Влияние физико-химической модификации покровного слоя на морфологию и фотоэлектронные спектры квантовых точек InAs/GaAs, выращенных газофазной эпитаксией тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат физико-математических наук Здоровейщев, Антон Владимирович

• Здоровейщев, Антон Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Здоровейщев, Антон Владимирович

Список основных сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. МОРФОЛОГИЯ И ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ СПЕКТРЫ

ГЕТЕРОНАНОСТРУКТУР С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ

InAs/GaAs (Обзор литературы).

1.1. Получение КРС с квантовыми точками In(Ga)As/GaAs.

1.2. Влияние некоторых условий ГФЭ МОС на морфологию КТ.

1.3. Влияние на морфологию массива КТ его заращивания покровным слоем.

1.4. Влияние толщины покровного слоя GaAs на энергетический спектр КТ.

1.5. Влияние толщины и состава двойного покровного слоя GaAs/InGaAs на энергетический спектр КТ.

1.6. Морфология и фотоэлектронные спектры КРС с КТ InAs/GaAs, выращенных ГФЭ МОС АДВ.

Глава 2. ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ СЛОЕВ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК InAs/GaAs НА ИХ МОРФОЛОГИЮ И

ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА.

2.1. Методика эксперимента.

2.1.1. Исследованные структуры. Методика выращивания.

2.1.2. Диагностика энергетического спектра КРС.

2.1.3. Атомно-силовая микроскопия КРС.

2.2. Влияние легирования слоев КТ висмутом в процессе роста на морфологию массива КТ.

2.2.1. Нелегированные структуры.

2.2.2. Структуры, легированные висмутом.

2.2.3. О связи фотоэлектронных спектров с морфологией слоев КТ.

2.3. Влияние заращивания слоя КТ InAs покровным слоем GaAs на морфологию и фотоэлектронные свойства гетеронаноструктур.

2.4. Влияние паров ССЦ при выращивании слоев КТ InAs/GaAs на их морфологию и фотоэлектронные свойства.

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ МОРФОЛОГИИ СКРЫТЫХ СЛОЕВ КТ InAs/GaAs МЕТОДОМ АСМ В КОМБИНАЦИИ С СЕЛЕКТИВНЫМ ХИМИЧЕСКИМ ТРАВЛЕНИЕМ.

3.1. Эволюция морфологии поверхности селективного травления ГКТ. Визуализация слоя КТ.

3.1.1. Особенности морфологии поверхности травления однородного слоя GaAs.

3.1.2. Эволюция морфологии поверхности травления ГКТ при ступенчатом стравливании покровного слоя.

3.1.3. Морфология скрытого слоя КТ, выявленного с помощью селективного травления.

3.2. Мониторинг in situ процесса селективного травления ГКТ методами фотолюминесцентной и фотоэлектрической спектроскопии.

3.2.1. Мониторинг методом спектроскопии ФЛ.

3.2.2. Мониторинг методом спектроскопии ФПЭ.

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ ПОКРОВНОГО СЛОЯ GaAs И СЛОЯ КТ InAs/GaAs НА МОРФОЛОГИЮ И ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ СПЕКТРЫ КТ.

4.1. Эволюция спектров ФПЭ ГКТ при ступенчатом селективном травлении покровного слоя.

4.2. Модификация ПКТ путем селективного травления.

4.2.1. Эволюция морфологии ПКТ при травлении.

4.2.2. Эволюция фотоэлектронных спектров ПКТ при травлении.

4.3. Влияние анодного окисления покровного слоя и ПКТ на энергетический спектр КТ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние физико-химической модификации покровного слоя на морфологию и фотоэлектронные спектры квантовых точек InAs/GaAs, выращенных газофазной эпитаксией»

Актуальность темы

В последние годы интенсивно исследуются полупроводниковые структуры с гетеровключениями нанометровых размеров, в которых проявляется размерное квантование электронного газа. Квантово-размерные гетеронаноструктуры (КРС) привлекают к себе внимание благодаря уникальным физическим свойствам и широким возможностям технического применения в оптоэлектронике, в частности для создания светодиодов и лазеров с улучшенными характеристиками. Особенно большой интерес вызывают КРС с квантовыми точками (КТ), в которых электроны обладают полностью дискретным квазиатомным энергетическим спектром. Одной из наиболее интересных и широко изучаемых систем этого типа является КРС с самоорганизованными КТ In(Ga)As/GaAs, которые образуются при гетероэпитаксиальном выращивании слоя In(Ga)As в матрице GaAs из-за большого рассогласования кристаллических решеток гетеропары [1-7].

Актуальной фундаментальной проблемой физики низкоразмерных систем является изучение связи энергетического спектра и оптоэлектронных свойств квантово-размерных гетеронановключений с их морфологией, химическим составом, дефектностью и другими особенностями их строения. Одним из важных факторов, влияющих на эти характеристики самоорганизованного слоя КТ InAs в матрице GaAs, является нанесение на него покровного слоя, обычно завершающее основной процесс изготовления КРС. Влияние модификации покровного слоя - изменения его толщины, химического состава и условий нанесения при выращивании, а также последующей физико-химической обработки после выращивания КРС (травления, окисления, пассивации и др.) на морфологию, энергетический спектр и оптоэлектронные свойства самоорганизованных слоев КТ InAs/GaAs еще мало изучено. Изучение этого вопроса представляет не только самостоятельный научный интерес, но также важно для совершенствования технологии выращивания КРС и улучшения их оптоэлектронных характеристик.

Цель и основные задачи работы:

Данная работа посвящена изучению влияния на морфологию, энергетический спектр и фотоэлектронные свойства КРС с КТ InAs/GaAs физико-химической модификации покровного слоя КРС как в процессе выращивания структуры, так и после его завершения.

Объектом исследования были КРС, выращенные методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (ГФЭ МОС) при атмосферном давлении водорода - газа-носителя паров МОС (метод ГФЭ МОС АДВ). Этот относительно простой, экономичный метод сравнительно редко применяется для выращивания КРС с КТ InAs/GaAs, однако возможности его совершенствования еще не исчерпаны [8]. Исследования были направлены на решение следующих основных задач:

1. Выяснение влияния на морфологию и фотоэлектронные спектры слоя КТ In As легирования его в процессе роста примесью-сурфактантом Bi, заращивания массива КТ покровным слоем GaAs, газо-химического травления покровного слоя в процессе выращивания ССЦ.

2. Разработка методики визуализации скрытых под покровным слоем КТ InAs посредством селективного химического стравливания покровного слоя. Исследование морфологии вскрытых слоев КТ методом атомно-силовой микроскопии (АСМ).

3. Выяснение влияния электрохимической модификации (селективного химического травления и анодного окисления) покровного слоя и самого слоя квантовых точек на морфологию и фотоэлектронные спектры КТ.

Научная новизна работы

1. Выяснены особенности распределения нанокластеров InAs по размерам в легированных и нелегированных Bi слоях квантовых точек, выращенных ГФЭ МОС АДВ, и связь спектров фоточувствительности и фотолюминесценции КРС с этими особенностями.

2. Установлено, что по фотоэлектрическим спектрам структур может быть определен химический состав крупных релаксированных нанокластеров InGaAs/GaAs в слоях КТ. Показана возможность их газохимического стравливания четыреххлористым углеродом в процессе выращивания покровного слоя.

3. Разработан метод визуализации скрытых под покровным слоем GaAs КТ InAs посредством селективного химического стравливания покровного слоя с мониторингом in situ процесса по фотоэлектрическим спектрам КРС.

4. Показана возможность изменения энергетического спектра КТ InAs/GaAs путем травления и/или анодного окисления тонкого покровного слоя GaAs, основанная на зависимости этого спектра от поля упругих напряжений в КТ, создаваемого покровным слоем. С помощью этого метода на одних и тех же поверхностных КТ продемонстрирована зависимость энергии основного перехода в КТ от их высоты.

Практическая ценность работы

1. Результаты работы позволяют улучшить морфологию и оптоэлектронные характеристики однослойных и складированных слоев КТ InAs/GaAs, выращенных ГФЭ МОС АДВ.

2. Визуализация скрытых слоев КТ с фотоэлектрическим мониторингом процесса травления обеспечивает экспрессное исследование их морфологии методами сканирующей зондовой микроскопии.

3. Электрохимическая обработка покровного слоя КРС с КТ InAs/GaAs может быть использована для тонкой регулировки энергетического спектра КТ и выяснения роли упругих напряжений в различных явлениях.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. В поверхностных слоях самоорганизованных КТ InAs/GaAs, выращенных ГФЭ МОС АДВ, распределение нанокластеров InAs по высоте и латеральному размеру имеет бимодальный характер. Оно состоит из узкого массива нанокластеров малого размера гауссового типа и широкого, но менее плотного массива более крупных нанокластеров с близким к экспоненциальному уменьшением поверхностной концентрации при увеличении размеров. В структурах легированных Bi гауссов массив псевдоморфных нанокластеров - КТ отделен от экспоненциального массива почти пустым интервалом размеров. С этим связано ярко выраженное в легированных слоях сужение пиков и появление тонкой структуры на спектрах фотолюминесценции и фоточувствительности от квантовых точек.

2. Наличие массива релаксированных нанокластеров в слое КТ InAs приводит к появлению слабой полосы фоточувствительности с порогом в районе 0.6 - 0.7 эВ, который определяется химическим составом нанокластеров InxGaixAs, и ослаблению фотолюминесценции от КТ. Нанесение тонкого (-20 нм) покровного слоя GaAs на слой КТ InAs тормозит процесс коалесценции, ведущий к образованию релаксированных нанокластеров, и вызывает частичное растворение уже образовавшихся таких нанокластеров. Обработка слоя КТ InAs, покрытого тонким (5 нм) слоем GaAs, в парах ССЦ при температуре 580°С приводит к удалению релаксированных нанокластеров в результате их газо-химического травления. При этой обработке псевдоморфные нанокластеры - КТ сохраняются и оптические свойства структур улучшаются.

3. Селективное травление покровного слоя GaAs позволяет выявлять (визуализировать) массив КТ в результате значительной задержки процесса травления не только на нанокластерах - КТ, но и на смачивающем слое InAs. Измерение in situ спектра фотоэдс на барьере КРС/травитель позволяет эффективно осуществлять мониторинг травления, в частности определять момент полного удаления покровного слоя по красному смещению порога фоточувствительности от КТ или по исчезновению полосы фоточувствительности от смачивающего слоя.

4. Селективное травление тонкого одиночного (GaAs) и двойного покровного слоя GaAs/InGaAs приводит к красному смещению энергии основного перехода в КТ InAs/GaAs в интервале от « 0.9 до « 0.7 эВ в результате частичной релаксации упругих напряжений, создаваемых этим слоем. При селективном травлении самих поверхностных КТ InAs/GaAs происходит голубое смещение энергии основного перехода, обусловленное в основном уменьшением высоты нанокластеров - КТ. Анодное окисление покровного слоя и ПКТ действует в основном так же, как селективное травление.

Личный вклад автора

Автором проведены исследования, обработка и анализ данных по морфологии и фотоэлектронной спектроскопии КРС. Исследованные КРС выращены Б.Н. Звонковым. Эксперименты по влиянию технологических факторов на свойства КРС проводились совместно с Б.Н. Звонковым, по влиянию анодного окисления - совместно с С.В. Тиховым. Планирование и анализ результатов экспериментов осуществлялись совместно с научным руководителем.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на: 9 международном симпозиуме «Nanostructures: physics and technology» (г. Санкт- Петербург, 2001 г.); 26 международной конференции по физике полупроводников «ICPS - 26» (Эдинбург, Великобритания, 2002 г.); международных рабочих совещаниях «Зондовая микроскопия» (г. Нижний Новгород, 1999, 2001, 2003 гг.); всероссийских рабочих совещаниях «Нанофотоника» (г. Нижний Новгород, 2001, 2002, 2004 гг.); международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Владимир, 2005 г.); четвертой и пятой всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (г. Санкт- Петербург, 2002,

2003 гг.); международной конференции «Электронные свойства низкоразмерных полупроводниковых структур» (г. Екатеринбург, 2002 г.); восьмой, девятой и десятой молодежной конференции «Нижегородская сессия молодых ученых» (г. Нижний Новгород, 2003, 2004,2005 гг.);.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 21 печатная работа, из них 7 статей и 14 публикаций в материалах конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 123 страницы, включая 70 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 75 наименований, список работ автора по теме диссертации 21 наименование.

Заключение диссертации по теме «Физика полупроводников», Здоровейщев, Антон Владимирович

3. Результаты исследования морфологии слоев КТ хорошо согласуются с данными фотоэлектрической и фотолюминесцентной спектроскопии, свидетельствующими о значительном повышении однородности псевдоморфных нанокластеров - КТ в легированных Bi структурах (сужение пиков на спектрах фотолюминесценции и фоточувствительности от квантовых точек и появление на них тонкой структуры). Показано, что в пелегированных и легированных структурах энергии основного перехода для встроенных в матрицу КТ определяются квантовыми точками примерно одинакового размера (высота « 5 нм), но принадлежащих разным массивам: в легированных - гауссовому, а в нелегированных - экспоненциальному.

4. Обнаружено, что нанесение при температуре 530°С тонкого покровного слоя GaAs на слой квантовых точек InAs не только тормозит процесс коалесценции, ведущий к образованию крупных релаксированных нанокластеров, но и вызывает полное или частичное растворение уже образовавшихся таких нанокластеров. При этом псевдоморфные нанокластеры - КТ не только сохраняются под покровным слоем, но их концентрация обычно больше концентрации КТ, не закрытых покровным слоем. Предложена модель, объясняющая растворение, в которой существенная роль отводится стимулированию интердиффузии In и Ga дислокациями и образованием упруго-растянутого слоя GaAs на границе с InAs.

5. Показано, что в методе ГФЭ МОС обработка слоя КТ InAs, покрытого тонким (5 нм) слоем GaAs, в парах СС14 при температуре 560°С приводит к удалению крупных, релаксированных нанокластеров в результате их газо-химического травления, что приводит к образованию на их месте кратеров. При этой обработке псевдоморфные нанокластеры - КТ сохраняются. Обработка улучшает оптические свойства ГКТ с тонким покровным слоем, в частности повышает выход фотолюминесценции.

6. Наличие крупных релаксированных нанокластеров в слое КТ приводит к появлению слабой полосы фоточувствительности с порогом в районе 0.6 - 0.7 эВ, который определяется химическим составом нанокластеров InxGai.xAs и соответствует составам х « 0.68 - 0.78, и ослаблению фотолюминесценции от КТ в результате появления канала безизлучательной рекомбинации и снижения концентрации КТ.

7. Разработан метод визуализации скрытого под покровным слоем GaAs слоя КТ InAs для исследования его морфологии методом АСМ посредством селективного химического травления покровного слоя.

8. Выяснены особенности эволюции морфологии поверхности травления ГКТ в процессе селективного травления покровного слоя. Показано, что первоначально неровная поверхность травления ГКТ при полном стравливании покровного слоя выравнивается па смачивающем слое InAs и на пей остаются только нанокластеры - КТ.

9. Установлено, что значения энергии основного перехода у вскрытых селективным травлением и изначально выращенных на поверхности КТ близки («0.7 эВ).

10. Показана возможность мониторинга процесса селективного травления, в частности определения момента полного удаления покровного слоя непосредственно в процессе селективного травления (in situ) методом спектроскопии фотоэдс в системе полупроводник/электролит, с использованием травителя в качестве электролита. Он соответствует появлению на спектре полосы фоточувствительности от поверхностных КТ вблизи а 0.7 эВ. Другим признаком удаления покровного слоя может служить также исчезновение обычно хорошо выраженной полосы фоточувствителыюсти от смачивающего слоя около «1.3 эВ.

11. Показано, что уменьшение эффективной толщины тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs при его селективном травлении приводит к уменьшению энергии основного перехода в КТ InAs/GaAs в интервале от « 0.9 до « 0.7 эВ в результате частичной релаксации упругих напряжений. В случае однородного покровного слоя GaAs обычно наблюдается меньшее смещение спектра из-за частичного подтравливания вершин нанокластеров - КТ, что надо учитывать при АСМ исследовании скрытых под однородным покровным слоем КТ.

12. При селективном травлении слоя ПКТ InAs/GaAs происходит голубое смещение энергии основного перехода, обусловленное в основном уменьшением высоты нанокластеров - КТ. Путем модификации одних и тех же КТ продемонстрирована связь энергетического спектра нанокластеров -КТ с их морфологией.

13. Установлено, что анодное окисление покровного слоя и ПКТ действует в основном так же, как селективное травление. Оно приводит к уменьшению эффективной толщины покровного слоя GaAs и высоты ПКТ и, соответственно, к красному и голубому смещению энергии основного перехода в КТ.

14. Электрохимическая модификация тонкого покровного слоя ГКТ и самих поверхностных КТ является эффективным средством изменения энергетического спектра КТ в довольно широком диапазоне и может быть использована для изучения зависимости электронных характеристик КТ от упругих напряжений, высоты ограничивающего барьера, размеров КТ и тонкой регулировки спектра после выращивания структуры. Практический интерес представляет тот факт, что диапазон изменения энергии основного перехода в КТ при модификации перекрывает оба окна прозрачности оптического волокна.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю Игорю Алексеевичу Карповичу за постоянное внимание к работе, помощь в подготовке экспериментов и плодотворное обсуждение рассмотренных в диссертации вопросов, коллективу Группы эпитаксиалыюй технологии НИФТИ, особенно Б.Н. Звонкову, Н.В. Байдусю, П.Б. Деминой, А.А. Бирюкову и Е.И. Малышевой, за предоставленные образцы для исследований, помощь в измерении спектров фотолюминесценции и за ценные обсуждения результатов, Научно-Образовательному Центру «Физика Твердотельных Наноструктур» за предоставленное оборудование для исследований, С.В. Тихову за проведение экспериментов по окислению гетеростуктур, а также аспирантам А.П. Горшкову и О. Е. Хапугину за помощь в проведении некоторых экспериментов.

Список публикаций по теме диссертации

А1. Исследование процесса заращивания нанокластеров InAs/GaAs / Н.В.Байдусь, Б.Н.Звонков, Д.О.Филатов, Ю.Ю.Гущина, И.А.Карпович, А.В.Здоровейщев // Зондовая микроскопия-99: Материалы совещания, Н.Новгород, 10-13 марта 1999 г. - Н.Новгород: ИФМ РАН, 1999. - С. 164169.

А2. Исследование процесса заращивания нанокластеров InAs/GaAs / Н.В.Байдусь, Б.Н.Звонков, Д.О.Филатов, Ю.Ю.Гущина, И.А.Карпович,

A.В.Здоровейщев // Поверхность - 2000. - №7 - С. 75-75.

A3. Investigation of the buried InAs/GaAs quantum dots by SPM combined with selective chemical etching / I.A. Karpovich, S.B. Levichev, A.V. Zdoroveishev, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, V.A. Perevoshikov, D.O. Filatov // Scanning Probe Microscopy: Proceedings, N.Novgorod, Febr. 26 - March 1 2001. -N.Novgorod: IPM RAS, 2001. - P. 14-16. A4. Investigation of the Buried InAs/GaAs Quantum Dots by Atom Force Microscopy Combined with Selective Chemical Etching / I.A. Karpovich, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov, S.B. Levichev, A.V. Zdoroveishev, V.A. Perevoshikov // Phys. Low-Dim. Struct. - 2001. - V. 3/4 - P. 341 -348. A5. Morphology and photoelectronic properties of the InAs/GaAs surface quantum dots grown by Vapor Phase Epitaxy / I.A. Karpovich, N.V. Baidus,

B.N. Zvonkov, S V Morozov D.O. Filatov, A.V. Zdoroveishev // 9th Int. Symp. Nanostructures Physycs and Technology: Proceedings, St. Peterburg, Russia, June 18-22 2001. - St. Peterburg: Ioffe Institute, 2001. - P. 51-54.

A6. Morphology and photoelectronic propertiees of the InAs/GaAs surface quantum dots grown by Metal Organic Vapor Phase Epitaxy / I.A. Karpovich, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, S.V. Morozov, D.O. Filatov, A.V. Zdoroveishev // Nanotechnology - 2001. - V. 12 - P. 425-429. A7. Фотоэлектронные свойства поверхностных слоев квантовых точек InAs/GaAs, полученных газофазной эпитаксией / И.А. Карпович, Н.В.

Байдусь, Б.Н. Звонков, С.В. Морозов, Д.О. Филатов, С.В. Левичев, А.В. Здоровейщев // Нанофотоника: Материалы совещания, Н. Новгород, 26-29 марта 2001 г. - Н. Новгород: ИФМ РАН, 2001. - С. 89-92. А8. 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, D.O.Filatov, S.B.Levichev, A.V.Zdoroveishev. V.A.Perevoshikov // Proceedings of the NATO Project SfP-973799 Semiconductors, 1st Worshop, April 2001, N.Novgorod. - N. Novgorod: TALAM-Press, 2001.-P. 118-123. A9. Morphology, optical and photoelectrical properties of the InAs/GaAs quantum dots grown by Metal Organic Vapor Phase Epitaxy / I.A. Karpovich, N.V. Baius, B.N. Zvonkov, S.V. Morozov, S.B. Levichev, D.O. Filatov, A.V. Zdoroveishev, A.P. Gorshkov // 26th International Conference on the Physics of Semiconductors: Abstracts of the ICPS 26, Edinburgh, Scotland, UK, 29 July -2 August 2002. - Edinburgh: Institute of Physics, 2002. - P. 321. A10. Самоорганизованный рост многослойных массивов квантовых точек GaAs/InAs методом МОС-гидридной эпитаксии / Н.В. Байдусь, Б.Н. Звонков, А.В. Здоровейщев, П.Б. Мокеева, Д.О.Филатов // Электронные свойства низкоразмерных полупроводниковых структур: Материалы международной конференции, Екатеринбург, 18-22 февраля 2002. -Екатеринбург: Уральский ГУ, 2002. - С. Р10 1-4. All. Особенности формирования квантовых точек InAs в матрице GaAs в присутствии СС14 / Н.В.Байдусь, А.А. Бирюков, Б.Н.Звонков, А.В. Здоровейщев, Е.А. Ускова. // Нанофотоника: Материалы совещания, 11-14 марта 2002 г., Н.Новгород. - Н. Новгород: ИФМ РАН, 2002. - С. 211-214. А12. Electroluminescence of p-n InAs/GaAs quantum dots heterostructures grown by MOVPE / N.V. Baidus, A.A. Birukov, B.N. Zvonkov, A.V. Zdoroveishev, S.M. Nekorkin, P.B. Mokeeva, E.A. Uskova // Proceedings of the NATO Project SfP-973799 Semiconductors, 2st Worshop, April 2002, N.Novgorod. - N. Novgorod: TALAM-Press, 2002. - P. 93-99.

А13. Morphology, optical and photoelectric properties of the InAs/GaAs surface and buried quantum dots grown by Metal Organic Vapor Phase Epitaxy / I.A. Karpovich, N.V. Baidus, B.N. Zvonkov, S.V. Morozov, S.B. Levichev, D.O. Filatov, A.V. Zdoroveishev, A.P. Gorshkov // Proceedings of the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors, Edinburgh, 29 July-2 August 2002, Institute of Physics Conferences Series Number 171 - Edited by: A.R. Long and J.H. Davies, Institute of Physics Publishing, Bristol (UK) and Philadelphia (USA), 2003 - P. H251 1-8.

A14. Использование ССЦ при формировании квантовых точек InAs/GaAs / А.А. Бирюков, А.В. Здоровейщев, И.А. Карпович, Б.Н. Звонков // IV Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников: Материалы конференции, Санкт-Петербург, 3-6 декабря 2002. - Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2002. - С. 53.

А15. AFM investigation of the buried InAs/GaAs quantum dots with in situ monitoring of etching process by photoelectric and photoluminescencc spectroscopy / I.A.Karpovich, A.V.Zdoroveishev, A.P.Gorshkov, D.O.Filatov, R.N.Skvortsov // Scanning Probe Microscopy: Proceedings, N.Novgorod, Russia, March 2-5 2003. - N.Novgorod: IPM RAS, 2003. - P. 98-100.

A16. AFM investigation of the buried InAs/GaAs quantum dots with in situ monitoring of etching process by photoelectric and photoluminesccnce spectroscopy / I.A.Karpovich, A.V.Zdoroveishev, A.P.Gorshkov, D.O.Filatov, R.N.Skvortsov // Phys. Low-Dim. Struct. - 2003. - V. 3/4. - P. 191-196.

A17. Влияние модификации поверхностных квантовых точек InAs/GaAs травлением на их морфологию и энергетический спектр / А.В. Здоровейщев, О.Е. Хапугин, П.Б. Демина, И.А. Карпович // V Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников: Материалы конференции, Санкт-Петербург, 1-5 декабря 2003. - Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2003. - С. 56.

А18. Влияние электрохимической модификации тонкого покровного слоя Ga(In)As на энергетический спектр квантовых точек InAs/GaAs / И.А.

Карпович, А.В. Здоровейщев, С.В. Тихов, П.Б. Демина, О.Е. Хапугин // Нанофотоника: Материалы совещания, Н.Новгород, 2-6 мая 2004. -Н.Новгород: ИФМ РАН, 2004. - С. 209-211. А19. Здоровейщев, А.В. Влияние легирования слоев квантовых точек InAs/GaAs висмутом на их морфологию и фотоэлектронные спектры / А.В. Здоровейщев, И.А. Карпович, Б.Н. Звонков // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы 2005: Труды конференции, Владимир, 2026 июня 2005г. - Ульяновск: Ульяновский ГУ, 2005. - С. 171. А20. Влияние электрохимической модификации тонкого покровного слоя Ga(In)As на энергетический спектр квантовых точек InAs/GaAs / И.А. Карпович, А.В. Здоровейщев, С.В. Тихов, П.Б. Демина, О.Е. Хапугин // ФТП - 2005. - Т. 39. - С. 45-48. А21. Особенности фотолюминесценции структур InAs/GaAs с квантовыми точками при различной мощности накачки / В.А. Кульбачинский, В.А. Рогозин, Р.А. Лунин, А.А. Белов, А.Л. Карузский, А.В. Перестронин, А. В. Здоровейщев // ФТП - 2005. - Т. 39. - С. 1354-1358.

Заключение

В заключение приведём основные результаты диссертации:

1. Методом АСМ проведен статистический анализ распределения нанокластеров по высоте и латеральному размеру в нелегированных и легированных Bi слоях квантовых точек InAs на поверхности GaAs. Установлено, что в нелегированных структурах имеется массив сравнительно однородных нанокластеров с гауссовым распределением поверхностной концентрации по размерам со средней высотой ~ 2 нм, латеральным Я размером ~ 40 нм и поверхностной концентрацией ~ 5-10 см". К нему вплотную примыкает менее плотный (~ 5-107 см"2) массив нанокластеров с очень широким распределением по высоте и латеральному размеру, в котором поверхностная концентрация нанокластеров уменьшается с увеличением их размеров x=h,D по экспоненциальному закону вида Ncs = А ехр(-х/хо) с ho ~85 нм и D0 ~ 75 нм. Предполагается, что этот массив возникает в результате коалесценции нанокластеров.

2. Показано, что в легированных Bi структурах распределение нанокластеров по размерам носит более ярко выраженный бимодальный характер. Относительно более узкий по высоте гауссов массив нанокластеров с высотой ~ 5 нм и латеральным размером « 40 нм имеет на порядок более высокую поверхностную концентрацию « 5-109 см"2, чем в нелегированных структурах. Он отделен от менее плотного, чем в нелегированных структурах, массива нанокластеров с экспоненциальным распределением почти пустым интервалом размеров (7-20 нм по высоте).

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Здоровейщев, Антон Владимирович, 2006 год

1. Grundmann, М. Nano-Optoelectronics. Concepts, Physics and Devices / M. Grundmann. - Berlin: Springer, 2002. - 442 p.

2. Физика низкоразмерных систем / А.Я. Шик, Л.Г. Бакуева, С.Ф. Мусихин, С.А. Рыков. Санкт-Петербург: Наука, 2001. - 156 с.

3. Quantum dots / ed. by E. Borovitskaya, M.S. Shur. Singapore: World Scientific Publishing, 2002. - 205 p.

4. Bimberg, D. Quantum dot heterostructures / D. Bimberg, M. Grundmann, N.N. Ledentsov. N.Y. USA : John Wiley & Sons, 1999 - 338 p.

5. Устинов, В. M. Технология получения и возможности управления характеристиками структур с квантовыми точками / В.М. Устинов // ФТП -2004.-Т. 38.-С. 963.

6. Алферов, Ж.И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур / Ж.И. Алферов// ФТП 1998. - Т. 32. - С. 3.

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

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

9. First stages of the MBE growth of InAs on (OOl)GaAs / F. Houzay, C. Guille, J.M. Moison et el. / J. Cryst. Growth 1987 - V. 81 - P. 67.

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

11. Manasevit, H.M. Single-crystal gallium arsenide on insulating substrates / H.M. Manasevit//Appl. Phys. Lett- 1968. V. 12-P. 156.

12. Квантовые точки InAs/GaAs, полученных методом субмонослойной миграционно-стимулированной эпитаксией / Г.Э. Цырлип, А.О. Голубок, С.Я. Типисев, Н.Н. Леденцов // ФТП 1995 - Т. 29 - С. 1697.

13. Initial stages of InAs epitaxy on vicinal GaAs(001 )-(2 x 4) / V. Bressler-Hill, A. Lorke, S. Varma et al. // Phys. Rev. В 1994. - V. 50 - P. 8479.

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

15. Фотоэлектронные явления в слоях GaAs с встроенной на поверхности квантовой гетероямой / И.А. Карпович, В.Я. Алешкин, А.В. Аншон и др. // ФТП- 1992.-Т. 26-С. 1886.

16. Полупроводниковые лазеры на длину волны 980 нм с широкими туннельно-связанными волноводами / Н.Б. Звонков, С.А. Ахлестина, А.В. Ершов и др. // Квантовая электроника 1999. - Т. 26 - С. 217.

17. Влияние водорода на свойства диодных структур с квантовыми ямами Pd/GaAs/InGaAs / И.А. Карпович, С.В. Тихов, E.JI. Шоболов, Б.Н. Звонков // ФТП 2002. - Т. 36 - С. 582.

18. Lobo, С. InGaAs island shapes and adatom migration behavior on (100), (110), (111), and (311) GaAs surfaces / C. Lobo, R. Leon // J. of Appl. Phys. -1998.-V. 83-P. 4168.

19. Different paths to tunability in III—V quantum dots / R. Leon, C. Lobo, A. Clark et al. // J. of Appl. Phys. 1998. - V. 84 - P. 248.

20. Closely stacked InAs/GaAs quantum dots grown at low growth rate / H. Heidemeyer, S. Kiravittaya, C. Muller et al. // Appl. Phys. Lett.- 2002. V. 80 -P.1544.

21. Songmuang, R. Shape evolution of InAs quantum dots during overgrowth / R. Songmuang, S. Kiravittaya, O. G. Schmidt // J. Cryst. Growth 2003. - V. 249-P. 416.

22. Saito, H. Influence of GaAs capping on the optical properties of InGaAs/GaAs surface quantum dots with 1.5 mkm emission / Hideaki Saito, Kenichi Nishi, Shigeo Sugou // Appl. Phys. Lett. 1998.- V. 73. - P. 2742.

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

24. Optical properties of InAs/GaAs surface quantum dots / Z.L. Miao, Y.W. Zhang, S,J. Chua et al. // Appl. Phys. Lett. 2005. - V. 86 - P. 031914-1.

25. Dreybrodt, J. Optical properties of Ga0.sIn0.2As/GaAs surface quantum wells / J. Dreybrodt, A. Forchel, J.P. Reithmaier // Phys. Rev. В 1993. - V. 48 - P. 14741.

26. Photoreflectance study of surface Fermi level in GaAs and GaAlAs / H. Shen, M. Dutta, L. Fotiadis et al. // Appl. Phys. Lett. 1990. - V. 57 - P. 2118.

27. Near-surface GaAs/Ga0.7A10.3As quantum wells: Interaction with the surface states / J. M. Moison, K. Elcess, F. Houzay et al. // Phys. Rev. В 1990. -V.41 - P. 12945.

28. Study on the confined states in single surface quantum wells /Z.L. Miao, P.P. Chen, W. Lu et al. // Phys. Lett. A 2000. - V. 273 - P. 271.

29. A narrow photoluminescence linewidth of 21 meV at 1.35|im from strain reduced InAs quantum dots covered by In0.2Ga0.sAs grown on GaAs substrates / K. Nishi, H. Saito, S. Sugou, J-S Lee // Appl. Phys. Lett. 1999. - Vol. 74. - P. 1111.

30. Длинноволновое излучение в структурах с квантовыми точками, полученными при стимулированном распаде твердого раствора нанапряженных островках / Б.В. Воловик, А.Ф. Цацулышков, Д.А. Бедарев и др. // ФТП 1999. - Т. 33. - С. 990.

31. 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. - Т. 33. - С. 1020.

32. Tatebayashi, J. Over 1.5 цш 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.-Vol.78.-P.3469.

33. Фотоэлектрические свойства гетероструктур GaAs/InAs с квантовыми точками / Б.Н. Звонков, И.Г. Малкина, Е.Р. Линькова и др. // ФТП 1997. -Т. 31-С. 1100.

34. 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. - Т. 35 - С. 92.

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

36. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник/электролит / И.А. Карпович, А.П. Горшков, С.Б. Левичев и др. // ФТП 2001. - Т. 35 - С. 564.

37. Photoelectric spectroscopy of InAs/GaAs quantum dot structures in a semiconductor/electrolyte system / I.A. Karpovich, S.B. Levichev, S.V. Morozov et al. // Nanotechnology 2002. - V. 13 - P. 445.

38. Управление энергетическим спектром квантовых точек InAs/GaAs изменением толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs / И.А. Карпович, Б.Н. Звонков, С.Б. Левичев и др. // ФТП -2004.-Т. 38-С. 448.

39. Исследование морфологии и фотоэлектронных свойств гетеронаноструктур GaAs/InGaAs с комбинированными слоями квантовых ям и самоорганизованных квантовых точек / И.А. Карпович, Б.Н. Звонков, Д.О. Филатов и др. // Поверхность 2000. - №11 - С. 27.

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

41. Примаченко, В.Е. Физика легированной металлами поверхности полупроводников / В.Е. Примаченко, О.В. Снитко. Киев: Наукова Думка, 1988.- 141 с.

42. Карпович, И.А. Фотоэлектрическая диагностика квантово-размерных гетероструктур: учебное пособие / И.А. Карпович, Д.О. Филатов. Н. Новгород: ННГУ, 1999. - 77 с.

43. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками InAs/GaAs в системе полупроводник электролит / И.А. Карпович, Б.Н. Звонков, А.П. Горшков и др. // ФТП 2001. - Т. 35 - С. 564.

44. Гуревич, Ю.Я. Фотоэлектрохимия полупроводников / Ю.Я. Гуревич, Ю.В. Плесков. М.: Наука, 1983.

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

46. Филатов, Д.О. Исследование топографии поверхности твердых тел методом атомно силовой микроскопии в контактном режиме / Д.О. Филатов, А.В. Круглов, Ю.Ю. Гущина // Н.Новгород: НИОЦ СЗМ нижегородского государственного университета, 1999. 34 с.

47. Growth of InAs quantum dots on vicinal GaAs (10 0) substrates by metalorganic chemical vapor deposition and their optical properties / S. Liang, H.L. Zhu, J.Q. Pan et al. // J. Cryst. Growth 2006. - V. 289 - P. 477.

48. Daruka, I. Dislocation-Free Island Formation in Heteroepitaxial Growth: A Study at Equilibrium /1. Daruka, A. L. Barabasi. // Phys. Rev. Lett. 1997. - V. 79 - P. 3708.

49. Шалимова, K.B. Физика полупроводников / K.B. Шалимова 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1976. - 416 с.

50. Diffusion in GaAs and other III-V Semiconductors: 10 Years of Research / ed. by D.J. Fisher. N. Y. USA: Trans Tech Publications, 1998. - 520 p.

51. Intermixing and shape changes during the formation of InAs self-assembled quantum dots / J. M. Garcia, G. Medeiros-Ribeiro, K. Schmidt et al. // Appl. Phys. Lett. 1997.-V. 71 - P. 2014.

52. Electronic states tuning of InAs self-assembled quantum dots / J. M. Garcia, T. Mankad, P. O. Holtz et al. // Appl. Phys. Lett. 1998. - V. 72 - P. 3172.

53. Modification of InAs quantum dot structure by the growth of the capping layer / G. D. Lian, J. Yuan, L. M. Brown et al. // Appl. Phys. Lett. 1998. - V. 73-P. 49.

54. Фотоэлектрические свойства гетероструктур GaAs/InAs с квантовыми точками / Звонков Б.Н., Малкина И.Г., Линькова Е.Р. и др. // ФТП 1997. -Т. 31-С. 1100.

55. Морозов, С.В. Фотоэлектрическая спектроскопия гетероструктур с квантовыми точками GaAs/InAs: Дис. канд. ф.-м. наук: 01.04.10 / С.В. Морозов. Н. Новгород, 2002. - 132 с.

56. Hanna, М.С. Very high carbon incorporation in metalorganic vapor phase epitaxy of heavily doped p-type GaAs / M. C. Hanna, Z. H. Lu, A. Majerfeld // Appl. Phys. Lett. 1991. - V. 58 - P. 164.

57. Свойства 5-легированных углеродом слоев GaAs, полученных МОС-гидридной эпитаксией / Л.М. Батукова, Т.С. Бабушкина, Ю.Н. Дроздов и др. // Неорганические материалы 1993. - Т. 29. - С. 309.

58. Kinetic aspects of the morphology of self-assembled InAs quantum dots on GaAs(OOl) / F. Patella, M. Fanfoni, F. Arciprete et al. // Appl. Phys. Lett. -2001.-V. 78-P. 320.

59. Баграев, Н.Г. EL2-u,eHTp в GaAs: симметрия и метастабилыюсть // Н.Г. Баграев // ЖЭТФ 1991. - Т. 100-С. 1378.

60. Quenching and recovery spectra of midgap levels (EL2) in semi-insulating GaAs measured by double-beam photoconductivity / T. Hariu, T. Sato, H. Komori, K. Matsushita // J. Appl. Phys. 1987. - V. 61 - P. 1068.

61. Production of the midgap electron trap (EL2) in molecular-beam-epitaxial GaAs by rapid thermal processing / A. Kitagawa, A. Usami, T. Wada et al. // J. Appl. Phys. 1987 - V. 61 - P. 1215.

62. Управление энергетическим спектром квантовых точек InAs/GaAs изменением толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs / И.А.Карпович , Б.Н.Звонков, С.Б.Левичев и др. // ФТП -2004.-Т. 38-С. 448.

63. Возмилова, Л.Н. Исследование возможности селективного удаления полуизолирующей подложки из GaAs / Л.Н. Возмилова, Э.В. Буц,. // Электронная техника: Сер.2. Полупроводниковые приборы 1976. - №1 -С. 100.

64. Ни, S. Formation of stacking faults and enhanced diffusion in the oxidation of silicon / S. Ни // Appl. Phys. 1976. - V. 45 - P. 1567.

65. Перестройки дефектов структуры полупроводников, стимулированные химическими реакциями на поверхности кристалла / А.Ф. Вяткин, Ф.Г. Итальянцев, И.В. Конецкий и др. // Поверхность 1986. - Т. 11 - С. 67.