Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками

У гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з ланцюгами квантових точок досліджено властивості латерального фотоструму, викликаного оптичним перезарядженням центрів електронної локалізації. В кінетиці фотоструму структур виявлено довготривалу динаміку наростання та релаксації, а також ефект залишкової пров...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Вакуленко, О.В., Головинський, С.Л., Кондратенко, С.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Schriftenreihe:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74482
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками / О.В. Вакуленко, С.Л. Головинський, С.В. Кондратенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 343-353. — Бібліогр.: 23 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-74482
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-744822015-01-22T03:01:44Z Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками Вакуленко, О.В. Головинський, С.Л. Кондратенко, С.В. У гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з ланцюгами квантових точок досліджено властивості латерального фотоструму, викликаного оптичним перезарядженням центрів електронної локалізації. В кінетиці фотоструму структур виявлено довготривалу динаміку наростання та релаксації, а також ефект залишкової провідности після вимкнення збуджувального випромінення. Встановлено присутність глибоких центрів прилипання для електронів, які значною мірою впливають на транспорт носіїв заряду та на процеси рекомбінації. Температурними дослідженнями виявлено ефект термостимульованої провідности в гетероструктурі. За формою кривої термостимульованого струму одержано значення глибини залягання рівня прилипання відносно зони провідности – 0,17 еВ. Properties of the lateral photocurrent, which is caused by optical recharging of centres of electron localization in In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs heterostructures with quantum-dot chains, are investigated. Long-term dynamics of increasing and relaxation of photocurrent as well as effect of residual conductivity after excitingradiation turning-off are revealed in photocurrent kinetics. Deep trap levels for electrons are found. They considerably affect to charge-carrier transport and recombination. Effect of the thermally stimulated conductivity is discovered by temperature measurements. The trap-level depth of 0.17 eV with reference to GaAs conductivity band is obtained from analysis of the shape of thermally stimulated current curve. В гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs с цепочками квантовых точек исследованы свойства латерального фототока, вызванного оптической перезарядкой центров электронной локализации. В кинетике фототока структур выявлены долговременная динамика нарастания и релаксации, а также эффект остаточной проводимости после выключения возбуждающего излучения. Установлено присутствие глубоких центров прилипания для электронов, которые в значительной степени влияют на транспорт носителей заряда и на процессы рекомбинации. Температурными исследованиями обнаружен эффект термостимулированной проводимости в гетероструктуре. Из анализа формы кривой термостимулированного тока получено значение глубины залегания уровня прилипания относительно зоны проводимости – 0,17 эВ. 2011 Article Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками / О.В. Вакуленко, С.Л. Головинський, С.В. Кондратенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 343-353. — Бібліогр.: 23 назв. — укр. 1816-5230 PACS numbers: 72.20.Jv, 72.40.+w, 73.21.La, 73.50.Pz, 78.55.Cr, 78.67.Hc, 79.10.Ca http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74482 uk Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	У гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з ланцюгами квантових точок досліджено властивості латерального фотоструму, викликаного оптичним перезарядженням центрів електронної локалізації. В кінетиці фотоструму структур виявлено довготривалу динаміку наростання та релаксації, а також ефект залишкової провідности після вимкнення збуджувального випромінення. Встановлено присутність глибоких центрів прилипання для електронів, які значною мірою впливають на транспорт носіїв заряду та на процеси рекомбінації. Температурними дослідженнями виявлено ефект термостимульованої провідности в гетероструктурі. За формою кривої термостимульованого струму одержано значення глибини залягання рівня прилипання відносно зони провідности – 0,17 еВ.
format	Article
author	Вакуленко, О.В. Головинський, С.Л. Кондратенко, С.В.
spellingShingle	Вакуленко, О.В. Головинський, С.Л. Кондратенко, С.В. Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet	Вакуленко, О.В. Головинський, С.Л. Кондратенко, С.В.
author_sort	Вакуленко, О.В.
title	Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками
title_short	Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками
title_full	Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками
title_fullStr	Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками
title_full_unstemmed	Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками
title_sort	глибокі рівні прилипання у гетероструктурах in₀,₄ga₀,₆as/gaas з квантовими точками
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74482
citation_txt	Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками / О.В. Вакуленко, С.Л. Головинський, С.В. Кондратенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 343-353. — Бібліогр.: 23 назв. — укр.
series	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv	AT vakulenkoov glibokírívníprilipannâugeterostrukturahin04ga06asgaaszkvantovimitočkami AT golovinsʹkijsl glibokírívníprilipannâugeterostrukturahin04ga06asgaaszkvantovimitočkami AT kondratenkosv glibokírívníprilipannâugeterostrukturahin04ga06asgaaszkvantovimitočkami
first_indexed	2025-07-05T22:55:21Z
last_indexed	2025-07-05T22:55:21Z
_version_	1836849427420020736
fulltext	343 PACS numbers: 72.20.Jv, 72.40.+w,73.21.La,73.50.Pz,78.55.Cr,78.67.Hc, 79.10.Ca Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In0,4Ga0,6As/GaAs з квантовими точками О. В. Вакуленко, С. Л. Головинський, С. В. Кондратенко Київський національний університет Тараса Шевченка, фізичний факультет, вул. Володимирська, 64, 01601, МСП, Київ, Україна У гетероструктурах In0,4Ga0,6As/GaAs з ланцюгами квантових точок дослі- джено властивості латерального фотоструму, викликаного оптичним пере- зарядженням центрів електронної локалізації. В кінетиці фотоструму стру- ктур виявлено довготривалу динаміку наростання та релаксації, а також ефект залишкової провідности після вимкнення збуджувального випромі- нення. Встановлено присутність глибоких центрів прилипання для електро- нів, які значною мірою впливають на транспорт носіїв заряду та на процеси рекомбінації. Температурними дослідженнями виявлено ефект термостиму- льованої провідности в гетероструктурі. За формою кривої термостимульо- ваного струму одержано значення глибини залягання рівня прилипання від- носно зони провідности – 0,17 еВ. Properties of the lateral photocurrent, which is caused by optical recharging of centres of electron localization in In0.4Ga0.6As/GaAs heterostructures with quan- tum-dot chains, are investigated. Long-term dynamics of increasing and relaxa- tion of photocurrent as well as effect of residual conductivity after exciting- radiation turning-off are revealed in photocurrent kinetics. Deep trap levels for electrons are found. They considerably affect to charge-carrier transport and recombination. Effect of the thermally stimulated conductivity is discovered by temperature measurements. The trap-level depth of 0.17 eV with reference to GaAs conductivity band is obtained from analysis of the shape of thermally stimulated current curve. В гетероструктурах In0,4Ga0,6As/GaAs с цепочками квантовых точек исследо- ваны свойства латерального фототока, вызванного оптической перезарядкой центров электронной локализации. В кинетике фототока структур выявле- ны долговременная динамика нарастания и релаксации, а также эффект остаточной проводимости после выключения возбуждающего излучения. Установлено присутствие глубоких центров прилипания для электронов, которые в значительной степени влияют на транспорт носителей заряда и на Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 2, сс. 343—353 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 344 О. В. ВАКУЛЕНКО, С. Л. ГОЛОВИНСЬКИЙ, С. В. КОНДРАТЕНКО процессы рекомбинации. Температурными исследованиями обнаружен эф- фект термостимулированной проводимости в гетероструктуре. Из анализа формы кривой термостимулированного тока получено значение глубины залегания уровня прилипания относительно зоны проводимости – 0,17 эВ. Ключові слова: напівпровідникова наноструктура, квантова точка, фо- топровідність, оптичний перехід, термостимульована провідність. (Отримано 18 листопада 2010 р.) 1. ВСТУП Напівпровідникові гетероструктури з квантовими точками (КТ) та квантовими нитками мають унікальні фундаментальні властивості завдяки ефектам розмірного квантування, що робить перспективним їх застосування в наноелектроніці. Структури з КТ InAs в GaAs мат- риці використані як активне середовище інфрачервоних лазерів [1], як матеріял для оптичних пристроїв збереження інформації [2] та но- вітніх одноелектронних [3] і квантово-інформаційних пристроїв [4]. Велика кількість публікацій присвячена вивченню оптичних власти- востей гетероструктур InxGa1−xAs/GaAs з КТ методами спектроскопії вбирання [5, 6], фотолюмінесценції (ФЛ) [7, 8], комбінаційного розсі- яння світла [9]. Дослідження фотоелектричних властивостей дворозмірних гетеро- структур на основі сполук A IIBVI, A IIIBV, кремнію та ін. виявили скла- дний механізм провідности. Спостерігалися довготривала кінетика релаксації фотоструму структур та ефект залишкової провідности, результатом якої є спостереження піків термостимульованого струму [10, 11]. Довготривала кінетика загалом спричинена дефектами структури – інтерфейсними станами та локальними рівнями змочу- вального шару (ЗШ) чи підкладки. Вони можуть забезпечити довгот- ривалу релаксацію фотоструму, тобто збільшити час релаксації, за рахунок просторового розділення носіїв заряду внаслідок їхньої ло- калізації на центрах прилипання. В класичних роботах спостерігали- ся аномальні температурні залежності фоточутливости та ефекти термостимульованої провідности (ТСП) [12]. Ефект збільшення про- відности при нагріві структури пов’язаний з термічною активацією носіїв заряду з рівнів прилипання. Важливим здобутком ТСП є мож- ливість знаходження енергетичного спектру рівнів локалізації в структурі відносно зони провідности методою аналізи форми та по- ложення піків. Особливості електронного спектру та характер поздовжнього тран- спорту носіїв заряду в гетероструктурах InxGa1−xAs/GaAs з InxGa1−xAs КТ забезпечують створення на їхній основі інфрачервоних фотодете- кторів, в яких використовуються міжзонні та міжрівневі переходи. ГЛИБОКІ РІВНІ ПРИЛИПАННЯ У ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ In0,4Ga0,6As/GaAs 345 Дослідження центрів прилипання нерівноважних носіїв заряду у ге- тероструктурах InxGa1−xAs/GaAs важливе для глибшого розуміння транспорту носіїв заряду, процесів рекомбінації та інших факторів, що визначають провідність та кінетику. Дослідження процесів опти- чного перезарядження локальних рівнів, які лежать в основі ТСП, розкриває шлях підвищення фоточутливости оптичних пристроїв, збільшуючи час життя носіїв заряду в нерівноважному стані. Дану роботу спрямовано на вивчення впливу глибоких рівнів ло- калізації на латеральну фотопровідність (ЛФП) гетероструктур InxGa1−xAs/GaAs з InxGa1−xAs КТ. Дослідження були спрямовані та- кож на визначення глибин залягання глибоких рівнів локалізації в гетероструктурі. 2. МАТЕРІЯЛИ І МЕТОДИ Досліджувані багатошарові низькорозмірні In0,4Ga0,6As/GaAs-гетеро- структури були вирощені методою молекулярно-променевої епітак- сії. З метою усунення дефектів підложжя GaAs(100) закривалося бу- ферним шаром GaAs. Шар In0,4Ga0,6As товщиною dInGaAs = 4 нм виро- щувався на GaAs буфері і закривався тонким шаром GaAs товщиною dGaAs = 38 нм. Дана операція повторювалася 17 разів (рис. 1). Структу- ри In0.4Ga0.6As/GaAs були вирощені таким чином, що КТ розташува- лися ланцюгоподібно. Середня віддаль між ланцюгами КТ – 90 нм. З топограми (рис. 2) атомово-силового мікроскопа Ntegra (NT-MDT) одержано поверхневу густину КТ, яка складає величину порядку 200 μ−2, середню ширину КТ 40 нм та висоту близько 4 нм. Для вивчення оптичних переходів у In0,4Ga0,6As/GaAs-гетерострук- турі в даній роботі використано методу спектроскопії фотоструму за умови нормального падіння збуджувального випромінення. Вимірю- вання спектральних залежностей ЛФП виконувались на інфрачерво- Рис. 1. Схема структури досліджуваних зразків з InxGa1−xAs КТ та гео- метрія евтектичних Ge—Au-контактів. 346 О. В. ВАКУЛЕНКО, С. Л. ГОЛОВИНСЬКИЙ, С. В. КОНДРАТЕНКО ному спектрометрі в діяпазоні енергій фотонів hν від 0,8 еВ до 1,6 еВ. Виміряні спектральні залежності фотоструму виконувалися до сталої кількости квантів збуджувального випромінення за допомогою несе- лективного піроелектричного приймача. Вимірювання темнового струму та фотоструму виконувались з використанням підсилювача струму та стандартної техніки детектування сталого фотоструму в ді- япазоні температур від 77 до 290 К. На зразок подавалася напруга U = 16 В. Омічні контакти діяметром 0,6 мм були сформовані на основі евте- ктичного стопу Au—Ge на поверхні зразків з епітаксіяльними шарами на віддалі 3 мм один від одного. В результаті забезпечувався омічний контакт до кожного епітаксіяльного шару і GaAs-підкладки (рис. 1). Міряння ФЛ виконувалися за стандартною методикою на інфраче- рвоному спектрометрі в тому ж діяпазоні енергій hν від 0,8 еВ до 1,6 еВ при збудженні лазером з довжиною хвилі 404 нм та потужністю 5 Вт/см2. Спектральна ширина щілини в даному діяпазоні вимірювань становила 17 меВ. Температура зразка складала 77 К, як детектор використовувався охолоджуваний Ge-фотоприймач. Дослідження кінетики зростання фотоструму та релаксації вико- нувались при 77 К. Зразки збуджувалися монохроматичним світлом з енергією фотонів hν = 1,235 еВ протягом 440 с. Після припинення збудження фіксувалася кінетика релаксації фотоструму до виходу на плято (≅ 400 с). Для одержання кривих ТСП, після часткової релак- сації фотоструму зразок нагрівався з постійною швидкістю 0,12°C/с до 290 К. ТСП спостерігалася в діяпазоні температур від 77 до 120 К. 3. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ Нижче наведено результати дослідження кінетики фотоструму, кри- а б Рис. 2. АСМ-зображення верхньогошару гетероструктури In0.4Ga0.6As/GaAs. ГЛИБОКІ РІВНІ ПРИЛИПАННЯ У ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ In0,4Ga0,6As/GaAs 347 ві термостимульованої провідности та спектри фотопровідности і фо- толюмінесценції. 3.1. Кінетика фотоструму Фотострум гетероструктури In0,4Ga0,6As/GaAs з КТ при збудженні hν = 1,235 еВ зумовлений міжзонними переходами за участю основ- них станів КТ. Розгортка у часі фотоструму від початку фотозбу- дження структури до наситу показала довготривалу кінетику його наростання при 77 К (рис. 3, частина I). Спочатку спостерігається відносно швидка кінетика сиґналу, де відбувається значне нарос- тання фотоструму, а далі вона стає значно повільнішою. Електрони та дірки, ґенеровані внаслідок міжзонних переходів у КТ, є локалізованими в КТ і не можуть брати участь у процесах пе- реносу заряду. Ці носії можуть давати внесок у фотострум, якщо збуджені електронно-діркові пари зазнають просторового розділен- ня за рахунок, наприклад, термопольового переходу електрона в ЗШ. Такого типу переходи розглядаються як просторово непрямі, подібно до тунельних переходів в умовах ефекту Франца—Келдиша або до переходів при термопольовій йонізації домішок (ефект Пу- ля—Френкеля). В роботах [13—15], зокрема, досліджено вплив про- цесів термічного викиду на поперечний транспорт та фотолюмінес- ценцію в гетероструктурах InxGa1−xAs/GaAs. Показано, що терміч- ний викид відбувається переважно в стани ЗШ, а каналами неви- промінної рекомбінації електрон-діркових пар переважно є інтер- фейсні стани та дислокації на межах поділу КТ, ЗШ та GaAs. Тран- спорт носіїв заряду в структурах InxGa1−xAs/GaAs відбувається в Рис. 3. Кінетика збільшення (частина I) та релаксації (частина II) фото- струму структури In0.4Ga0.6As/GaAs при 77 К. 348 О. В. ВАКУЛЕНКО, С. Л. ГОЛОВИНСЬКИЙ, С. В. КОНДРАТЕНКО площині ЗШ, який має меншу ширину забороненої зони, ніж моно- кристалічний GaAs, а відповідно і менші висоти бар’єрів для елект- ронів та дірок. Очевидно, що швидкість наростання фотоструму визначається добутком темпу ґенерації вільних носіїв заряду на їхній час життя в зоні провідности ЗШ. Максимум провідности спостерігається тоді, коли локальні рівні під зоною провідности заповняться носіями за- ряду. Після припинення фотозбудження гетероструктури фотострум за час досліду релаксував не повністю (рис. 3, частина II), що вказує на існування внутрішніх потенціяльних бар’єрів для носіїв заряду, які впливають на перенесення заряду в процесі збудження. Можна припустити наступний модель «замороженої» фотопровідности. Просторово-непрямі електронні переходи зумовлюють заповнення центрів прилипання і спричиняють зростання темнової (нерівно- важної) провідности. Центрами прилипання можуть бути незапов- нені при даній температурі локальні рівні оточення КТ. Локальні рівні можуть формуватися в близькому оточенні КТ за рахунок дислокації та інших дефектів ґратниці на межі поділу КТ з ЗШ та GaAs (інтерфейс КТ). Надалі будемо називати такі рівні інтерфейс- ними. Отже, явище залишкової провідности можна пояснити залишко- вим просторовим розділенням нерівноважних носіїв заряду між рі- внями, де локалізовані дірки (у КТ чи її оточенні), та центрами прилипання, де локалізовані електрони. Електрони, локалізовані на рівнях інтерфейсних станів, беруть участь у провідності за раху- нок теплового переходу їх у зону провідности ЗШ. У випадку існу- вання кількох електронних пасток в інтерфейсі в процесі фотозбу- дження може відбуватися не тільки просторове розділення зарядів електронно-діркової пари, але й оптичне перезарядження елект- ронних пасток [16, 17]. Вплив прилипання носіїв струму на релаксацію фотопровідности описано в роботі [18]. Швидка компонента кінетики спаду ЛФП ви- значається часом життя вільних носіїв заряду, тобто часом їхнього «осідання» на центри прилипання, а довготривала – часом їхньої рекомбінації зі зв’язаною в КТ діркою. 3.2. Температурна залежність термостимульованої провідности Для одержання значень енергетичного спектру рівнів локалізації носіїв заряду в In0,4Ga0,6As/GaAs гетероструктурі з КТ у діяпазоні температур від 77 К до 290 К було досліджено ТСП. У загальному випадку форма кривих ТСП досить складна: аналізується початок наростання струму, його максимум, спад, ширина смуги тощо. Пік ТСП з максимумом при 88 К спостерігався в діяпазоні температур ГЛИБОКІ РІВНІ ПРИЛИПАННЯ У ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ In0,4Ga0,6As/GaAs 349 від 77 К до 125 К (рис. 4). Припустивши, що повторного захоплення (захоплення іншими центрами прилипання) не відбувається, мож- на оцінити глибину центра прилипання Et відносно зони провіднос- ти [12]: 23 t B M E k T= , (1) де kB – Больцманнова стала; TM – температура максимуму піка ТСП. Така формула є спрощеною і дає досить високу похибку при оцінці Et. Користуючись виразом (1), визначимо глибину локалізації носія заряду на центри прилипання відносно зони провідности Et = 0,17 еВ. Зауважимо, що раніше [19] методами нестаціонарної місткісної спектроскопії глибоких рівнів (DLTS) у InGaAs/GaAs-гетерострук- турах з КТ виявлено неідентифіковану ефективну електронну паст- ку з глибиною залягання 160 меВ і досить великим перерізом захо- плення для електронів σn = 9,5⋅10 −16 см 2. Можливо, тут йдеться про ту ж саму пастку, що виявлена нами методою ТСП. Вважаючи, що центри прилипання знаходяться в оточенні КТ, цілком можливо, що саме вони визначають характер провідности гетероструктури в збудженому стані. Оскільки досліджувана гете- роструктура має центер прилипання для електронів, можна ствер- джувати, що у збудженому стані КТ має неґативно заряджене ото- чення. Припустивши, що електрони нерівноважної провідности порівну розподілені на КТ на всіх 17-ти шарах структури, можна оцінити заряд, який утримується оточенням однієї КТ. Повна величина електронного заряду Qn в системі, що захопле- ний на рівні прилипання, визначається як площа під кривою зале- Рис. 4. Температурна залежність ТСП структури In0.4Ga0.6As/GaAs. 350 О. В. ВАКУЛЕНКО, С. Л. ГОЛОВИНСЬКИЙ, С. В. КОНДРАТЕНКО жности ТСП: 2 2 1 1 1 ( ) ( ) t T n TS TS t T Q I t dt I T dT= = β  , (2) де T1 та T2 – нижня і верхня температурні границі спостереження заряду. Інтеґрування дає значення Qn = 0,81⋅10 −6 Кл. Перерахував- ши на кількість КТ у структурі, одержуємо заряд оточення однієї КТ 2,38⋅10 −17 Кл, що становить приблизно 155 електронів. 3.3. Дослідження фотопровідности та фотолюмінесценції Спектральні залежності ЛФП In0,4Ga0,6As/GaAs гетероструктури при кімнатній температурі та 77 К наведено на рис. 5. Мінімальна енергія квантів, які зумовлювали фотострум, складала 0,74±0,01 еВ при кімнатній температурі та 0,24±0,01 еВ при 77 К. Ріжниця між енергіями hνmin(290 К) і hνmin(77 К) складає ≈ 50 меВ. В області спектру, де кристалічний GaAs є прозорим (hν < 1,43 еВ при 290 К та hν < 1,51 еВ при 77 К), нерівноважні носії заряду ґене- руються внаслідок оптичних переходів за участі станів нанорозмір- них In0,4Ga0,6As КТ або станів інтерфейсу. Залежно від розмірів InGaAs КТ та вмісту In змінюється кількість та розташування рів- нів у квантовій ямі [1]. За виконаними розрахунками досліджувана структура мала один рівень квантування для електронів у зоні про- відности КТ (Ee1) та два рівні квантування для важких дірок (hh – heavy hole) у валентній зоні КТ (Ehh1 та Ehh2). Енергія переходів, яка спостерігається на спектрах ЛФП і відпо- відає переходам за участю основних станів КТ, складає 1,17±0,01 Рис. 5. Спектри ЛФП структури In0,4Ga0,6As/GaAs при 290 К та 77 К (крива пунктирна та суцільна відповідно). ГЛИБОКІ РІВНІ ПРИЛИПАННЯ У ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ In0,4Ga0,6As/GaAs 351 еВ при кімнатній температурі та 1,22±0,01 еВ при 77 К (рис. 5). От- же ріжниця між енергіями основного переходу Ehh1−e1 КТ при 77 К та 290 К складає ≈ 50 меВ. Звертає на себе увагу гачкоподібна особливість у спектрі низько- температурної ФП поблизу краю вбирання GaAs – різкий спад, на- ростання і знову спад з виходом на плято. Така поведінка може бути зумовлена спектрально селективним нефотоактивним, типу екси- тонного, вбиранням. На рисунку 6 наведено спектер ФЛ In0,4Ga0,6As/GaAs-гетеро- структури з КТ при 77 К. У ФЛ-дослідженнях спостерігався випро- мінний рекомбінаційний перехід лише за участю основних станів Ehh1 та Ee1 КТ. Максимум піка ФЛ відповідає енергії 1,235±0,01 еВ. Це значення є енергією переходу основного стану для КТ та у межах похибки збігається зі значеннями, одержаними зі спектрів ЛФП. Переходи за участю збуджених станів не спостерігалися, оскільки в нашому експерименті використовувалися невеликі інтенсивності збуджувального випромінення. Для спостереження переходів за участю станів з n = 2 та переходів у ЗШ використовують великі ін- тенсивності збудження (> 50 Вт/см 2) [7]. На рисунку 5 (вставка) наведено спектер ЛФП у діяпазоні до 1,2 еВ. За кімнатної температури ЛФП спостерігається при hν ≥ 0,74 еВ. Судячи з даних про енергетичний спектер власних дефектів у GaAs на межі поділу InGaAs/GaAs [20], ця ЛФП може бути пов’язана з фотойонізацією електронної пастки EL2. При зниженні температури спектер зазнав зміщення в інфрачервону область спек- тру. Так, початок фотоструму при 77 К відповідає енергії фотонів hν ≈ 0,24 еВ (рис. 5). Це узгоджується з даними про електронну пас- Рис. 6. Спектри ФЛ структури In0,4Ga0,6As/GaAs при 77 К. 352 О. В. ВАКУЛЕНКО, С. Л. ГОЛОВИНСЬКИЙ, С. В. КОНДРАТЕНКО тку з глибиною залягання 0,28 еВ і перерізом захоплення для елек- тронів σn = 8,03⋅10 −22 см 2, виявлено методою DLTS для двовимірної гетеросистеми In0,53Ga0,47As/GaAs [21]. Той факт, що цей рівень прилипання не виявлений методою ТСП, свідчить про те, що у рів- новажному стані цей енергетичний рівень заповнений, тобто Фермі- їв рівень у гетероструктурі знаходиться вище рівня даної елект- ронної пастки. Фотострум в області 0,58 ≤ hν ≤ 1,2 еВ пов’язаний з електронними пастками сімейства EL2 (0,6 еВ та 0,75 еВ) та EB2 (0,9 еВ), дослідженими методою DLTS у роботах [19, 22, 23]. 4. ВИСНОВКИ Гетероструктура In0.4Ga0.6As/GaAs з КТ за температури 77 К вияви- ла довгу кінетику фотоструму та ефект залишкової провідности за відсутности збуджувального випромінення. Засвідчено існування глибоких локальних рівнів прилипання в структурі, які впливають на перенос заряду в процесі збудження. Температурними дослі- дженнями встановлено ефект ТСП, а з форми кривої термостиму- льованого струму одержано значення величини залягання рівня прилипання Ect = 0,17 еВ. Показано, що в збудженому стані КТ має неґативно заряджений інтерфейс. Також оцінено заряд 2,38⋅10 −17 Кл (≈ 155 електронів), що накопичує одна КТ. Методою спектрос- копії ЛФП виявлено переходи за участю рівнів електронних пасток інтерфейсу КТ, зокрема, раніше ідентифікованих EL2 та EB3. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. D. Bimberg, M. Grudmann, and N. N. Ledentsov, Quantum Dot Heterostruc- tures (New York: Willey: 1999). 2. T. Lundstrom, W. Schoenfeld, H. Lee, and P. M. Petroff, Science, 286: 2312 (1999). 3. H. Drexler, D. Leonard, W. Hansen, J. P. Kotthaus, and P. M. Petroff, Phys. Rev. Lett., 73: 2252 (1994). 4. L. I. Glazman and R. C. Ashoori, Science, 304: 524 (2004). 5. Q. D. Zhuang, J. M. Li, Y. P. Zeng, L. Pan, Y.H. Chen, M.Y. Kong, and L. Y. Lin, J. Electronic Materials, 28: 503 (1999). 6. M. L. Hussein, W. Q. Ma, and G. J. Salamo, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 776: Q.11.29.1-11.29.4 (1999). 7. O. Rubel, P. Dawson, S. D. Baranovskii, K. Pierz, P. Thomas, and E. O. Göbel, Phys. Stat. Sol. (c), 3: 2397 (2006). 8. Yu. I. Mazur, Zh. M. Wang, H. Kissel, Z. Ya. Zhuchenko, M. P. Lisitsa, G. G. Tarasov, and G. J. Salamo, Semicond. Sci. Technol, 22: 86 (2007). 9. V. V. Strelchuk, Yu. I. Mazur, Zh. M. Wang, M. Schmidbauer, O. F. Kolomys, M. Ya. Valakh, M. O. Manasreh, and G. J. Salamo, J. Mater. Sci.: Mater. Elec- tron., 19: 692 (2008). 10. В. С. Вавилов, П. К. Эфимиу, Дж. Е. Зардас, Успехи физ. наук, 169: 209 ГЛИБОКІ РІВНІ ПРИЛИПАННЯ У ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ In0,4Ga0,6As/GaAs 353 (1999). 11. М. К. Шейнкман, А. Я. Шик, ФТП, 10: 209 (1976). 12. А. Милнс, Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках (Москва: Мир: 1977). 13. D. P. Popescu, P. G. Eliseev, A. Stintz, and K. J. Malloy, Semicond. Sci. Tech- nol., 19: 33 (2004). 14. W.-H. Chang, T. M. Hsu, C. C. Huang, S. L. Hsu, C. Y. Lai, N. T. Yeh, T. E. Nee, and J.-I. Chyi, Phys. Rev. B, 62: 6959 (2000). 15. J. L. Casas Espinola, M. Dybic, S. Ostapenco, T. V. Torchynska, and G. Polup- an, J. Phys.: Conference Series, 61: 180 (2006). 16. О. В. Вакуленко, М. П. Лисица, Оптическая перезарядка примеси в полу- проводниках (Киев: Наукова думка: 1992). 17. В. И. Борисов, В. А. Сабликов, И. В. Борисова, А. И. Чмиль, ФТП, 33: 68 (1999). 18. Е. А. Сальков, Основы полупроводниковой электроники (Киев: Наукова думка: 1988). 19. S. W. Lin, C. Balocco, M. Missous, A. R. Peaker, and A. M. Song, Phys. Rev. B, 72: 165302 (2005). 20. T. Asano, Z. Fang, and A. Madhukar, J. Appl. Phys., 107: 073111 (2010). 21. Y. Takanashi and N. Kondo, J. Appl. Phys., 85: 633 (1999). 22. J. S. Kim, E. K. Kim, W. J. Choi, J. D. Song, and J. I. Lee, Jpn. J. Appl. Phys., 45: 5575 (2006). 23. G. M. Martin, A. Mitonneau, and A. Mircea, Electron. Lett., 13: 191 (1977).

Глибокі рівні прилипання у гетероструктурах In₀,₄Ga₀,₆As/GaAs з квантовими точками

Institution

Ähnliche Einträge