Фотоэлектронные свойства гетеронаноструктур GaAs/In(Ga)As с комбинированными слоями квантовых ЯМ и самоорганизованных квантовых точек, выращенных газофазной МОС-гидридной эпитаксией

Левичев, Сергей Борисович

Фотоэлектронные свойства гетеронаноструктур GaAs/In(Ga)As с комбинированными слоями квантовых ЯМ и самоорганизованных квантовых точек, выращенных газофазной МОС-гидридной эпитаксией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Левичев, Сергей Борисович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Нижний Новгород МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Фотоэлектронные свойства гетеронаноструктур GaAs/In(Ga)As с комбинированными слоями квантовых ЯМ и самоорганизованных квантовых точек, выращенных газофазной МОС-гидридной эпитаксией»

Автореферат диссертации на тему "Фотоэлектронные свойства гетеронаноструктур GaAs/In(Ga)As с комбинированными слоями квантовых ЯМ и самоорганизованных квантовых точек, выращенных газофазной МОС-гидридной эпитаксией"

На правах рукописи

ЛЕВИЧЕВ Сергей Борисович

ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОНАНОСТРУКТУР СаАвЛп^Ав С КОМБИНИРОВАННЫМИ СЛОЯМИ КВАНТОВЫХ

ЯМ И САМООРГАНИЗОВАННЫХ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК, ВЫРАЩЕННЫХ ГАЗОФАЗНОЙ МОС-ГИДРИДНОЙ ЭПИТАКСИЕЙ

01.04.10 - физика полупроводников

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород 2004 г.

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников и оптоэлектроники Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Научный руководитель:

доктор физико- математических наук, профессор И.А. Карпович

Официальные оппоненты: доктор физико- математических наук,

профессор П.Б. Болдыревский

доктор физико- математических наук, профессор Е.С. Демидов

Ведущая организация:

Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород

Защита состоится 09 февраля 2005 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.166.01 при Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу: Нижний Новгород, проспект Гагарина, 23, корпус 3.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.

Автореферат разослан « » декабря 2004г.

Отзывы направлять по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, проспект Гагарина, 23, корпус 3

Ученый секретарь диссертационно! совета Д 212.166.01 при ННГУ доктор физ.-мат. наук, профессор

А.И. Машин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Гетеронаноструктуры (ГНС) с размерным квантованием энергетического спектра электронного газа стали в последние годы одним из основных объектов исследований и разработок в физике, технике и технологии полупроводников. К настоящему времени для гетеросистемы ОаА8/1пхОаьхА5 относительно хорошо изучены наноструктуры со слоями квантовых ям (КЯ) и самоорганизованных квантовых точек (КТ).

Недавно появились первые работы 2, в которых изучаются структуры с комбинированными квантово-размерными слоями КЯ/КТ, в которых слой КТ 1пАэ заращивается сначала слоем КЯ 1пхСа1_хА5 (х-0.2) и лишь затем покровным слоем ОаАБ. Они привлекли к себе внимание в связи с тем, что в них наблюдается значительное красное смещение энергии основного оптического перехода в КТ Е0(СШ) относительно его значения в одиночном слое КТ. Это открыло возможность создания на ГНС с КТ (ГКТ) 1п(Оа)А8/ОаА5 более длинноволновых инжекционных полупроводниковых лазеров для волоконно-оптических линий связи, в частности лазеров, излучающих в окнах прозрачности кварцевого оптического волокна на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм, которым соответствуют значения Е0(С®) 0.95 и 0.8 эВ соответственно.

Данная работа посвящена изучению энергетического спектра, фотоэлектронных свойств и морфологии ГНС СаАв/МЗаАв с комбинированными слоями КЯ 1пхОа, хАз и самоорганизованных КТ ГпЛэ, выращенных методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (ГФЭ МОС) при атмосферном давлении водорода - газа-носителя паров МОС.

Актуальность темы и постановка задач исследования Изучение ГНС с комбинированными слоями типа КЯ/КТ представляет значительный теоретический и практический интерес. На морфологию и энергетический спектр комбинированных слоев КЯ/КТ может влиять диффузионное перемешивание состава слоев, перераспределение и релаксация в них упругих напряжений, гибридизация их энергетического спектра и др. Эти эффекты могут по-разному проявляться в структурах, выращенных разными методами и при разных условиях, и они еще мало изучены. Не совсем ясен и вопрос об основной причине красного смещения Ео^Б) в комбинированных слоях КЯ/КТ. В 1 это смещение связывается с релаксацией упругих напряжений в КТ, обусловленной уменьшением рассогласования решеток на границе КЯ/КТ, в 2 - с увеличением эффектив^н^лрашер^мУГГ в результате

Г М1МКОГСКА I

стимулированного наличием кластеров ТпАэ распада твердого

раствора квантовой ямы.

В данной работе подход к изучению этих структур отличается двумя особенностями: 1) изучаются структуры, выращенные редко применяемым для выращивания ГКТ методом ГФЭ МОС при атмосферном давлении водорода, 2) для изучения энергетического спектра и электронных свойств ГКТ широко используются методы фотоэлектрической спектроскопии, в частности, новый метод диагностики ГНС - спектроскопия поверхностной фотоэдс в системе полупроводник/электролит.

Интерес к методу ГФЭ МОС обусловлен тем, что благодаря относительной простоте и экономичности он хорошо подходит для массового производства структур, а специфические условия роста позволяют получать структуры с уникальными свойствами.

Энергетический спектр ГНС традиционно изучается методами фоюлюминесцентной спектроскопии. Комплексное применение методов фотолюминесцентной и фотоэлектрической спектроскопии дает важную дополнительную информацию. В отличие от спектров фотолюминесценции (ФЛ), характеризующих энергетический спектр только рекомбинационных излучательных переходов, фотоэлеюрические спектры (фотопроводимости и различных фотовольтаических эффектов) отражают спектр оптического поглощения, который более полно характеризует энергетический спектр структуры, так как содержит информацию и о безизлучательных переходах.

Исходя из вышесказанного, определилась основная задача данной работы - изучение методами фотоэлектрической и фотолюминесцентной спектроскопии и атомно-силовой микроскопии особенностей энергетического спектра и морфологии гетеронаноструктур ОаАвЛпОаАз с комбинированными слоями КЯ/КТ разного типа, выращенных ГФЭ МОС при атмосферном давлении.

Научная новизна работы

1. В работе впервые установлены особенности энергетического спектра, фотоэлектронных свойств и морфологии комбинированных слоев квантовых ям и точек различного типа, выращенных газофазной МОС г идридной эпитаксией при атмосферном давлении.

2. Показана возможность управления энергетическим спектром квантовых точек ЬаАз/ОаАя в широких пределах изменением толщины и состава тонкого двойного покровного слоя СаАзЛпОаАэ.

Практическая ценность работы

Результаты . работы могут быть использованы для

до" л* «¿> *

усовершенствования технологии ГФЭ МОС и создания лазерных структур с поверхностным фото- или электронным возбуждением, а также светодиодных структур, излучающих в окнах прозрачности оптического волокна на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Низкие энергии основного перехода в одиночных слоях КТ InAs/GaAs и относительно малая величина его красного смещения в комбинированных слоях КЯ/КТ, выращенных ГФЭ МОС при атмосферном давлении, обусловлены образованием на границе InAs/GaAs переходного слоя твердого раствора, вызывающего частичную релаксацию упругих напряжений в КТ.

2. Обнаруженный эффект красного смещения энергии основного перехода в КЯ InxGabxAs при нанесении ее на слой КТ обусловлен образованием гибридной КЯ InxGai_xAs + InAs (смачивающий слой) между квантовыми точками.

3. В структурах с тонким двойным покровным слоем GaAs/InxGab xAs изменением его толщины и состава можно управлять энергией основного перехода в КТ InAs/GaAs в интервале 0.68 - 0.95 эВ, перекрывающем оба окна прозрачности кварцевого оптического волокна на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм. Увеличение содержания In в КЯ InxGa|.xAs и уменьшение ее ширины и толщины внешнего покровного слоя GaAs увеличивают красное смещение энергии основного перехода в КТ.

4. Селективный феррицианидный травитель выявляет скрытые слои КЯ InxGa,.xAs с х > 0.2 и КТ InAs со смачивающим слоем, позволяющие исследовать их морфологию методом атомно-силовой микроскопии. При селективном травлении тонкого покровного слоя GaAs (~30 нм) наблюдается значительное красное смещение E0(QD), связанное с релаксацией упругих напряжений в КТ, и исчезновение полосы фоточувствительности, связанной с крупными дислоцированными кластерами, обусловленное их растравливанием.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на первой, второй и третьей Всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (г. Санкт-Петербург, 1999, 2000, 2001 гг.), международном рабочем совещании «Зондовая микроскопия - 2000» (г. Нижний Новгород, 2000 г.), 8 международном симпозиуме «Nanostructures: physics and technology» (г. Санкт- Петербург, 2000 г.), 25 и 26 международных конференциях по физике полупроводников «ICPS - 25», «ICPS - 26» (Осака, Япония, 2000 г.,

Эдинбург, Великобритания, 2002 г.), международной молодежной

конференции «Problems of Optics in XXI Century» (г. Киев, Украина, 2000 г.), международной конференции «Фундаментальные проблемы физики» (г. Саратов, 2000 г.), международном рабочем совещании «Scanning Probe Microscopy - 2001» (г. Нижний Новгород, 2001 г.), Всероссийских рабочих совещаниях «Нанофотоника» (г. Нижний Новгород, 2001, 2003 гг.), шестой и восьмой нижегородских сессиях молодых ученых (г. Нижний Новгород, 2001, 2003 гг.), V российской конференции по физике полупроводников (г. Нижний Новгород, 2001 г.), 2 и 3 международных молодежных конференциях «Scientific Problems of Optics and High Technology Material Science» (г. Киев, Украина, 2001, 2002гг.), 5 международной конференции «Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology» (r. Санкг- Петербург, 2002 г.), XII международной конференции «Semiconducting and Insulating Materials Conference » (г. Братислава, Словакия, 2002г.).

Публикации

IIo теме диссертации опубликовано 32 работы [А1-А32], в том числе 8 статей в научных журналах и 24 сообщения в материалах конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертации составляет 120 страниц, содержащих 54 рисунка. Список литературы содержит 66 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, рассмотрена новизна работы и практическая ценность полученных результатов, сформулированы основные задачи исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В ней дана общая характеристика квантово-размерных ГНС на основе GaAs, кратко описаны основные методы получения ГНС (молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ) и ГФЭ МОС при пониженном и атмосферном давлении) с обсуждением их достоинств и недостатков и оптические и фотоэлектрические методы диагностики их энергетического спектра. В этой главе анализируются также немногочисленные работы по исследованию ГНС с комбинированными слоями КЯ/КТ. Отмечается, что в литературе почти нет данных о влиянии метода, условий выращивания и типа этих структур на их энергетический спектр, который исследовался только методами фотолюминесцентной

спектроскопии. Дискуссионным является вопрос об основной причине красного смещения E0(QD).

Во второй главе описаны метод получения и типы исследованных структур, методы исследования, которые применялись при выполнении данной работы. ГНС были получены в лаборатории эпитаксиальной технологии НИФТИ ННГУ. Они выращивались ГФЭ МОС при атмосферном давлении на поверхности (100) полуизолирующего или проводящего GaAs. Буферный слой и-GaAs толщиной 0.6 мкм с концентрацией электронов «51016 см"3 выращивали при температуре 650° С, затем температуру снижали до 520° С и наносили слои КТ InAs (5 монослоев), КЯ InxGa).xAs (х = 0.2 - 0.3, ширина ямы L = 2 - 12 нм) и внешний покровный слой GaAs толщиной dc = 3 - 30 нм. Выращивались I также структуры с поверхностными КТ (ПКТ), структуры с разным чередованием слоев КТ и КЯ (КТ/КЯ и КЯ/КТ) и структуры, в которых межу слоями КТ и КЯ встраивался спейсерный слой (СС) GaAs толщиной 5 или 10 нм (КЯ/СС/КТ). Для повышения однородности КТ слой InAs в процессе его нанесения легировался висмутом.

Спектры фотолюминесценции (ФЛ) исследовались при фотовозбуждении излучением гелий-неонового лазера с интенсивностью до 100 Вт/см"2. Для фотоэлектрической диагностики ГНС применялись методы спектроскопии фотопроводимости, конденсаторной фотоэдс (КФЭ) и разработанный с нашим участием новый метод спектроскопии фотоэдс на контакте полупроводник/электролит (ФПЭ). В качестве электролита использовался 1М раствор КС1 в смеси с глицерином в соотношении 1:1.

Морфология ГНС исследовалась методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) на микроскопе "Accurex" ТМХ-2100 в контактном режиме. [ В третьей главе приведены результаты исследования морфологии

квантово-размерных слоев ГНС.

В первом параграфе исследована морфология поверхностных слоев ' КТ InAs, выращенных на буферном слое GaAs, на КЯ In0 2Ga0 gAs толщиной 5 нм, слоев КТ, заращенных только слоем КЯ Int^GaosAs толщиной 5 нм. По данным АСМ, квантовые точки в исследованных структурах имеют размер основания 45-50 нм, высоту около 5-6 нм, поверхностную плотность (0.5 1.5) Ю10 см"2 (рис. 1а). Легировавние слоя КТ висмутом повышает однородность КТ. Установлено, что при выращивании КТ на поверхности слоя КЯ КТ вырастают менее однородными и имеют меньшую поверхностную плотность, что связывается с уменьшением рассогласования решеток на поверхности роста.

1000 nm

Onm0nrn

Наряду с псевдоморфными кластерами - КТ указанных выше размеров, в результате коалесценции нанокластеров, образуется и некоторое количество (~108 см"2) значительно более крупных кластеров. Их латеральный размер достигает 300 нм, а высота 150 нм.

Во втором параграфе описана методика выявления для АСМ исследований скрытых под покровным слоем GaAs слоев КТ и КЯ In(Ga)As с применением селективного феррицианидного травителя (0.8М K3[Fe(CN)6]

в 0.3М растворе КОН): Н20 (1:5). Он оказался более удобным, чем применявшийся ранее при разработке этой методики селективный травитель на основе NH40H:H202. Скорость травления можно регулировать путем разбавления травителя глицерином. Так, при разбавлении травителя глицерином в соотношении 1:2, он имел скорость травления GaAs ~4 нм/мин, которая определялась по вытравленной ступеньке на поверхности однородного слоя GaAs. Обычно высота вскрытых селективным травлением кластеров -КТ несколько меньше, а латеральный размер несколько больше, чем у ПКТ (рис. 16). Более крупные размеры вытравленных КТ, вероятно, связаны с диффузионным размытием гетерограницы, которая при травлении фиксируется при некотором составе х < 1. Как показал специальный эксперимент, уже слой In0 2Ga0 eAs останавливает процесс травления на длительное время, что подтверждает хорошие селективные свойства выбранного травителя. На рис. 1в показана относительно ровная поверхность КЯ, на которой остановился процесс травления.

В четвертой главе описаны

1000 nm

Опт"1™

1000 пт

Опт

Рис. 1. АСМ изображение поверхности: а) легированного Bi слоя ПКТ на поверхности (100) GaAs с отклонением на 3° в направлении [110]; б) слоя КТ, вскрытого селективным травлением; в) слоя КЯ, вскрытого селек гив ным травлением.

исследования влияния объединения слоев КТ и КЯ на энергетический спектр ГНС ОаА-чЛпОаАз с относительно толстым покровным слоем СаАэ (с!с,~ 30 нм).

В первом параграфе исследован энергетический спектр комбинированных слоев КЯ/КТ и КТ/КЯ (первым указан внешний слой) в нелегированных (они изучались в начале нашей работы) и легированных В1 ГНС. В обоих случаях эффект красного смещения Ео((20) в комбинированных слоях КЯ/КТ и КТ/КЯ был примерно одинаков, но очень мал (<30 мэВ) (рис. 2). Он оказался значительно меньше, чем в подобных структурах, выращенных МПЭ 1 и ГФЭ МОС при пониженном давлении водорода 3, для которых величина смещения превышала 100 мэВ. Малая величина красного смещения Е0(СЮ) связана с другой особенностью этих структур. В них получены очень низкие значения Е0((?О) до 0.85 эВ без покрытия слоя КТ слоем КЯ (для кривой 6 Е0(С®) = 0.91 эВ). При других способах выращивания структур даже значение 0.95 эВ обычно удается получить только для комбинированных слоев.

Отмеченные особенности исследованных ГНС объяснены тем, в них в результате диффузионного перемешивания 1п и ва на гетерогранице 1п А я/ваЛв образуется прослойка твердого раствора ТпхОаЬхА5, снижающая упругие напряжения в КТ, т.е. действующая как слой внешней КЯ. Очевидно, что в этом случае нанесение внешней КЯ может слабо влиять на энергетический спектр КТ. При этом перемешивание не должно существенно менять состав центральной части кластера - КТ, так как это привело бы к обратному эффекту - голубому смещению Е0(С?В) в результате уменьшения глубины потенциальной ямы при уменьшении содержания 1п

В связи с малыми размерами кластеров - КТ удовлетворить этим противоречивым требованиям

(наличие перемешивания на границе кластеров - КТ и сохранение по возможности более высокого значения х внутри кластеров) можно, по-видимому, только в узком диапазоне параметров режима осаждения, которые легче реализовать в методе ГФЭ МОС при атмосферном давлении, чем в других методах. Возможно, здесь играет роль высокое

Рис 2 Спектры ФЛ (1 - 3) при 77 К и КФЭ (4 -6) при 300 К ГНС, легированных висмутом Типы ГНС 1,4- с комбинированным слоем КЯ/КТ, 2, 5 - с комбинированным слоем КТ/КЯ, 3. б - с одиночным слоем КТ

давление газа в реакторе, затрудняющее испарение мышьяка с поверхности растущего слоя.

О большей однородности легированных висмутом КТ по сравнению с нелегированными, в согласии с результатами АСМ исследований, свидетельствуют меньшая ширина пиков основного перехода на спектрах ФЛ и КФЭ (ширина пиков на полувысоте T(QD) обычно не превышала 40 мэВ, а на некоторых ГНС достигала 28 мэВ), и тот факт, что на спектрах хорошо разрешаются не только основной оптический переход, но и переходы в возбужденные состояния КТ (один на спектрах ФЛ и два на спектрах КФЭ).

Во втором параграфе исследован энергетический спектр КЯ в ГНС с комбинированными слоями КЯ/КТ. Впервые было обнаружено, что в комбинированных слоях КЯ/КТ и КТ/КЯ имеет место красное смещение не только энергетического спектра КТ, но и энергетического спектра внешней КЯ (AEq(QW) ~100 мэВ), которое объяснено образованием гибридной КЯ (QW+WL) InGaAs+InAs (смачивающий слой - WL) между квантовыми точками (рис. 2). Получение этого результата в значительной степени связано с применением методов фотоэлектрической спектроскопии, так как на фотоэлектрических спектрах комбинированных слоев, в отличие от спектров ФЛ, квантовые ямы легко обнаруживаются благодаря относительно большому коэффициенту поглощения,. Расчеты энергетического спектра напряженных одиночных (QW, WL) и гибридных ступенчатых КЯ (QW+WL) при обычных для напряженных КЯ типа InGaAs предположениях 4 с использованием разработанной В.Я. Алешкиным (Институт физики микроструктур РАН) программы показали хорошее согласие с экспериментом. Объединение двух ям с сохранением их параметров приводит к красному смещению энергии основного перехода в гибридной яме относительно этой энергии в каждой из ям. При этом основное состояние электронов Еео всегда оказывается расположенным в широкой части ступенчатой потенциальной ямы, а основное состояние тяжелых дырок Еы,о может попадать в потенциальную яму смачивающего слоя. Связь смещенной полосы фоточувствительности комбинированной квантовой ямы со смачивающим слоем подтверждается тем фактом, что в ГНС с комбинированными слоями, расположенными на поверхности структуры, эффект красного смещения спектра гибридной КЯ в структурах КТ/КЯ из-за окисления смачивающего слоя значительно меньше, чем в структурах КЯ/КТ.

В пятой главе изучается возможность управления энергетическим спектром квантовых точек InAs/GaAs изменением толщины и состава

Рис 3 Влияние толщины и состава КЯ на спектры ФПЭ структур типа КЯ/КТ (300 К) Параметры КЯ (х, нм) ] - 0.3, 2, 2 - 0.3, 3; 3 - 0.2, 4, 4 - 0.2, 5, 5 -структура с одиночным слоем КТ

тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs, состоящего из слоя КЯ InxGa!_xAs шириной L и внешнего слоя GaAs толщиной dc. При толщинах dc + L < 30 нм параметры двойного покровного слоя х, L и dL существенно влияют на энергетический спектр КТ.

В первом параграфе рассмотрены спектры ФПЭ ГНС без покровного слоя GaAs, которые представляют собой предельный случай

структур, в которых упруго-напряженное состояние КТ определяется только буферным слоем и слоем КЯ (в структурах КЯ/КТ). В структурах этого типа пик основного перехода E0(QD) может смещается от » 0.9 до 0.68 эВ, причем это смещение сопровождается снижением его высоты относительно пиков возбужденных состояний КТ, которое обусловлено появлением канала рекомбинации

непосредственно на поверхности КТ. Рекомбинации на поверхности самих КТ сильнее уменьшает фоточувствительность в области основного перехода, так как вероятность эмиссии неравновесных электронов и дырок из КТ в матрицу с уровней основного состояния значительно меньше, чем с уровней возбужденных состояний.

Во втором параграфе описано влияние параметров КЯ на E0(QD) в ГКТ с тонким двойным покровным слоем GaAs/InGaAs. Рис. 3 показывает влияние параметров КЯ х и L на спектры ФПЭ в ГНС типа КЯ/КТ с тонким (5 нм) покровным слоем GaAs. При такой толщине этот слой не создает значительных упругих

Рис 4 Влияние толщины покровного слоя на спектры фпэ напряжений в КТ и обеспечивает ГНС InGaAs/GaAs типа КЯ/КТ (300 К) Толщина снижение поверхностной

покровного слоя d,., им- / - 3, 2 - 5, 3 - 7, 4 - 10, 5 - 20, б - ,

20 (без КЯ), 7 - структура с одиночной КЯ рекОМОИНЙЦИИ В

комбинированном слое КЯ/КТ. Как видно из рисунка, увеличение параметра х от 0.2 до 0.3 и уменьшение ширины КЯ от 12 до 2 нм при фиксированной толщине слоя ваАв приводят к уменьшению Е0(С2О). При х = 0.3 и X = 2 нм наблюдалось минимальное значение Е0((Д)) = 0.72 эВ (Л0 = 1.72 мкм) при комнатной температуре.

В третьем параграфе исследовано влияние толщины внешнего покровного слоя ваАв в интервале ¿1С от 3 до 20 нм на Е0(С)О) на серии структур типа КЯ/КТ с фиксированными параметрами КЯ (х = 0.3, Ь - 2 нм), при которых было достигнуто наибольшее красное смещение Е0(С)О),. Спектры ФПЭ этих структур представлены на рис. 4. Как видно из рисунка, с уменьшением с1с энергия основного перехода Е0(СЮ) закономерно уменьшается. Так как высота эмиссионного барьера в КТ при этом практически не изменяется, этот результат является дополнительным подтверждением того, что основной причиной красного смещения Е0(СЮ) при уменьшении йс является релаксация упругих напряжений в КТ, которая зависит от суммарной толщины двойного покровного слоя и от его состава.

На этой серии структур было получено рекордно низкое в системе ОаАзЛпАэ значение Е0((ЗО) « 0.68 эВ (Л0 ~ 1.82 мкм). Варьируя параметры тонкого двойного покровного слоя х, Ь и можно управлять длиной волны эмиссии из КТ в интервале 1.3 - 1.8 мкм, который перекрывает оба окна прозрачности оптического волокна при высоком выходе фотоэмиссии. Эмиссия при 1.55 мкм может быть получена при разной комбинации этих параметров. Релаксация напряжений приводит к уменьшению Е0(0О) не только в результате уменьшения упругой деформации КТ, но и благодаря тому, что способствует росту более крупных псевдоморфных кластеров -КТ. Заключительная стадия их формирования продолжается некоторое время в процессе нанесения покровного слоя ТпОаАз/ваАз и после его завершения, что особенно характерно для ГФЭ МОС, которая обычно проводится при более высоких температурах, чем МПЭ.

В четвертом параграфе исследована возможность управления энергетическим спектром КТ путем селективного химического травления тонкого покровного слоя ваАз. В отличие от изменения толщины нанесенного при относительно высокой температуре покровного слоя, когда может происходить изменение ряда факторов, влияющих на энергетический спектр КТ, селективным травлением покровного слоя при комнатной температуре можно изменять только поле упругих напряжений без изменения химического состава и размеров КТ.

Селективное травление покровного слоя ГКТ в феррицианидном травителе. вызывает красное смещение пика Е0(<ЗВ) (рис. 5) в результате частичной релаксации

напряжений в кластерах - КТ и его заметное уширение. Исчезает полоса с порогом 0.65 эВ, связанная с крупными дислоцированными кластерами, в результате их растравливания, и при полном стравливании покровного слоя появляется почти бесструктурная полоса фоточувствительности от поверхностных КТ (кривая 4) с порогом около 0.7 эВ. Этот эксперимент наглядно иллюстрирует влияние упругих напряжений на энергетический спектр КТ.

На структурах КЯ/СС/КТ и КТ/СС/КЯ с тонким спейсерным слоем (10 нм) показано, что благодаря остановке процесса травления на переднем слое (КЯ и КТ соответственно) не происходит существенных изменений спектра в расположенном глубже квантово-размерном слое. При этом за время травления однородный слой ваАБ стравился бы на глубину в 10 раз превышающую толщину всей квантово-размерной структуры с покровным слоем.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы:

1. Показано, что в ГНС, выращенных ГФЭ МОС при атмосферном давлении, в отличие от ГНС, выращенных другими методами, эффект красного смещения энергии основного перехода в КТ в комбинированных слоях типа КЯ/КТ, относительно мал. Однако этот метод позволяет получать рекордно низкие значения Е0(СЮ) до 0.87 эВ в структурах с одиночными слоями КТ. Это объясняется образованием на границе кластеров - КТ диффузионного переходного слоя твердого раствора 1пхОа]. хАэ, который приводит к красному смещению спектра в результате частичной релаксации упругих напряжений в КТ.

2. Установлено, что красное смещение Е0((2О) практически одинаково в слоях КЯ/КТ и КТ/КЯ, однако при выращивании слоя КТ на слое КЯ из-за меньшего рассогласования параметров решеток растущего и подстилающего слоев КТ вырастают менее однородными, что проявляется в более сильном размытии их энергетического спектра.

Н», «V

Рис 5 Эволюция спектров ФПЭ ГКТ в процессе травления покровного слоя баАз Покровный слой 15 нм Время травления, минуты 1-0,2- 15,5-30,4-60

3. Обнаружено, что в комбинированных слоях КЯ/КТ и КТ/КЯ происходит также значительное красное смещение энергии основного перехода в КЯ InGaAs. Показано, этот эффект обусловлен образованием гибридной КЯ (внешняя КЯ InGaAs + КЯ смачивающего слоя InAs) между КТ.

4. Показано, что изменением толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs(KLfl) можно управлять энергией основного перехода в КТ InAs/GaAs в интервале 0.68 - 0.95 эВ, перекрывающем оба окна прозрачности кварцевого оптического волокна на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм. Энергия перехода E0(QD) уменьшается при увеличении содержания In в КЯ от х = 0.2 до 0.3, уменьшении ширины КЯ в интервале 12 -2 нм и толщины внешнего покровного слоя GaAs в интервале 30-3 нм.

5. Показано, что селективный феррицианидный травитель позволяет выявлять скрытые слои КЯ In^Ga^As с х > 0.2 и КТ InAs со смачивающим слоем для исследований их морфологии методом атомно-силовой микроскопии.

6. При селективном травлении тонкого покровного слоя GaAs (-30 нм) наблюдается значительное красное смещение E0(QD) от начального значения ~ 0.9 до ~0.7 эВ, связанное с релаксацией упругих напряжений в КТ, и исчезновение полосы фоточувствительности, связанной с крупными дислоцированными кластерами, обусловленное их растравливанием. В структурах с тонким тройным покровным слоем GaAs(15 HM)/InGaAs (5 HM)/GaAs(5 нм) этого не происходит в связи с остановкой процесса травления на слое КЯ.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

А1. И.А. Карпович, С.Б. Левичев, Б.Н.Звонков, Н.В. Байдусь, С.М. Некоркин, Д.О. Филатов. Исследование морфологии и фотоэлектронных свойств гетеронаноструктур GaAs/InGaAs с комбинированными слоями квантовых ям и самоорганизованных квантовых точек. Поверхность, 11, 2000, стр. 27 - 31. А2. И.А. Карпович, А.П. Горшков, С.Б. Левичев, C.B. Морозов, Б.Н. Звонков, Д.О Филатов. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник / электролит. Физика и техника полупроводников, 2001, 35, 564 - 570. A3. I.A.Karpovich, N.V.Baidus, B.N.Zvonkov, D.O.Filatov, S.B.Levichev, A.V.Zdoroveishev, V.A.Perevoshikov. Investigation of the buried InAs/GaAs quantum dots by Atomic Force Microscopy combined with selective chemical etching. Phys. Low-Dim. Struct. 3/4 (2001) pp. 341-348. A4. И.А.Карпович, Н.В.Байдусь, Б.Н.Звонков, Д.О.Филатов, С.Б.Левичев, А.В.Здоровейщев, В.А.Перевощиков. Исследование квантовых точек InAs,

встроенных в матрицу GaAs методом атомно-силовой микроскопии с использованием селективного химического травления. Вестник Нижегородского университета, серия: Физика твердого тела, 1(4), 2001, стр. 130-135.

А5. И.А. Карпович, С.Б. Левичев, С.В. Морозов, Б.Н. Звонков, Д.О. Филатов, А.П. Горшков, С. Ермаков. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник / электролит. Известия Академии Наук, серия физическая, 2002, 66, стр. 186- 188.

А6. I A Karpovich, S В Levichev, S V Morozov, В N Zvonkov, D О Filatov, А Р Gorshkov and A Yu Ermakov. Photoelectric spectroscopy of InAs/GaAs quantum dot structures in a semiconductor/electrolyte system. Nanotechnology. 2002. pp. 445 - 450.

A7. А.П. Горшков, С.Б.Левичев, С.В. Морозов, И.А. Карпович. Морфология и фотоэлектронные спектры гетероструктур с поверхностными квантовыми точками InAs/GaAs. Вестник Нижегородского университета, серия: Инновации в образовании 1(3), 2002, стр. 54-61.

А8. Карпович И.А., Звонков Б.Н., Левичев С.Б., Байдусь Н.В., Тихов С.В., Филатов Д.О., Горшков А.П., Ермаков С.Ю. Управление энергетическим спектром квантовых точек InAs/GaAs изменением толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs. Физика и техника полупроводников, 2004,38, 448 - 454-,

А9. С.В. Морозов, С.Б. Левичев, И.А. Карпович, Д.О. Филатов. Некоторые фотоэлектрические и оптические свойства квантоворазмерных гетероструктур GaAs/InGaAs, полученных методом МОС гидридной эпитаксии. Материалы Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, г. Санкт-Петербург, 30.11 -03.12.1999г., стр. 80.

А10. И.А. Карпович, С.Б. Левичев, Б.Н.Звонков, Н.В. Байдусь, С.М. Некоркин, Д.О. Филатов. Исследование морфологии и фотоэлектронных свойств гетеронаноструктур GaAs/InGaAs с комбинированными слоями квантовых ям и самоорганизованных квантовых точек. Материалы международного рабочего совещания Зондовая микроскопия - 2000. Нижний Новгород 28 февраля - 2 марта 2000 г., стр. 31 - 34.

All. I.A.Karpovich, B.N.Zvonkov, D.O.Filatov, S.B.Levichev, N.V.Baidus, and S.M.Nekorkin. Photoelectronic properties of InAs/GaAs nanostructures with combined quantum well and quantum dot layers grown by Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy. Proceedings of Nanostructures: physics and technology, St. Petersburg, 19-23 June 2000, pp. 423 - 425.

A12. B.N.Zvonkov, I.A.Karpovich, N.V.Baidus, D.O.Filatov, Yu.Yu.Gushina, S.V.Morozov, and S.B.Levichev. Extremely uniform InAs/GaAs quantum dots emitting at 1.41 mkm at room temperature grown by MOCVD with Bi doping. Abstracts of ICPS 25. Japan, Osaka, 17-22 September 2000, Part I, D059, p. 82.

(Proceedings of ICPS 25, Part I, pp. 397 - 398, Springer Proceedings in Physics 87.)

A13. S.B. Levichev, I.A. Karpovich, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov. Photoelectric spectroscopy of InGaAs/GaAs nanostructures with combined quantum wells and quantum dots. Abstracts of Int. Young Scientist Conf. Scientific Problems of Optics in XXI century. Ukraine, Kyiv, 5-6 October 2000, p. 23.

A14. И.А. Карпович, Б.Н. Звонков, H.B. Байдусь, С.Б. Левичев, С.В. Морозов, Д.О. Филатов. Оптические и фотоэлектрические свойства гетеронаноструктур СаАвДпСаАв с комбинированными слоями квантовых ям и точек. Материалы международной конференции Фундаментальные проблемы физики. Саратов. 9-13 октября 2000, стр.92.

А15. С.Б. Левичев, С.В. Морозов, А.П. Горшков, И.А. Карпович. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник / электролит. Материалы второй всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, г. Санкт- Петербург, 04.12 -08.12.2000г., стр. 55.

А16. С.Б. Левичев, И.А. Карпович. Фотоэлектронные свойства наноструктур InGaAs/GaAs с комбинированными слоями квантовых ям и самоорганизованных квантовых точек. Материалы второй всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, г. Санкт- Петербург, 04.12 - 08.12.2000г., стр. 54.

А17. I.A.Karpovich, S.B.Levichev, A.V.Zdoroveishev, N.V.Baidus, B.N.Zvonkov, V.A.Perevoshikov, D.O.Filatov. Investigation of the buried InAs/GaAs quantum dots by SPM combined with selective chemical etching. Proceedings of International Conference Scanning Probe Microscopy - 2001. Nizhny Novgorod, 25 February - 01 March 2001, pp. 14-16.

A18. И.А. Карпович, С.Б. Левичев, С.В. Морозов, Б.Н. Звонков, Д.О. Филатов, А.П. Горшков, С. Ю. Ермаков. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник / электролит. Материалы совещания Нанофотоника - 2001. Нижний Новгород, 26 - 29 марта 2001, стр.81 -84.

А19 И.А. Карпович, Н.В Байдусь, Б.Н. Звонков, С. В. Морозов, Д.О. Филатов, С.Б Левичев, А.В. Здоровейщев. Фотоэлектронные свойства поверхностных слоев квантовых точек InAs/GaAs, полученных газофазной эпитаксией. Материалы совещания Нанофотоника - 2001. Нижний Новгород, 26 - 29 марта 2001, стр. 89-92.

А20. С.Б. Левичев. Исследование фотоэлектронных свойств наноструктур с комбинированными слоями квантовых ям и самоорганизованных квантовых точек InGaAs/GaAs. Материалы шестой нижегородской сессии молодых ученых. Нижний Новгород, 2001, стр. 35.

А21. I.A.Karpovich, N.V.Baidus, B.N.Zvonkov, D.O.Filatov, S.B.Levichev, A.V.Zdoroveishev, V.A.Perevoshikov. Investigation of the buried InAs/GaAs

quantum dots by Atomic Force Microscopy combined with selective chemical etching. Proceedings of the NATO Project SfP-973799 Semiconductors 1st Workshop. Design of radiation-hard semiconductor devices for communication systems and precision measurements using noise analysis. Nizhni Novgorod, April

2001. pp. 118-123.

A22. И.А. Карпович, С. В. Морозов, Н.В. Байдусь, С.Б Левичев. Исследование in situ образования и пассивации ловушек в квантово-размерных структурах GaAs/InGaAs в системе полупроводник/электролит. Материалы V российской конференции по физике полупроводников. Нижний Новгород, 10 - 14 сентября 2001, стр. 311.

А23. SB. Levichev, I.A. Karpovich, N.V.Baidus, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov. Investigation of the morphology and photoelectronic properties of the quantum InGaAs/GaAs layers using selective chemical etching. (Poster). Abstracts of Int. Young Scientist Conf. Scientific Problems of Optics and High Technology Material Science. Ukraine, Kyiv, 25-26 October 2001, p.l 13.

A24. С.Б. Левичев, И.А. Карпович. Исследование морфологии и фотоэлектронных свойств квантоворазмерных слоев InGaAs/GaAs с использованием селективного химического травления. Материалы третьей всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, г. Санкт- Петербург, 05.12 - 08.12.2001г., стр. 40.

А25. А.П. Горшков, С.Б. Левичев, И.А. Карпович. Исследование фотоэлектрических спектров гетероструктур с поверхностными квантовыми точками InAs/GaAs. Материалы третьей всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, г. Санкт- Петербург, 05.12 - 08.12.2001г., стр. 25.

А26. I.A Karpovich, S.B. Levichev, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov, and S.Yu. Ermakov. Influence of the thickness and composition of cup layer on photoelectronic properties of the InGaAs/GaAs quantum dot heterostructures. Abstract of the Fifth International Scientific Conference Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology St Petersburg. Russia, 27-29 May

2002, p. 18-19.

All. I.A Karpovich, S.B. Levichev, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov. Investigation of morphology and photoelectronic properties of InGaAs/GaAs heterostructures with combined quantum well and self-organized quantum dot layers. Abstract of the 12 International Conference Semiconducting and insulating materials. Bratislava, Slovakia, 30 June - 5 July 2002, p. 62.

A28. I.A Karpovich, S.B. Levichev, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov. Investigation of morphology and photoelectronic properties of InGaAs/GaAs heterostructures with combined quantum well and self-organized quantum dot layers. Proceedings of SIMC-XII-2002, pp. 245-248.

A29. I.A Karpovich, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, S.V. Morozov, S.B. Levichev D.O. Filatov, A.V. Zdoroveishev, and A.P. Gorshkov. Abstracts of the ICPS 26. Edinburgh, Scotland, UK, 29 July - 2 August 2002 H251, p.321 (Proceedings of

the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors, Edinburgh,29 July - 2 August 2002, Institute of Physics Conference Series Number 171, Edited by: A R Long and J H Davies, Institute of Physics Publishing, Bristol (UK)and Philadelphia (USA), H251,2003.) A30. LA Karpovich, S.B. Levichev, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov,D.O. Filatov, S.Yu. Ermakov. Influence of the thickness and composition of cup layer on photoelectronic properties of the InGaAs/GaAs quantum dot heterostructures. SPO-

2002. Ukraine, Kyiv, Oktober 24-26. p. 103.

A31. И.А. Карпович, С.Б. Левичев, H.B. Байдусь, Б.Н. Звонков, Д.О. Филатов, С.Ю. Ермаков. Влияние толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs на фотоэлектронные спектры квантовых точек InAs/GaAs. Материалы совещания «Нанофотоника». Нижний Новгород, 17-20 марта

2003, стр. 398.

А32. С.Б. Левичев, С.Ю. Ермаков, И.А. Карпович. Влияние толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs на фотоэлектронные спектры квантовых точек InAs/GaAs. Материалы восьмой нижегородской сессии молодых ученых. Нижний Новгород, 20-25 апреля 2003, стр. 79-80.

Цитированная литература

1 A narrow photoluminescence linewidth of 21 meV at 1.35цт from strain reduced InAs quantum dots covered by In0 2Ga0.sAs grown on GaAs substrates / Nishi K., Saito H., Sugou S., Lee J-S. // Appl. Phys. Lett. - 1999. - 74. - P.l 111-1113.

2 Длинноволновое излучение в структурах с квантовыми точками, полученными при стимулированном распаде твердого раствора на напряженных островках / Б В. Воловик, А.Ф. Цацульников, Д.А. Бедарев и др. // ФТП. - 1999. - 33. - С.990-995.

3 Over 1.5 цт light emission from InAs quantum dots embedded in InGaAs strain-reducing layer grown by metalorganic chemical vapor deposition / J. Tatebayashi, M. Nishioka, Y. Arakawa // Appl. Phys. Lett. - 2001. - 78. - P.3469-3471.

4 Исследование физических свойств квантовых слоев InxGal xAs, выращенных на плоскостях (001) (111)А арсенида галлия / В.Я. Алешкин, А.В. Аншон, Т.С. Бабушкина и др. // В сб.: Многослойные полупроводниковые структуры и сверхрешетки. Диагностика, высокочастотные эффекты Отв. ред. А.М.Белянцева и Ю.А.Романова. - ИПФ АН СССР. Н.Новгород. - 1990. - С. 152.

Подписано в печать 08.12.04. Формат 60 х 84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 784.

Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

Р--9 13

РНБ Русский фонд

2005-4 48928

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Левичев, Сергей Борисович

Введение

Список основных сокращений ц

1. КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫЕ ГЕТЕРОНАНОСТРУКТУРЫ

НА ОСНОВЕ GaAs/InAs (Обзор литературы)

1.1. Общая характеристика ГНС на основе GaAs

1.2. Методы получения ГНС с квантовыми точками

1.3. Методы диагностики энергетического спектра ГНС

1.4. ГНС с комбинированными слоями КЯ/КТ

1.5. ГКТ с тонким покровным слоем 29 Выводы к главе

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Исследованные структуры

2.2. Фотоэлектрическая диагностика ГНС

2.3. Спектроскопия ФЛ

2.4. Атомно-силовая микроскопия

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ ГНС

3.1. Морфология поверхности ГНС разного типа

3.2. Методика выявления скрытых слоев КЯ и КТ InGaAs селективным травлением

Выводы к главе

4. ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ СПЕКТРЫ ГНС GaAs/InGaAs С КОМБИНИРОВАННЫМИ СЛОЯМИ КЯ/КТ

4.1. Энергетический спектр КТ в ГНС с комбинированными слоями КТ/КЯ

4.2. Энергетический спектр КЯ в ГНС с комбинированными слоями КЯ/КТ

4.3. Влияние спейсерного слоя на энергетический спектр комбинированных слоев КЯ/КТ

4.1.1. Не легированные ГНС

4.1.2. Легированные Bi ГНС

Выводы к главе

5. УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ СПЕКТРОМ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК InAs/GaAs ИЗМЕНЕНИЕМ ТОЛЩИНЫ И СОСТАВА ТОНКОГО ДВОЙНОГО ПОКРОВНОГО СЛОЯ GaAs/InGaAs 5.1. ГКТ без покровного слоя GaAs

5.2. ГКТ с тонким двойным покровным слоем GaAs/InGaAs.

Влияние параметров КЯ на Eo(QD)

5.3. ГКТ с тонким двойным покровным слоем GaAs/InGaAs.

Влияние толщины внешнего покровного слоя GaAs на E0(QD)

5.4. Влияние селективного химического травления покровного слоя ^ на энергетический спектр ГКТ

Выводы к главе

Введение диссертация по физике, на тему "Фотоэлектронные свойства гетеронаноструктур GaAs/In(Ga)As с комбинированными слоями квантовых ЯМ и самоорганизованных квантовых точек, выращенных газофазной МОС-гидридной эпитаксией"

Гетеронаноструктуры (ГНС) с размерным квантованием энергетического спектра электронного газа стали в последние годы одним из основных объектов исследований и разработок в физике, технике и технологии полупроводников. К настоящему времени для гетеросистемы GaAs/InxGaixAs относительно хорошо изучены наноструктуры со слоями квантовых ям (КЯ) и самоорганизованных квантовых точек (КТ).

Недавно появились первые работы 1' 2' 3' 4, в которых изучаются структуры с комбинированными квантово-размерными слоями КЯ/КТ, в которых слой КТ InAs заращивается сначала слоем КЯ InxGaixAs (х~0.2) и лишь затем покровным слоем GaAs. Они привлекли к себе внимание в связи с тем, что в них наблюдается значительное красное смещение энергии основного оптического перехода в КТ E0(QD) относительно его значения в одиночном слое КТ. Это открыло возможность создания на ГНС с КТ (ГКТ) In(Ga)As/GaAs более длинноволновых инжекционных полупроводниковых лазеров для волоконно-оптических линий связи, в частности лазеров, излучающих в окнах прозрачности кварцевого оптического волокна на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм, которым соответствуют значения E0(QD) 0.95 и 0.8 эВ соответственно. В структурах с одиночными слоями КТ не удается достичь этого диапазона вследствие ограничений на размеры КТ, при которых обеспечивается псевдоморфность кластеров-КТ с материалом матрицы.

Данная работа посвящена изучению энергетического спектра, фотоэлектронных свойств и морфологии ГИС GaAs/InGaAs с комбинированными слоями КЯ InxGai.xAs и самоорганизованных КТ InAs, выращенных методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (ГФЭ МОС) при атмосферном давлении водорода - газа-носителя паров МОС.

Актуальность темы и постановка задач

Изучение ГНС с комбинированными слоями типа КЯ/КТ представляет значительный теоретический и практический интерес. На морфологию и энергетический спектр комбинированных слоев КЯ/КТ может влиять диффузионное перемешивание состава слоев, перераспределение и релаксация в них упругих напряжений, гибридизация их энергетического спектра и др. Эти эффекты могут по-разному проявляться в структурах, выращенных разными методами и при разных условиях, и они еще мало изучены. Не совсем ясен и вопрос об основной причине красного смещения Eo(QD) в комбинированных слоях КЯ/КТ. В 1,4 это смещение связывается с релаксацией упругих напряжений в КТ, обусловленной уменьшением

2 3 рассогласования решеток на границе КЯ/КТ, в ' - с увеличением эффективного размера КТ в результате стимулированного наличием кластеров In As распада твердого раствора квантовой ямы.

В данной работе подход к изучению этих структур отличается двумя особенностями: 1) изучаются структуры, выращенные редко применяемым для выращивания ГКТ методом ГФЭ МОС при атмосферном давлении водорода, 2) для изучения энергетического спектра и электронных свойств ГКТ широко используются методы фотоэлектрической спектроскопии, в частности новый метод диагностики ГНС - спектроскопия фотоэдс в системе полупроводник/электролит.

В большинстве исследований для получения ГКТ GaAs/InAs применяется молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ) в сверхвысоком вакууме, важным достоинством которой является возможность прямого контроля за процессом роста и самоорганизации слоя КТ методами дифракции электронов. При ГФЭ МОС 4' 5 осаждение структуры ведется в плотной и химически активной атмосфере, не позволяющей осуществлять такой контроль. Однако этот метод, благодаря относительной простоте и экономичности, лучше подходит для массового производства структур и этим привлекает к себе внимание. Особый интерес представляет использование специфических условий роста слоев при ГФЭ МОС для получения уникальных структур.

Энергетический спектр ГНС традиционно изучается методами фотолюминесцентной спектроскопии. Комплексное применение методов фотолюминесцентной и фотоэлектрической спектроскопии дает важную дополнительную информацию. В отличие от спектров фотолюминесценции (ФЛ), характеризующих энергетический спектр только рекомбинационных излучательных переходов, фотоэлектрические спектры (фотопроводимости и различных фотовольтаических эффектов) отражают спектр оптического поглощения, который более полно характеризует энергетический спектр структуры, так как содержит информацию и о безизлучательных переходах (см. например6).

С различием механизмов ФЛ и фотоэффекта связаны и различия в условиях применения этих методов. Из-за температурного гашения спектры ФЛ обычно исследуют при низких температурах, в то время как фотоэлектрические спектры легко измеряются при комнатной температуре и, наоборот, возникают затруднения с их измерением при низких температурах. Спектры ФЛ получают при высоких (лазерных) уровнях фотовозбуждения, спектры фоточувствительности - при низких.

Разработанный с нашим участием метод фотоэлектрической диагностики ГНС в системе полупроводник/электролит, несмотря на некоторые недостатки метода, связанные, в частности, с необходимостью учета возможного влияния на фотоэлектрические процессы (фото)электрохимических реакций (окисления, восстановления, травления и т др.) на поверхности полупроводника , оказался весьма эффективным при исследовании ГНС с квантовыми точками. Он позволил поставить и изучить ряд вопросов, которые трудно было бы выяснить другими фотоэлектрическими методами. Этим методом удается получать фотоэлектрические спектры квантовых точек InAs со сверхтонкими покровными слоями Ga(In)As и вообще без покровного слоя, модифицировать посредством электрохимических реакций поверхность ГНС и изучать in situ происходящие при этом изменения энергетического спектра и фотоэлектрических свойств.

Исходя из вышесказанного, определилась основная задача данной работы - изучение методами фотоэлектрической и фотолюминесцентной спектроскопии и атомно-силовой микроскопии особенностей энергетического спектра и морфологии гетеронаноструктур GaAs/InGaAs с комбинированными слоями КЯ/КТ разного типа, выращенных ГФЭ МОС при атмосферном давлении.

Научная новизна работы

1. В работе впервые установлены особенности энергетического спектра, фотоэлектронных свойств и морфологии комбинированных слоев квантовых ям и точек различного типа, выращенных газофазной МОС-гидридной эпитаксией при атмосферном давлении.

2. Показана возможность управления энергетическим спектром квантовых точек InAs/GaAs в широких пределах изменением толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/In GaAs.

Практическая ценность работы

Результаты работы могут быть использованы для усовершенствования технологии ГФЭ МОС и создания лазерных структур с поверхностным фото-или электронным возбуждением, а также светодиодных структур, излучающих в окнах прозрачности кварцевого оптического волокна на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм.

На защиту выносятся следующие основные положения:

2. Обнаруженный эффект красного смещения энергии основного перехода в КЯ InxGaixAs при нанесении ее на слой КТ InAs обусловлен образованием гибридной КЯ InxGaixAs + InAs (смачивающий слой) между квантовыми точками.

3. В структурах с тонким двойным покровным слоем GaAs/InxGai.xAs изменением его толщины и состава можно управлять энергией основного перехода в КТ InAs/GaAs в интервале 0.68 - 0.95 эВ, перекрывающем оба окна прозрачности кварцевого оптического волокна на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм. Увеличение содержания In в КЯ InxGai.xAs и уменьшение ее ширины и толщины внешнего покровного слоя GaAs увеличивают красное смещение энергии основного перехода в КТ.

4. Селективный феррицианидный травитель выявляет скрытые слои КЯ InxGaixAs с х > 0.2 и КТ InAs со смачивающим слоем, позволяющие исследовать их морфологию методом атомно-силовой микроскопии. При селективном травлении тонкого покровного слоя GaAs (~30 нм) наблюдается значительное красное смещение E0(QD), связанное с релаксацией упругих напряжений в КТ, и исчезновение полосы фоточувствительности, связанной с крупными дислоцированными кластерами, обусловленное их растравливанием.

Апробация работы

Санкт- Петербург, 2000 г.), 25 и 26 международных конференциях по физике полупроводников «ICPS - 25», «ICPS - 26» (Осака, Япония, 2000 г., Эдинбург, Великобритания, 2002 г.), международной молодежной конференции «Problems of Optics in XXI century» (г. Киев, Украина, 2000 г.), международной конференции «Фундаментальные проблемы физики» (г. Саратов, 2000 г.), международном рабочем совещании «Scanning Probe Microscopy - 2001» (г. Нижний Новгород, 2001 г.), Всероссийских рабочих совещаниях «Нанофотоника» (г. Нижний Новгород, 2001, 2003 гг.), шестой и восьмой нижегородских сессиях молодых ученых (г. Нижний Новгород, 2001, 2003 гг.), V российской конференции по физике полупроводников (г. Нижний Новгород, 2001 г.), 2 и 3 международных молодежных конференциях «Scientific Problems of Optics and High Technology Material Science» (г. Киев, Украина, 2001, 2002гг.), 5 международной конференции «Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology» (r. Санкт- Петербург, 2002 г.), XII международной конференции «Semiconducting and Insulating Materials Conference » (г. Братислава, Словакия, 2002г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 32 работы [А1-А32], в том числе 8 статей в научных журналах и 24 сообщения в материалах конференций.

Структура и объем диссертации

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Выводы к главе 5

1. Установлено, что при тонком двойном покровном слое, состоящем из слоя КЯ InxGa!.xAs толщиной L и внешнего слоя GaAs толщиной dc, энергия основного перехода в КТ E0(QD) существенно зависит от параметров этого слоя х, L и dc. Изменением этих параметров можно контролируемо управлять энергией перехода при высоком выходе фотоэмиссии в интервале 0,95 - 0.68 эВ (длина волны излучения 1.3 - 1.84 мкм), перекрывающем оба окна прозрачности кварцевого оптического волокна (1.3 и 1.55 мкм).

2. Энергия перехода E0(QD) уменьшается при увеличении л: и уменьшении L и dc. Наблюдаемые зависимости E0(QD) от этих параметров в основном связаны с изменением упругих напряжений в КТ при изменении этих параметров.

3. В отличие от E0(QD), энергия основного перехода в гибридной КЯ E0(QW+WL) слабо зависит от параметров КЯ и совсем не зависит от толщины покровного слоя GaAs.

4. Полученные структуры могут быть использованы для создания лазеров с оптической или электронной накачкой.

5. Выяснены особенности эволюции морфологии и фотоэлектрических спектров структур с одиночным слоем КТ и типа КТ/СС/КЯ и КЯ СС/КТ (первым указан внешний слой) при селективном травлении тонкого (до 30 нм) покровного слоя GaAs в феррицианидном травителе. Установлены, в частности, следующие закономерности:

• В структурах, где внешним является слой КТ, утоныиение покровного слоя при травлении вызывает красное смещение энергетического спектра КТ в результате релаксации упругих напряжений в КТ и значительное уширение линий спектра в результате неоднородности травления. При полном стравливании покровного слоя спектр становится сильно размытым с краем около 0.7 эВ. Исчезает полоса фоточувствительности с порогом около 0.65 эВ, связанная, с наличием в слое КТ крупных релаксированных кластеров, в результате их растравливания.

• В структуре с передним слоем КЯ из-за остановки процесса селективного травления на слое КЯ эффект красного смещения спектра КТ при той же длительности травления практически не наблюдается. Не происходит и растравливания крупных релаксированных кластеров, защищенных слоем КЯ и спейсерным слоем GaAs.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе методами фотоэлектрической и фотолюминесцентной спектроскопии и атомно-силовой микроскопии исследованы особенности энергетического спектра и морфологии гетеронаноструктур GaAs/InGaAs с комбинированными слоями квантовых точек и ям разного типа, выращенных газофазной МОС-гидридной эпитаксией при атмосферном давлении. Изучено влияние на свойства структур некоторых условий выращивания, толщины и состава покровного слоя и его химической модификации. Получены следующие основные результаты:

1. Показано, что в ГНС, выращенных ГФЭ МОС при атмосферном давлении, в отличие от ГНС, выращенных другими методами, эффект красного смещения энергии основного перехода в КТ в комбинированных слоях типа КЯ/КТ, относительно мал. Однако этот метод позволяет получать рекордно низкие значения E0(QD) до 0.87 эВ в структурах с одиночными слоями КТ. Это объясняется образованием на границе кластеров - КТ диффузионного переходного слоя InxGa!xAs, который приводит к красному смещению спектра в результате частичной релаксации упругих напряжений в КТ.

2. Установлено, что красное смещение E0(QD) практически одинаково в слоях КЯ/КТ и КТ/КЯ (первым указан вешний слой), однако при выращивании слоя КТ на слое КЯ из-за меньшего рассогласования параметров решеток растущего и подстилающего слоев КТ вырастают менее однородными, что проявляется в более сильном размытии их энергетического спектра.

3. Обнаружено, что в комбинированных слоях КЯ/КТ и КТ/КЯ происходит также значительное красное смещение энергии основного перехода в КЯ InGaAs. Показано, что этот эффект обусловлен образованием гибридной КЯ (внешняя КЯ InGaAs + КЯ смачивающего слоя InAs) между КТ.

4. Показано, что изменением толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs(K3) можно управлять энергией основного перехода в КТ InAs/GaAs в интервале 0.68 - 0.95 эВ, перекрывающем оба окна прозрачности кварцевого оптического волокна на длинах волн 1.3 и 1.55 мкм. Энергия перехода E0(QD) уменьшается при увеличении содержания In в КЯ от х - 0.2 до 0.3, уменьшении ширины КЯ в интервале 12 -2 нм и толщины внешнего покровного слоя GaAs в интервале 30-3 нм.

5. Показано, что селективный феррицианидный травитель позволяет выявлять скрытые слои КЯ InxGaixAs с х > 0.2 и КТ InAs со смачивающим слоем для исследований их морфологии методом атомно-силовой микроскопии.

6. При селективном травлении тонкого покровного слоя GaAs (~30 нм) наблюдается значительное красное смещение Eo(QD) от начального значения ~ 0.9 до -0.7 эВ, связанное с релаксацией упругих напряжений в КТ, и исчезновение полосы фоточувствительности, связанной с крупными дислоцированными кластерами, обусловленное их растравливанием. В структурах с тонким тройным покровным слоем GaAs(15 HM)/InGaAs (5 HM)/GaAs(5 нм) этого не происходит в связи с остановкой процесса травления на слое КЯ.

В заключение хочу поблагодарить своего научного руководителя Игоря Алексеевича Карповича за предложенную тему исследования, постоянное внимание, помощь в подготовке экспериментов и обсуждении результатов. Все это оказало неоценимую поддержку мне в написании данной работы. Также хочу выразить благодарность Б.Н. Звонкову за предоставленные образцы для исследования, Н.В. Байдусю и П.П. Деминой за измерение спектров фотолюминесценции, Д.О. Филатову за полезные советы и обсуждение результатов, а также аспирантам А.П. Горшкову и А.В. Здоровейщеву за помощь при проведении экспериментов.

Список публикаций по теме диссертации

2000.- 11.-С.27-31.

А2. И.А. Карпович, А.П. Горшков, С.Б. Левичев, С.В. Морозов, Б.Н. Звонков, Д. О. Филатов. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник / электролит. ФТП. - 2001. - 35. - С.564 - 570. A3. I.A.Karpovich, N.V.Baidus, B.N.Zvonkov, D.O.Filatov, S.B.Levichev, A.V.Zdoroveishev, V.A.Perevoshikov. Investigation of the buried InAs/GaAs quantum dots by Atomic Force Microscopy combined with selective chemical etching. Phys. Low-Dim. Struct. - 2001. - 3/4. - P.341-348. A4. И.А.Карпович, Н.В.Байдусь, Б.Н.Звонков, Д.О.Филатов, С.Б.Левичев, А.В.Здоровейщев, В.А.Перевощиков. Исследование квантовых точек InAs, встроенных в матрицу GaAs методом атомно-силовой микроскопии с использованием селективного химического травления. Вестник Нижегородского университета. Серия: Физика твердого тела.

2001.- 1(4). - С.130-135.

А5. И.А. Карпович, С.Б. Левичев, С.В. Морозов, Б.Н. Звонков, Д.О. Филатов, А.П. Горшков, С. Ермаков. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник / электролит. Известия РАН. Серия физическая. - 2002. -66.-С.186- 188.

А7. А.П. Горшков, С.Б.Левичев, С.В. Морозов, И.А. Карпович. Морфология и фотоэлектронные спектры гетероструктур с поверхностными квантовыми точками InAs/GaAs. Вестник Нижегородского университета. Серия: Инновации в образовании. - 2002. - 1(3). - С.54-61.

А9. С.В. Морозов, С.Б. Левичев, И.А. Карпович, Д.О. Филатов. Некоторые фотоэлектрические и оптические свойства квантоворазмерных гетероструктур GaAs/InGaAs, полученных методом МОС гидридной эпитаксии. Материалы Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, г. Санкт- Петербург, Россия, 30 ноября - 03 декабря 1999г.-С.80.

А10. И.А. Карпович, С.Б. Левичев, Б.Н.Звонков, Н.В. Байдусь, С.М. Некоркин, Д.О. Филатов. Исследование морфологии и фотоэлектронных свойств гетеронаноструктур GaAs/InGaAs с комбинированными слоями квантовых ям и самоорганизованных квантовых точек. Зондовая микроскопия: Материалы международного рабочего совещания, Нижний Новгород, Россия, 28 февраля - 2 марта 2000 г. - С.31 - 34.

A12. B.N.Zvonkov, I.A.Karpovich, N.V.Baidus, D.O.Filatov, Yu.Yu.Gushina, S.V.Morozov, and S.B.Levichev. Extremely uniform InAs/GaAs quantum dots emitting at 1.41 mkm at room temperature grown by MOCVD with Bi doping. Abstracts of ICPS 25, Osaka, Japan, 17-22 September 2000, Part I, D059. - P.82. (Proceedings of ICPS 25, Part I. - P.397 - 398, Springer Proceedings in Physics 87.)

A13. S.B. Levichev, I.A. Karpovich, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov. Photoelectric spectroscopy of InGaAs/GaAs nanostructures with combined quantum wells and quantum dots. Scientific Problems of Optics in XXI century: Abstracts of Int. Young Scientist Conf., Kyiv, Ukraine, 5-6 October 2000. - P.23.

A14. И.А. Карпович, Б.Н. Звонков, H.B. Байдусь, С.Б. Левичев, С.В. Морозов, Д.О. Филатов. Оптические и фотоэлектрические свойства гетеронаноструктур GaAs/InGaAs с комбинированными слоями квантовых ям и точек. Фундаментальные проблемы физики: Материалы международной конференции, Саратов, Россия, 9-13 октября 2000. -С.92.

А15. С.Б. Левичев, С.В. Морозов, А.П. Горшков, И.А. Карпович. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник / электролит. Материалы второй всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт- Петербург, Россия, 04 - 08 декабря 2000г. - С.55.

А16. С.Б. Левичев, И.А. Карпович. Фотоэлектронные свойства наноструктур InGaAs/GaAs с комбинированными слоями квантовых ям и самоорганизованных квантовых точек. Материалы второй всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт- Петербург, Россия, 04 - 08 декабря 2000г. - С.54.

Scanning Probe Microscopy: Proceedings of International Conference, Nizhny Novgorod, Russia, 25 February - 01 March 2001. - P. 14 - 16.

A18. И.А. Карпович, С.Б. Левичев, C.B. Морозов, Б.Н. Звонков, Д.О. Филатов, А.П. Горшков, С. Ю. Ермаков. Фотоэлектрическая спектроскопия гетер о структур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник / электролит. Нанофотоника: Материалы совещания, Нижний Новгород, Россия, 26 - 29 марта 2001. - С.81 -84.

А19. И.А. Карпович, Н.В. Байдусь, Б.Н. Звонков, С. В. Морозов, Д.О. Филатов, С.Б Левичев, А.В. Здоровейщев. Фотоэлектронные свойства поверхностных слоев квантовых точек InAs/GaAs, полученных газофазной эпитаксией. Нанофотоника: Материалы совещания, Нижний Новгород, Россия, 26 - 29 марта 2001. - С. 89 - 92.

А21. I.A.Karpovich, N.V.Baidus, B.N.Zvonkov, D.O.Filatov, S.B.Levichev, A.V.Zdoroveishev, V.A.Perevoshikov. Investigation of the buried InAs/GaAs quantum dots by Atomic Force Microscopy combined with selective chemical etching. Proceedings of the NATO Project SfP-973799 Semiconductors 1st Workshop. Design of radiation-hard semiconductor devices for communication systems and precision measurements using noise analysis. Nizhni Novgorod, Russia, April 2001. - P. 118-123.

A22. И.А. Карпович, С. В. Морозов, Н.В. Байдусь, С.Б Левичев. Исследование in situ образования и пассивации ловушек в квантово-размерных структурах GaAs/InGaAs в системе полупроводник/электролит. Материалы V российской конференции по физике полупроводников, Нижний Новгород, 10-14 сентября 2001. -С.311.

А23. S.B. Levichev, I.A. ICarpovich, N.V.Baidus, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov. Investigation of the morphology and photoelectronic properties of the quantum InGaAs/GaAs layers using selective chemical etching. Scientific Problems of Optics and High Technology Material Science: Abstracts of Int. Young Scientist Conf., Kyiv, Ukraine, 25-26 October 2001. - P. 113.

A24. С.Б. Левичев, И.А. Карпович. Исследование морфологии и фотоэлектронных свойств квантоворазмерных слоев InGaAs/GaAs с использованием селективного химического травления. Материалы третьей всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт- Петербург, Россия, 05 - 08 декабря 2001г. - С.40.

А25. А.П. Горшков, С.Б. Левичев, И.А. Карпович. Исследование фотоэлектрических спектров гетероструктур с поверхностными квантовыми точками InAs/GaAs. Материалы третьей всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт- Петербург, Россия, 05 - 08 декабря2001г. - С.25.

А26. I.A Karpovich, S.B. Levichev, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov, and S.Yu. Ermakov. Influence of the thickness and composition of cup layer on photoelectronic properties of the InGaAs/GaAs quantum dot heterostructures. Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology: Abstract of the Fifth International Scientific Conference, St. Petersburg, Russia, 27-29 May 2002. - P. 18-19.

A27. I.A Karpovich, S.B. Levichev, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov. Investigation of morphology and photoelectronic properties of InGaAs/GaAs heterostructures with combined quantum well and self-organized quantum dot layers. Semiconducting and insulating materials: Abstract of the 12 International Conference, Bratislava, Slovakia, 30 June - 5 July 2002. - P.62.

A29. I.A Karpovich, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, S.V. Morozov, S.B. Levichev D.O. Filatov, A.V. Zdoroveishev, and A.P. Gorshkov. Morphology, optical and photoelectric properties of the InAs/GaAs surface and buried quantum dots grown by Metal Organic Vapor Phase Epitaxy. Abstracts of the ICPS 26. Edinburgh, Scotland, UK, 29 July - 2 August 2002. H251. - P.321. (Proceedings of the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors, Edinburgh,29 July - 2 August 2002, Institute of Physics Conference Series Number 171, Edited by:A R Long and J H Davies, Institute of Physics Publishing, Bristol (UK)and Philadelphia (USA), H251, 2003.)

A30. I.A Karpovich, S.B. Levichev, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov,D.O. Filatov, S.Yu. Ermakov. Influence of the thickness and composition of cup layer on photoelectronic properties of the InGaAs/GaAs quantum dot heterostructures. Scientific Problems of Optics and High Technology Material Science: Abstracts of Int. Young Scientist Conf., Kyiv, Ukraine,24-260ktober 2002. -P.103.

A31. И.А. Карпович, С.Б. Левичев, H.B. Байдусь, Б.Н. Звонков, Д.О. Филатов, С.Ю. Ермаков. Влияние толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs на фотоэлектронные спектры квантовых точек InAs/GaAs. Нанофотоника: Материалы совещания, Нижний Новгород, 17-20 марта 2003. - С.398.

А32. С.Б. Левичев, С.Ю. Ермаков, И.А. Карпович. Влияние толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs на фотоэлектронные спектры квантовых точек InAs/GaAs. Материалы восьмой нижегородской сессии молодых ученых, Нижний Новгород, 20 - 25 апреля 2003. - С.79-80.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Левичев, Сергей Борисович, Нижний Новгород

1. Лазерная генерация с длиной волны излучения в районе 1.3 мкм в структурах на основе квантовых точек InAs / А.Р. Ковш, А.Е. Жуков, Н.А. Малеев и др. // ФТП. 1999. - 33. - С. 1020-1023 .

2. Tatebayashi, J. Over 1.5 (im light emission from InAs quantum dots embedded in InGaAs strain-reducing layer grown by metalorganic chemical vapor deposition / J. Tatebayashi, M. Nishioka, Y. Arakawa // Appl. Phys. Lett. 2001. - 78. -P.3469-3471.

3. Гуревич, Ю.Я. Фотоэлектрохимия полупроводников / Гуревич, Ю.Я. Плесков Ю.В. М.: Наука, 1983.-312 с.

4. Direct formation of quantum-sized dots from uniform coherent islands of InGaAson GaAs surfaces / D. Leonard, M. Krishnamurthy, C.M. Reaves, et al И Appl. Phys. Lett. 1993. - 63. - P.3203-3205.

5. Егоров, А.Ю., A.E. Жуков, П.С. Копьев, H.H. Леденцов, М.В. Максимов, В.М. Устинов, А.Ф. Цацульников, Ж.И. Алферов, Д.Л. Федоров, Д. Бимберг. // ФТП. 1996. - 30. - С. 1345.

6. GalnNAs: A Novel Material for Long-Wavelength-Range Laser Diodes with Excellent High-Temperature Performance / M. Kondow, K. Uomi, A. Niwa, et all I Jpn. J. Appl. Phys. 1996. -35. - P. 1273-1275 .

7. Hole burning spectroscopy of InAs self-assembled quantum dots for memory application / Y. Sugiyama, Y. Nakata, S. Muto, et al II Physica E. 2000. -7. -P.503-507.1 о

8. Grundmann, M. InAs/GaAs pyramidal quantum dots: Strain distribution, optical phonons, and electronic structure / M.Grundmann, O. Stier, D.Bimberg // Phys. Rev. В.- 1995.-52. P.11969- 11981.

9. Marzin, J-Y. Calculation of the energy levels in InAs/GaAs quantum dots / J-Y.Marzin, G.Bastard // Solid State Commun. 1994. - 92. -P.437-442.

10. Arakawa, Y. Multidimensional quantum well laser and temperature dependence of its threshold current / Y. Arakawa, H. Sakaki // Appl Phys. Lett. 1982. - 40. -P.939- 941.1 Я

11. Yusa, G. Trapping of photogenerated carriers by InAs quantum dots and persistent photoconductivity in novel GaAs/w-AlGaAs field-effect transistor structures / G. Yusa, H Sakaki // Appl. Phys. Lett. 1997. - 70. - P.345-347 .

12. Stranski, I. N. and L. von Krastanow, Akad. Wiss. Lit. Mainz Abh. Math. Naturwiss. Kl. 146, 797 (1939).

13. Growth by molecular beam epitaxy and characterization of InAs/GaAs strained-layer superlattices / L. Goldstein, F. Glas, J. Y. Marzin, et al II Appl. Phys. Lett. 1985.-47.-P.1099- 1101.

14. Cho, A. Y. Growth of Periodic Structures by the Molecular-Beam Method / A.Y. Cho // Appl. Phys. Lett. -1971. 19. - P.467-468 .22

15. Initial stages of InAs epitaxy on vicinal GaAs(001)-(2 x 4) / V. Bressler-Hill, A. Lorke, S. Varma, and oth. // Phys. Rev. B. 1994. - 50. - P. 8479-8487 .

16. Schmitt-Rink, S. Linear and nonlinear optical properties of semiconductors quantum wells / S. Schmitt-Rink, D.S. Chemla, D.A.B. Miller. Adv. Phys. -1989. 38. - P.89-190.

17. Reflectance line shapes from GaAs/Ga^Al^As quantum well structures / X.L. Zheng, D. Heinmann, B. Lax, and F.A. Chambers // Appl. Phys. Lett. 1988. -52. - P.287- 289.

18. Photovoltage and photoreflectance spectroscopy of InAs/GaAs self-organized quantum dots / B.Q. Sun, Z.D. Lu, D.S. Jiang, et al II Appl. Phys. Lett. 1998. -73. -P.2657 -2659.

19. Phonons and radiative recombination in self-assembled quantum dots / S. Fafard, R. Leon, D. Leonard, et al II Phys. Rev. B. 1995. - 52. - P.5752 -5755.29 • * •

20. Carrier relaxation and thermal activation of localized excitons in self-organized InAs multilayers grown on GaAs substrates / Z. Y. Xu, Z. D. Lu, X. P. Yang, et all/ Phys. Rev. B. 1996. - 54. -P.11528 -11531.•1Л

21. Effect of an electric field on the luminescence of GaAs quantum wells / E.E. Mendes, G. Bastard, L.L. Chang, et al II Phys. Rev. B. 1986. - 26. - P.7101 -7104.4 I

22. Carrier relaxation and electronic structure in InAs self-assembled quantum dots / К. H. Schmidt, G. Medeiros-Ribeiro, M. Oestreich, et al II Phys. Rev. B. -1996.-54. -P.11346-11353 .

23. Multiphonon-relaxation processes in self-organized InAs/GaAs quantum dots / R. Heitz, M. Grundmann, N. N. Ledentsov, et al II Appl. Phys. Lett. 1996. -68. - P.361-363 .

24. Kronik, L. Surface photovoltage phenomena: theory, experiment, and applications / L. Kronik, Y. Shapira // Surface Science Reports. 1999. 37.

25. Fafard, S. Near-surface InAs/GaAs quantum dots with sharp electronic shells / S. Fafard // Appl. Phys. Lett. 2000. -76. - P.2707-2709 .

26. Photoluminescence from a single GaAs/AlGaAs quantum dot / K. Brunner, U. Bockelmann, G. Abstreiter, et al II Phys. Rev. Lett. 1992. - 69. - P.3216-3219.

27. Sharp-line photoluminescence of excitons localized at GaAs/AlGaAs quantum well inhomogeneities / K. Brunner, G. Abstreiter, G. Bohm, et al II Appl. Phys. Lett. 1994. - 64. - P.3320- 3322.

28. Photoluminescence of Single InAs Quantum Dots Obtained by Self-Organized Growth on GaAs / J.-Y. Marzin, J.-M. Gerard, A. Izrael, et al II Phys. Rev. Lett. 1994. - 73. -P.716- 719.1. Ч о

29. Optical investigations of individual InAs quantum dots: Level splittings of exciton complexes / L. Landin, M.-E. Pistol, C. Pryor, et al II Phys. Rev. B. -1999.-60.-P. 16640- 16646.

30. Фотоэлектрические свойства эпитаксиальных гетероструктур GaAs/InGaAs с квантовой ямой / И.А. Карпович, В.Я. Алешкин, А.В. Аншон, и др. // ФТП. 1990. - 24. - С.2172.

31. Determination of transition energies and oscillator strengths in GaAs-AlxGaixAs multiple quantum wells using photovoltage-induced photocurrent spectroscopy / P.W. Yu, G.D. Sanders, D.C. Reynolds, et al II Phys. Rev. B. 1987. - 35. -P.9250- 9258.

32. Photo voltage and photocurrent spectroscopy of p+ i - n+ GaAs/AlGaAs quantum well heterostructures / L. Tarricone, C. Arena, A. Parisini, F. Genova // J. Appl. Phys. - 1992. - 72. - P.3578-3583 .

33. Excitonic transitions and optically excited transport in GaAs/AlxGai xAs quantum wells in an electric field / R. T. Collins, L. Vina, W. I. Wang, et al II Superlattices and microstructures. 1987. - 3. - P.291-293 .

34. Карпович, И.А. Диагностика гетероструктур с квантовыми ямами методом спектроскопии конденсаторной фотоэдс / И.А. Карпович, Д.О. Филатов // ФТП. 1996.-30.-С.1745.

35. Не, X. Well resolved room-temperature photovoltage spectra of GaAs-GalnP quantum wells and superlattices / X. He, M. Raseghi // Appl.Phys.Lett. 1993. -62.-P.618- 620.

36. Карпович, И.А. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник / электролит / И.А. Карпович, С.Б. Левичев, С.В. Морозов и др. // Известия РАН. Серия физическая. 2002. - 66. - С. 186 - 188.

37. Room-temperature 1.3 цт emission from InAs quantum dots grown by metal organic chemical vapor deposition / J. Bloch, J. Shah, W. S. Hobson, et a. II Appl. Phys. Lett. 1999. - 75. - P.2199- 2201.

38. Saito, H. Influence of GaAs capping on the optical properties of InGaAs/GaAs surface quantum dots with 1.5 цт emission / H. Saito, K. Nishi, S. Sugou // Appl. Phys. Lett. 1998. - 73. - P.2742-2744.

39. Особенности роста квантовых точек InAs на вицинальной поверхности GaAs (001), разориентированной в направлении 010. / Евтихиев В.П., Токранов В.Е., Крыжановский А.К., и др. // ФТП. 1998. - 32. - С. 860865

40. Surfactant effect of bismuth in the MOVPE growth of the InAs quantum dots on GaAs / B.N.Zvonkov, I.A.Karpovich, N.V.Baidus, et al II Nanotechnology. -2000. 11. - P.221- 226.

41. Примаченко, B.E. Физика легированной металлами поверхности полупроводников / B.E. Примаченко, О.В. Снитко // Киев: Наукова думка, 1988. 141с.

42. Барьерная фотопроводимость в эпитаксиальных пленках GaAs и InP / Карпович И.А., Бедный Б.И., Байдусь Н.В., и др. // ФТП. 1989. - 23. -С.2164.

43. Исследование процесса заращивания нанокластеров InAs в гетероструктурах с квантовыми точками GaAs/lnAs, полученных методом газофазной эпитаксии / Н.В.Байдусь, Б.Н.Звонков, Д.О.Филатов, и др.// Поверхность. 2000. - №7. - С.71- 75.

44. Исследование процесса заращивания нанокластеров InAs/GaAs / Н.В. Байдусь, Б.Н. Звонков, Д.О. Филатов, и др. // Зондовая микроскопия: Материалы Всероссийского совещания, Нижний Новгород, Россия. 1999г. С.164-166.

45. Rettig, R. Atomic scale properties of interior interfaces of semiconductor heterostructures as determined by quasi-digital highly selective etching and atomic force microscopy / R. Rettig, W. Stolz // Physica E. 1998. - 2. - P.277-281.

46. Морозов, С.В. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками GaAs/InAs. Дисс. канд. физ.-мат. наук: 01.04.10 / С.В. Морозов. Нижний Новгород, 2002. - 128с.

47. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. Обзор / Леденцов Н.Н., Устинов В.М., Щукин В.А. и др. // ФТП. 1998. -32. - С.385- 410.

48. Kane, Е.О. Band structure of indium antimonide / E.O.Kane // J.Phys.Chem.Solids. 1957. - 1. -P.249-261.

49. Optical investigation of highly strained InGaAs-GaAs multiple quantum wells / G. Huang, D.Ji, U.K. Reddy, et al II J. Appl. Phys. 1987. - 62. - P.3366- 3373.

50. Влияние легирования слоя квантовых точек InAs висмутом на морфологию и фотоэлектронные свойства гетероструктур GaAs/InAs, полученных газофазной эпитаксией / Б.Н. Звонков, И.А. Карпович, Н.В. Байдусь и др. // ФТП. 2001. - 35. - С.92- 97.

51. Гетероэпитаксиальная пассивация поверхности GaAs / И.А. Карпович, Б. И. Бедный, Н.В. Байдусь и др. // ФТП. 1993. - 27. - С. 1736-1742.

52. Investigation of the buried InAs/GaAs quantum dots by Atomic Force Microscopy combined with selective chemical etching / I.A. Karpovich, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, et al II Phys. Low-Dim. Struct. 2001. - -P.341-348.

53. Morphology and photoelectronic properties of the InAs/GaAs surface quantum dots grown by Metal Organic Vapor Phase Epitaxy / I.A. Karpovich, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, et al II Nanotechnology. 2001. -12. - P.425- 429.