43-44 p.71 -77 (1998).

13.M. Henini, P. N. Brounkov, A. Polimeni, S. T. Stoddart, P. C. Main, L. Eaves, A. R. Kovsh, Yu. G. Musikhin and S. G. Konnikov; "Electron and hole levels of InAs quantum dots in GaAs matrix", Superlattices & Microstructures 25(1/2), p. 105-111 (1999).

14.P. N. Brunkov, A. R. Kovsh, V. M. Ustinov, Yu. G. Musikhin, N. N. Ledentsov, S. G. Konnikov, A. Polimeni, A. Patane, P. C. Main, L. Eaves, C. M. A. Kapteyn , "Emission of electrons from the ground and first excited states of self-organized InAs/GaAs quantum dot structures", Journal of Electronic Materials 28(5), p.486-491 (1999).

15.C. M. A. Kapteyn, M. Lion, R. Heitz, D. Bimberg, P. N. Brunkov, B. V. Volovik, S. G. Konnikov, A. R. Kovsh, and V. M. Ustinov, 'Hole and electron emission from InAs quantum dots'. Appl.Phys.Lett. 76(12), p. 15731575 (2000).

16. A. Patane, A. Polimeni, L. Eaves, P. C. Main, M. Henini, Yu. Y. Dubrovskii, A. E. Belyaev, P.N. Brounkov, E.E. Ydovin, Yu. N. Khanin, and G. Hill 'Resonant tunnelling and photoluminescence spectroscopy in quantum wells containing self-assembled quantum dots' J. Appl. Phys. 88(4), p.2005-2012 (2000).

17. A. Patane, A. Polimeni, L. Eaves, P. C. Main, M. Henini, A. E. Belyaev, Yu. V. Dubrovskii, P. N. Brounkov, E. E. Vdovin, Yu. N. Khanin, G. Hill Modulation of the luminescence spectra of InAs self-assembled quantum dots by resonant tunneling through a quantum well, Phys.Rev.B 62(20), pp. 13595-13598 (2000).

18.П.Н. Брунков, В.В.Чалдышев, A.B. Черниговский, А.А, Суворова, Н.А.Берт, С.Г.Конников, B.B. Преображенский, М.А. Путято, Б.Р. Семягин // Аккумуляция основных носителей заряда в слоях GaAs, содержащих кластеры мышьяка. ФТП, 34(9) с. 1109-1113, (2000).

19.С. М. A. Kapteyn, М. Lion, R. Heitz, D. Bimberg, P. Brunkov, B. Volovik, S. G. Konnikov, A. R. Kovsh, V. M. Ustinov "Time-Resolved Capacitance Spectroscopy of Hole and Electron Levels in InAs/GaAs Quantum Dots" Physica Status Solidi (b) V. 224(1), pp.57- 60 (2001).

20.Yu V Dubrovskii, E E Vdovin, A Patane, P N Brounkov, I A Larkin, L Eaves, P С Main, D К Maude, J-C Portal, D Yu Ivanov, Yu N Khanin, V V Sirotkin, A Levin, M Henini and G Hill "Probing the electronic properties of disordered two-dimensional systems by means of resonant tunnelling" Nanotechnology V.12(4), pp. 491-495 (2001).

21.P. N. Brunkov, A. Patane, A. Levin, L. Eaves, and P. C. Main, Yu. G. Musikhin, В. V. Volovik, A. E. Zhukov, V. M. Ustinov, and S. G. Konnikov "Photocurrent and capacitance spectroscopy of Schottky barrier structures incorporating InAs/GaAs quantum dots" Phys.Rev.B 65(8), 085326 (2002).

22.П.Н.Брунков, A.Levin, Ю.Г.Мусихин, A.E. Жуков, В.М.Устинов, С.Г.Конников,, Т. Warming, F. Guffarth, C.M.A. Kapteyn, R.Heitz, D. Bimberg, A.Patane, L.Eaves, P.C.Main, M.Henini, G.Hill "Исследование спектрального гашения в спектрах поглощения самоорганизованных квантовых точек InGaAs/GaAs" Известия Академии Наук (сер. физическая) , 67(2), с. 198-200 (2003).

23.P.N.Brounkov, N.N.Faleev, A.A.Suvorova, S.G.Konnikov, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, V.M.Maximov, A.F.Tsatsul'nikov, N.N.Ledentsov, P.S. Kop'ev // Capacitance spectroscopy of electron energy levels in self-organized InAs/GaAs quantum dots. Abstracts of Invited Lectures and Contributed Papers of The 4th International Symposium on Nanostructures : Physics and technology, June 26-30, St-Petersburg, Russia, p.263-266 (1996).

24.P.N. Brounkov, N.N.Faleev, Yu.G.Musikhin, A.A.Suvorova, S.G.Konnikov, A.F.Tsatsul'nikov, V.M.Maximov, A.Yu.Egorov, A.E.Zhukov, V.M.Ustinov, N.N.Ledentsov, P.S. Kop'ev, Zh.I.Alferov,

D.Bimberg // Characterization of electron and hole energy levels in self-organized InAs/GaAs quantum dots. Abstracts of 9th Intern. Conf on Super lattices, Microstructures and Microdevices, Liege, Belgium (1996).

25. P.N. Brounkov, N.N.Faleev, Yu.G.Musikhin, A.A.Suvorova, S.G.Konnikov, A.F.Tsatsul'nikov, V.M.Maximov, A.Yu.Egorov, A.E.Zhukov, V.M.Ustinov, P.S.Kop'ev // Capacitance-voltage characterization of electron and hole energy levels in InAs/GaAs quantum dots grown by MBE. in The Physics of Semiconductors (23rd ICPS) ed.M.Scheffler and R.Zimmerman V.2 p. 1361-1364 (World Scientific,Singapore, 1996)

26.P. N. Brounkov, A. A. Suvorova, M. V. Maximov, A. F. Tsatsul'nikov, A.

E. Zhukov, A. Yu. Egorov, A. R. Kovsh, S. G. Konnikov, T. Ihn, S. T. Stoddart, L. Eaves and P. C. Main;"Freezing of electrons in InAs/GaAs VECQDs at low temperatures", Proceedings of The 5th International

Symposium on Nanostructures : Physics and Technology, June, 1997, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 1997), 236-239 (1997).

27.P.N. Brounkov, N.N.Faleev, Yu.G.Musikhin, A.A.Suvorova, A.F.Tsatsul'nikov, V.M.Maximov, A.Yu.Egorov, A.E.Zhukov, V.M.Ustinov, P.S.Kop'ev, S.G. Konnikov // New method for quantitative characterization of ordered QD arrays, in Compound Semiconductors 1996 (Institute of Physics Conference Series 155) ed.by M S Shur and R A Suris Proceedings of the Twenty-Third International Symposium on Compound Semiconductors held in St Petersburg, Russia, 23-27 September 1996 (IOP, Bristol 1997) pp.841-846.

28.V.V. Chaldyshev, P.N. Brounkov, A.A. Suvorova, S.G. Konnikov, V.V. Preobrazhenskii, M.A. Putyato and B.R. Semyagin // Capacitance Spectroscopy of Thin GaAs Layers Grown by Molecular Beam Epitaxy at Low Temperatures in Gettering and Defect Engineering in Semiconductor Technology: GADEST '97 Eds. C. Claeys, J. Vanhellemont, H. Richter and M. Kittler Solid State Phenomena Vols. 57-58 , pp.495-500 (Trans Tech Publications, North-Holland 1997).

29.P.N. Brounkov, A.A. Suvorova, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, A.R. Kovsh, V.M.Ustinov, S.G. Konnikov, S.T.Stoddart, L.Eaves, and P.C.Main // Admittance spectroscopy of Schottky barrier structures with self-assembled InAs/GaAs quantum dots. Proceedings of the 6th International Symposium on Nanostructures : Physics and Technology, June 22-26, 1998, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 1998) pp.424-427.

30.П.Н.Брунков, А.А.Суворова, В.М.Устинов, A.E Жуков, А.Ю.Егоров, М.В.Максимов, А.Р.Ковш, А.Ф.Цацульников, С.Г.Конников, Т. Ihn, S. Т. Stoddart, L. Eaves, and Р. С. Main , "Механим эмиссии электронов из квантовых точек InAs/GaAs", Материалы III Российской конференции по физике полупроводников, Москва, 1-5 декабря, стр.142 (1997).

31.Р. N. Brounkov, Т. Ihn, S. Т. Stoddart, L. Eaves, Р. С. Main, A. A. Suvorova, А. Е. Zhukov, A. Yu. Egorov, A. R. Kovsh, S. G. Konnikov, "Magnetocapacitance of Schottky barrier structures with self-assembled InAs/GaAs quantum dots", Abstracts of Condensed Matter and Materials Physics Conference, Exeter, UK, 17-19 December, p. 13 6, (1997).

32.P.N. Brounkov, A.A. Suvorova, A.R. Kovsh, V. M. Ustinov , S. G. Konnikov, L. Eaves, P. C. Main 'Investigation of dynamic properties of self-assembled InAs/GaAs quantum dots' in Technical Program and Abstracts of the 40th Electronic Materials Conference p.61, (1998).

33.P.N. Brunkov, A.R. Kovsh, V.M.Ustinov, Yu.G. Musikhin, S.G. Konnikov, M. Henini, A. Polimeni, S.T.Stoddart, P.C.Main, L.Eaves; "Electron capture and emission dynamics in self-assembled InAs/GaAs quantum dot structures", Proc. 24th International Conference on the Physics of Semiconductors (24th ICPS), Jerusalem, Israel, August 1998. in The Physics of Semiconductors ed. D. Gershoni (World Scientific,Singapore, 1999).

34.P.N. Brunkov, A.R. Kovsh, A.Yu. Egorov, A.E. Zhukov, V.M.Ustinov, S.G. Konnikov, L.Eaves, P.C.Main ;"Electronic structure of self-assembled InAs quantum dots in a GaAs matrix", Proc. 24th International Conference on the Physics of Semiconductors (24th ICPS), Jerusalem, Israel, August 1998. in The Physics of Semiconductors ed. D. Gershoni (World Scientific, Singapore, 1999).

35.P. N. Brunkov, A. Patane, A. Levin, A. Polimeni, L. Eaves, P. C. Main, Yu. G. Musikhin, A. R. Kovsh, V. M. Ustinov, and S. G. Konnikov. 'Electronic structure of stacked self-organized InAs/GaAs quantum dots'. Proceedings of 7th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, June 14-18, 1999, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 1999) pp.232-235.

36.П.Н.Брунков, А.А.Суворова, Ю.Г.Мусихин, А.Р.Ковш, В.М.Устинов, С.Г.Конников, A.Levin, A.Patane, A.Polimeni, P.C.Main, L.Eaves 'Исследование электронной структуры вертикально-связанных квантовых точек InAs/GaAs' Материалы IV Российской конференции по физике полупроводников, Новосибирск, 25-29 октября (1999) стр.212.

37.A. Patane, A. Polimeni, Yu. V. Dubrovskii, P. N. Brounkov, A. E. Belyaev, R. K. Marshall, L. Eaves, P. C. Main, M. Henini, G. Hill "How is resonant tunnelling affected by self-assembled quantum dots?" in Compound Semiconductors 1996 (Institute of Physics Conference Series 166) ed.by К Ploog, G Weimann, G Traenkle Proceedings of the 26th International Symposium on Compound Semiconductors held in Berlin, Germany, 23-26 August 1999 (IOP, Bristol 2000) pp.131-134.

38.P. N. Brunkov, V. V. Chaldyshev, A. V. Chernigovskii, A. A. Suvorova, N. A. Bert, S. G. Konnikov, V. V. Preobrazhenskii, M. A. Putyato, B. R. Semyagin "Carrier accumulation due to insertion of nanoscale As clusters into n- and p-type GaAs" Proceedings of 8th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, June 19-23, 2000, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 2000) pp.291-294.

39.С. M. A. Kapteyn, M. Lion, R. Heitz, D. Bimberg, P. N. Brunkov, В. V. Volovik, S. G. Konnikov, A. R. Kovsh, V. M. Ustinov "Comparison of hole and electron emission from InAs quantum dots" Proceedings of 8th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology,

June 19-23, 2000, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 2000) pp.375-378.

40.P.N. Brunkov, A.Patane, A.Levin, L.Eaves, P.C.Main, Yu.G.Musikhin, B.V.Volovik, A.E.Zhukov, V.M.Ustinov, S.G. Konnikov "Modulation of the optical absorption in self-organized InAs/GaAs quantum dots". Proceedings of 9th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, June 18-22, 2001, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 2001) pp.320-323.

41.Yu. V. Dubrovskii, A. Patane, P. N. Brounkov, E. E. Vdovin, I.A. Larkin, L. Eaves, P. C. Main, D.K.Maude, J.-C. Portal, D.Yu. Ivanov, Yu.N. Khanin, V.V Sirotkin, A. Levin, M. Henini, G. Hill "Magneto-tunneling spectroscopy of localised and extended states in a quantum well containing quantum dots" Proceedings of 9th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, June 18-22, 2001, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 2001) pp.206-209.

42.П.Н.Брунков, A. Patane, A.Levin, Ю.Г.Мусихин, A.E. Жуков, В.М.Устинов, С.Г.Конников, P.C.Main, L.Eaves, "Модуляция оптического поглощения в слое квантовых точек InAs/GaAs". Материалы V Российской конференции по физике полупроводников, Н.-Новгород ,10-14 сентября (2001) стр.212.

43.V. V. Chaldyshev, Р. N. Brunkov, А. V. Chernigovskii, A. Moiseenko, N. A. Bert, S. G. Konnikov, V. V. Preobrazhenskii, М. A. Putyato, В. R. Semyagin "Capacitance spectroscopy of n-i-n and p-i-p GaAs sandwich structures with nanoscale As clusters in the i-layers" Abstract Book of The 3rd Symposium on nonstoichiometric III- V compounds 8th-10th October 2001 Erlangen (Germany) p.54.

44.V.V. Chaldyshev, P.N. Brunkov, A. V. Chernigovskii, A. Moiseenko, N.A Bert, S. G. Konnikov, V. V. Preobrazhenskii, M. A. Putyato, and B. R. Semyagin, Capacitance Spectroscopy of n-i-n and p-i-p GaAs Sandwich Structures with Nanoscale As Clusters in the i-Layers. 2001 MRS Fall Meeting, Boston (USA) November 26-30, 2001.

45.С. M. A. Kapteyn, M. Lion, R. Heitz, D. Bimberg, P. Brunkov, B. Volovik, S. G. Konnikov, A. R. Kovsh, V. M. Ustinov 'Carrier escape and level structure of InAs/GaAs quantum dots' in The Proceedings of The 25th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS25), September 17-22, 2000,Osaka, Japan, pp. 1045-1046 eds. N.Miura, T.Ando, Springer 2001.

46.P. N. Brunkov, A. Patane, A. Levin, L. Eaves, P. C. Main,Yu. G. Musikhin,

B. V. Volovik, A. E. Zhukov, V. M. Ustinov, and S .G. Konnikov "Escape of carriers photoexcited in self-organized InAs/GaAs quantum dots". Proceedings of 10th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, June 17-21, 2002, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 2002) pp.275-278.

47.П.Н.Брунков, A.Levin, Ю.Г.Мусихин, A.E. Жуков, В.М.Устинов,

C.Г.Конников, Т. Warming, F. Guffarth, C.M.A. Kapteyn, R.Heitz, D. Bimberg, A.Patane, L.Eaves, P.C.Main, M.Henini, G.Hill "Исследование спектрального гашения в спектрах поглощения самоорганизованных квантовых точек InGaAs/GaAs" Материалы совещания по Нанофотонике, Н.-Новогород, 11-14 Марта 2002, с.212 (опубликовано в П.Н.Брунков, A.Levin, Ю.Г.Мусихин, А.Е. Жуков, В.М.Устинов, С.Г.Конников, Т. Warming, F. Guffarth, C.M.A. Kapteyn, R.Heitz, D. Bimberg, A.Patane, L.Eaves, P.C.Main, M.Henini, G.Hill "Исследование спектрального гашения в спектрах поглощения самоорганизованных квантовых точек InGaAs/GaAs" Известия Академии Наук (сер. физическая) 67(2), стр. 198-200 (2003)).

48.N. Brunkov, A. Patane, A. Levin, L. Eaves, Р. С. Main,Yu. G. Musikhin, В. V. Volovik, A. E. Zhukov, V. M. Ustinov, and S .G. Konnikov "Escape of carriers photoexcited in self-organized InAs/GaAs quantum dots". Proceedings of 10th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, June 17-21, 2002, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 2002) pp.275-278.

49.P.N. Brunkov, Yu.G. Musikhin, A.E. Zhukov, Y. M. Ustinov , S. G. Konnikov, T. Warming, F. Guffarth, C. Kapteyn, R. Heitz, D. Bimberg A.Patane, M.Henini, L.Eaves, P.C.Main, G.Hill "Modulation of the optical absorption of self-organized (InGa)As/GaAs quantum dots Proceedings of the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors (26th ICPS), Edinburgh, 29 July -2 August 2002, Edinburgh,UK. IOP Conference Series, 171, Edited by: A.R. Long and J.H. Davies, (2003), H150.

50.П.Н.Брунков, С.Г.Конников, Т. Warming, F. Guffarth, C.M.A. Kapteyn, R.Heitz, D. Bimberg, Модификация поглощения самоорганизованных квантовых точек InAs/GaAs в узком спектральном диапазоне., Материалы совещания по Нанофотонике Н.-Новогород, 17-20 Марта 2003, с.355-358. (опубликовано в Т Warming, П.Н.Брунков, А.Е. Жуков, В.М.Устинов, С.Г.Конников, F. Guffarth, C.M.A. Kapteyn, R.Heitz, D. Bimberg, "Модификация поглощения самоорганизованных квантовых точек InAs/GaAs в узком спектральном диапазоне" Известия Академии Наук (сер. физическая) 68(1), стр.48-50 (2004)).

51.V.K. Kalevich, М. Ikezawa, А.Е. Zhukov, V.M. Ustinov, P.N. Brunkov,Y. Masumoto, Optical spin polarization in negatively charged InAs selfassembled quantum dots under applied electric field., The Book of Abstracts of The 2nd International International Conference on Semiconductor Quantum Dots (QD2002), Tokyo, Japan, 30 September 303 October 2002. ( опубликовано в V.K. Kalevich, M. Ikezawa, T. Okuno, A.Yu.Shiryaev, A.E. Zhukov, V.M. Ustinov, P.N.Brunkov, Y. Masumoto, Optical spin polarization in negatively charged InAs self-assembled quantum dots under applied electric field., Physica Status Solidi (b) 238, p.250-253 (2003).

52.T. Warming, F. Guffarth, R. Heitz , D. Bimberg, P. Brunkov, V.M. Ustinov, Accumulated spectral hole burning for self-organized quantum dots.,77ze 13th International Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors ( HCIS-13 ) Modena - Italy, July 28 - August 1, 2003. ( опубликовано в Т. Warming, F. Guffarth, R. Heitz, C. Kapteyn, P. Brunkov, V. M. Ustinov, D. Bimberg "Wavelength selective charge accumulation in self-organized InAs/GaAs quantum dots" Semicond. Sci. Technol. 19, S51-S53 (2004)).

53.G.K Rasulova, M.V.Golubkov, P.N.Brunkov, A.E.Zhukov, V.M.Ustinov, Yu.Musikhin, S.G.Konnikov, Self-sustained oscillations in weakly-coupled GaAs/AlGaAs superlattices., The 13th International Conference on Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors ( HCIS-13 ) Modena - Italy, July 28 - August 1, 2003. (опубликовано в G.K. Rasulova, M. V. Golubkov, A. V. Leonov, P. N. Brunkov, A. E. Zhukov, V. M. Ustinov, S. O. Usov, S. G. Konnikov "Self-sustained oscillations in weakly coupled GaAs/AlGaAs superlattices" Semicond. Sci. Technol. 19, S77-S79 (2004)).

54.V. Kalevich, M. Ikezawa, T. Okuno, A. Shiryaev, K. Kavokin, P. Brunkov, E. Zhukov, V. Ustinov, Y. Masumoto, Optical spin polarization of holes in negatively charged InAs/GaAs self-assembled quantum dots., The 11th

International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS11), Nara, Japan (July, 2003). (опубликовано в V.K. Kalevich, M. Ikezawa, T. Okuno, K.V. Kavokin, A.Yu. Shiryaev, P.N.Brunkov, A.E. Zhukov, V.M.Ustinov, and Y. Masumoto "Optical spin polarization of holes in negatively charged InAs/GaAs self-assembled quantum Dots" Physica E 21, p. 1018-1021 (2004)).

55.R. Heitz, T. Warming, F. Guffarth, P. Brunkov, V. Ustinov, D. Bimberg, Accumulated spectral hole burning for self-organized quantum dots., The 11th International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS11), Nara, Japan (July 2003). (опубликовано в R. Heitz , T. Warming , F. Guffarth , C. Kapteyn , P. Brunkov , V. M. Ustinov and D. Bimberg "Spectral hole burning in self-organized quantum dots" Physica E 21, p.215-218 (2004)).

56.T. Warming, P. N. Brunkov, F. Guffarth, C. Kapteyn, R. Heitz, D. Bimberg, Yu. G. Musikhin, A. E. Zhukov, V. M. Ustinov and S. G. Konnikov Spectral hole burning in the absorption spectrum of self-organized InAs/GaAs quantum dots., Proceedings of 11th International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, June 23-28, 2003, St-Petersburg, Russia, (Ioffe Institute, St-Petersburg, 2003) pp.356357.

57.П. H. Брунков, Т. Warming, A. E. Жуков, В. M. Устинов, С. Г. Конников, F. Guffarth, С. Kapteyn, R. Heitz, D. Bimberg "Выжигание спектральной дыры в спектре поглощения самоорганизованных квантовых точек InAs/GaAs ". Материалы VIРоссийской конференции по физике полупроводников, С.-Петербург, 26-31 октября (2003).

58. Р. N. Brunkov, Е. V. Monakhov, A. Yu. Kuznetsov, A. A. Gutkin, А. V. Bobyl, Yu. G. Musikhin, A. E. Zhukov, V. M. Ustinov, and S. G. Konnikov

Capacitance spectroscopy study of InAs quantum dots and dislocations in p-GaAs matrix" Proc. of the 27th International Conf. on Phys. of Semicond.AIP Conference Proceedings - June 30, 2005 - Volume 772, Issue l,pp. 789-790.

59.V. K. Kalevich, I. A. Merkulov, A. Yu. Shiryaev, K. V. Kavokin, M. Ikezawa, T. Okuno, P. N. Brunkov,A. E. Zhukov, V. M. Ustinov, and Y. Masumoto, Optical spin polarization and exchange interaction in doubly charged InAs self-assembled quantum dots, Phys. Rev. B 72, 045325 (2005).

Заключение

В ходе выполнения диссертационной работы с помощью емкостной спектроскопии проведены исследования широкого круга полупроводниковых гетероструктур с квантоворазмерными слоями. Исследования объединены единым подходом, основанном на анализе емкостных характеристик полупроводниковых гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Брунков, Павел Николаевич, Санкт-Петербург

1. Ж.И. Алферов, Нобелевская лекция по физике 2000 // Успехи Физ. Наук, 2002, т. 172, с. 1068-1086.Л

2. Г. Крёмер, Нобелевская лекция по физике 2000 // Успехи Физ. Наук, 2002, т. 172, с.1091-110.

3. Shockley W., The theory of p-n junctions in semiconductors and p-n junction transistors., Bell System Techn. J. V.28, 435 (1949).

4. Gummel H.K., Scharfetter D.L. Depletion-layer capacitance of p+-n step junction. J.Appl.Phys. V.38(5) (1967), p.2148-2153.

5. Kennedy D.P., Murley P.C., Kleinfelder W. On the measurements of impurity atom distributions in silicon by the differential capacitance technique. IBM J.Res. Develop. -1968. -Vol.12, N9 -p.399-409.

6. Берман JI.C. Емкостные методы исследования полупроводников. -Л.:"Наука", 1972.-104 с.п

7. Johnson W. С., Panousis Р.Т. The influence of Debay Length on the C-V measurements of doping profile. IEEE Trans. Electron Dev. Vol.18 N10 p.965-973.g

8. Kroemer H., Chien W.-Y. On the theory of Debye averaging in the C-V profiling of semiconductors. Solid-State Electronics (1981) V.24, pp.655-660

9. Дж.Блейкмор. Физика твердого тела. М: Мир, 1988.

10. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. Перев. с англ. 2-ое перераб. и доп. издание.-М: Мир, 1984.

11. Vandervorst W., Clarysse Т., On the determination of dopant/carrier distributions J.Vac.Sci.Technol.B 10, p.302-314 (1992).

12. H. Kroemer, W.Y. Chien, J.C. Harris, JR., and D.D. Edwall, Measurements of isotype heterosjunction barriers by C-V profiling. Appl.Phys.Lett. 36(4) , 295-297 ( 1980 ).

13. R.People, K.W.Wecht, К. Alavi, and A.Y. Cho, Measurement of the conduction-band discontinuity of molecular beam epitaxial grown Ino.52Alo.48As/Ino.53Gao.47As, N-n heterojunction by C-V profiling. Appl.Phys.Lett. 43(1), 118-120(1983 ).

14. Forrest S.R., Kim O.K. Deep levels in Ino.53Gao.47As/InP heterostructures. J.Appl.Phys. 53(8), (1982) p.5738-5745.

15. J.H. Zhao, A.Z. Li, Т.Е. Schlesinger, and A.G. Milnes. On the carrier profiling of GaAsSb/GaAs heterostructures , J. Electron.Mater. 17 , 255 (1988).

16. Константинов O.B., Львова T.B., Панахов M.M. «Моттовское» плато на вольт-емкостной характеристике диода Шоттки с гетеропереходом. ФТП 23, 1283 (1989).17

17. X. Letartre, D. Stievenard, and Е. Barbier, Accurate determination of the conduction-band offset of a sindle quantum well using deep level transientspectroscopy. J.Appl.Phys. 58 , 1047 (1991).18

18. Алешкин В.Я., Демидов E.B., Звонков Б.Н., Мурель А.В., Романов Ю.А. Исследование квантовых ям C-V методом. ФТП 25, 1047 (1991).

19. K.Kreher. Capacitance-voltage characteristics of a quantum well within a

20. Schottky layer, Phys. Status Solidi A 135, 597 (1993).20 • •

21. Tittelbach-Helmrich K. Simulation of capacitance-voltage profiles for theanalysis of measurements at a p-type Si-SiGe-Si single quantum well.

22. Semicond.Sci.Technol. 8, 1372 (1993). 21

23. Бычковский Д.Н., Вороноцова Т.П., Константинов О.В. Контактный потенциал квантовой ямы в полупроводниковой структуре ФТП 26, 21181992).22

24. Whiteaway J.E.A. Simulation and measurements of C/V doping profiles in multilayer structures, IEE Proc. 130 pt 1, 165 (1983).

25. Lang D.V., Sergent A.M., Panish M.B., Temkin H. Direct observation of effective mass filtering in InGaAs/InP superlattices. Appl.Phys.Lett. 49, 812 (1986).

26. Алешкин В.Я., Звонков Б.Н., Линькова E.P., Мурель А.В., Романов Ю.А. Вольт-фарадные характеристики сверхрешеток ФТП 27, 931 (1993).

27. Бычковский Д.Н., Константинов О.В. Теория контактного поля в барьерной структуре металл-полупроводниковая сверхрешетка ФТП 28, 1257 (1994).

28. Schubert E.F., Kopf R.F., Kuo J.M., Luftman H.S., Garbinski P.A. Spatial resolution of the capacitance-voltage profiling technique on semiconductors with quantum confinement. Appl.Phys. Lett. 57, 497 (1990).

29. Schubert E.F., Kuo J.M., Kopf R.F. Theory and experiment of capacitance/voltage profiling on semiconductors with quantum-confinement

30. J.Electron.Mater. 19, p.521-531 (1990).28

31. E. F. Schubert, Delta doping of III-V compound semiconductors: Fundamentals and device applications, J. of Vac. Sci. Technol. A 8, 2980 (1990).

32. D. A. B. Miller, D. S. Chemla, Т. C. Damen, A. C. Gossard, W. Wiegmann, Т. H. Wood, C. A. Burrus, Band-Edge Electroabsorption in Quantum Well Structures: The Quantum-Confined Stark Effect, Phys. Rev. Lett. 53,2173 (1984).30

33. J. A. Appelbaum, G.A. Baraff, Effect of Magnetic Field on the Energy of Surface Bound States, Phys. Rev. В 4, 1235 (1971).31

34. F. Stern, Self-Consistent Results for n-Type Si Inversion Layers, Phys. Rev. В 5, 4891 (1972).32

35. Т. Ando, Self-Consistent Results for a GaAs/AlxGai.xAs Heterojunction. I. Subband Structure and Light-Scattering Spectra J. Phys. Soc. Jpn. 51, 3893 (1982).

36. Ando Т., Fowler А. В. and Stern F. Electronic properties of two-dimensional systems -. Reviews of Modern Physics, vol. 54, 437 (1982).

37. F. Stern and S. Das Sarma, Electron energy levels in GaAs-Ga!.xAlxAs heterojunctions., Phys Rev. В 30,840 (1984).35

38. Л.Д. Ландау, Е.М.Лифшиц, Квантовая механика (релятивисткая теория)., Москва ФизМатГИЗ (1963).36

39. Bastard G., Wave mechanics applied to semiconductor heterostructures., NewYork:Halsted;Les Ulis:Les Edotions de Physique (1988).37

40. Kelly M.J., Low-dimensional semiconductors: materials, physics, technology, devices., Oxford:Oxford University Press (1995).38 •

41. D. Bednarczyk and J. Bednarczyk., The approximation of the Fermi-Dirac integral Fi/2(^) , Physics Lett. 64 A, 409 (1978).39

42. Л.Д. Ландау, Е.М.Лифшиц, Электродинамика сплошных сред., Москва ФизМатГИЗ (1982).

43. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука, 1966. - 664с.

44. Бахвалов Н.С. Численные методы (анализ, алгебра, обыкновенные дифференциальные уравнения). -М.: Наука, 1975. 632с.

45. Косарев В.И. 12 лекций по вычислительной математике. М.: Издательство МФТИ, 2000. - 224с.

46. Вержбицкий В.М. Численные методы: Линейная алгебра и нелинейные уравнения. М., Высшая школа, 2000. - 268с.

47. Landolt-Bornstein Group III Condensed Matter: Group IV Elements, IV-IV and III-V Compounds. Part b - Electronic, Transport, Optical and Other Properties, Volume 41 Alb, Springer-Verlag (2002).

48. Бычковский Д.Н., Константинов O.B., Панахов M.M, Теория «моттовского» плато на вольт-фарадной характеристике диода Шоттки с гетеропереходом, ФТП 25, 660 (1991).

49. Бычковский Д.Н., Константинов О.В., Панахов М.М, Вольт-фарадная характеристика m-s-структур с изотипным гетеропереходом, ФТП 25, 1889(1991).

50. Бычковский Д.Н., Константинов О.В., Панахов М.М, Методика определения разрыва зон на гетерогранице по измерениям вольт-фарадных характеристик m-s-гетероструктуры, ФТП 26, 653 (1992).да

51. J. Bourgoin and, М. Lannoo., Point Defects in Semiconductors II -Experimental Aspects, volume 35 of Springer Series in Solid-State Sciences, Springer, Berlin (1983).

52. Kimerling L.C., Influence of deep traps on the measurement of free-carrier distributions in semiconductors by junction capacitance., J.Appl.Phys. 45, 1839(1974).

53. Losee D.L., Admittance spectroscopy of impurity levels in Schottky barriers., J.Appl.Phys. 46, 2204 (1975).

54. Vincent G., Bois D., Pinard P., Conductance and capacitance studies in GaP Schottky barriers., J.Appl.Phys. 46, 5173 (1975).52

55. Grimmeiss H.G., Ovren C., Fundamentals of junction measurements in the study of deep energy levels in semiconductors., J.Phys.E: Sci. Instrum., 14, 1032(1981).

56. Г.В.Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил, C.B. Страхов.,Основы теории цепей, Москва: Энергия, 1975. -752 с.

57. Henry Н.С., Lang D.V., Nonradiative capture and recombination by multiphonon emission in GaAs and GaP., Phys.Rev.B 15, 989 (1977).

58. J.K. Luo , H. Thomas , S.A. Clark , and R.H. Williams , The effect of growth temperature on the electrical properties of AlInAs/InP grown by molecular beam epitaxy and metal-organic chemical-vapour deposition., J.Appl.Phys. 74, 6726 (1993).fO

59. Chris G. Van de Walle, Band lineups and deformation potentials in the model-solid theory., Phys. Rev. В 39, 1871 (1989).

60. Chris G. Van de Walle Richard M. Martin, Theoretical study of band offsets at semiconductor interfaces., Phys. Rev. В 35, 8154 (1987).

61. Екимов А.И., Онущенко A.A., Размерное квантование энергетического спектра электронов в микроскопическом полупроводниковом кристалле., Письма в ЖЭТФ, 40, 337 (1984).

62. Y. Arakawa and Н. Sakaki, Multidimensional quantum well laser and temperaturedependence of its threshold current, Appl. Phys. Lett. 40, 939 (1982).

63. M. A. Kastner, Artificial Atoms, Physics Today (Jan.), 24 (1993).

64. R. C. Ashoori, Electrons in artificial atoms, Nature 379, 413 (1996).

65. H.H. Леденцов, B.M. Устинов, B.A. Щукин, П.С. Копьев, Ж.И. Алферов, Д. Бимберг, Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры., ФТП 32, с.385 (1998).

66. Bimberg D., Grundmann М., and Ledentsov N. N., Quantum Dot Heterostructures. John Wiley & Sons Ltd., Chichester, (1998).

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

68. Y. Sugiyama, Y. Nakata, S. Muto, Y. Awano, N. Yokoyama, Hole burning spectroscopy of InAs self-assembled quantum dots for memory application., Physica E 7, 503 (2000).71

69. P.M. Petroff, A. Lorke, A. Imamoglu, Epitaxially self-assembled quantum dots., Physics Today (May), 46 (2001).

70. H. Pettersson, L. Baath, N. Carlsson, W. Seifert, L. Samuelson, Case study of an InAs quantum dot memory: optical storing and deteletion of charge., Appl. Phys. Lett. 79, 78 (2001).

71. J. M. Smith, P. A. Dalgarno, B. Urbaszek, E. J. McGhee, G. S. Buller, G. J. Nott, R. J. Warburton , J. M. Garcia , W. Schoenfeld and P. M. Petroff Carrier storage and capture dynamics in quantum-dot heterostructures., Appl. Phys. Lett. 82, 3761 (2003).

72. S. Maimon, E. Finkman, G. BahirS. E. Schacham, J. M. Garcia and P. M. Petroff, Intersublevel transitions in InAs/GaAs quantum dots infrared photodetectors., Appl. Phys. Lett. 73, 2003 (1998).

73. Zhonghui Chen, O. Baklenov, E. T. Kim, I. Mukhametzhanov, J. Tie, and A. Madhukar, Z. Ye J. C. Campbell Normal incidence InAs/Al xGai xAs quantum dot infrared photodetectors with undoped active region., J.Appl.Phys. 89, 4558 (2001).

74. Н. С. Liu, М. Gao, J. McCaffrey, Z. R. Wasilewski, and S. Fafard Quantum dot infrared photodetectors., Appl. Phys. Lett. 78, 79 (2001).

75. I.E. Itskevich, T. Ihn, A. Tornton, M. Henini, T.J. Foster,P. Moriarty, A. Nogaret, P.H. Beton, L. Eaves, P.C. Main. Resonant magnetotunneling through individual self-assembled InAs quantum dots., Phys.Rev B, 54, 16401 (1996).

76. G. Medeiros-Ribeiro, D. Leonard, P. M. Petroff Electron and hole energylevels in InAs self-assembled quantum dots., Appl. Phys. Lett. 66, 1767 (1995).80

77. Ю П., Кардона M., Основы физики полупроводников. М.: Физматлит, (2002).1. О 1

78. D. Leonard, К. Pond, and P. М. Petroff, Critical layer thickness for selfassembled InAs islands on GaAs., Phys. Rev. В 50, 11687 (1994).82

79. M. Grundmann, O. Stier, and D. Bimberg, InAs/GaAs pyramidal quantum dots: Strain distribution, optical phonons, and electronic structure., Phys. Rev. В 52, 11969(1995).83 •

80. О. Stier, M. Grundmann, and D. Bimberg, Electronic and optical properties of strained quantum dots modeled by 8-band k*p theory., Phys. Rev. В 59, 5688(1999).84 • •

81. С. Pryor, Eight-band calculations of strained InAs/GaAs quantum dots compared with one-, four-, and six-band approximations., Phys. Rev. В 57, 7190 (1998).

82. J.-Y. Marzin, J.-M. Gérard, A. Izraël, D. Barrier,G. Bastard, Photoluminescence of Single InAs Quantum Dots Obtained by Self-Organized Growth on GaAs Phys. Rev. Lett. 73, 716 (1994).

83. E.H.Nicollian, A.Goetzberger., Bell Syst. Techn. J. 46, 1055 (1967).

84. P. Werner, K. Scheerschmidt, N. D. Zacharov, R. Hillebrand, M. Grundmann, R. Schneider, Quantum Dot Structures in the InGaAs System Investigated by ТЕМ Techniques, Cryst. Res. Technol. 35, 759, (2000).

85. K. Scheerschmidt, and P. Werner, Characterization of structure and composition of quantum dots by transmission electron microscopy. In: Nano-Optoelectronics: Concepts, Physics and Devices, 67-98. (Eds.) M. Grundmann, Springer Heidelberg, Germany 2002.

86. M. Grundmann, N. N. Ledentsov, O. Stier, D. Bimberg , V. M. Ustinov, P. S. Kop'ev, and Zh. I. Alferov., Excited states in self-organized InAs/GaAs quantum dots: Theory and experiment., Appl. Phys. Lett., 68, 979 (1996).

87. I. E. Itskevich, M. S. Skolnick, D. J. Mowbray, I. A. Trojan, S. G. Lyapin, L. R. Wilson, M. J. Steer, M. Hopkinson, L. Eaves, P. C. Main, Excitedstates and selection rules in self-assembled InAs/GaAs quantum dots., Phys. Rev. В 60, R2185 (1999).

88. E. Itskevich, M. Henini, H. A. Carmona, L. Eaves, and P. C. Main, D. K. Maude, J. C. Portal, Photoluminescence spectroscopy of self-assembled InAs quantum dots in strong magnetic field and under high pressure., Appl. Phys. Lett., 70, 505 (1997).

89. S. Anand, N. Carlsson, M-E Pistol, L. Samuelson, and W. Seifert, Deep level transient spectroscopy of InP quantum dots, Appl. Phys. Lett. 67, 3016 (1995).97 *

90. Y. Uchida, H. Kakibayashi, S. Goto, Electrical and structural properties of dislocations confined in InGaAs/GaAs heterostructure., J.Appl.Phys. 74, 6720 (1993).

91. A.Y. Du, M.F. Li, T.C. Chong, K.L. Teo, W.S. Lau, Z. Zhang, Dislocations and related traps in p-InGaAs/GaAs lattice-mismatched heterostructures., Appl. Phys. Lett. 69, 2849 (1996).

92. C. Walther, J. Bollmann, H. Kissel, H. Krimse, W. Neumann, W. T. Masselink, Characterization of electron trap states due to InAs quantum dots in GaAs., Appl. Phys. Lett. 76, 2916 (2000).

93. J. S. Wang, J. F. Chen, J. L. Huang, and P. Y. Wang, X. J. Guo, Carrier distribution and relaxation-induced defects of InAs/GaAs quantum dots., Appl. Phys. Lett. 77, 3027 (2000).

94. J. F. Chen, P. Y. Wang, J. S. Wang, C. Y. Tsai, and N. C. Chen, Carrier depletion by defects levels in relaxed Ino.2Gao.8As/GaAs quantum-well Schottkydiodes., J.Appl.Phys. 87, 1369(2000).102

95. C. M. A. Kapteyn, F. Heinrichsdorff, O. Stier, R. Heitz, M. Grundmann, N. D. Zakharov, D. Bimberg, and P. Werner, Electron escape from InAs quantum dots, Phys. Rev. В 60, 14265 (1999).

96. J. Dabrowski and M. Scheffler, Isolated arsenic-antisite defect in GaAs and the properties of EL2, Phys. Rev. B 40, 10391 (1989).

97. J.H. Zhao, J.-C. Lee, Z.Q. Fang, T.E. Schlesinger, A.G. Milnes., Theoretical and experimental determination of deep trap profiles in semiconductors., J.Appl.Phys. 61, 1063 (1987).

98. J. Frenkel, On pre-breakdown phenomena in insulators and electronic semiconductors, Phys. Rev. 54, 647 (1938).

99. Y. Sugiyama, Y. Nakata, S. Muto, Y. Awano, N. Yokoyama, Hole burning spectroscopy of InAs self-assembled quantum dots for memory application., Physica E 7, 503 (2000).

100. P.M. Petroff, A. Lorke, A. Imamoglu, Epitaxially self-assembledquantum dots., Physics Today (May), 46 (2001).1 08

101. S. Maimon, E. Finkman, G. Bahir, S. E. Schacham, J. M. Garcia and P. M. Petroff, Intersublevel transitions in InAs/GaAs quantum dots infrared photodetectors., Appl. Phys. Lett. 73, 2003 (1998).

102. Zhonghui Chen, O. Baklenov, E. T. Kim, I. Mukhametzhanov, J. Tie, and A. Madhukar, Z. Ye J. C. Campbell Normal incidence InAs/Al xGa, xAs quantum dot infrared photodetectors with undoped active region., J.Appl.Phys. 89,4558 (2001).

103. H. C. Liu, M. Gao, J. McCaffrey, Z. R. Wasilewski, and S. Fafard Quantum dot infrared photodetectors., Appl. Phys. Lett. 78, 79 (2001).

104. R. Heitz, M. Veit, N. N. Ledentsov, A. Hoffmann, D. Bimberg, V. M. Ustinov, P. S. Kop'ev, Zh. I. Alferov, Energy relaxation by multiphonon processes in InAs/GaAs quantum dots., Phys. Rev.B 156, 10435, (1997).

105. W.-H. Chang, T. M. Hsu, C. C. Huang, S. L. Hsu, and C. Y. Lai, N. T. Yeh, T. E. Nee, and J.-I. Chyi., Photocurrent studies of the carrier escape process from InAs self-assembled quantum dots., Phys.Rev. B 62, 6959, (2000).

106. A. Patane, A. Levin, A. Polimeni, L. Eaves, P. C. Main, M. Henini, G. Hill, Carrier thermalization within a disordered ensemble of self-assembled quantum dots., Phys.Rev. B 62, 11084, (2000).

107. Y. Sugiyama, Y. Nakata, S. Muto, N. Horiguchi, T. Futatsugi, Y. Awano, N. Yokoyama, Observation of spectral hole burning in photocurrent spectrum of InAs self-assembled quantum dots buried in pn-junction Physica E 2, 632, (1998).

108. C.M.A. Kapteyn, J. Ehehalt, R. Heitz, D. Bimberg, G.E. Cirlin,V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov., Size-selective optically excited capacitance transient spectroscopy of InAs/GaAs quantum dots Physica E 13, 259, (2002).

109. W. V. Schoenfeld, T. Lundstrom, P. M. Petroff, D. Gershoni, Charge separation in coupled InAs quantum dots and strain-induced quantum dots., Appl. Phys. Lett. 74,2194(1999).

110. H. Pettersson, L. Baath, N. Carlsson, W. Seifert, L. Samuelson, Case study of an InAs quantum dot memory: Optical storing and deletion of charge., Appl. Phys. Lett.79, 78, (2001).

111. S. Muto, On a possibility of wavelength-domain-multiplication memory using quantum boxes., Jpn.J.Appl.Phys. 34, L210 (1995).120 "Persistent Spectral Hole-Burning: Science and Applications", ed. W.E.

112. Moerner, Springer-Verlag, B erlin, (1988).121

113. Y. Masumoto, T. Kawazoe, T. Yamamoto, Observation of persistent spectral burning in CuBr quantum dots., Phys.Rev. B 52, 4688 (1995).

114. The International Technology Roadmap for Semiconductors (Semiconductor Industry Association, San Jose, 2006) (http://www.itrs.net).

115. Э.Н. Король, Ионизация примесных состояний в полупроводниках электрическим полем., ФТТ, 19, 1266 (1977).

116. G. Vincent, A. Chantre, and D. Bois, Electric field effect on the thermal emission of traps in semiconductor junctions, J. Appl. Phys. 50, 5484 (1979).

117. P. W. Fry, J. J. Finley, L. R. Wilson, A. Lemaitre, D. J. Mowbray, M. S. Skolnick, M. Hopkinson, G. Hill, J. C. Clark, Electric-field-dependent carrier capture and escape in self-assembled InAs/GaAs quantum dots., Appl. Phys. Lett.77, 4344, (2000).

118. S. Rodt, A. Schliwa, K. Potschke, F. Guffarth, D. Bimberg, Correlation of structural and few-particle properties of self-organized InAs/GaAs quantum dots., Phys. Rev. В 71, 155325 (2005).

119. M.R.Melloch, K.Mahaligam, N.Otsuka, J.M.Woodall, A.C.Warren, GaAs buffer layers grown at low substrate temperatures using As2 and theformation of arsenic precipitates ., J.Cryst. Growth, 111, 39 (1991).128

120. Н.А.Берт, А.И.Вейнгер, М.Д.Вилисова, С.И.Голощапов, И.В.Ивонин, С.В.Козырев, А.Е.Куницын, Л.Г.Лаврентьева, Д.И.Лубышев, В.В.Преображенский, Б.Р.Семягин, В.В.Третьяков, В.В.Чалдышев, М.П.Якубеня. ФТТ, 35, 2609 (1993).129 •

121. T.-C.Lin, T.Okumura., Characterization of Annealed Low-Temperature GaAs Layers Grown by Molecular Beam Epitaxy with n-i-n Structure., Jap. J. Appl. Phys., 35, 1630(1996).

122. F. W. Smith, A. R. Calawa, C. L. Chen, M. J. Mantra and L. J. Mahoney, New MBE buffer used to eliminate backgating in GaAs MESFETs., IEEE Electron. Dev. Lett., 9, 77 (1988).

123. M. Kaminska, Z. Liliental-Weber, E. R. Weber, T. George, J. B. Kortright, F. W. Smith, B. Y. Tsaur, and A. R. Calawa, Structural properties of

124. As-rich GaAs grown by molecular beam epitaxy at low temperatures, Appl. Phys. Lett., 54, 1881 (1989).149 •

125. V.V.Chaldyshev, Two-dimensional organization of As clusters m GaAs, Materials Science and Engineering., Materials Science and Engineering, B88, 1952002).1

126. В.В.Чалдышев, М.А.Путято, Б.Р.Семягин, В.В.Преображенский, О.П.Пчеляков, А.В.Хан, В.Г.Канаев, Л.С.Широкова, А.В.Голиков, В.А.Кагадей, Ю.В.Лиленко, Н.В.Карпович. Электронная промышленность. N 1-2, 154(1998).

127. J. Darmo, G. Strasser, Т. Miiller, R. Bratschitsch, and К. Unterrainer,

128. Surface-modified GaAs terahertz plasmon emitter , Appl. Phys. Lett., 81, 8712002). 1

129. P. Blood, Semicond. Sci. Technol., Capacitance-voltage profiling and the characterisation of III-V semiconductors using electrolyte barriers, 1, 7 (1986).