Спектроскопия самоорганизующихся INAS/GAAS квантовых точек в полупроводниковых лазерных структурах

• Автор: Савельев, Артем Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Глава 1. Квантовые точки: получение, свойства, методы

исследования и практические применения. Обзор

1.1. Формирование квантовых точек

1.2. Методы исследования квантовых точек

1.3. Особенности полупроводниковых квантовых точек 1пАз/ОаАз

Глава 2. Спектроскопия одиночной квантовой точки

2.1. Техника спектроскопии одиночной квантовой точки

2.2. Спектры фотолюминесценции и фототока экситона и экситонных

• комплексов

2.3. «Спиновая память», управляемая напряжением, в одиночной квантовой точке

Глава 3. Спектроскопия ансамбля квантовых точек в непрерывном режиме

3.1. Техника подготовки образцов для спектроскопических исследований
3.2. Спектроскопия фототока ансамбля квантовых точек
3.3. Анализ спектров фотолюминесценции массива квантовых точек
Глава 4. Время-разрешенная ритр-ргоЬе спектроскопия ансамбля квантовых точек
4.1. Техника время-разрешенной ритр-ргоЬе спектроскопии
4.2. Тонкая структура нейтрального экситона и квантовые биения

4.3 Исследование статистики носителей заряда в рд-п диоде с квантовыми точками методом ритр-ргоЬе спектроскопии
Глава 5. «Детальная статистика» носителей заряда в ансамбле квантовых точек
5.1 Метод «детальной статистики» для описания распределения электонов и дырок по квантовым точкам
5.2 Формирование пространственно разделенного биполярно заряженного состояния при инжекции носителей обоих знаков в массив квантовых точек
5.3 Релаксация пространственно разделенного заряженного состояния: эксперименты по затуханию фотолюминесценции
5.4 Влияние кулоновского взаимодействия на статистику носителей заряда в ансамбле квантовых точек
5.5 Применение метода «детальной статистики» к моделированию оптоэлектронных устройств: температурная зависимость порогового тока в полупроводниковых лазерах с квантовыми точками
Заключение
Литература

Быстрое развитие современных систем передачи данных и телекоммуникаций обусловлено в первую очередь постоянным совершенствованием элементной базы оптоэлектроники. Физика оптоэлектронных устройств постоянно включает в себя новые идеи и принципы [1]: полупроводниковые лазеры с квантовыми ямами заменили лазеры с двойной гетероструктурой; использование многообразия полупроводниковых твердых растворов и каскадных лазеров позволило расширить диапазон доступных длин волн от 0.4мкм до более чем 10 мкм; с помощью вертикально излучающих лазеров достигнута частота прямой токовой модуляции более 20 ГГц, и т. д. Полупроводниковые квантовые точки (КТ) являются перспективной • средой для разработки нового поколения оптоэлектронных устройств благодаря
своим уникальным свойствам [2]. Физика инжекционных лазеров с КТ, уже показавших ряд рекордных характеристик, представляет значительный интерес для дальнейшего совершенствования этих устройств. В настоящее время большое внимание уделяется разработке принципов и созданию нового поколения квантовых оптоэлектронных устройств, таких как сверхмалые элементы памяти [3], источники и детекторы одиночных и когерентных фотонов [4], элементы квантового компьютера [5], управляемые системы «медленного света» и опто-оптические переключатели потоков данных [6]. Массивы КТ и одиночные КТ являются одной из перспективных материальных сред для создания этих устройств, что определяет актуальность детального изучения физики КТ.
Оптическая спектроскопия полупроводников и низкоразмерных полупроводниковых гетероструктур, основанная на исследовании взаимодействия света с кристаллами, сыграла основную роль в развитии

^ плотностей мощности накачки и проведено сравнение с экспериментальными
данными.
Образцы, использованные нами, были выращены в ФТИ им. Иоффе, подробно описаны в [107, 108]. Соответсвующие гетероструктуры
1пА8/1пОаАз/СаА8 изготавливались методом МПЭ на стандартной подложке п+-СаАз(ЮО) [108]. Лазерный волновод был образован легированными эмиттерами п-(р-) Alo.8Gao.2As толщиной 1.5 мкм каждый и нелегированной областью толщиной 500 нм (см. рис. 3.1 а,б). Эмиттеры легировались для достижения концентрации электронов и дырок 5-1017 см'3 81 и Ве, соответственно. В • середине нелегированной области были выращены 5 слоев КТ, полученных
осаждением 2.3 монослоя (МС) 1пАз, покрытых квантовой ямой 1п<) ^Сао^Аэ толщиной 5.5 нм. Слои КТ были разделены буферными слоями 30 нм ^ваАв. В процессе роста слоя ЫОаАэ в результате диффузии, управляемой упругими напряжениями, образуются КТ, представляющие собой усеченные четырехгранные пирамиды с размером основания около 15-19 нм при высоте 5-7 нм на смачивающем слое 1пАэ толщиной в 1-1.5 МС. Плотность КТ в одном слое составляет 4-5-1010 см'2, а дисперсия геометрических размеров - 10-15%.
Получившиеся таким образом пластины подвергались дальнейшей постростовой обработке. Для исследований оптических свойств массива квантовых точек (МКТ) в данной работе было применено несколько методов постростовой обработки образцов. Были использованы образцы следующих типов:
1) Полосковые лазерные структуры со сколотыми гранями.