Новые полупроводниковые низкоразмерные гетероструктуры: формирование, кристаллическое строение и энергетический спектр
61 38
Ключевые слова:
квантовые точки, квантовые ямы, энергетическое строение первого рода, непрямая запрещённая зона, экситон, спиновая релаксация, длительное время жизниАннотация
В работе обсуждаются полупроводниковые низкоразмерные A3-B5 гетероструктуры с энергетическим спектром нового типа – первого рода с непрямой запрещённой зоной. Разделение носителей заряда в пространстве квазиимпульсов в таких структурах ведёт к увеличению времени жизни локализованных экситонов вплоть до сотен микросекунд. Это делает возможным исследование процессов, изучение которых в прямозонных системах с малым временем жизни (~ 1 нс) затруднено, например спиновой релаксации экситонов в квантовых точках (КТ). Гетероструктуры выращивались методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Кристаллическое строение гетероструктур исследовано с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии. Энергетическое строение структур изучено при помощи спектроскопии стационарной и время разрешённой фотолюминесценции. Экспериментальные данные дополнены расчётами. В результате было показано, энергетический спектр первого рода и непрямой запрещённой зоной реализуется в структурах с GaAs/GaP и GaSb/GaP КТ, механические напряжений в которых полностью релаксировали, а также с псевдоморфно напряжёнными III-Sb/AlAs квантовыми ямами.
Библиографические ссылки
1 D. Bimberg, M. Grundmann, N.N. Ledentsov, Quantum dot heterostructures, (John Wiley & Sons, Toronto, 2001), 328 p.
2 Y. Matsumoto, T. Takagahara, Semiconductor Quantum Dots. Physics, Spectroscopy and Applications, (Springer, Berlin, 2002), 486 p.
3 R. Tsu, Superlattice to Nanoelectronics, (Elsevier, Amsterdam, 2005), 325 p.
4 M. Grundmann, O. Stier and D. Bimberg, Phys. Rev. B, 52, 11969 (1995).
5 N. N. Ledentsov, J. Bohrer, M. Beer, F. Heinrichsdorff, M. Grundmann, D. Bimberg, S. V. Ivanov, B.Y. Meltser, S.V. Shaposhnikov, I.N. Yassievich, N.N. Faleev, P.S. Kop’ev and Z. I. Alferov, Phys. Rev. B 52, 14058 (1995).
6 F. Hatami, N.N Ledentsov, M. Grundmann, J. Bohrer, F. Heinrichsdorff, M. Beer, D. Bimberg, S.S. Ruvimov, P. Werner, U. Gosele, J. Heydenreich, U. Richter, S.V. Ivanov, B. Ya. Meltser, P.S.Kop’ev and Z.I. Alferov, Appl. Phys. Lett. 67, 656 (1995).
7 H. W. van Kesteren, E. C. Cosman, P. Dawson, K. J. Moore, C. T. Foxon, Phys. Rev. B, 39, 13426 (1989).
8 Vailionis, B. Cho, G. Glass, P. Desjardins, David G. Cahill, J.E. Greene, Phys. Rev. Lett. 85, 3672, (2000).
9 S. Shamirzaev, J. Debus, D. S. Abramkin, D. Dunker, D. R. Yakovlev, D. V. Dmitriev, A. K.Gutakovskii, L. S. Braginsky, K. S. Zhuravlev, and M. Bayer Phys. Rev. B 84, 155318 (2011).
10 W. Tomm, T. Elsaesser, Yu. I. Mazur, H. Kissel, G. G. Tarasov, Z. Ya. Zhuchenko, W. T. Masselink, Phys. Rev. B 67, 045326 (2003).
11 D. Dunker, T. S. Shamirzaev, J. Debus, D. R. Yakovlev, K. S. Zhuravlev, and M. Bayerless, Appl. Phys. Lett. 101, 142108 (2012).
12 S. Shamirzaev, J. Rautert, D. R. Yakovlev, J. Debus, A. Yu. Gornov, M. M. Glazov, E. L. Ivchenko, and M. Bayer, Phys. Rev. B 96, 035302 (2017).
13 J. Debus, T. S. Shamirzaev, D. Dunker, V. F. Sapega, E. L. Ivchenko, D. R. Yakovlev, A. I. Toropov, and M. Bayer, Phys. Rev. B 90, 125431 (2014).
14 A.V. Khaetskii, Yu.V. Nazarov, Phys. Rev. B 61, 12639 (2000).
15 T.S. Shamirzaev, A. M. Gilinsky, A. K. Kalagin, A. V. Nenashev, and K. S. Zhuravlev, Phys. Rev. B, 76, 155309 (2007).
16 T. S. Shamirzaev, A. V. Nenashev, A. K. Gutakovskii, A. K. Kalagin, K. S. Zhuravlev, M. Larsson and P. O. Holtz, Phys. Rev. B 78, 085323 (2008).
17 M.-E. Pistol, C. E. Pryor, Phys. Rev. B 80,035316 (2009).
18 Shamirzaev. T.S. Type-I Semiconductor Heterostructures with an Indirect-Gap Conduction Band // Semiconductors – 2011, Vol. 45, P.96.
19 D. S. Abramkin, M. A. Putyato, S. A. Budennyy, A. K. Gutakovskii, B. R. Semyagin, V.V. Preobrazhenskii, O. F. Kolomys, V. V. Strelchuk, T. S. Shamirzaev, J. Appl. Phys. 112, 083713 (2012).
20 G. Stracke, E. M. Sala, S. Selve, T. Niermann, A. Schliwa, A. Strittmatter, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 104, 123107 (2014).
21 M. Heidemann, S. Hofling, and M. Kamp, Appl. Phys. Lett. 104, 011113 (2014).
22 I. Vurgaftman, J. R. Meyer, L. R. Ram-Mohan, J. Appl. Phys. 89, 5815 (2001).
23 P. M. Petroff, A.C. Gossard, and W. Wiegmann, Appl. Phys. Lett. 45, 620 (1984).
24 E. Michel, G. Singh, S. Slivken, C. Besikci, P. Bove, I. Ferguson, and M. Razegh, Appl. Phys. Lett. 65, 3338 (1994).
25 Shamirzaev, D. S. Abramkin, A. K. Gutakovskii, M. A. Putyato, Appl. Phys. Lett. 97, 023108 (2010).
26 D.S. Abramkin, M.A. Putyato, A.K. Gutakovskii, B.R. Semyagin, V.V. Preobrazhenskii, T.S. Shamirzaev, Semiconductors, 46, 1534 (2012).
27 T.S. Shamirzaev, D.S. Abramkin, A.K. Gutakovskii and M.A. Putyato, JETP Lett. 95, 601 (2012).
28 D.S. Abramkin, V.T. Shamirzaev, M.A. Putyato, A.K. Gutakovskii, T.S. Shamirzaev, JETP Lett. 99, 76 (2014).
29 D. S. Abramkin, E. A. Emelyanov, M. A. Putyato, A. K. Gutakovskii, A. S. Kozhukhov, B. R. Semyagin, V. V. Preobrazhanskii and T. S. Shamirzaev,
Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics, 80, 17 (2016).
30 D.S Abramkin, K.M. Rumynin, A.K. Bakarov, D.A. Kolotovkina, A.K. Gutakovskii and T.S. Shamirzaev, JETP Lett. 103, 692 (2016).
31 Abramkin D.S., Bakarov A.K., Putyato M.A., Emelyanov E.A., Kolotovkina D.A., Gutakovskii A.K. and Shamirzaev T.S. Semiconductors 51, 1233 (2017).
32 D.S. Abramkin, A.K. Gutakovskii, T.S. Shamirzaev, J. Appl. Phys. 123, 115701 (2018).
33 D.S. Abramkin, А. K. Bakarov, А. K. Gutakovskii, Т. S. Shamirzaev, Fizika i tehnika poluprovodnikov, 52, 1280 (2018).
34 P. B. Hirsch, A. Howie, R. B. Nicholson, D. W. Pashley and M. J. Whelan, Electron microscopy of thin crystals, Krieger Pub Co, p. 574, (1968).
35 Van der Merve J. H., «Nesootvetstvie kristallicheskih reshetok I sily svyazi na poverhnosti razdela mezhdu orientirovannymi plenkami I podlozhkami», V kinge.: Monokristallicheskie plenki. M.: Мir, 1966, p.172-201.
36 C. G. Van de Walle, Phys. Rev. B 39, 1871 (1989).
37 J.N. Stirman, P.A. Crozier, D.J. Smith, F. Phillipp, G. Brill, S. Sivananthan. Appl. Phys. Lett., 84, 2530 (2004).
38 W.A. Harrison, «Electronic Structure and Properties of Solids», W.H. Freeman, SanFrancisco, (1980), p.838.
39 S. Thainoi, S. Kiravittaya, T. Poempool, Zon, S. Sopitpan, S. Kanjanachuchai, S. Ratanathammaphan, S. Panyakeow, J. of Crystal Growth 468, 737 (2017).
40 Klochikhin, A. Reznitsky, S. Permogorov, T. Breitkopf, M. Grun, M. Hetterich, C. Klingshirn, V. Lyssenko, W. Langbein and J. M. Hvam, Phys. Rev. B 59, 12947 (1999).
2 Y. Matsumoto, T. Takagahara, Semiconductor Quantum Dots. Physics, Spectroscopy and Applications, (Springer, Berlin, 2002), 486 p.
3 R. Tsu, Superlattice to Nanoelectronics, (Elsevier, Amsterdam, 2005), 325 p.
4 M. Grundmann, O. Stier and D. Bimberg, Phys. Rev. B, 52, 11969 (1995).
5 N. N. Ledentsov, J. Bohrer, M. Beer, F. Heinrichsdorff, M. Grundmann, D. Bimberg, S. V. Ivanov, B.Y. Meltser, S.V. Shaposhnikov, I.N. Yassievich, N.N. Faleev, P.S. Kop’ev and Z. I. Alferov, Phys. Rev. B 52, 14058 (1995).
6 F. Hatami, N.N Ledentsov, M. Grundmann, J. Bohrer, F. Heinrichsdorff, M. Beer, D. Bimberg, S.S. Ruvimov, P. Werner, U. Gosele, J. Heydenreich, U. Richter, S.V. Ivanov, B. Ya. Meltser, P.S.Kop’ev and Z.I. Alferov, Appl. Phys. Lett. 67, 656 (1995).
7 H. W. van Kesteren, E. C. Cosman, P. Dawson, K. J. Moore, C. T. Foxon, Phys. Rev. B, 39, 13426 (1989).
8 Vailionis, B. Cho, G. Glass, P. Desjardins, David G. Cahill, J.E. Greene, Phys. Rev. Lett. 85, 3672, (2000).
9 S. Shamirzaev, J. Debus, D. S. Abramkin, D. Dunker, D. R. Yakovlev, D. V. Dmitriev, A. K.Gutakovskii, L. S. Braginsky, K. S. Zhuravlev, and M. Bayer Phys. Rev. B 84, 155318 (2011).
10 W. Tomm, T. Elsaesser, Yu. I. Mazur, H. Kissel, G. G. Tarasov, Z. Ya. Zhuchenko, W. T. Masselink, Phys. Rev. B 67, 045326 (2003).
11 D. Dunker, T. S. Shamirzaev, J. Debus, D. R. Yakovlev, K. S. Zhuravlev, and M. Bayerless, Appl. Phys. Lett. 101, 142108 (2012).
12 S. Shamirzaev, J. Rautert, D. R. Yakovlev, J. Debus, A. Yu. Gornov, M. M. Glazov, E. L. Ivchenko, and M. Bayer, Phys. Rev. B 96, 035302 (2017).
13 J. Debus, T. S. Shamirzaev, D. Dunker, V. F. Sapega, E. L. Ivchenko, D. R. Yakovlev, A. I. Toropov, and M. Bayer, Phys. Rev. B 90, 125431 (2014).
14 A.V. Khaetskii, Yu.V. Nazarov, Phys. Rev. B 61, 12639 (2000).
15 T.S. Shamirzaev, A. M. Gilinsky, A. K. Kalagin, A. V. Nenashev, and K. S. Zhuravlev, Phys. Rev. B, 76, 155309 (2007).
16 T. S. Shamirzaev, A. V. Nenashev, A. K. Gutakovskii, A. K. Kalagin, K. S. Zhuravlev, M. Larsson and P. O. Holtz, Phys. Rev. B 78, 085323 (2008).
17 M.-E. Pistol, C. E. Pryor, Phys. Rev. B 80,035316 (2009).
18 Shamirzaev. T.S. Type-I Semiconductor Heterostructures with an Indirect-Gap Conduction Band // Semiconductors – 2011, Vol. 45, P.96.
19 D. S. Abramkin, M. A. Putyato, S. A. Budennyy, A. K. Gutakovskii, B. R. Semyagin, V.V. Preobrazhenskii, O. F. Kolomys, V. V. Strelchuk, T. S. Shamirzaev, J. Appl. Phys. 112, 083713 (2012).
20 G. Stracke, E. M. Sala, S. Selve, T. Niermann, A. Schliwa, A. Strittmatter, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 104, 123107 (2014).
21 M. Heidemann, S. Hofling, and M. Kamp, Appl. Phys. Lett. 104, 011113 (2014).
22 I. Vurgaftman, J. R. Meyer, L. R. Ram-Mohan, J. Appl. Phys. 89, 5815 (2001).
23 P. M. Petroff, A.C. Gossard, and W. Wiegmann, Appl. Phys. Lett. 45, 620 (1984).
24 E. Michel, G. Singh, S. Slivken, C. Besikci, P. Bove, I. Ferguson, and M. Razegh, Appl. Phys. Lett. 65, 3338 (1994).
25 Shamirzaev, D. S. Abramkin, A. K. Gutakovskii, M. A. Putyato, Appl. Phys. Lett. 97, 023108 (2010).
26 D.S. Abramkin, M.A. Putyato, A.K. Gutakovskii, B.R. Semyagin, V.V. Preobrazhenskii, T.S. Shamirzaev, Semiconductors, 46, 1534 (2012).
27 T.S. Shamirzaev, D.S. Abramkin, A.K. Gutakovskii and M.A. Putyato, JETP Lett. 95, 601 (2012).
28 D.S. Abramkin, V.T. Shamirzaev, M.A. Putyato, A.K. Gutakovskii, T.S. Shamirzaev, JETP Lett. 99, 76 (2014).
29 D. S. Abramkin, E. A. Emelyanov, M. A. Putyato, A. K. Gutakovskii, A. S. Kozhukhov, B. R. Semyagin, V. V. Preobrazhanskii and T. S. Shamirzaev,
Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics, 80, 17 (2016).
30 D.S Abramkin, K.M. Rumynin, A.K. Bakarov, D.A. Kolotovkina, A.K. Gutakovskii and T.S. Shamirzaev, JETP Lett. 103, 692 (2016).
31 Abramkin D.S., Bakarov A.K., Putyato M.A., Emelyanov E.A., Kolotovkina D.A., Gutakovskii A.K. and Shamirzaev T.S. Semiconductors 51, 1233 (2017).
32 D.S. Abramkin, A.K. Gutakovskii, T.S. Shamirzaev, J. Appl. Phys. 123, 115701 (2018).
33 D.S. Abramkin, А. K. Bakarov, А. K. Gutakovskii, Т. S. Shamirzaev, Fizika i tehnika poluprovodnikov, 52, 1280 (2018).
34 P. B. Hirsch, A. Howie, R. B. Nicholson, D. W. Pashley and M. J. Whelan, Electron microscopy of thin crystals, Krieger Pub Co, p. 574, (1968).
35 Van der Merve J. H., «Nesootvetstvie kristallicheskih reshetok I sily svyazi na poverhnosti razdela mezhdu orientirovannymi plenkami I podlozhkami», V kinge.: Monokristallicheskie plenki. M.: Мir, 1966, p.172-201.
36 C. G. Van de Walle, Phys. Rev. B 39, 1871 (1989).
37 J.N. Stirman, P.A. Crozier, D.J. Smith, F. Phillipp, G. Brill, S. Sivananthan. Appl. Phys. Lett., 84, 2530 (2004).
38 W.A. Harrison, «Electronic Structure and Properties of Solids», W.H. Freeman, SanFrancisco, (1980), p.838.
39 S. Thainoi, S. Kiravittaya, T. Poempool, Zon, S. Sopitpan, S. Kanjanachuchai, S. Ratanathammaphan, S. Panyakeow, J. of Crystal Growth 468, 737 (2017).
40 Klochikhin, A. Reznitsky, S. Permogorov, T. Breitkopf, M. Grun, M. Hetterich, C. Klingshirn, V. Lyssenko, W. Langbein and J. M. Hvam, Phys. Rev. B 59, 12947 (1999).
Загрузки
Как цитировать
Abramkin, D., Bakarov, A., Petrushkov, M., Emelyanov, E., Putyato, M., Preobrazhensky, V., Semyagin, B., Yesin, M., Kozhukhov, A., Gutakovskii, A., & Shamirzaev, T. (2018). Новые полупроводниковые низкоразмерные гетероструктуры: формирование, кристаллическое строение и энергетический спектр. Вестник. Серия Физическая (ВКФ), 66(3), 46–54. извлечено от https://bph.kaznu.kz/index.php/zhuzhu/article/view/784
Выпуск
Раздел
Физика конденсированного состояния и проблемы материаловедения. Нанонаука
