Молекулярно-лучевая эпитаксия низкоразмерных лазерных InGaAs/AlGaAs гетероструктур

Токранов, Вадим Ефимович

Молекулярно-лучевая эпитаксия низкоразмерных лазерных InGaAs/AlGaAs гетероструктур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Токранов, Вадим Ефимович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2000 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Молекулярно-лучевая эпитаксия низкоразмерных лазерных InGaAs/AlGaAs гетероструктур»

Автореферат диссертации на тему "Молекулярно-лучевая эпитаксия низкоразмерных лазерных InGaAs/AlGaAs гетероструктур"

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им.А.Ф.ИОФФЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

РГ 5 ОД - 7 ФЕЗ 2000

ТОКРАНОВ Вадим Ефимович

МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВАЯ ЭПИТАКСИЯ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ ЛАЗЕРНЫХ (пОаАв/АЮаАБ ГЕТЕРОСТРУКТУР

(01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник Евтихиев В.П.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор Ипатова И.П..

кандидат физико-математических наук

доцент Фирсов Д. А.

Ведущая организация Санкт-Петербургский государственный

заседании специализированного совета К-003.23.01 при Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, ул.Политехническая, д.26.

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

Автореферат разослан ' ' °000 г.

Защита состоится "с

электротехнический университет. '-тхг-14 2000 г. в часов н

часов на

Ученый секретарь диссертационного совета К-003.23.0 кандидат физ.-мат.наук

Куликов Г.С.

Вт. ь с 1,02

¿36 -6в/,£~03 О 4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полупроводниковые инжекционные лазерные диоды за последнее время получили широкое распространение в различных устройствах записи и считывания информации, в дальномерных и локационных системах, в системах волоконно-оптической связи, а также используются для решения многих медицинских задач. Тем самым создание и исследование низкоразмерных лазерных двойных гетероструктур с раздельным ограничением (РО ДГС), улучшение их параметров является важной задачей, что определяет актуальность темы данной диссертационной работы.

Решение все более сложных задач ставит вопрос об улучшении таких характеристик лазерных диодов, как пороговая плотность тока, дифференциальная квантовая эффективность, срок службы, температурная стабильность и т.д. Качественный скачок в улучшении этих характеристик произошел при переходе к гетеролазерам с квантовой ямой (КЯ) в активной области. Предполагается, что дальнейший прогресс будет связан с использованием в активной области квантовых точек (КТ).

Известно, что наиболее перспективным технологическим методом для выращивания гетеролазеров с КЯ и КТ в активной области является молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ). Однако к моменту начала выполнения этой работы перспективность выращивания квантоворазмерных гетеролазеров методом МЛЭ из-за безызлучательной рекомбинации на гетерограницах активной области была не ясна, т.е. вызывала сомнения возможность достижения высокого квантового выхода люминесценции гетероструктур, выращенных методом МЛЭ. Актуальность данной работы состоит в том, что в ней впервые исследована эффективность излучательной рекомбинации в МЛЭ гетероструктурах с КЯ, связь МЛЭ роста КЯ и КТ лазерных гетероструктур с различными характеристиками лазерных диодов, разработаны критерии оценки качества лазерных гетероструктур.

Целью диссертационной работы является совершенствование технологии МЛЭ низкоразмерных гетероструктур в системах А1-Са-Аз и 1п-Оа-АБ для инжекционных лазеров.

Задачи исследования:

выращивание методом молекулярно-лучевой эпитаксии АЮаАБ/ОаАз РО ДГС с квантово-размерной активной областью, обладающих 100 % квантовым выходом;

- разработка методики получения квантово-размерных слоев, обладающих высоким кристаллическим совершенством для изготовления волноводных слоев и активной области низкоразмерных лазерных гетероструктур;

- разработка метода контроля, позволяющего давать независимую оценку качества слоев без учета их люминесцентных свойств и прогнозировать срок службы лазерных диодов;

- разработка способов независимого управления плотностью и размерами КТ в процессе МЛЭ;

- оптимизация МЛЭ выращивания и изготовление лазерных диодов с активной областью, образованной одним слоем квантовых точек (КТ), имеющих низкую пороговую плотность тока генерации при комнатной температуре.

Представляемые к защите научные положения: Положение 1. Метод МЛЭ позволяет изготавливать СаАв/АЮаАз лазерные гетероструктуры с квантово-размерной активной областью с внутренней эффективностью излучательной рекомбинации, близкой к 100%, в широком диапазоне температур.

Положение 2. Оценка качества лазерных гетероструктур методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии по статическому фактору Дебая-Валлера позволяет прогнозировать срок службы лазерных диодов.

Положение 3. Применение бинарных сверхрешеток А^ЛЗаАз в качестве волноводных слоев при выращивании методом МЛЭ лазерных РО ДГС АЮаАв/ОаАз гетероструктур обеспечивает лучшее кристаллическое совершенство и увеличивает срок службы лазерных диодов.

Положение 4. Использование вицинальных поверхностей GaAs (001), разориентированных в направлении [010], в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии позволяет создавать массивы InAs квантовых точек с контролируемой плотностью, размерами и однородностью. Положение 5. Оптимизация параметров массива квантовых точек за счет использования разориентированных в направлении [010] подложек GaAs (001) в молекулярно-лучевой эпитаксии КТ РО ДГС позволяет существенно снижать величину пороговой плотности тока генерации в лазерах с одним слоем квантовых точек в активной области при комнатной температуре.

Приоритет результатов: представляемые к защите результаты исследований низкоразмерных лазерных InGaAs/AlGaAs гетероструктур, выращенных методом МЛЭ, имеют приорететный характер, что подтверждается материалами публикаций и докладами на конференциях.

Научная новизна и практическая значимость. Впервые показано, что методом МЛЭ возможно выращивание GaAs/AlGaAs лазерных гетероструктур с квантово-размерной активной областью, имеющих внутреннюю эффективность излучательной рекомбинации,близкую к 100% при комнатной температуре. Впервые установлена корреляция между фактором Дебая-Валлера, характеризующего долю смещенных атомов в кристаллической решетке, и сроком службы лазерных гетероструктур. Показано, что наиболее важным параметром, влияющим на скорость деградационных процессов в мощных лазерных диодах, является кристаллическое совершенство прилегающих к активной области волноводных слоев.

Показано, что изменение плотности квантовых точек, их распределение по размерам, а также подавление коалесценции на вицинальных поверхностях объясняются ограничением процесса диффузии адсорбированных атомов 1п из-за наличия террас на таких поверхностях. Установлено, что использование подложек (001) GaAs, разориентированных в направлении [010], позволяет создавать методом МЛЭ однородные массивы квантовых точек с высокой (до «10псм"2) поверхностной плотностью.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основе проведенного в ней комплекса исследований получены следующие конкретные результаты.

1. Разработана методика оценки кристаллического совершенства гетероструктур по статическому фактору Дебая-Валлера (Д.-В.), которая позволяет прогнозировать срок службы лазерных диодов до приборного тестирования.

2. Показано, что применение в качестве волноводных слоев лазерных КЯ РО ДГС бинарных сверхрешеток AlAs/GaAs вместо твердого раствора AiGaAs увеличивает срок службы лазерных диодов.

3. Показано, что использование разориентированных в направлении [010] подложек GaAs (001) в процессе МЛЭ позволяет независимо управлять плотностью и размером КТ, уменьшать разброс КТ по размерам.

4. Получено снижение значения пороговой плотности тока генерации вплоть до 110 А/см2 при 293К на РО ДГС лазерах с одним слоем квантовых точек в качестве активной области на подложке GaAs с 4° разориентацией в направлении [010].

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

19th International Conference on the Physics of Semiconductors, Warsaw, 15-19Aug, 1988; Third International Symposium of Molecular Beam Epitaxy, 2-7 Oct, 1989, Vélico Tarnovo; 5lh Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology", St Petersburg, 1997; Tenth International Conference on Molecular Beam Epitaxy, Cannes, France, 1998; 7lh Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology", St Petersburg. 1999.

Публикации. Научные результаты опубликованы в 15 печатных работах в научных журналах и материалах конференций.

Структура диссертации: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, содержит &S страниц текста, 28 рисунков и список литературы из 96 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, обоснована цель работы и сформулированы задачи исследования, изложены положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена фотолюминесцентным исследованиям излучательной рекомбинации квантово-размерных AIGaAs/GaAs-гетероструктур, полученных методом МЛЭ.

В первом параграфе рассмотрена технология выращивания квантово-размерных AIGaAs/GaAs-гетероструктур. Основные результаты были получены на изотипных N-n-N-структурах с раздельным ограничением, широкозонные слои которых были легированы Si. Структуры выращивались при температуре подложки 710°С, соотношение потоков элементов V/III групп равнялось 2. Исследованные структуры по распределению содержания AI аналогичны лазерным гетероструктурам раздельного ограничения. Оба широкозонных эмиттера в этих структурах и части прилегающих к ним волноводных слоев были легированы Si до уровня, обеспечивающего концентрацию свободных электронов ~3-10|7см3. Измерения в специально изготовленной структуре с аналогичным режимом модуляционного легирования дали значение электронной подвижности в GaAs 4-105 см2/В при Т=4.2 К. Приводятся спектры фотолюминесценции изучавшихся образцов, измеренные при температурах 300К и 77К. Из сопоставления со спектром нелегированной структуры видно, что уширение полос люминесценции в большей степени связано с эффектами, обусловленными легированием Si, чем с флуктуациями толщин квантовых ям. Сравнение записанных при 77 К спектров для ям с Lz=200 и 120 Ä и спектра наиболее узкой ямы показывает, что в уширение спектров широких ям существенный вклад вносят переходы с участием подзоны легких дырок. Проведенные исследования спектров фотолюминесценции подтверждают возможность выращивания методом МЛЭ квантовых ям с резкими гетерограницами.

Во втором параграфе рассмотрена методика и результаты исследования квантового выхода г|е в квантово-размерных фотолюминесцентных гетероструктурах. Результаты измерений внешней

квантовой эффективности люминесценции образцов со стравленной подложкой показали:

1) при плотностях возбуждающего излучения >20 А/см2 Т}с во всех образцах достигают стационарных значений и перестают возрастать при дальнейшем увеличении уровня возбуждения;

2) для структуры с наиболее тонкой активной областью стационарное г)с составляет 2 %, а для структур с более толстыми активными областями т]е превышают 10 %, т.е. имеют почти такие же высокие значения, как и в случае AlGaAs/GaAs-гетероструктур с трехмерными активными областями, при люминесценции которых существенную роль играют процессы вторичного переизлучения;

3) длина эффективного поглощения для излучения краевой полосы в рассматриваемых квантово-размерных структурах составляет сотни микрометров, в связи с чем размеры области генерации люминесценции могут существенно превосходить размеры области первичного фотовозбуждения, равной диаметру лазерного пучка. При постановке диафрагмы, ограничивающей размеры области, с которой выводится излучение, до размеров лазерного пучка величина ric приближается к 1.5-^2.0%.

Для количественной оценки внутренней

эффективности излучательных переходов были проведены измерения т|е для образцов, у которых подложка не стравливалась. На рис. 1 приведены зависимости

абсолютных значений г)е от плотности оптического

Рис. 1. Зависимости абсолютных значений т|е от плотности оптического возбуждения для образцов с подложкой. Образцы: 1 -200 А, 2 -120 А, 3 - 50 А.

возбуждения для образцов с подложкой, имеющих различную ширину квантовой ямы. Для структур с Lz=200 и 120 Â ход зависимостей x\c-f(fj практически совпадает, и при / > 20 А/см: г|е достигают стационарного значения порядка 1.5 %. Для структуры с Lz=50 Л увеличение г|е с ростом / происходит медленнее, и максимальные значении г)е в 3 раза меньше, чем у структур с более широкой ямой. Значения qe=1.5%, полученные для структур с Lz=200 и 120 Â, с хорошей степенью точности соответствуют 100 %-му внутреннему квантовому выходу люминесценции в квантовых ямах.

Для квантовых ям с ¿г>100 Â показано, что электронно-дырочные пары, создаваемые в волноводных слоях соответствующих структур, преобразуются в фотоны собственного излучения ямы с эффективностью, близкой к 100%. Этот факт, во-первых, свидетельствует о том, что качество AlojGaoeAs, служащего материалом волноводных слоев, достаточно высоко, чтобы обеспечить полный сбор электронно-дырочных пар в квантовые ямы; во-вторых, это означает, что скорость излучательных переходов между подзонами размерного квантования в ямах по крайней мере на порядок выше, чем суммарная скорость безызлучательной рекомбинации в материале ямы и на ее интерфейсах.

В третьем параграфе приведены данные по температурным исследованиям квантового выхода излучательной рекомбинации и спектров ФЛ. Вывод о 100 %-ом внутреннем квантовом выходе люминесценции в квантовых ямах с Lz > 100 Â хорошо подтверждается результатами исследований зависимости эффективности люминесценции от температуры. При увеличении температуры от 77 до 300 К спад г|е для структуры с Lz=200 Â не превышает 5 %. В случае структуры с Lz=50 Â эффективность люминесценции при 77 К столь же высока, как и для структур с более широкими ямами, однако при повышении температуры в этом случае имеет место заметный спад эффективности люминесценции квантовой ямы. Основными причинами отличия r|¡ от 100 % при 300 К в структуре с Lz= 50Â являются термический выброс неравновесных носителей и последующая безызлучательная рекомбинация в волноводных слоях. Увеличение утечек

носителей в широкозонные слои в сл>чае узкой ямы связано прежде всего с уменьшением эффективной высоты барьеров.

Вторая глава посвящена созданию методики оценки срока службы лазерных диодов до приборного тестирования с использованием высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии, а также выбору режимов выращивания методом МЛЭ квантово-размерных АЮаАз/СаАз лазерных гетероструктур с высоким кристаллическим совершенством слоев.

В первом параграфе приводится описание технологии выращивания методом МЛЭ двух типов диодных структур, выбранных в качестве объектов исследования. Структуры содержали: буферные слои СаАэ толщиной 0.5 мкм, эмиттерные слои п- и р- А106Сао.4А5, волноводные слои, квантовые ямы ОаАэ толщиной 100А и контактные слои р+-СаА5 толщиной 0.5 мкм. Квантовая яма в структурах 1-го типа ограничивалась волноводными слоями Alo.2Gao.8As толщиной 0.2 мкм, а в структурах 11-го типа - слоем 0.25 мкм варизонной сверхрешетки, изменяющейся по линейному закону аналогично эквивалентному градиентному слою А10.ззСа0б7Аз - А102Са(,8А5. Легирующей примесью п-типа был р-типа-Ве. Исследовались ватт-амперные характеристики лазерных диодов, изготовленных из исследованных структур. Сравнение характеристик-структур с различными типами волноводов показало практическое отсутствие отличий между ними.

Во втором параграфе проведено исследование выращенных лазерных гетероструктур методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии с использованием статического фактора Дебая-Валлера (фактора Д.-В.). Приведено краткое описание метода. Для всех исследованных структур проводился трехступенчатый анализ с численным моделированием. На первой стадии все выращенные лазерные гетероструктуры предварительно качественно оценивались по форме и параметрам кривых дифракционного отражения (КДО). На втором этапе исследований происходило сопоставление и уточнение для каждой выращенной структуры полученных из КДО параметров с технологическими параметрами, измеренными с помощью осцилляций ДБЭ

в процессе роста. На третьем этапе исследований применялся метод численного моделирования КДО. При подгонке расчетной КДО к экспериментальной рассеяние рентгеновского излучения на структурных дефектах учитывалось с помощью статического фактора Дебая-Валлера. Показано, что численное моделирование кривых дифракционного отражения позволяет оценить наличие и плотность кристаллических дефектов.

Третий параграф посвящен исследованию корреляции фактора Д.-В. и срока службы лазерных диодов. Исследования деградации лазерных диодов проводились в режиме поддержания начального рабочего тока для выходной оптической мощности Р=0.3 Вт с каждого зеркала при фиксированной температуре теплоотвода Т=25°С. Время жизни лазерных диодов фиксировалось при суммарном падении выходной оптической мощности более чем на 30%. Проводилось сопоставление значений статического фактора Д.-В. для эпитаксиальных слоев различных структур со сроком службы изготовленных из них приборов. Показано, что срок службы лазерных диодов хорошо коррелирует с качеством эпитаксиальных слоев, которое можно оценить из рентгенодифракционных спектров.

Таблица I. Сопоставление значений статического фактора Дебая-Валлера для эпитаксиальных слоев структур (с двумя типами волноводных слоев) с величиной времени жизни изготовленных из них приборов._

Образец Тип Порог. Диф. Время Фактор

структ. ток, квант. жизни Дебая-Валлера

А/см2 эффект.,% прибора, ч. волновод эмиттер

А-254 1 200 35 10

А-219 1 250 34 80 0.67 0.835

А-224 1 220 35 200 0.92 0.915

А-327 2 175 40 2900 0.99 1.0

А-309 2 180 40 2500 0.97 0.95

Тип структуры: I - АЮаАв -волновод;

2 - волновод с варизонной сверхрешеткой А^/СаАБ 11

Результаты исследований показали, что существует четкая корреляция между плотностью ростовых дефектов в приборных гетероструктурах, для оценки которых был использован статический фактор Дебая-Валлера, и скоростью деградации лазерных диодов, изготовленных из этих структур (табл.1). Показано, что моделирование кривых дифракционного отражения позволяет оценить наличие и плотность дефектов, фактически позволяет прогнозировать скорость деградации до приборного тестирования. Из сравнительного анализа гетероструктур с различной величиной фактора Д.-В. в волноводных и эмиттерных слоях и скорости деградации изготовленных из них лазеров видно, что наиболее критичным фактором с точки зрения деградации, влияющим на скорость деградационных процессов в мощных лазерных диодах, является кристаллическое совершенство активной области и прилегающих к ней волноводных слоев. Показано, что применение в качестве волноводных слоев варизонных бинарных сверхрешеток А1А$/ОаА5 вместо твердого раствора АЮэАб приводит к увеличению срока службы лазерных диодов. Рассмотрены ограничения, накладываемые на предложенную методику, так как методы высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии чувствительны не к отдельным точечным дефектам, а к их скоплениям, кластерам.

Третья глава посвящена получению однородных массивов квантовых точек с высокой плотностью и использованию их в активной области лазерных гетероструктур.

В первом параграфе рассмотрена оригинальная технология МЛЭ-выращивания по методу Странского-Крастанова однородных массивов поверхностных 1пА$-КТ. Первой стадией предложенной технологии является этап формирования сети террас для ограничения диффузии адсорбированных атомов. В одном технологическом процессе одновременно выращивались образцы на точно ориентированной (001)±0.1° СаАБ^ - подложке и на разориентированных в направлении [010] на 2°, 4° и 6° (001) СаАБ^ - подложках. Сравнительно небольшая область изменения углов была выбрана для того, чтобы изучаемые поверхности отличались друг от друга только плотностью ступеней роста, а

не качественными изменениями морфологии поверхности, вызванными приближением к новым сингулярным граням. Скорости роста, температура подложек и соотношение потоков V/III - группы контролировались и выбирались с помощью метода дифракции быстрых электронов (ДБЭ). Для создания однородной сетки террас на разориентированных подложках перед началом эпитаксии InAs-KT выращивался 500А слой GaAs со скоростью 0.6 МС/с в режиме "step-flow". Для этого было выбрано соотношение потоков V/II1 - группы равным 2 и температура подложки 650°С. На второй стадии проводилось выращивание InAs-квантовых точек при температуре подложки 470°С, что соответствовало переходу реконструкции поверхности (2x2) -» (2x4) по ДБЭ. Скорость роста InAs порядка 0.15 МС/с (монослоя в секунду^ калибровалась предварительно по осцилляциям ДБЭ во время выращивания In0.2Ga0.8As. Ошибка в определении скорости роста InAs не превышала 5%.

Во втором параграфе приведены результаты исследования структуры поверхности образцов методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Для исследований методом АСМ были выращены слои InAs толщиной 1.8 и 3.0 монослоя (МС) методом МЛЭ на поверхностях GaAs (001), разориентированных в направлении [010] на 0, 1, 2, 4, 6 град. АСМ изображения вицинальных поверхностей с толщиной InAs-покрытия в 1.8 МС, как и ожидалось, оказались разбиты на атомно-гладкие террасы, часть из которых соединена воротами. Увеличение угла разориентации приводило к увеличению линейной плотности и уменьшению ширины террас. Средняя ширина террас составляла, соответственно, 500А для 1°, 360А для 2°, и 250А для 6°. Эти значения заметно больше размеров террас, рассчитанных в предположении, что высота ступени составляет один монослой. Наблюдаемые отличия объясняются известным явлением "складывания" моноатомных ступеней (step-bunching), усиливающимся по мере увеличения угла разориентации [1]. Анализ профилей АСМ-изображения показал, что среднее значение высоты террасы возрастает с увеличением угла разориентации от 2-3 МС для 1° до примерно 10 МС для 6°.

Толщина InAs-покрытия в 1.8 МС соответствует только началу роста островков по механизму Странского- Крастанова. На поверхности образцов с разориентацией 0° и 1° наблюдаются лишь отдельные редкие КТ. При этом интересно отметить, что дальнейшее увеличение угла разориентации приводит к исчезновению и этих КТ. Рассмотрение профиля АСМ изображений показывает, что КТ преимущественно располагаются на краях террас, примыкающих к вышележащим террасам. Такое расположение КТ соответствует представлению о преимущественном встраивании адсорбированных атомов в изломы вышележащих ступеней [2,3].

На АСМ изображениях на рис. 2 вицинальных поверхностей с толщиной InAs-покрытия в 3.0 МС наблюдается возникновение

большого числа InAs-KT, плотность которых возрастает, а размер уменьшается с увеличением угла разориентации. На поверхностях также присутствуют большие InAs-острова, образованные в результате коалесценции InAs-KT. Однако их количество резко уменьшается с увеличением угла разориентации, и на поверхности с разориентацией в 6° такие острова практически отсутствуют.

Обнаруженные при АСМ измерениях изменения плотности КТ, распределения КТ по размерам, а также отсутствие больших островков на вицинальных поверхностях мы объясняем

JHR at

Рис.2. АСМ изображения поверхностей GaAs (001), покрытых слоем InAs толщиной 3.0 монослоя, с углами разориентации в направлении [010]:0 (а) и 6 (б) градусов.

подавлением процесса обмена

адсорбированных атомов In между террасами. Разориентация поверхности GaAs (001) в направлении [010] всего на 2° практически подавляет коалесценцию КТ и резко увеличивает их плотность.

Сделанные на микроскопе SPM-4 АСМ изображения массивов КТ, выращенных в одном процессе МЛЭ на точноориентированной и отклоненной на 6 градусов подложке, в условиях полностью соответствующих росту лазерных гетероструктур показали, что разориентация приводит к формированию более однородного массива InAs КТ без "больших" InAs островов (рис.2). Оценка плотности КТ (рис.3) по АСМ изображению дает З.З-Ю10 см"2 и =s7-10" см'2 для точноориентированной и отклоненной поверхностей, соответственно. Анализ распределения КТ по высоте показал уменьшение средней высоты КТ от 35А до 20А с ростом угла разориентации и уменьшение величины дисперсии распределения КТ по высоте от 25% до 10% (рис.3). Показано, что увеличение угла разориентации вызывает увеличение количества террас на единицу площади, а следовательно, происходит увеличение плотности точек и уменьшение их размеров. Распределение КТ по размерам на разориентированной поверхности определяется распределением по размерам террас.

При исследовании фото-люминесценции (ФЛ) (использовались ФЛ образцы КТ, полностью аналогичные лазерным структурам, но без р-п-

угол разориентации, (°)

Рис.3. Дисперсия распределениий высот InAs КТ (В), размеров террас (С) и плотности КТ (А) от угла разориентации.

перехода и с тонким верхним эмиттером) с повышением температуры в спектре было обнаружено перераспределение фотовозбужденных носителей между массивами КТ двух характерных размеров в пользу точек с большим размером. Наличие такого температурного перераспределения фотовозбуждения указывает на высокую плотность КТ, среднее расстояние между которыми не должно превосходить 150А (из расчетов длины туннелирования) Из анализа формы линии ФЛ и поведения во внешнем магнитном поле определены относительные концентрации для разных типов КТ и общая концентрация КТ ~ 10й см"2.

В третьем параграфе приведено описание теоретической модели выращивания массивов КТ на вицинальных поверхностях. С использованием метода Монте-Карло построена численная модель роста, учитывающая возникающий на границах террас энергетический барьер Швебеля для адсорбированных атомов. Получено качественное соответствие между результатами расчетов и данными ростового эксперимента. Для выяснения возможной роли диффузии адсорбированных атомов вдоль ступеней оценивали скорость коалесценции КТ, расположенных на соседних террасах. Проведенное теоретическое рассмотрение показало, что ограничение обмена адсорбированных атомов между соседними террасами делает маловероятным участие в коалесценции КТ, расположенных на более отдаленных террасах.

Четвертый параграф посвящен рассмотрению особенностей роста и исследованию пороговой плотности тока лазерных гетероструктур с одним слоем ¡пАб-КТ в активной области. Лазерные гетероструктуры выращивались в одном процессе МЛЭ на наборе подложек, отклоненных в направлении [010] на 0; 2; 4; и 6 градусов. Скорости роста, температура подложек и соотношение потоков У/Ш - группы выбирались и контролировались с помощью ДБЭ. Температура роста 1пАз КТ составляла 470 "С. После осаждения 2.9 монослоев 1пАб рост прерывался на 15 секунд для окончательного формирования КТ. Слой КТ с обеих сторон заключался в волноводный сверхрешеточный слой с эффективным изменением состава от А101Оа0 9А5 вблизи слоя КТ до А^.бОа^АБ вблизи эмиттеров. Гетероструктура представляла собой обычную лазерную РО ДГС. В

дальнейшем, для исследования электролюминесценции (ЭЛ) из структур были изготовлены лазеры простейшей полосковой конструкции с 8Ю2 изоляцией и шириной полоска 100 мкм. На зеркала лазеров были нанесены отражающие диэлектрические покрытия с коэффициентом отражения 80+90 %. Спектры ЭЛ исследовались при импульсном и непрерывном токе накачки.

Для исследования ЭЛ были использованы лазерные диоды с длиной резонатора 1700 мкм без диэлектрических покрытий на зеркалах. При токе 690 мА, кроме общего сужения в максимуме люминесценции, появляется серия отдельных узких (1-2МэВ) пиков. Увеличение тока накачки до 715мА вызывает появление в спектре линий генерации, по положению совпадающих с пиками стимулированной ЭЛ. Изменение тока накачки вплоть до 2 пороговых не приводило к изменению положения начальных пиков генерации. Измеренные для лучших образцов с отражающими диэлектрическими покрытиями значения пороговой плотности тока находились в диапазоне от 110 А/см2 (рис.4) для образца с 4° разориентацией до 5000 А/см2 для точноориентированного образца. Поскольку

полуширина спектров

люминесценции прямо связана с однородностью размеров КТ, низкие значения пороговой

плотности тока для разориентированных образцов обусловлены тем, что на них удалось получить квантовые точки с большой

Рис.4. Спектры спонтанной ЭЛ (./=90 и 100 А/см2) и генерации (./=110 А/см2) лазера с разориентацией подложки 4°. Г =293 К.

поверхностной плотностью и низкой дисперсией распределения КТ по размеру.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведены фотолюминесцентные исследования эффективности излучательной рекомбинации в квантоворазмерных РО ДГС АЮаАз/СаАэ, полученных методом МЛЭ. Из совокупности полученных данных для квантовых ям с ¿2>100 А следует, что электронно-дырочные пары, создаваемые в волноводных слоях структур, преобразуются в фотоны собственного излучения ямы с эффективностью, близкой к 100%. Этот факт, во-первых, свидетельствует о том, что качество А102Оао8А5, служащего материалом волноводных слоев, достаточно высоко, чтобы обеспечить полный сбор электронно-дырочных пар в квантовые ямы; во-вторых, это означает, что скорость излучательных переходов между подзонами размерного квантования в ямах по крайней мере на порядок-выше, чем суммарная скорость безызлучательной рекомбинации в материале ямы и на ее интерфейсах.

необходимым условием для достижения значений г|,, приближающихся к 100% при 300 К, является увеличение энергетического барьера для носителей в КЯ, что достигается при повышении содержания А1Аз в широкозонных слоях.

3. Исследована зависимость деградации мощных квантоворазмерных лазерных диодов в системе АЮаАБ/СаАБ, выращенных методом МЛЭ, от кристаллического совершенства отдельных слоев гетероструктуры. Кристаллическое совершенство слоев оценивалось методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии при использовании численного моделирования кривых дифракционного отражения с применением статического фактора Дебая-Валлера. Обнаружено, что существует хорошая корреляция между величиной фактора Д.-В. в волноводных слоях и сроком службы лазерных диодов. Показано, что

кристаллическое совершество прилегающих к активной области волноводных слоев приборных структур сильно влияет на скорость деградационных процессов в мощных лазерных диодах.

4. Сравнение кристаллического совершенства по фактору Д.-В. у приборов с различными типами волноводов показывает, что при применении в качестве волноводных слоев варизонных бинарных сверхрешеток AlAs/GaAs вместо твердого раствора Alo2Ga08As обеспечивает лучшие значения фактора Д.-В. и увеличивает срок службы лазерных диодов.

5. Показано, что высокоразрешающая рентгеновская дифрактометрия лазерных гетероструктур с использованием фактора Дебая-Валлера позволяет прогнозировать время наработки на отказ лазерных диодов до приборного тестирования.

6. Использование в стандартном процессе МЛЭ по методу Странского-Крастанова вицинальных поверхностей GaAs (001), разориентированных в направлении [010], открывает возможность независимого управления плотностью, размером и однородностью InAs-KT, снижает вероятность коалесценции КТ и увеличивает критическую толщину InAs-покрытия.

7. Обнаруженные при АСМ измерениях изменения плотности КТ, распределения КТ по размерам, а также отсутствие больших островков на вицинальных поверхностях объясняются подавлением процесса диффузии адсорбированных атомов In с террасы на террасу. Проведенное теоретическое рассмотрение подтвердило, что все наблюдаемые изменения (подавление коалесценции КТ, изменения их плотности и размера) обусловлены блокированием диффузии адсорбированных атомов между соседними террасами при росте на вицинальных поверхностях.

8. Показано, что использование подложек (001) GaAs, отклоненных в направлении [010] позволяет создавать методом МЛЭ однородные массивы КТ с высокой (до «10псм"2) поверхностной плотностью, обеспечивающих непрерывную генерацию при 293 К через основное состояние носителей в КТ. Значение пороговой плотности тока 110 А/см2 при 293К, полученное на лазерах, выращенных на подложках с 4° разориентацией, является лучшим из известных нам для РО ДГС лазеров с одним слоем изолированных InAs-квантовых точек в качестве активной области.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Алферов Ж.И., Гарбузов Д.З., Денисов А.Г., Евтихиев В.П., Комиссаров А.Б., Сеничкин А.П., Скороходов В.Н., Токранов В.Е. "Квантово-размерные AlGaAs/GaAs - гетероструктуры со 100%-м квантовым выходом излучательной рекомбинации, полученные методом молекулярно-пучковой эпитаксии". ФТП, 1988, т.22, в. 12, с.2105-2110.

2. Алферов Ж.И., Гарбузов Д.З., Жигулин С.Н., Кузьмин И.А., Орлов Б.Б., Синицын М.А., Стругов Н.А., Токранов В.Е., Явич Б.С. "Квантово-размерные лазерные AlGaAs/GaAs - гетероструктуры, полученные МОС гидридным методом. Квантовый выход люминесценции и пороги генерации". ФТП, 1988, т.22, в. 12, с.2111-2117.

3. Alferov Zh.I.. Garbuzov D.Z., Evtikhiev V.P., Komissarov A.B., Sokolova Z.N., Ter-Martirosyan A.L., Tokranov V.E., Chaly V.P., Khaifin V.6. "Lifetimes of excess carriers in LPE grown InGaAsP/GaAs and MBE grown AlGaAs/GaAs quantum wells" 19th International Conference on the Physics of Semiconductors, Warsaw, 15-19Aug, 1988, Book of abstracts p.64.

4. Garbuzov D.Z., Evtikhiev V.P., Zhigulin S.N., Komissarov A.B., Kotelnikov E.J., Kochereshko V.P., Kudriashov I.V., Tokranov V.E., Yakovlev D.R. "AlGaAs/GaAs CW quantum-well lasers fabricated with home -made MBE installation" Third International Symposium of Molecular Beam Epitaxy, 2-7 Oct, 1989, Velico Tamovo, Programme and Abstracts, p.87.

5. Tokranov V.E., Evtikhiev V.P., Kotelnikov E.Yu., Kudryashov I.V., Faleev N.N. "Degradation of SCH QW and GRIN SCH QW with short period superlattices GaAs/AlGaAs lasers grown by MBE", Proceedings of 5th Int. Symp, "Nanostructures: physics and technology", St Petersburg, 1997, p.278.

6. Evtikhiev V.P., Kryzhanovskij A.K., Titkov A.N., Tokranov V.E., Nakamura A. and Ichida M. "Growth and evaporation of InAs quantum dot nanoislands on GaAs (100) vicinal surfaces misoriented to the [010] direction", Proceedings of 5 th Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology", St Petersburg, 1997, p.219.

7. Васильев Д.Г., Евтихиев В.П., Токранов B.E., Кудряшов И.В., Кочерешко В.П. " Влияние разориентации подложки на распределение

квантовых точек по размерам в системе InAs/GaAs" ФТТ, 1998, т. 40, N5, с.855-857.

8. Евтихиев В.П., Токранов В.Е., Крыжановский А.К., Бойко A.M., Сурис Р.А., Титков А.Н., Накамура А., Ичида М. "Особенности роста квантовых точек InAs на вицинальной поверхности GaAs (001), разориентированной в направлении [010]" ФТП, 1998, т. 32, N 7, с.860-865.

9. Kudryashov I.V., Evtikhiev V.P., Tokranov V.E., Kryganovskii A.K., Titkov A.N. "Effect of GaAs (001) surface misorientation on the emission from MBE grown InAs quantum dots", Tenth International Conference on Molecular Beam Epitaxy, Cannes, France, conference proceedings, 1998, p.425.

10. Евтихиев В.П., Кудряшов И.В., Котельников Е.Ю., Токранов В.Е., Титков А.Н., Тарасов И.С., Алферов Ж.И. "Непрерывная генерация при 293 К РО ДГС лазеров с одним слоем InAs квантовых точек в активной области, выращенных на вицинальных поверхностях GaAs (001), разориентированных в направлении [010]" ФТП, 1998, т. 32, N 12, с. 14821486.

11. Kudryashov I.V., Evtikhiev V.P., Tokranov V.E., Kotel'nikov E.Ju., Kryganovskii A.K., Titkov A.N. "Effect ofGaAs(OOl) surface misorientation on the emission from MBE grown InAs quantum dots", J. Cryst. Growth, 201/202, 1999, pp.1158-1160.

12. Evtikhiev V.P., Tokranov V.E., Kryganovskii A.K., Boiko A.M., Suris R.A., Titkov A.N. "Characteristics of the InAs quantum dots MBE grown on the vicinal GaAs(OOl) surfaces misoriented to the [010] direction", J. Cryst. Growth, 201/202, 1999, pp. 1154-1157.

13. Evtikhiev V.P., Kudryashov I.V., Kotel'nikov E.Yu., Kryganovskii A.K., Shkolnik A.S., Titkov A.N. and Tokranov V.E. "Effect of GaAs (001) surface misorientation on the emission from MBE grown InAs quantum dots", Proceedings of 7th Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology",

St.Petersburg, 1999, p.50.

14. Евтихиев В.П., Котельников Е.Ю., Кудряшов И.В., Токранов В.Е., Фалеев Н.Н. "Связь надежности лазерных диодов с кристаллическим совершенством эпитаксиальных слоев, оцениваемым методом

высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии" ФТП, 1999, т.ЗЗ, N 5, с.634-640.

15. Астахов Г.В., Кочерешко В.П., Васильев Д.Г., Евтихиев В.П., Токранов В.Е., Кудряшов И.В., Михайлов Г.В. "Фотолюминесценция квантовых точек InAs, выращенных на разориентированных подложках GaAs". ФТП, 1999, т. 33, N 9, с.1084-1087.

Литература

1. Ide Т., Yamashita A., Mizutani Т. "Direct observation of the growth-interruption effect for molecular-beam-epitaxy growth on GaAs(OOl) by scanning tunneling microscopy" Physical Review B, 1992, Vol.46, N 3, p. 1905-1908

2. Ploog D.H., Daweritz L. "Prospects for delta like confinement of impurities in GaAs: ultrahigh density incorporation and generation of quantum wives and quantum dots by selforganised growth", Materials Science and Technology, 1995, Vol. 11, N 8; p.820-826.

3. Ikoma N., Ohkouchi S. "InAs island formation aligned along the steps on a GaAs (001) vicinal surface" Japanese journal of Applied Physics, 1994, Vol.34, N 6B, p. L724-L726.

Отпечатано в типографии ПИЯФ РАН

188350, Гатчина Ленинградской обл.. Орлова роща Зак. 3, тир. 100. уч.-изд. л. 1: 23.12.1999 г.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Токранов, Вадим Ефимович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Фотолюминесцентные исследования излучательной рекомбинации квантово-размерных АЮаАзЛЗаАз-гетероструктур, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии

§ 1. Описание технологии выращивания. Спектры фотолюминесценции

1.1 Описание технологии выращивания и энергетические зонные диаграммы исследуемых структур

1.2. Спектры фотолюминесценции образцов

§2. Методика измерения квантового .выхода в квантово-размерных фотолюминесцентных гетероструктурах

2.1. Измерение квантового выхода структур со стравленной подложкой и калибровка абсолютной величины квантового выхода

2.2. Результаты измерений квантового выхода в структурах с подложкой в зависимости от уровня возбуждения

§3. Температурные исследования квантового выхода излучательной рекомбинации и спектров ФЛ. Особенности для образца с 50 А квантовой ямой

§4. Оптическая накачка АЮаАз/ОаАв ФЛ гетероструктур. Электролюминесцентные характеристики лазерных гетероструктур с р-п переходом

Выводы к главе 1,

ГЛАВА 2. МЛЭ рост лазерных АЮаАз/ОаАз КЯ РО ДГС структур. Оценка кристаллического совершенства методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии

§ 1. Технология выращивания АЮаАв/ОаАв лазерных КЯ РО ДГС и основные характеристики изготовленных лазерных диодов

1.1. Описание технологии лазерных КЯ РО ДГС с двумя вариантами выращивания волноводных слоев, проблема стыковки режимов выращивания

1.2. Исследование электролюминесцентных характеристик лазерных диодов

§2. Высокоразрешающая рентгеновская дифрактометрия лазерных гетероструктур

2.1. Краткое описание метода

2.2. Трехступенчатый анализ с численным моделированием. Кривые дифракционного отражения и статический фактор Дебая-Валлера

§3. Влияние несовершенства кристаллической структуры эпитаксиальных слоев на срок службы лазерных диодов

3.1. Обсуждение выбранной методики деградационных испытаний и полученных результатов по деградации лазерных диодов

3.2. Обсуждение связи результатов деградационных испытаний с фактором Дебая-Валлера. Возможность прогнозирования времени наработки на отказ по фактору Дебая-Валлера

3.3. Ограничения, накладываемые на предложенную методику

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. Получение однородных массивов КТ с высокой плотностью и использование их в активной области лазерных гетероструктур

§1. МЛЭ-выращивание по методу Странского-Крастанова однородных массивов поверхностных ЬгАв-КТ на подложках (001)ОаАБ разориентированных в направлении [010]

1.1.Технология формирования ступеней

1.2.Выращивание 1пАз-квантовых точек для исследований методами атомно-силовой микроскопии '

§2. Исследования методами атомно-силовой микроскопии выращенных образцов

§3. Модельные представления выращивания массивов КТ на вицинальных поверхностях

3.1. Расчет формирования вицинальной поверхности

3.2. Модельные представления выращивания КТ на вицинальных поверхностях

§4. Особенности выращивания и исследование пороговой плотности тока лазерных гетероструктур с одним слоем 1пАз-КТ в активной области

Выводы к главе

Введение диссертация по физике, на тему "Молекулярно-лучевая эпитаксия низкоразмерных лазерных InGaAs/AlGaAs гетероструктур"

В настоящее время проводится большое число исследований, связанных с созданием полупроводниковых приборов, в конструкции которых используются элементы пониженной размерности. К ним в первую очередь относятся полупроводниковые лазеры на основе гетероструктур с пониженной размерностью активной области.

Создание и исследование низкоразмерных гетероструктур является актуальной задачей, как с точки зрения изучения фундаментальных свойств систем с пониженной размерностью, так и их возможных приборных применений [1]. За последнее время вышло множество публикаций, связанных с улучшениями пороговых характеристик и увеличением предельных излучательных мощностей лазерных диодов, изготовленных из выращенных методами молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (МО ГФЭ) двойных гетероструктур с раздельным ограничением (РО ДГС) с пониженной размерностью активной области [2-5].

Множество исследований важнейших характеристик РО ДГС с одиночной квантовой ямой (КЯ) в активной области было инициировано двумя публикациями 2огу е1 а1. [6,7]. Начиная с фундаментальных исследований, выполненных Тэаг^ [8] и Негэее Ш а1.[9], объяснение экспериментальных пороговых характеристик КЯ РО ДГС - лазеров было первоначально основано на качественной модели, которая все специфические особенности этих лазеров связывала со ступенчатым распределением плотности состояний.

Как известно [10] пороговая плотность тока полупроводниковых лазеров на основе РО ДГС определяется выражением:

Лс/ (1

1 = + . а, + — 1п— I Я

77, 77, Г/? где 77; - внутренняя эффективность спонтанной излучательной рекомбинации в активной области;

Г- фактор оптического ограничения;

Зо - ток, при котором линейно экстраполированное значение коэффициента усиления равно 0;

Р - постоянная усиления; а,- внутренние потери в структуре;

Ь - длина лазера;

Я - коэффициент отражения от обоих зеркал;

Л - толщина активной области.

Из этой формулы следует, что пороговая плотность тока в полупроводниковом лазере тем ниже, чем выше внутренняя эффективность спонтанной излучательной рекомбинации в активной области //, и чем ниже внутренние потери в структуре а,. Приведенная зависимость для пороговой плотности тока достаточно универсальна и качественно применима в случае квантоворазмерной активной области. Таким образом, первой задачей при разработке конструкции и технологии выращивания лазерных гетероструктур является возможность достижения высокой внутренней эффективности спонтанной излучательной рекомбинации (/;/) в активной области. К началу нашей работы уже были получены РО ДГС лазеры с квантоворазмерной активной областью с более низкими пороговыми плотностями тока, чем в случае трехмерной активной области [8]. Однако не было данных, содержащих количественную оценку внутренней эффективности спонтанной излучательной рекомбинации в случае квантоворазмерной активной области. Не было ясно, чем определяются полученные пороговые плотности тока в гетеролазерах и какова возможность дальнейшего их снижения. В нескольких исследованиях приводились качественные сравнительные оценки эффективности люминесценции квантоворазмерных гетероструктур в зависимости от технологических режимов выращивания [11-14], но оставалось неясным, как они соотносятся с абсолютными значениями. Для достижения высокой внутренней эффективности излучательной рекомбинации в случае квантоворазмерной активной области, в отличие от трехмермерных активных областей, больше внимания необходимо уделять безызлучательной рекомбинации на гетерогранице между активной областью и широкозонным барьерным слоем. В литературе были данные об очень сильном влиянии качества гетерограниц квантовой ямы на эффективность фотолюминесценции [15, 16] и это ставило под сомнение возможность достижения близкого к 100% внутреннего квантового выхода излучательной рекомбинации в случае квантовой ямы. В нашей лаборатории были проведены абсолютные измерения внутренней эффективности излучательных переходов (г/,) для выращенных методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) ДГС InGaAsP/GaAs и InGaAsP/InP, у которых толщина активной области варьировалась в широком интервале — от 0.005 до 0.2 мкм [17], включающем квантово-размерный диапазон Lz (Lz<0.03 мкм). Основным результатом этих исследований явилось установление того факта, что внутренний квантовый выход излучательной рекомбинации превышал 70 % в диапазоне температур 77-к300 К. И, хотя была доказана принципиальная возможность выращивания методом ЖФЭ квантоворазмерных образцов [18, 19], однако, оставалась доля сомнений в связи со спецификой ЖФЭ в обоснованности сопоставления этих результатов с КЯ, выращенными другими методами.

Таким образом, были поставлены задачи - вырастить методом МЛЭ высокоэффективные РО ДГС с квантоворазмерной активной областью и провести абсолютные измерения внутреннего квантового выхода излучательной рекомбинации в зависимости от толщины квантовой ямы для оценки влияния гетерограниц.

Безусловно, качество активной области в РО ДГС и, как следствие, эффективность излучательных переходов в ней оказывает сильное влияние на характеристики лазерного диода в целом [20]. Однако, особенно в случае АЮаАзЛЗаАБ - РО ДГС с одиночной КЯ, наблюдается сильное влияние качества нижнего прилегающего к активной области АЮаАз - волноводного слоя на скорость безызлучательной рекомбинации на гетерогранице между активной областью и волноводным слоем [15, 16]. Это связано с постепенным ухудшением качества [21] растущей поверхности АЮаАэ при определенных условиях выращивания. Отдельной технологической проблемой является рост толстых слоев твердых растворов АЮаАэ в широком диапазоне составов при использовании метода МЛЭ для роста кристаллически совершенных многослойных гетероструктур в системе АЮаАз/ОаАэ [22]. Из-за особенностей молекулярно-лучевой эпитаксии рост АЮаАэ в диапазоне температур подложки 630-710°С сопровождается явлением поверхностной сегрегации ва, что приводит к существенному ухудшению морфологических и оптических свойств гетероструктур [16, 22, 23]. Рост твердых растворов вне этого диапазона температур также имеет свои особенности. Рост при температуре подложки ниже 630°С может сопровождаться интенсивным встраиванием примесей (встраиваемость которых зависит от температуры подложки), обуславливающих остаточную атмосферу МЛЭ камеры, которые образуют глубокие центры безызлучательной рекомбинации [24, 25]. Рост при температуре подложки выше 710°С хотя и позволяет получать слои АЮаАз высокого качества [26], но предъявляет дополнительные требования к оборудованию и стабильности молекулярных потоков [27] и хуже контролируется по методу осцилляций

ДБЭ. Альтернативой твердым растворам АЮаАэ для волноводных слоев является применение короткопериодных бинарных сверхрешеток А1А8/ОаА8, так как А1АБ и ваАБ слои высокого качества могут быть получены в широком интервале температур [22]. Кроме того, периодический деформационный потенциал, связанный со сверхрешеткой, эффективно препятствует миграции дефектов и примесей [28].

Еще одним важным требованием при выращивании методом МЛЭ лазерных РО ДГС является деградационная стойкость. Исследования в области деградации инжекционных лазерных диодов можно условно разделить на два направления. Первое - изучение деградации в области зеркал лазерных диодов, которая обусловлена поверхностными явлениями и взаимодействием материала с кислородом атмосферы [29-31]. Второе направление - исследование объемной деградации, обусловленной несовершенством технологии выращивания эпитаксиальных слоев. Несовершенство АЮаАБ волноводных слоев, как ближайших к КЯ слоев РО ДГС, безусловно, должно вызывать ускоренную объемную деградацию лазерных диодов [32-34]. Таким образом, важной задачей является возможность предсказания скорости объемной деградации лазерных гетероструктур, выращенных методом МЛЭ, на основе структурно чувствительных неразрушающих методов диагностики.

В условиях быстрого развития микроэлектроники в последнее время интересы исследователей смещаются в область структур с пониженной размерностью, от изучения полупроводниковых квантовых ям (КЯ) к изучению квантовых нитей (КН) и квантовых точек (КТ). КТ, реализуя предельный случай размерного квантования носителей, весьма интересны для фундаментальных исследований. Кроме этого, для дальнейшего снижения пороговых токов инжекционных лазеров Араковой [1] было предложено использовать в качестве материала активной области КТ.

Преимущество лазеров на КТ обусловлено тем, что КТ должны иметь 8-образный характер зависимости плотности состояний от энергии. Расчеты [1] показали, что из-за ¿-образного характера зависимости для КТ плотности состояний от энергии, лазеры на КТ могут иметь чрезвычайно низкие (>10 А/см ) значения пороговой плотности тока, слабо зависящие от температуры. Однако, достигнутые на сегодняшний день значения пороговой плотности тока в лазерах на квантовых точках при комнатной температуре еще далеки от предсказанных. [35,36]

Теоретические исследования, проведенные Сурисом и Асряном [37] показали, что характеристики инжекционных лазеров на КТ должны зависеть от плотности КТ и их однородности по размерам. На рис.1 приведена зависимость безразмерной пороговой плотности тока генерации РО ДГС лазера с активной областью, состоящей из одного слоя КТ, от безразмерной поверхностной плотности КТ Лг/Л7$т,и, взятая из [37]. Расчеты, выполненные в этой работе в системе Оа1пАзР/1пР, дают значение оптимальной поверхностной плотности КТ (для случая минимальной пороговой плотности тока) И"р1 ~6.2х\ о10 сш"2 для случая 10% - флуктуации размеров КТ и величийе полных оптических потерь в волноводе Юсш"1. Эта величина, согласно расчетам, имеет тенденцию к увеличению при увеличении флуктуаций размеров КТ (дисперсии по размерам) и при увеличении полных оптических потерь. К тому же, как хорошо видно из приведенной на рис.1 зависимости, существенно сильнее возрастает пороговая плотность тока при меньших плотностях КТ, чем при плотностях, превышающих оптимальную плотность КТ. Следовательно, одной из основных задач технологии лазерных структур с КТ является получение однородного массива КТ высокой (~10псм"2) плотности. Для решения этой задачи необходимо также иметь возможность контролируемым способом

Рис. 1. Зависимость безразмерной пороговой плотности тока генерации JthIJmmth РО ДГС лазера с активной областью, состоящей из одного слоя КТ, от безразмерной поверхностной плотности КТ Л^/УУ/"" получать массивы КТ с заданной плотностью точек. Это было продемонстрировано в системе ГпАз/ОаАБ при использовании эффектов самоорганизации [38]. При этом удается достигнуть высокой однородности распределения точек по размерам с разбросом ± 10% [39]. Однако с ростом

10 2 концентрации 1пАз КТ выше 3-10 см" [40] наблюдаются эффекты коалесценции, когда соседние КТ сливаются в одну. Это увеличивает дисперсию по размерам и, в итоге, это ограничивает максимальную плотность однородных КТ в системе ЫАзЛЗаАз.

Значительный прогресс в совершенствовании характеристик КТ лазеров достигнут за счет использования в качестве активной области нескольких слоев вертикально связанных массивов КТ [4] и туннельно связанных массивов КТ и квантовых ям [35]. Однако, поскольку эти решения неизбежно ведут к уширению функции плотности состояний, интерес к возможности создания "классического" лазера на квантовых точках не снижается.

Таким образом, за последние годы получено много результатов, связанных с изучением и совершенствованием лазерных гетероструктур, в том числе с квантовыми точками. Однако остаются еще задачи, решение которых позволит существенно улучшить характеристики полупроводниковых лазеров. К таким задачам следует отнести:

• Подтверждение принципиальной возможности выращивания методом МЛЭ тонких, квантоворазмерных активных областей лазеров с высоким, близким к 100% квантовым выходом.

• Разработка методов выращивания эпитаксиальных слоев с высоким кристаллическим совершенством.

• Выделение факторов, ведущих к деградации полупроводниковых лазеров и создание методик прогнозирования скорости деградации лазерных диодов.

• Создание методов изготовления массивов квантовых точек с предварительно заданными поверхностной плотностью и однородностью.

На решение этих проблем и была направлена работа, результаты которой выносятся на защиту в этой работе.

Основной целью настоящей диссертационной работы является совершенствование технологии МЛЭ низкоразмерных гетероструктур в системах А1-Оа-А8 и 1п-Оа-А8 для инжекционных лазеров.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- выращивание методом молекулярно-лучевой эпитаксии АЮаАз/ОаАз лазерных гетероструктур с квантово-размерной активной областью, обладающих 100 % квантовым выходом;

- разработка методов неразрушающего контроля, позволяющих давать независимую оценку качества слоев без учета их люминесцентных свойств и прогнозировать срок службы лазерных диодов;

- разработка способов независимого управления плотностью и размерами КТ в процессе МЛЭ;

- оптимизация МЛЭ выращивания и изготовление лазерных диодов с активной областью, образованной одним слоем квантовых точек, имеющих низкую пороговую плотность тока при комнатной температуре.

На основании полученных результатов на защиту выносятся следующие положения:

1. Метод МЛЭ позволяет изготавливать ОаАз/АЮаАз лазерные гетероструктуры с квантово-размерной активной областью с внутренней эффективностью излучательной рекомбинации, близкой к 100%, в широком диапазоне температур.

2. Оценка качества лазерных гетероструктур методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии по статическому фактору Дебая-Валлера позволяет прогнозировать срок службы лазерных диодов.

3. Применение бинарных сверхрешеток АЬ^эЛЗаАз в качестве волноводных слоев при выращивании методом МЛЭ лазерных РО ДГС АЮаАэ/ОаАз гетероструктур обеспечивает лучшее кристаллическое совершенство и увеличивает срок службы лазерных диодов.

4. Использование вицинальных поверхностей ваАэ (001), разориентированных в направлении [010], в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии позволяет создавать массивы 1пАб квантовых точек с контролируемой плотностью, размерами и однородностью.

5. Оптимизация параметров массива квантовых точек за счет использования разориентированных в направлении [010] подложек ваАз (001) в молекулярно-лучевой эпитаксии КТ РО ДГС позволяет существенно снижать величину пороговой плотности тока генерации в лазерах с одним слоем квантовых точек в активной области при комнатной температуре.

Работа состоит из введения, трех глав и заключения.

Во введении проведен обзор литературы по теме диссертационной работы, сформулирована цель работы и выполненные задачи, приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются результаты, полученные при измерении щ для одиночных квантовых АЮаАэ/ОаАз-ям, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии, приведены результаты фотолюминесцентных исследований квантово-размерных АЮаАэ/СаАз-гетероструктур, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

Вторая глава посвящена исследованию методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии деградации инжекционных лазерных диодов с целью прогнозирования их времени наработки на отказ.

В третьей главе проводится исследование влияния разориентации пластин ваАз (001) в направлении [010] на плотность, размер и однородность квантовых точек.

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Основные результаты работы.

1. Проведены фотолюминесцентные исследования эффективности излучательной рекомбинации в квантоворазмерных РО ДГС АЮаАз/СаАв, полученных методом МЛЭ. Из совокупности полученных данных для квантовых ям с /,2>100 А следует, что электронно-дырочные пары, создаваемые в волноводных слоях структур, преобразуются в фотоны собственного излучения ямы с эффективностью, близкой к 100%. Этот факт, во-первых, свидетельствует о том, что качество Alo.2Gao.8As, служащего материалом волноводных слоев, достаточно высоко, чтобы обеспечить полный сбор электронно-дырочных пар в квантовые ямы; во-вторых, это означает, что скорость излучательных переходов между подзонами размерного квантования в ямах по крайней мере на порядок выше, чем суммарная скорость безызлучательной рекомбинации в материале ямы и на ее интерфейсах.

2. Установлено, что при уменьшении толщины активной области до 50А внутренний квантовый выход падает до 40% из-за термического выброса носителей и последующей безызлучательной рекомбинации в АЮаАз-волноводных слоях. Показано, что в случае узких ям с размерами менее 100 А необходимым условием для достижения значений г)ь приближающихся к 100% при 300 К, является увеличение энергетического барьера для носителей в КЯ, что достигается при повышении содержания А1АБ в широкозонных слоях.

3. Исследована зависимость деградации мощных квантоворазмерных лазерных диодов в системе АЮаАзЛЗаАБ, выращенных методом МЛЭ, от кристаллического совершенства отдельных слоев гетероструктуры.

Кристаллическое совершенство слоев оценивалось методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии при использовании численного моделирования кривых дифракционного отражения с применением статического фактора Дебая-Валлера. Обнаружено, что существует хорошая корреляция между величиной фактора Д.-В. в волноводных слоях и сроком службы лазерных диодов. Показано, что кристаллическое совершество прилегающих к активной области волноводных слоев приборных структур сильно влияет на скорость деградационных процессов в мощных лазерных диодах.

4. Сравнение кристаллического совершенства по фактору Д.-В. у приборов с различными типами волноводов показывает, что при применении в качестве волноводных слоев варизонных бинарных сверхрешеток AlAs/GaAs вместо твердого раствора Alo.2Gao.8As обеспечивает лучшие значения фактора Д.-В. и увеличивает срок службы лазерных диодов.

8. Показано, что использование подложек (001) GaAs отклоненных в направлении [010] позволяет создавать методом МЛЭ однородные массивы

11 2

KT с высокой (до «10 см") поверхностной плотностью, обеспечивающих непрерывную генерацию при 293 К через основное состояние носителей в л

KT. Значение пороговой плотности тока 110 А/см при 293К, полученное на лазерах, выращенных на подложках с 4° разориентацией, является лучшим из известных нам для РО ДГС лазеров с одним слоем изолированных InAs-квантовых точек в качестве активной области.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 .Алферов Ж.И., Гарбузов Д.З., Денисов А.Г., Евтихиев В.П., Комиссаров А.Б., Сеничкин А.П., Скороходов В.Н., Токранов В.Е. "Квантово-размерные AlGaAs/GaAs - гетероструктуры со 100%-м квантовым выходом излучательной рекомбинации, полученные методом молекулярно-пучковой эпитаксии" ФТП, 1988, т.22, в. 12, с.2105-2110.

2.Алферов Ж.И., Гарбузов Д.З., Жигулин С.Н., Кузьмин И.А., Орлов Б.Б., Синицын М.А., Стругов H.A., Токранов В.Е., Явич Б.С. "Квантово-размерные лазерные AlGaAs/GaAs - гетероструктуры, полученные МОС гидридным методом. Квантовый выход люминесценции и пороги генерации" ФТП, 1988, т.22, в.12, с.2111-2117.

3.Alferov Zh.I., Garbuzov D.Z., Evtikhiev V.P., Komissarov A.B., Sokolova Z.N., Ter-Martirosyan A.L., Tokranov V.E, Chaly V.P., Khalfin V.B. "Lifetimes of excess carriers in LPE grown InGaAsP/GaAs and MBE grown AlGaAs/GaAs quantum wells" 19th International Conference on the Physics of Semiconductors, Warsaw, 15-19Aug, 1988, Book of abstracts p.64

4.Garbuzov D.Z., Evtikhiev V.P., Zhigulin S.N., Komissarov A.B., Kotelnikov E.J., Kochereshko V.P., Kudriashov I.V., Tokranov V.E., Yakovlev D.R. "AlGaAs/GaAs CW quantum-well lasers fabricated with home - made MBE installation" Third International Symposium of Molecular Beam Epitaxy, 2-7 Oct, 1989, Velico Tarnovo, Programme and Abstracts, p.87.

5.Tokranov V.E., Evtikhiev V.P., Kotelnikov E.Yu., Kudryashov I.V., Faleev N.N. "Degradation of SCH QW and GRIN SCH QW with short period superlattices GaAs/AlGaAs lasers grown by MBE", Proceedings of 5th Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology", St Petersburg, 1997, p.278.

6.Evtikhiev V.P., Kryzhanovskij A.K., Titkov A.N., Tokranov V.E., Nakamura A. and Ichida M. "Growth and evaporation of InAs quantum dot nanoislands on GaAs (100) vicinal surfaces misoriented to the [010] direction", Proceedings of 5th Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology", St Petersburg, 1997, p.219.

7.Васильев Д.Г., Евтихиев В.П., Токранов B.E., Кудряшов И.В., Кочерешко В.П. " Влияние разориентации подложки на распределение квантовых точек по размерам в системе InAs/GaAs" ФТТ, 1998, т. 40, N5, с.855-857.

8.Евтихиев В.П., Токранов В.Е., Крыжановский А.К., Бойко A.M., Сурис Р.А., Титков А.Н., Накамура А., Ичида М. "Особенности роста квантовых точек InAs на вицинальной поверхности GaAs (001), разориентированной в направлении [010]" ФТП, 1998, т. 32, N 7, с.860-865.

9.Kudryashov I.V., Evtikhiev V.P., Tokranov V.E., Kryganovskii A.K., Titkov A.N. "Effect of GaAs (001) surface misorientation on the emission from MBE grown InAs quantum dots", Tenth International Conference on Molecular Beam Epitaxy, Cannes, France, conference proceedings, 1998, p.425.

Ю.Евтихиев В.П., Кудряшов И.В., Котельников Е.Ю., Токранов В.Е., Титков А.Н., Тарасов И.С., Алферов Ж.И. "Непрерывная генерация при 293 К

РО ДГС лазеров с одним слоем InAs квантовых точек в активной области, выращенных на вицинальных поверхностях GaAs (001), разориентированных в направлении [010]" ФТП, 1998, т. 32, N 12, с. 1482-1486.

11 .Kudryashov I.V., Evtikhiev V.P., Tokranov V.E., Kotel'nikov E.Ju., Kryganovskii A.K., Titkov A.N. "Effect of GaAs(OOl) surface misorientation on the emission from MBE grown InAs quantum dots", J. Cryst. Growth, 201/202, 1999, pp.1158-1160.

12.Evtikhiev V.P., Tokranov V.E., Kryganovskii A.K., Boiko A.M.,

Suris R.A., Titkov A.N. "Characteristics of the InAs quantum dots MBE grown on the vicinal GaAs(OOl) surfaces misoriented to the [010] direction", J. Cryst. Growth, 201/202, 1999, pp.1154-1157.

13.Evtikhiev V.P., Kudryashov I.V., Kotel'nikov E.Yu., Kryganovskii A.K., Shkolnik A.S., Titkov A.N. and Tokranov V.E. "Effect of GaAs (001) surface misorientation on the emission from MBE grown InAs quantum dots", Proceedings of 7th Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology", St.Petersburg, 1999, p.50.

14.Евтихиев В.П., Котельников Е.Ю., Кудряшов И.В., Токранов В.Е., Фалеев Н.Н. "Связь надежности лазерных диодов с кристаллическим совершенством эпитаксиальных слоев, оцениваемым методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии" ФТП, 1999, т.ЗЗ, N 5, с.634-640.

15.Астахов Г.В., Кочерешко В.П., Васильев Д.Г., Евтихиев В.П., Токранов В.Е., Кудряшов И.В., Михайлов Г.В. "Фотолюминесценция квантовых точек InAs, выращенных на разориентированных подложках GaAs" ФТП, 1999, т. 33, N 9, с.1084-1087.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Токранов, Вадим Ефимович, Санкт-Петербург

1. Arakawa Y., Sakaki H. "Multidimensional quantum well laser and temperature dependence of its threshold current" Applied Physics Letters, 1982, Vol.40, N11, p.939-941.

2. Al-Muhanna A., Mawst L.J., Botez D., Garbuzov D.Z., Martinelli R.U., Connolly J.C. "High-power (> 10 W) continuous-wave operation from 100-fam-aperture 0.97-jim-emitting Al-free diode lasers" Applied Physics Letters, 1998, Vol. 73, N9, p. 1182-1184.

3. Леденцов H.H., Устинов B.M., Щукин В.А., Копьев П.С., Алферов Ж.И., Бимберг Д. "Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры" ФТП, 1998, т. 32, №4, с. 385-410.

4. Garbuzov D., Lee Н., Khalfin V., DiMarco L., Martinelli R., Menna R., Connolly J. C. "2.3-2.6 jiM CW high-power room temperature broaden waveguide SCH-QW in InGaAsSb/AIGaAsSb diode lasers" Optics & Photonics News, 1998, Vol.9, N 9, p. 64.

5. Zory P.S., Reisinger A.R., Mawst L.J., Costrini G., Zmudzinski C.A., Emanuel M.A., Givens M.E. and Coleman J.J. „Anomalous length dependence ofthreshold for thin quantum well AlGaAs diode lasers" Electron. Lett., 1986, N 22, p. 475-477.

6. Tsang W.T. „Extremely low threshold (AlGa)As graded-index waveguide separate-confinement heterostructure lasers grown by molecular beam epitaxy" Applied Physics Letters, 1982,V. 40, N 3, p. 217-219.

7. Hersee S., Baldy M., Assenat P., De Cremoux B. and Duchemin J.P. Low-threshold GRIN-SCH GaAs/AlGaAs laser structure grown by OM VPE, Electron. Lett. 18,618-620(1982).

8. Ю.Кейси X., Пашин M. "Лазеры на гетероструктурах" М., "Мир, 1981, т. 1, 299с.

9. W. Т. Tsang and V. Swaminathan "The effect of As/Ga flux ratio on the photoluminescent spectra from molecular beam epitaxially-grown Sn-doped AlxGaixAs" Applied Physics Letters, 1981, Vol. 39, N 6, p. 486-487.

10. Shealy J.R. „Device quality AlGaAs/GaAs heterostructures grown in amultichamber organometallic vapor phase epitaxial apparatus" Applied Physics Letters, 1986, Vol. 48, N 14, p. 925-927.

11. Bertolet D.C., Hsu J-K., Lau K.L. „AlGaAs/GaAs quantum wells with high carrier confinement and luminescence efficiencies by organometallic chemical vapor deposition" Journal of Applied Physics, 1987, Vol. 62,, N 1, p. 120-125.

12. Stall R. A., Zilko J., Swaminathan V., Schumaker N. "Morphology of GaAs and AlxGal xAs grown by molecular beam epitaxy" 1985, Journal of Vacuum

13. Science & Technology В: Microelectronics and Nanometer Structures, Vol.3, N 2, p.524-527.

14. Алферов Ж.И., Антонишкис Н.Ю., Арсентьев И.Н., Гарбузов Д.З., Красовский В.В. "Фотолюминесценция InGaAsP/GaAs квантово-размерных гетероструктур, полученных методом жидкофазной эпитаксии" ФТП, 1986, т.20, вып. 12, с.2145-2149.

15. Tapfer L., Ospelt М., Kanel Н. "Monolayer resolution by means of x-ray interference in semiconductor heterostructures" Journal of Applied Physics, 1990, Vol. 67, N3, p. 1298-1301.

16. Tsui R. K., Curless J. A., Kramer G. D., Peffley M. S., Rode D. L. "Effects of substrate misorientation on the properties of (Al, Ga)As grown by molecular beam epitaxy" Journal of Applied Physics, 1985, Vol. 58, N 7, p. 2570-2572.

17. Braun W., Ploog К. H. "In situ technique for measuring Ga segregation and interface roughness at GaAs/AlGaAs interfaces" Journal of Applied Physics, 1994, Vol. 75, N 4, p. 1993-2001.

18. Yamanaka K., Naritsuka S., Kanamoto K., Mihara M., Ishii M. "Electron traps in AlGaAs grown by molecular-beam epitaxy" Journal of Applied Physics, 1987, Vol.61, N 11, p. 5062-5069.

19. Adachi Sadao and Ito Hiroshi "Thermal conversion and hydrogenation effects in AlGaAs" Journal of Applied Physics, 1988, Vol. 64, N 5, p. 2772-2774.

20. Cunningham J. E., Tsang W. T., Chiu T. H., Schubert E. F. "Molecular beam epitaxial growth of high-purity AlGaAs" Applied Physics Letters, 1987, Vol. 50, N12, p. 769-771.

21. Heckingbottom R. "Thermodynamic aspects of molecular beam epitaxy: High temperature growth in the GaAs/Gal xAlxAs system" Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures, 1985, Vol.3, N 2, p.572-575.

22. Bert N.A., Faleev N.N., Musikhin Yu.G. "Study of relaxation in Strained InGaAs/GaAs and (AlGa)InAs/GaAs Heterostructures by TEM and HRXRD" Abstr.acts of IX Intern.Conf. on Microscopy of Semicond. Mater.(SMM IX) (UK Oxford, 1995) p.98.

23. Yonezu H., Endo K., Kamejima T., Torikai T., Yuasa T., Furuse T. "Mirror degradation in AlGaAs double-heterostructure lasers" Journal of Applied Physics, 1979, Vol.50, N 8, p.5150-5157.

24. Nash F.R., Hartman R.L., N.M. Denkin, R.W. Dixon "GaAs laser reliability and protective facet coatings" Journal of Applied Physics, 1979, Vol.50, N 5,p.3122-3132.

25. Gfeller F.R., Webb D.J. "Degradation and lifetime studies of high-power single-quantum-well AlGaAs ridge lasers" Journal of Applied Physics, 1990, Vol.68, N 1, p. 14-20.

26. Waters R. G., Bertaska R. K. "Degradation phemomenology in (Al)GaAs quantum well lasers" Applied Physics Letters, 1988, vol. 52, N 3, p. 179-181.

27. Конников С.Г., Свердлов М.И., Филипченко Ф.Я., Хазанов А.А., "Электронно-зондовые исследования деградации непрерывных инжекционных гетеролазеров" ФТП, 1990, т.24, N11, с.2010-2016.

28. Соболев М.М., Гитцович А.В., Папенцев М.И., Кочнев И.В., Явич Б.С., "Механизм деградации GaAs/AlGaAs лазера с квантовой ямой" ФТП, 1992, t.26,N 10, с. 1760-1767.

29. Рагк G., Shchekin O.B., Csutak S., Huffaker D.L., Deppe D.G. "Room-temperature continuous-wave operation of a single-layered 1.3 |im quantum dot laser" Applied Physics Letters, 1999, Vol. 75, N 21, p. 3267-3269.

30. Asryan L.V., Suris R.A. „Inhomogeneous line broadening and the threshold current density of a semiconductor quantum dot laser" Semicond. Sci. Techn., 1996, Vol.11, N4, p.554-567.

31. Leonard D., Pond K., Petroff P.M. „Critical layer thickness for self-assembled InAs islands on GaAs" Physical Review В (Condensed Matter), 1994, V. 50, N16, p. 11687-11692.

32. Marzin J.-Y., Gerard J.-M., Izrael A., Barrier D., Bastard G."Photoluminescence of single InAs quantum dots obtained by self-organized growth on GaAs" Physical Review Letters, 1994, Vol.73, N 5, p.716-719.

33. Moison J.M., Hoozay F., Barthe F., Leprince L., Andre E., „Vatel Self-organized growth of regular nanometer-scale InAs dots on GaAs" Applied Physics Letters, 1994, Vol.64, N2, p. 196-198.

34. Yuan Y.R., Mohammed K., Pudensi M.A.A., Merz J. L. „Effects of carrier confinement in graded AlGaAs/GaAs heterojunctions" Applied Physics Letters, 1984, Vol. 45, N7, p. 739-741.

35. Singh Jasprit, Bajaj К. K. "Role of interface roughness and alloy disorder in photoluminescence in quantum-well structures" Journal of Applied Physics, 1985, Vol. 57, N 12, p. 5433-5437.

36. Yuan Y. R., Pudensi M. A. A., Vawter G. A., and Merz J. L. „New photoluminescence effects of carrier confinement at an AlGaAs/GaAsheterojunction interface" Journal of Applied Physics, 1985, Vol. 58, N 1, p. 397403.

37. Алфёров Ж.И. Агафонов В.Г., Гарбузов Д.З., Давидюк Н.Ю„ Ларионов В.Р., Халфин В.Б. "Многопроходные гетероструктуры. II. Внешний квантовый выход излучения" ФТП, 1976, т. 10, в. 8. с. 1497—1506.

38. Chen J.-A., Wang C.-K., Lin H.-H., Wang W.-S., Lee S.-C. "Single and multiple AlGaAs quantum-well structures grown by liquid-phase epitaxy" Journal of Applied Physics, 1990, Vol. 68, N 5, p. 2140-2145.

39. Винокуров Д.А., Гарбузов Д.З., Евтихиев В.П., Жигулин С.H.,

40. Schnitzer I., Yablonovitch Е., Caneau С., and Gmitter T.J. "Ultrahigh spontaneous emission quantum efficiency, 99.7% internally and 72% externally, from AlGaAs/GaAs/AlGaAs double heterostructures" Applied Physics Letters, 1993, Vol.62, N 2, p.131-133.

41. Moison J. M., Houzay F., Barthe F., Leprince L., André E., Vatel O. „Self-organized growth of regular nanometer-scale InAs dots on GaAs" Applied Physics Letters, 1994, Vol. 64, N 2, p. 196-198.

42. Williams R. L., Dion M., Chatenoud F., and Dzurko K. " Extremely low threshold current strained InGaAs/AlGaAs lasers by molecular beam epitaxy", Applied Physics Letters, 1991, Vol. 58, N 17, p. 1816-1818.

43. Solomon G.S., Trezza J. A., Harris J.S. „Effects of monolayer coverage, flux ratio, and growth rate on the island density of InAs islands on GaAs" Applied Physics Letters, 1995, V. 66, N 23, p. 3161-3163.

44. Naito H., Imafiiji O., Kume M., Shimizu H., Kazumura M. "High power single mode operation of long cavity GaAs lasers with nonabsorbing mirror buried twin ridge substrate structure" Applied Physics Letters, 1992, Vol.61, N 5, p.515-519.

45. Estop В., Izrael A., Sauvage M. "Double-Crystal Spectrometer Measurements of Lattice Parameters and X-ray Topogrphy on Heterojunctions GaAs-AlxGaixAs", 1976, Acta Cry st., A32, p.627-630.

46. Halliwell M.A.G., Lyons M.H. "The interpretation of X-ray rocking curves from III-V semiconductor device structures" J. Crystal Growth, 1984, N 68, p. 523-531.

47. Speriosu V.S. "Kinematical X-ray Diffraction in Nonuniform Crystalline Films: Strain and Damage Distributions in Ion-implanted Garnets" Journal of Applied Physics, 1981, Vol.52, N 12, p.6094-6103.

48. Tapfer L., Ploog K. "X-ray interference in ultrathin epitaxial layers: A versatile method for the structural analysis of single quantum wells and heterointerfaces" Physical Review В (Condensed Matter) 1989, V. 40, N 14, p. 9802-9810.

49. Faleev N.N., Flaks L.I., Batashova S.V., Konnikov S.G., Solomin I.K.'The influence of the directed displacement of atomic planes on the x-ray diffraction rocking curves" Physica Status Solidi (a), 1990, Vol.120, N 2, p.327-337.

50. Wie C.R., Chen J.C., Kim H.M., Liu P.L., Choi Y.-W., Hwang D.M. "X-ray interference measurement of ultrathin semiconductor layers" Applied Physics Letters, 1989, Vol. 55, N 17, p. 1774-1776.

51. Asada M., Miyamoto M., Suematsu Y. "Gain and the threshold of three dimensional quantum-box lasers", IEEE J. Quant. Electronics, 1989, QE-22, p.1915-1921.

52. Kyutt R.N., Petrashen P.V., Sorokin L.M."Strain profiles in ion-doped silicon obtained from x-ray rocking curves" Physica Status Solidi (a), 1980, Vol.60, N 2, p.381-389.

53. Павлов K.M., Пунегов В.И., Фалеев H.H. "Рентгенодифракционная диагностика лазерных структур" ЖЭТФ, 1995, т.107, N 6, с.1967-1982.

54. Houle F.A., Neiman D.L., Tang W.C., Rosen H.J. "Chemical changes accompanying facet degradation of AlGaAs quantum well lasers" Journal of Applied Physics, 1992, Vol. 72, N 9, p. 3884-3896.

55. Polyakov M.E. "Dislocation models of heterolaser degradation" Soviet Physics -Semiconductors, 1980, Vol. 14, N 1, p. 124-125.

56. Monitz A., Wirth R., Hangleiter A., Kurtenbach A., Eberl K. " Optical gain and lasing in self-assembled InP/GalnP quantum dots", Applied Physics Letters, 1996, Vol. 69, N2, p. 212-214.

57. Kasu M., Kobayashi N. „Scanning tunneling microscopy study of GaAs step structures on vicinal substrate grown by metalorganic chimical vapor deposition" Japanese Journal of Applied Physics, 1994, V. 33, part 1, N IB, p.712-715.

58. Ploog D.H., Daweritz L. „Prospects for delta like confinement of impurities in GaAs: ultrahigh density incorporation and generation of quantum wives and quantum dots by selforganised growth", Mater. Sci. Techn., 1995, N 11, p.820-824.

59. Tersoff J., Denier van de Gon D.W., Tromp R.M."Critical island size for layer-by-layer growth" Physical Review Letters, 1994, Vol.72, p.266-270.

60. Kaminski A.Yu., Suris R.A. "2D nuclei evolution during epitaxial growth" Solid State Commun., 1994, Vol.89, N 8, p.697-700.

61. Гарбузов Д.З., Евтихиев В.П., Агаев В.В., Халфин В.Б., Чалый В.П. "Форма краевой полосы в InGaAsP/InPflTC (А,=1.3 мкм) при низком и высоком уровне фотовозбуждения" ФТП, 1983, т.17, № 9, с.1652-1655.

62. Shoji Н., Nakata Y., Mukai К., Sugiyama Y., Sugawara M., Yokoyama N., Ishikawa H., Lasing characteristics of self-formed quantum-dot lasers with multistacked dot layer, IEEE J.Select. Topics in Quantum Electron., 1997, Vol. 3, N 2, p.188-195.

63. Васильев Д.Г., Евтихиев В.П., Токранов B.E., Кудряшов И.В.,

64. Кочерешко В.П. «Влияние разориентации подложки на распределение квантовых точек по размерам в системе InAs/GaAs», ФТТ, 1998, т.40, №5, с.855-857.

65. Kobayashi N.P., Ramachandran T.R., Chen P., Madhukar A. "In situ, atomic force microscope studies of the evolution of InAs three-dimensional islands on GaAs (001)" Applied Physics Letters, 1996, Vol.68, N 23, p. 3299-3301.

66. Астахов Г.В., Кочерешко В.П., Васильев Д.Г., Евтихиев В.П., Токранов В.Е., Кудряшов И.В., Михайлов Г.В. «Фотолюминесценция квантовых точек InAs, выращенных на разориентированных подложках GaAs», ФТП, 1999, т.ЗЗ, N9, с. 1084-1087.

67. Гарбузов Д.З., Гореленок А.Т., Трукан М.К., Усиков А.С., Чалый В.П., "Эффективность и кинетика электролюминесценции двойных InGaAsP-гетероструктуп" ФТП, 1981, т.15, №3, с.505-511.

68. Evtikhiev V.P., Kryzhanovskij A.K., Titkov A.N., Tokranov V.E., Nakamura A. and Ichida M. "Growth and evaporation of InAs quantum dot nanoislands oniL

69. GaAs (100) vicinal surfaces misoriented to the 010. direction", Proceedings of 5 Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology", St Petersburg, 1997, p.219.

70. Kudryashov I.V., Evtikhiev V.P., Tokranov V.E., Kotel'nikov E.Ju., Kryganovskii A.K., Titkov A.N. "Effect of GaAs(OOl) surface misorientation on the emission from MBE grown InAs quantum dots", J. Cryst. Growth, 201/202, 1999, pp.1158-1160.