Созданы InGaAs/GaAs/AlGaAs лазерные диоды с квантовыми ямами, выращенными методом МОГФЭ на неотклоненной Si (001)-подложке с буферным слоем Ge. Диоды генерируют стимулированное излучение в импульсном режиме при комнатной температуре в спектральном диапазоне 1.09−1.11 мкм.
Исследован рост лазерных структур InGaAs/GaAs/AlAs методом МОС-гидридной эпитаксии при низком давлении на подложках Si(001) с эпитаксиальным метаморфным буферным слоем Ge разной толщины. Представлены результаты влияния на кристаллическое и оптическое качество формируемых A III B V структур температуры роста и встраивания на границе с Ge/Si(001) подложкой дополнительных слоев AlAs. Проде-монстрировано, что встраивание AlAs/GaAs/AlAs решетки на начальных этапах роста A III B V гетероструктур на Ge буферных слоях, выращенных на неотклоненных Si(001) подложках, позволяет значительно снизить плотность прорастающих дефектов и, как следствие, формировать эффективно излучающие лазерные структуры. Показана возможность выращивания на Si(001) подложках напряженных квантовых ям InGaAs, демонстрирующих стимулированное излучение в области длин волн больше 1100 нм.
Исследована сегрегация Sb в слоях Si, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках Si с кристаллографической ориентацией (111), (110), (115), и проведено сравнение полученных результатов для этих ориентаций с результатами для наиболее распространенной ориентации (001). Обнаружено, что качественно ход температурных зависимостей коэффициента сегрегации Sb (r) схож для всех исследованных ориентаций, в частности можно выделить два характерных температурных интервала, соответствующих режиму кинетических ограничений и термодинамически равновесному режиму сегрегации. Однако количественно данные для величины r при исследованных ориентациях заметно отличаются от таковых для (001) при одинаковых температурах. Обнаруженные на зависимостях r от температуры роста участки, где r меняется на 5 порядков в узком интервале температур, позволили адаптировать метод се-лективного легирования, основанный на контролируемом использовании эффекта сегрегации, предложенный авторами ранее для структур на Si(001), к структурам, выращенным на подложках Si иных ориентаций. С помощью данного метода были изготовлены селективно-легированные структуры Si : Sb/Si(111), в которых изменение концентрации Sb на порядок происходит на масштабах в несколько нанометров.
Comparative studies of the luminescent properties of Sb doped Ge layers grown on Si (001) and Ge (001) substrates have been carried out. It is shown that in Ge:Sb/Ge(001) layers, in contrast to the Ge:Sb layers grown on silicon, indirect optical transitions make a significant contribution to the photoluminescence signal. This fact is associated with a longer lifetime of charge carriers in homoepitaxial Ge:Sb/Ge structures due to the absence of crystal lattice defects associated with the relaxation of elastic strain. It is shown that the significant increase in the contribution of direct optical transitions to the total photoluminescence signal observed at higher doping levels of Ge:Sb/Ge(001) layers is caused by an increase in the population of electronic states in the Г valley. The luminescent properties of Ge:Sb/Ge(001) and Ge:Sb/Si(001) layers with Sb concentration significantly exceeding its equilibrium solubility are strongly affected by the nonradiative recombination centers, which may be clusters of impurity atoms.
В эпитаксиальных структурах SiGe/Si(001) с двумя неэквивалентными SiGe квантовыми ямами, раз-деленными тонким Si-барьером, исследованы спектральные и временные характеристики межзонной фотолюминесценции, соответствующей излучательной рекомбинации экситонов в квантовых ямах. Для серии структур с двумя SiGe-квантовыми ямами различной толщины определены зависимости характерного времени туннелирования носителей заряда (дырок) из узкой квантовой ямы, характеризуемой большей энергией рекомбинации экситона, в широкую квантовую яму от толщины Si-барьера. Показано, что время туннелирования дырок между слоями Si 0.85 Ge 0.15 толщиной 3 и 9 нм монотонно спадает от ∼ 500 нс до < 5 нс при уменьшении толщины Si-барьера от 16 до 8 нм. При промежуточных толщинах Si-барьера обнаружено нарастание сигнала фотолюминесценции широкой квантовой ямы с характерным временем, совпадающим по порядку величины с временем спада люминесценции узкой квантовой ямы, что подтверждает наблюдение эффекта туннелирования дырок из узкой квантовой ямы в широкую. Обнаружена существенная зависимость времени туннелирования дырок от содержания Ge в слоях SiGe при фиксированной толщине Si-барьера между квантовыми ямами, что связывается с увеличением эффективной высоты Si-барьера. ВведениеОдним из направлений развития кремниевой опто-электроники является использование внутризонных оп-тических переходов для создания квантово-каскадных лазеров [1][2][3][4][5]. Такого рода лазеры, использующие меж-подзонные оптические переходы, созданы на основе соединений A III B V [6], однако каскадный лазер на основе кремний-германиевых гетероструктур пока не реали-зован. В квантово-каскадных гетероструктурах GeSi/Si p-типа наблюдалась лишь электролюминесценция [1,2], а для кремний-германиевых гетероструктур n-типа имеют-ся пока только теоретические предложения [3][4][5]. В ка-честве одного из вариантов создания таких квантово-кас-кадных лазеров было предложено использование селек-тивно-легированных структур с туннельно-связанными квантовыми ямами (КЯ), использующими оптические переходы между состояниями мелких примесных цен-тров и двумерных подзон размерного квантования в КЯ [7]. Базовым элементом такого лазера служит систе-ма из двух неэквивалентных туннельно-связанных КЯ. Одним из эффективных способов изучения процессов туннелирования носителей заряда в такой системе, в частности определение характерных времен туннели-рования, может служить исследование методом спек-троскопии фотолюминесценции (ФЛ) с наносекундным временным разрешением спектральных и временных ха-рактеристик межзонной ФЛ, обусловленной излучатель-ной рекомбинацией носителей заряда, локализованных в КЯ [8]. В качестве первого этапа исследований в данной работе была рассмотрена серия нелегированных гетероструктур SiGe/Si(001) с двумя неэквивалентными SiGe КЯ с различной толщиной Si-барьера между КЯ, а также различным составом твердого раствора SiGe в КЯ.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.