CC BY
6(Решетневскце чтения
УДК 53
J. Kubistova
Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University, Czech Republic, Prague
SEMICONDUCTOR STRUCTURES WITH InGa/GaAs QUANTUM DOTS
In this work, the properties of quantum dot (QD) samples were studied that could shift the luminescence maximum to the telecommunication band, increase its intensity and narrow its FWHM. QD samples with different parametres were measured and their effect on the luminescence shift in the required direction was observed. Very significant is covering the QDs with a GaAsSb strain reducing layer (SRL), it influences the localization of holes and the wave functions overlap depending on the Sb content in the SRL and it facilitates achieving the 1300 nm wavelength.
Inventing of the low-loss fibres, semiconductor laser diodes and photodetectors enabled the expansion of the optical telecommunication. The QDs based on semiconductor materials have a great potential to be used in such optoelectronic devices because of higher performance, lower threshold current, lower noise and faster dynamic response. To decrease the loss while transmitting signal in the silica glass optical fibres, the signal has to be tuned to the lowest attenuation regions, so called transmission windows, at wavelengths 0.8, 1.1, 1.3, and 1.55 ^m.
The quantum dots are such crystalline semiconductor structures, whose size is in all the three directions reduced to the Bohr radius of the Wannier exciton (1 to 10 nm) without changing the main structure and the crystalline properties. A big difference between the low-dimensional and bulk objects lies in the electronic structure and the density of states; in the zero-dimensional system (QDs), discreet energetic levels (delta functions) are expected, as in a single atom.
Our QD samples are prepared by the metalorganic vapour phase epitaxy (MOVPE) using the Stranski-Krastanov (self-organized) growth mode. First, the semiinsulating (SI) GaAs substrate is placed into the reactor and at 650 °C, the first buffer layer from intrinsic GaAs (TMG + AsH3) is deposited on the SI, the second buffer layer is deposited at about 510 °C (this parameter is diverse for several samples). Then the InAs is deponated (at the same temperature) to the thickness 1.8-2.3 monolayers and the process is intermitted for about 15 5 because of the growth of QDs that are about 5-8 nm high and 20 nm wide and stick out over the wetting layer (monolayer under the QDs). The QDs may be covered by InGaAs or GaAsSb SRL of width in the range of 5-10 nm and SRL is covered by 10 nm GaAs at 510 °C again. If preparing an electroluminescence sample, an n-type and a p-type layer are inserted under and over the InAs.
Using the GaAsSb SRL is advantageous because of conserving the size of QDs, the difference between the ground and excited electron states is increased and the full width at half maximum of the photoluminescence (PL) peaks is decreased. Depending on the amount of Sb, the band alignment between the QDs and the SRL may be
type I or II. In type I (Sb content smaller than about 15 %), both electrons and holes are localized in the QD and their wavefunction overlap is high, in type II (Sb > 15 %), the holes move to the SRL and the efficiency of the electron-hole recombination decreases.
We have measured several samples with slightly different parameters to find their influence on the luminescence. The samples were excited by a semiconductor laser (670 nm, 10 W/cm2) at room temperature.
Temperatures higher than about 530 °C (while growing) cause founding of QDs together and temperatures lower than 480 °C or higher than 520 °C cause lower photoluminescence efficiency of the sample. The QDs in b sample (Figure 1 left) were grown at 480 °C that may have caused their blue shift and smaller PL maximum comparing with a grew at 490 °C. The QDs in f were prepared at 510 °C, they are bigger than in b and redshifted. On the other hand, the f maximum should be redshifted compared to a too, which was not proved. The same situation was found for c prepared at 470 °C - the PL intensity maximum has higher energy than f, but smaller b. In d, the QDs are smaller due to shorter waiting time and the PL intensity is very small and shifted to higher energy. The flow of TBAs was twice bigger while preparing e QDs, the PL maximum is redshifted to the d and has higher intensity. That could be caused by bigger QDs in e sample.
Optimized growth parameters were used for preparation of PIN structures with GaAsSb SRL. Depending on the amount of Sb in GaAsSb SRL, the band alignment may be type I or II; higher Sb content should redshift and lower the PL intensity maximum. The redshift is remarkable for PIN structures in see figure right, where Sb content is 20 % for a, 30 % for b and 40 % for c line, but the intensity maxima do not depend on the Sb content (resp. the sample c does not). The I layer thickness is 510 nm for all three samples.
The conclusion is following: Short QD growth time shifts the PL intensity maximum to the 0.85 eV region and the optimal growth temperature is 490-510 °C. Covering the QDs with GaAsSb SRL did not change the type of transition with increasing Sb content; the antimony was probably not inbuilt into the structure.
Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли
1000
Energy ieV) Energy (eV)
Samples with different temperature while deponing QDs (left) and PIN structures with different Sb content in GaAsSb SRL (right).
Дж. Кубистова Чешский технический университет, Чешская Республика, Прага
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТРУКТУРЫ С КВАНТОВЫМИ ПРИМЕСЯМИ InGa/GaAs
Рассмотрены свойства образцов с квантовыми примесями (QD), которые способны перемещать люминесцентный максимум в телекоммуникационный режим, повышая его интенсивность и сужая полную ширину на полувысоте (FWHM). Были измерены различные параметры образцов с квантовыми примесями, проведены наблюдения за их влиянием на люминесцентный сдвиг в заданном направлении. Выявлена важность покрытия образцов с квантовыми примесями слоем уменьшения напряжения GaAsSb. Данный слой влияет на локализацию дырок, способствует их перекрытию действием волны в зависимости от содержания Sb в слое для уменьшения напряжения, оказывает содействие достижению волной длины 1300 nm.
© Kubistova J., 2011
УДК 541.18,541.183,541.572
М. П. Анисимов, Е. Г. Фоминых Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Новосибирск
МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОЗОЛЕОБРАЗОВАНИЯ В ПАРО-ГАЗОВЫХ СИСТЕМАХ (обзор)*
Приводится обзор современного состояния и ограничений теории нуклеации. Предлагается создание базы данных элементарных поверхностей скорости нуклеации, из которых с привлечением компьютерных методов можно строить поверхности скоростей для любой практически значимой системы.
В атмосфере замкнутых помещений, равно как и в атмосфере промышленного города, также в атмосфере других объектов, а если глобально, то в атмосфере Земли, достаточно часто возникает аэрозолеобразова-ние из пересыщенных паров. Модель нуклеации в достаточно общем случае должна включать данные о потоках солнечной радиации (включая потоки частиц на земной шар) и отраженную часть этого потока, информацию о собственно атмосфере, гидросфере, литосфере, биосфере, включая человека и результаты антропогенной деятельности. Сложное взаимодействие далеко неполного перечня перечисленных здесь элементов порождает необъятное количество связей, которые должны найти отражение в математической постановке задачи. Эта необъятность усложняется рядом неопределенных на количественном, а то и качественном уровнях эффектов, что делает очевидной необходимость введения упрощающих предположений, которые
позволяют согласовать объем задачи с возможностями современной вычислительной техники [1; 2].
Данный обзор имеет целью дать представление о достижениях в современных исследованиях кинетики зародышеобразования и перспективности использования современных эмпирических и теоретических результатов в моделях нуклеации в паро-газовой среде. Общее представление о состоянии теории и экспериментов по нуклеации можно получить из обзора [3]. Законченный вид теории нуклеации придали Зельдович [4] и Френкель [5]. Теория в виде, сформулированном этими авторами, стала называться «классической теорией нуклеации».
Для достижения согласия теории и эксперимента необходимо преодолеть ряд проблем фундаментального характера, не имеющих решения до настоящего времени.
*Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 11 -03-00049-а
