Оптичні і структурно-морфологічні властивості низькорозмірних структур на основі напівпровідників А3В5 і А2В6

Размещено на http://www.allbest.ru

1

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ім. В.Є.ЛАШКАРЬОВА

НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

СТРЕЛЬЧУК ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧ

УДК 535.37; 538.915; 621.328

ОПТИЧНІ І СТРУКТУРНО-МОРФОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ НИЗЬКОРОЗМІРНИХ СТРУКТУР НА ОСНОВІ НАПІВПРОВІДНИКІВ А³В⁵ І А²В⁶

01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора фізико-математичних наук

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України

Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор член-кореспондент Національної академії наук України Валах Михайло Якович Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України, завідувач відділу оптики і спектроскопії

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент НАН України Томчук Петро Михайлович Інститут фізики НАН України, завідувач відділу теоретичної фізики

доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент НАН України Сизов Федір Федорович Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідувач відділу фізики і технології низькорозмірних систем

доктор фізико-математичних наук, професор Малюкін Юрій Вікторовича НТК ”Інститут монокристалів”, Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, завідувач відділу нанокристалічних матеріалів

Провідна установа:

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, кафедра оптики

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України за адресою: проспект Науки, 45 Київ, 03028.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

доктор фізико-математичних наук, професор Іщенко С.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Сучасний науково-технічний прогрес все більше визначається розвитком нанофізики, наноелектроніки і нанотехнології. Надзвичайно стрімкими темпами розвивається фізика твердотільних низькорозмірних структур нанометрових розмірів (наноструктур). Сучасні технології дозволяють отримувати наноструктури з розмірами порядку сотень і навіть десятків постійних кристалічної гратки. Якщо характерний розмір наноструктури стає співмірним з довжиною хвилі де Бройля (л_D) квазічастинки (електрона, екситона, фонона і інш.) в масивному кристалі, то внаслідок просторового обмеження вільного руху квазічастинок в двовимірних, одновимірних або нульвимірних наноструктурах, так званих квантових ямах, нитках або точках, виникає новий клас квантово-розмірних ефектів. Вільний рух в наноструктурі стає можливим лише при певних значеннях енергії, тобто енергетичний спектр квазічастинок стає квантованим. Для більшості актуальних напівпровідників величина л_D складає від декількох десятків до сотень нанометрів. Створення нових наноструктур із заданою зонною структурою або із прогнозованим електронним спектром сприяє не тільки вирішенню фундаментальних квантово-механічних проблем фізики твердого тіла, пов'язаних з квантуванням енергетичного спектру носіїв струму, екситонів і фононів, але й дозволить створювати зовсім нові нано- та оптоелектронні прилади з високою ефективністю керування електронними і світловими потоками. квантовий спектр електронний плазмовий

В останні роки поряд з дослідженнями квантово-розмірних планарних структур значна увага приділяється вивченню одно- і нульрозвимірних квантових об'єктів. На початку 90-х років перші успіхи технології молекулярно-променевої епітаксії (МПЕ) в створенні напівпровідникових квантових точок (КТ) і квантових ниток (КН) носили певний характер сенсаційності. Але незабаром стало зрозумілим, що, хоча, молекулярно-пучкова епітаксія дозволяє створювати надграткові наноструктури, негайної революції в електроніці це не передбачає. В області фізики наноструктур почався період послідовних кропітких досліджень, які проводяться в тісному контакті між фізиками і технологами.

До теперішнього часу не досягнуті теоретично передбачені значення параметрів приладів на основі А³В⁵- і А²В⁶- наноструктур. Головною причиною цього є достатньо широкий розкид розмірів КТ і КН та їх залежність від технологічних умов отримання. Залишається багато невирішених питань, які торкаються механізму росту, хімічного складу, форми, процесів латерального і вертикального впорядкування самоіндукованих КТ і КН. Незважаючи на значні зусилля численних груп науковців, на сьогоднішній день не існує однозначного трактування процесів самоіндукованного росту КТ, в тому числі для систем (In,Ga)As/GaAs і (Cd,Zn)Se/ZnSe. Структурні параметри наноструктур зазнають кардинальних змін під впливом процесів інтердифузії і сегрегації при їх вирощуванні. На час початку виконання дисертаційної роботи цій проблемі в А³В⁵- і А²В⁶- наноструктурах не приділялось належної уваги. Для реалізації всіх переваг низькорозмірних структур необхідно вирішити дві взаємопов'язані проблеми. Це, по-перше,- розуміння впливу квантово-розмірних ефектів на фундаментальні фізичні властивості та характеристики нанорозмірних систем і, по-друге, - розвиток контрольованої технології створення таких систем із наперед заданими характеристиками. Для вирішення цих проблем дуже актуальним є використання оптичних методів дослідження і діагностики наносистем. Підкріплені зондовими мікроскопічними, рентгенівськими та електронно-дифракційними даними вони дають інформацію про вплив геометричних та структурних факторів на енергетичний спектр і особливості процесів, що реалізуються за участю електронних, екситонних, фононних, плазмових та інших типів збуджень. Саме це склало основну мету досліджень, сумованих в дисертаційній роботі.

Приведені аргументи і визначають наукову та прикладну актуальність проблеми, що вирішується в роботі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає основним науковим напрямкам діяльності Інституту фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України і виконувалась у відділенні "Оптики" згідно розпоряджень Президії НАН України та постанов Бюро Відділення фізики і астрономії НАН України:

1. “Оптика і спектроскопія елементарних і колективних збуджень у напівпровідникових матеріалах та наноструктурах з різною розмірністю” - Постанова Бюро ВФА НАН України від 16.11.1999р., протокол № 12, № держреєстрації 0100U000115;

2. "Світловипромінюючі наноструктури видимого та середнього ІЧ діапазонів: МПЕ вирощування та дослідження структурних, електрооптичних і деградаційних характеристик" - Наказ Міністерства освіти і науки України від 18.04. 2001 р., № 317, № держреєстрації 0102U000046;

3. “Фізичні і астрономічні дослідження фундаментальних проблем, будови і властивостей матерії на макроскопічному і мікроскопічному рівнях: Фізика напівпровідникових наноструктур” - Постанова Бюро ВФА НАН України від 19.03. 2002 р., протокол № 3, № держреєстрації 0102U002457;

4. “Оптичні та спектроскопічні дослідження напівпровідникових матеріалів та структур на їх основі” - Постановою Бюро ВФА НАН України від 27.11. 2002, протокол №11, № держреєстрації 0103U000197.

5. ”Наносистеми, наноматеріали та нанотехнології” - Розпорядження Президії НАН України № 404 від 01.07. 2003 р., № держреєстрації 0103U006315.

6. ”Розробка нових технологічних методів і засобів діагностики напівпровідникових наноструктурних матеріалів” - Розпорядження Президії НАН України № 297 від 20.04. 2004 р., № держреєстрації 0104U007808.

7. ”Електронні спектри і механізми випромінювальної рекомбінації в колоїдних системах з напівпровідниковими нанокристалами”- Наказ Міністерства освіти і науки України № 356 від 14.06.2005 р., № держреєстрації 01050008995.

Мета і задачі досліджень. Метою досліджень є з'ясування фізичних механізмів самоіндукованного формування А³В⁵ і А²В⁶ наноострівців (квантових точок) і квантових ниток і впливу геометричних та структурних факторів на енергетичний спектр і особливості процесів, що реалізуються за участю електронних, екситонних, фононних і плазмових збуджень.

Об'єктом дослідження є одношарові і багатошарові А³В⁵ (In_xGa_1-xAs/GaAs, InAs/AlSb) і А²В⁶ ( CdSe/ZnSe ) наноструктури вирощені методом молекулярно-пучкової епітаксії; CdTe, CdSSe нанокристали синтезовані хімічним методом.

Предметом досліджень є закономірності еволюції фізичних властивостей А³В⁵ і А²В⁶ наноструктур від технологічних параметрів росту і післяростових обробок; явища пасивації поверхні в CdTe, CdSSe нанокристалах, які проявляються в їх оптичних спектрах; плазмон-фононні збудження і розмірні ефекти в А³В⁵ гетероструктурах.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі основні наукові задачі:

1. Дослідити процес зародження In_xGa_1-xAs квантових точок в багатошарових In_xGa_1-xAs/GaAs(100) структурах різного компонентного складу та вплив ефектів інтердифузії та сегрегації.

2. Встановити вплив технологічних параметрів (кількість шарів, товщина шарів, компонентний склад) та швидкого термічного відпалу на морфологію поверхні та оптичну анізотропію випромінювання In_xGa_1-xAs/GaAs(100) наноструктур.

3. Дослідити процеси латерального впорядкування In_xGa_1-xAs/GaAs наноструктур з квантовими точками і квантовими нитками.

4. Дослідити випромінювальну рекомбінацію екситонів і фононні збудження в одношарових і багатошарових наноострівцевих CdSe/ZnSe структурах. Встановити природу свічення дефектних центрів та їх просторову локалізацію.

5. Дослідити змішані міжпідзонні плазмон-LO-фононні збудження в InAs/AlSb структурах з InAs КЯ в залежності від типу інтерфейсних зв'язків та технології їх вирощування.

6. Дослідити люмінесцентні властивості нанокристалів CdTe, синтезованих хімічним методом.

Наукова новизна одержаних результатів. У результаті комплексних досліджень фізичних властивостей напівпровідникових А³В⁵- і А²В⁶- наноструктур, вперше отримано такі наукові результати:

1. Для In_xGa_1-xAs/GaAs(100) наноструктур (х = 0,20ч0,35) встановлено, що на початковому етапі 2D-3D переходу формуються самоіндуковані 2D-подібні острівці із еліптичною формою основи і орієнтацією головної і побічної осей вздовж [] і [011] напрямків. Вони є прекурсорами 3D острівців. Виявлено неоднорідний характер розподілу компонентного складу в шарі наноострівців вздовж напрямку росту структури та отримані концентраційні профілі розподілу індію. Зафіксоване вертикальне впорядкування КТ з ознаками дальнього порядку в латеральній площині. Запропонована модель формування InGaAs квантових точок з врахуванням ефектів сегрегації і інтердифузії атомів In/Ga.

2. Отримані спектри резонансного КРС In_xGa_1-xAs/GaAs(100) структур і на основі аналізу частот LO фононів In_xGa_1-xAs охарактеризовані величини деформацій і компонентний склад 2D шару і шару КТ.

3. Для In_xGa_1-xAs/GaAs наноструктур з'ясовані основні закономірності латерального впорядкування (In,Ga)As КТ (КН). Встановлено, що:

a) при збільшенні кількості періодів багатошарової In_хGa_1-хAs/GaAs структури поліпшується латеральне впорядкування і однорідність розмірів КТ і КН;

б) зміна товщини розмежовуючого шару і концентрації індію може приводити до утворення однорідних періодичних ланцюжків КТ і КН. Простежена еволюція зміни їх геометричних параметрів і орієнтації;

в) збільшення оптичної анізотропії випромінювання КТ і КН корелює з анізотропією релаксації пружних деформацій в двох перпендикулярних напрямах [011] і [] і асиметрією їх форми;

4. Використовуючи бічні поверхні овальних дефектів в якості природньо разорієнтованих ростових поверхонь, експериментально отримано підтвердження домінуючої ролі індукованої деформаціями кінетики анізотропії росту, відповідальної за формування ланцюжків КТ в (In,Ga)As/GaAs багатошарових структурах.

5. Доведено, що процеси інтердифузії та сегрегації атомів Cd/Zn в CdSe/ZnSe наноструктурах, вирощених методом МПЕ, істотно впливають на їх оптичні властивості. Із спектрів резонансного КРС встановлено утворення 2D-шарів Cd_xZn_1-xSe з внутрішньошаровими включеннями Cd-збагачених наноострівців. Експерименттально підтверджено домінуючу роль флуктуацій компонентного складу наноострівців у неоднорідному уширенні смуги їх ФЛ, що обумовлює відмінність частот фононів для стоксових і антистоксових компонент розсіяння. Із кінетики ФЛ виявлена ефективна латеральна міграція екситонів в Cd_xZn_1-хSe острівцях.

6. Виявлено низькотемпературну антистоксову люмінесценцію в CdSe/ZnSe наноструктурах при збуджені з енергією кванта меншою найнижчих рівнів розмірного квантування, що пояснено двохступеневим процесом збудження через реальні глибокі дефектні стани.

7. Встановлено, що при резонансному збуджені форма смуги випромінювання наноструктури CdSe/ZnSe визначається сильною взаємодією локалізованих екситонів з оптичними фононами вставки Cd_xZn_1-xSe. Отримані результати інтерпретовані в рамках моделі рухливості екситонного краю.

8. Показано, що резонансне КРС є ефективним методом дослідження 2D електронної плазми в InAs/AlSb наноструктурах. Встановлено, що у випадку InSb-подібного інтерфейсу має місце зменшення концентрації і збільшення рухливості 2D електронів в InAs КЯ.

9. Виявлено незвичайний ефект низькоенергетичного зсуву максимуму ФЛ колоїдного розчину НК CdTe при фазовому переході вода - лід. Ефект пояснено різною ефективністю нейтралізації поверхневого заряду НК і підсиленням п'єзоелектричного квантово-розмірного ефекту Штарка. Запропонована модель, яка описує можливі процеси нейтралізації поверхневого заряду і дозволяє якісно пояснити цей ефект.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення дисертації полягає в наступних її результатах:

Встановлені закономірності впливу процесів інтердифузії і сегрегації атомів In/Ga на процес формування (In,Ga)As/GaAs квантових точок і ниток, одержаних методом молекулярно-променевої епітаксії, повинні враховуватися при створенні приладоорієнтованих структур із заданими характеристиками.

Продемонстровано перспективність використання швидкого термічного відпалу (In,Ga)As/GaAs КН (550⁰С- 850⁰С, 30 сек) для підвищення ступеня лінійної поляризації випромінювання КН.

Отримана інформація про вплив типу інтерфейсу, товщини InAs КЯ і переривань росту структури на гетероінтерфейсі на концентрацію і рухливість 2D електронів в InAs/AlSb наноструктурах.

На підставі проведених КРС- та ФЛ-спектроскопічних досліджень одержана інформація про механічні напруження та компонентний склад наноострівців, вирощених методом молекулярно-променевої епітаксії.

Показано можливість збільшення квантового виходу екситонної фотолюмінесценції шляхом гідрогенізації поверхні CdSSe квантових точок при обробці структур у високочастотній низькотемпературній водневій плазмі.

Особистий внесок здобувача. У дисертації узагальнені результати досліджень, проведених автором для вирішення сформульованої проблеми. У роботах, що ввійшли в дисертацію, особисто автором здійснено постановку всіх конкретних напрямків досліджень загальної проблеми, вибір об'єктів, обрання та обґрунтування методів досліджень, розробку експериментальних методик, постановку задач та проведення більшості фізичних експериментів, обробку та інтерпретацію результатів дослідів і підготовку матеріалів до опублікування. У всіх опублікованих роботах автору належить ідея постановки спектроскопічних задач або безпосереднє керівництво їх вирішенням, визначальна роль в аналізі і інтерпретації одержаних результатів та в написанні статей. Автору належить домінуюча роль у формулюванні наукових положень та всіх основних висновків дисертації.

У роботах [1,2,9,10,16-19,28-30] автору належить, постановка експериментальних задач, вибір методик експерименту, експериментальний матеріал і висновки по ньому. У роботах [3,6-26,31-39,41-47] автору належить ідея постановки задачі, вимірювання або безпосереднє керівництво ними, визначальна роль в інтерпретації і узагальненні результатів та в написанні статей. У роботах [20,21,27,40] автору належить розробка експериментальної методики дослідження поляризаційної фотолюмінесценції, постановка спектроскопічних задач, інтерпретація експериментальних результатів. Основна частина результатів доповідалась автором особисто на вітчизняних і міжнародних конференціях, семінарах наукових установ та нарадах.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації опубліковано у провідних вітчизняних та зарубіжних профільних періодичних виданнях і неодноразово доповідались на міжнародних конференціях, серед них:

II Російсько-український семінар “Нанофізика і наноелекроніка” (Київ, Україна, 2000); ІІІ Міжнародна школа-конференція “Сучасні проблеми фізики напівпровідників” (Дрогобич, Україна, 2001); Х International Conference on II-VI Compound (Bremen, Germany, 2001); V Российская конференция по физике полупроводников, “ПОЛУПРОВОДНИКИ-2001” (Нижний Новгород, Россия, 2001); I Українська наукова конференція з фізики напівпровідників (з міжнародною участю), (Одеса, Україна, 2002); IX Міжнародній конференції „Фізика і технологія тонких плівок” (Яремча, Україна, 2002); International Conference on Superlattices Nanostructures and Nanodevices, ICSNN2002 (Toulouse, France, 2002); International Conference on Extended Defects in Semiconductors, EDS2002 (Bologna, Italy, 2002); E-MRS Spring Meeting 2002, Micro- and Nano- Structured Semiconductors (Strasbourg, France, 2002); „Нанофотоника”, Институт физики микроструктур (Нижний Новгород, Россия, 2002); Expert Evolution Control of Compound Semiconductor Materials & Technologies (Budapest, Hungary, 2002); X International Symposium on Nanostructures “Physics and Technology” (St-Petersburg, Russia, 2003); IV Міжнародна школа-конференція “Актуальні проблеми фізики напівпровідників” (Дрогобич, Україна, 2003); „Нанофотоника” Институт физики микроструктур (Нижний Новгород, Россия, 2003); XVI International Scholl-Seminar “Spectroscopy of Molecules and Crystals” (Sevastopol, Ukraine, 2003); XI Українська конференція з неорганічної хімії (Ужгород, Україна, 2004); ІІ Українська Наукова конференція з фізики напівпровідників, УНКФН-2 (Чернівці-Вижниця, Україна, 2004); ”Нанорозмірні системи. Електронна, атомна будова та властивості”, НАНСИС 2004 (Київ, 2004); V международный российско-украинский семинар (Санкт-Петербург, Россия, 2004); „Нанофотоника”, Институт физики микроструктур (Нижний Новгород, Россия, 2004); E-MRS 2004 Fall Meeting (Warsaw, Poland, 2004); The Fourteenth International Conference on Crystal growth in Conjunction with the twelth International Conference on Vapor Growth and Epitaxy, ICCG14 and ICVGE12 (Grenoble, France, 2004); E-MRS 2004 Spring Meeting (Strasbourg, France, 2004); 12^th International Conference on II-VI Compounds (Warsaw, Poland, 2005); „Нанофотоника”, Институт физики микроструктур, Нижний Новгород, Россия, 2005); VI Международный украинско-российский семинар „НАНОФИЗИКА И НАНОЭЛЕКТРОНИКА” (Киев, Україна, 2005); E-MRS 2005 Fall Meeting (Warsaw, Poland, 2005).

Вірогідність отриманих результатів підтверджується комплексністю проведених досліджень із застосуванням добре апробованих сучасних експериментальних методик, відтворюваністю результатів досліджень. Експериментальні результати аналізувались на основі сучасних теоретичних уявлень про досліджувані ефекти і явища. Проводився аналіз точності та похибок вимірювань. Результати, отримані автором, порівнювались з даними інших дослідників, коли таке порівняння було можливим. Результати дисертації опубліковані в провідних реферованих вітчизняних і міжнародних наукових виданнях (Applied Physics Letters; Journal of Applied Physics; Semiconductors Science and Technology; Physica E; Materials Science and Engineering B; Journal of Crystal Growth; Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics; Физика и техника полупроводников; Физика твердого тела; Журнал фізичних досліджень та ін.), а також були широко апробовані на міжнародних і вітчизняних конференціях, семінарах, симпозіумах (наведені в загальній характеристиці роботи).

Публікації. Зміст дисертації викладений у 47 публікаціях у наукових фахових виданнях, у тому числі: 27 статтях у реферованих фахових журналах та збірниках наукових праць, 5 статтях в матеріалах конференцій і 15 тезах доповідей на конференціях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, шести розділів, висновків та списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертації становить 342 стор. З них: 260 стор. тексту; 144 рисунків, з яких 41 зображено на окремих сторінках, інші 103 розміщено в тексті; 9 таблиць, з яких 3 зображено на окремих сторінках, інші 6 розміщено в тексті; 38 сторінок займає список використаних джерел, що складається з 367 найменувань.

СНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, вказано зв'язок роботи з плановими завданнями інституту, наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено відомості про особистий внесок здобувача, апробацію наукових результатів, публікації, структуру і обсяг дисертаційної роботи.

У першому розділі дисертаційної роботи розглянуто загальні аспекти і перспективи розвитку сучасної фізики твердотільних низькорозмірних структур нанометрових розмірів. Розглянуто основні сучасні тенденції досліджень квантово-розмірних ефектів в низькорозмірних структурах з квантовими точками і нитками. Проаналізовано найважливіші відомі з літературних джерел результати досліджень впливу процесів інтердифузії і сегрегації атомів при вирощувані напівпровідникових А³В⁵- і А²В⁶-наноструктур на їх оптичні і структурні властивості, зокрема для гетеросистем (In,Ga)As/GaAs і CdSe/ZnSe. Аналіз показав, що до початку досліджень по темі дисертації залишались остаточно нез'ясованими ряд питань, зокрема: 1) вплив процесів інтердифузії і сегрегації на механізм формування КТ при епітаксійному осаджені напружених гетероструктур; 2) фізичні механізми самоорганізованого латерального впорядкування КТ і КН і вплив квазіперіодичних деформаційних полів в наноструктурах з просторово-впорядкованими КТ і КН на оптичну анізотропію їх випромінювання; 3) особливості фононних збуджень в наноструктурах; 4) вплив ефектів компонентної неоднорідності та структурних дефектів в наноострівцевих структурах на процеси випромінювальної рекомбінації носіїв заряду, екситон-фононну рекомбінацію, фононні збудження; 5) вплив поверхні на оптичні властивості CdTe і CdSSe нанокристалів синтезованих хімічними методами. Обґрунтування і розвитку потребували оптичні методи визначення параметрів наноструктур з врахуванням їх структурних властивостей.

У другому розділі методами атомно-силової мікроскопії, високо-роздільної рентгенівської дифракції, фотолюмінесценції та комбінаційного розсіяння світла з'ясовано закономірності морфологічного переходу від двовимірної моди росту In_хGa_1-хAs шару до формування тривимірних острівців у багатошаровій In_хGa_1-хAs/GaAs структурі.

АСМ-дослідження морфології поверхні In_хGa_1-хAs шару In_xGa_1-xAs/GaAs структур показали, що 2D-3D перехід реалізується при х = 0,28%.

При цьому утворюється розріджений масив In_xGa_1-xAs наноострівців двох типів: 3D острівців і 2D-подібних острівців з малим співвідношенням висоти до латерального розміру (? 1/40 - 1/30) (рис. 1). In_xGa_1-xAs наноострівці мають в основі еліптичну форму з орієнтацією головної і побічної осі еліпса вздовж [] і [011] кристалографічних напрямків, відповідно. При збільшені х від 0,30 до 0,35 середня величина головної і побічної осей еліпса зменшується від 42 нм до 35 нм і від 22 нм до 15 нм, відповідно. При цьому збільшується густина наноострівців. Заповнення поверхні наноострівцями перевищує 95% і сусідні острівці практично дотикаються між собою без прояву ефектів коалесценції.

Дослідження структурних змін, які виникають при релаксації пружних деформацій внаслідок формування наноострівців, проведено методом високо-роздільної рентгенівської дифракції в 004, 224, 311, 200 геометріях відбиття. В багатошарових структурах процес релаксації пружних деформацій, внесених в структуру наноострівцями, реалізується шляхом оптимізації їх просторового розташування.

На рис. 2, а, б показані 004 і 224 карти розсіяння в оберненому просторі для зразка х = 0,30. На карті просторового розподілу інтенсивності в оберненому просторі спостерігається система впорядкованих максимумів як в напрямку росту q_z (вздовж вектора дифракції), так і в площині інтерфейса (в напрямках q_х (q_у) ), що свідчить про формування дальнього порядку в розміщенні розсіюючих центрів і високу структурну досконалість багатошарової структури з наноострівцями. Поява дифракційних плям в напрямку q_х (q_у) обумовлена вертикальним впорядкуванням наноострівців з ознаками дальнього порядку в латеральній площині.

Період багатошарової структури, , визначався із кутових положень двох будь-яких надграткових сателітів використовуючи співвідношення:

,

де довжина хвилі рентгенівського випромінювання CuK₁, m (n) порядки відбиття рентгенівської хвилі , _m , (_n) кути для цих порядків. Відстань між надструктурними максимумами інтенсивності вздовж вектора дифракції (q_z) (рис. 2) відповідає вертикальному періоду надгратки (, а в напрямку q_х (q_у) - латеральному періоду наноострівців (.

Середня концентрація індію в періоді, визначена із кутового положення нульового сателіта згідно співвідношення:

,

де постійна гратки GaAs (InAs), коефіцієнт Пуассона, _Бр брегівський кут для підкладки GaAs, складає х = 0,23 в двовимірному InGaAs шарі і х = 0,56 в (In,Ga)As наноострівцях.

Використовуючи при моделюванні рентгенівських спектрів двошарову модель для InGaAs шару, яка включає товстий 2D шар і тонкий квазі-двовимірний шар з підвищеною концентрацією In (плоскі наноострівці), ми отримали усереднені по шарам значення концентрації індію і деформації. Отримані в результаті моделювання кривих дифракційного відбиття профілі розподілу індію в InGaAs шарі показані на рис.2,в. Ці профілі асиметричні і максимум концентрації індію зміщений в напрямку росту шару.

На рис. 3 показані спектри КРС двох багатошарових In_xGa_1-xAs/GaAs структур з концентрацією індію 0,30 і 0,35 (криві 2 і 3, відповідно). Крива 1 відповідає спектру КРС структури GaAs/GaAs(001).

В спектрі нерезонансного КРС першого порядку (Е_зб = 1,165 еВ) зразка з GaAs епішаром реєструються лінії LO- і ТО-фононів GaAs при ? 291,7 см^-1 і ? 266,5 см^-1, відповідно (рис. 3, крива 1).

Інша ситуація реалізується при резонансному збуджені в області смуги екситонного випромінювання In_xGa_1-xAs наноострівців. Для In_xGa_1-xAs шару з острівцями реалізується вихідний резонанс: , де Е₀ - енергія екситонного переходу, - енергія кванта збуджуючого випромінювання, - енергія LO-фонона, К - порядок розсіювання. Для 2D In_xGa_1-xAs шару з низьким вмістом індію реалізується вхідний резонанс, .

Спостережувана в спектрі КРС другого порядку інтенсивна і вузька двохфононна 2LO-лінія при 573 см^-1 з напівшириною Г? 10 см^-1 відповідає резонансному розсіянню на 2LO-фононах In_xGa_1-xAs шарів з пониженою концентрацією індію, а низькочастотна і уширена лінія при 528 см^-1 з напівшириною Г? 20 см^-1 розсіюванню на 2LO-фононах збагаченого індієм In_xGa_1-xAs шару (In_xGa_1-xAs наноострівців) (рис. 3). В спектрах КРС першого порядку зареєстровані LO(GaAs)-подібні моди обумовлені розсіянням в цих двох областях при ? 287 см^-1 (вставка рис.3) і ? 264 см^-1, а також слабка по інтенсивності LO(InAs)-подібна мода при ? 242,4 см^-1. Останнє погоджується із двохшаровою моделлю розподілу In в In_xGa_1-xAs шарі, отриманою із рентгенодифракційних досліджень.

Використовуючи частотне положення LО(GaAs)-подібних оптичних фононів можна визначити концентрацію індію в In_xGa_1-xAs згідно виразу:

.

В нашому випадку на частотне положення LО фонона (окрім концентрації індію в In_xGa_1-xAs шарі) додатково впливають два ефекти:

1) деформації ():

,

де - частота LO фонона ненапруженого матеріалу, фононні деформаційні потенціали твердого розчину, - деформації в латеральній площині гетероструктури, а - постійна гратки об'ємного матеріалу, - постійні пружної податливості твердого розчину;

2) ефект просторового обмеження фононів (конфаймент).

Для In_xGa_1-xAs шарів вирощених на GaAs ефекти (1) і (2) приводять до частотного зміщення LO(In_xGa_1-xAs) фононної лінії в протилежні напрямки.

Використовуючи значення е_хх і е_zz, отримані із рентгеноструктурних досліджень і залежність щ_LO(х) для In_хGa_1-хAs ми розрахували частоту LO(GaAs)-подібних фононів для досліджуваних In_хGa_1-хAs/GaAs структур з врахуванням ефекту конфаймента. Отримано хороше співпадіння між розрахунковими і експериментальними значеннями частот LO фононів.

Отримані результати доводять, що процес зародження In_xGa_1-xAs квантових точок (наноострівців) не зводиться до класичного механізму Странського-Крастанова, а суттєво модифікується процесами вертикальної сегрегації атомів In та інтердифузії атомів Ga. При вирощуванні In_хGa_1-хAs/GaAs структур з х ? 0,28 в області нижньої і верхньої меж розділу компонент гетероструктури утворюється 2D шар високої структурної якості з концентрацією In значно меншою від номінальної (х = 0,20 ч 0,25). Середня частина In_хGa_1-хAs шару є збагаченою індієм (х = 0,60 ч 0,70). Висока структурна якість 2D In_хGa_1-хAs шарів експериментально підтверджується наявністю сателітної структури кривих дифракційного відбиття в рентгенівських спектрах, невеликою напівшириною LO(GaAs)-подібної фононної лінії 2D шару та високою її інтенсивністю в спектрах КРС.

Процеси вертикальної і латеральної сегрегації атомів індію призводять до збагачення індієм In_хGa_1-хAs шару на ростовій поверхні. При певній концентрації номінально осадженого і сегрегованого індію та товщині осаджуваного In_хGa_1-хAs шару на ростовій поверхні утворюються плоскі 2D In_хGa_1-хAs наноострівці - прекурсори 3D острівців (квантових точок). При збільшенні концентрації індію відбувається пониження бар'єру зародкоутворення КТ і стає енергетично вигідним процес трансформації плоских 2D острівців в 3D острівці. Постійна кристалічної гратки в 3D острівцях змінюється у всіх трьох напрямках, що приводить до неоднорідного розподілу деформацій (компонентного складу) в острівцях і навколо них. Такі неоднорідності деформацій і флуктуації розмірів острівців експериментально проявляються в розширенні інтерференційних смуг і появі дифузної компоненти розсіяння в рентгенівських спектрах, а також появі значного уширення LO-фононних ліній In_xGa_1-xAs наноострівців в спектрах КРС та смуги екситонного випромінювання.

Запропонована фізична модель механізму формування In_xGa_1-xAs КТ, яка враховує ефекти сегрегації і інтердифузії атомів In/Ga дозволяє адекватно пояснити експериментальні результати отримані методами АСМ, ФЛ, КРС і реннгенівської дифракції.

Третій розділ присвячений дослідженню процесів просторового впорядкування (In,Ga)As квантових точок і ниток в In,Ga)As/GaAs структурах.

Вертикально-коррельоване впорядкування КТ в багатошарових гетероструктурах з КТ обумовлене напружено-деформаційним станом розмежовуючих шарів, спричиненим КТ у попередніх шарах. Нові КТ утворюються в місцях мінімуму пружної деформації на поверхні розмежовуючого шару, що сприяє уніфікації їхніх розмірів. В той же час латеральне впорядкування КТ (в площині гетеромежі), а тим більше утворення одномірних ланцюжків або поверхневої впорядкованої 2D-сітки залишається насьогодні найбільш актуальною задачею.

На латеральне впорядкування (In,Ga)As КТ на GaAs(001) впливають декілька конкуруючих фізичних процесів: анізотропія поверхневої дифузії адатомів, яка обумовлена атомною реконструкцією поверхні підкладки (розмежовуючого шару); утворення моношарових поверхневих сходинок під час епітаксійного росту GaAs шару; анізотропія пружних властивостей розмежовуючого GaAs шару; пружна взаємодія сусідніх точок в латеральній площині (дипольно-дипольна взаємодія).

Досліджено процеси формування просторово впорядкованих (In,Ga)As КТ і КН на підкладках GaAs орієнтації (100) і (N11) та вплив таких технологічних параметрів росту, як кількість періодів та товщина шарів In_xGa_1-xAs/GaAs структури, компонентний склад In_xGa_1-xAs шару, на структурні та оптичні властивості самовпорядкованих масивів квантових точок і ниток.

З АСМ даних слідує, що при збільшені кількості періодів In_0,5Ga_0,5As/GaAs структури від 2 до 9 має місце покращення латеральної впорядкованості КТ (формуються ланцюжки КТ). Середні латеральні розміри КТ збільшуються від 41 нм до 55 нм, а густина КТ зменшується від 300 мкм^-2 до 133 мкм^-2. Висота КТ збільшується від 5 до 11 нм.

Латеральне впорядкування КТ в ланцюжки вздовж напрямку не може бути пояснене використовуючи тільки анізотропію пружних констант розділяючого GaAs шару, яка може приводити до впорядкування КТ в 100 напрямках (напрямках, що відповідають мінімумам тензора пружності). Це вказує на те, що в нашому випадку кінетичні ефекти і пружна взаємодія сусідніх КТ є найбільш ймовірними факторами, які приводять до формування в процесі росту впорядкованих масивів КТ.

Цей висновок слідує з того, що, по-перше, при осадженні In_xGa_1-xAs шарів на GaAs(100) довжина поверхневої дифузії адатомів катіонів вздовж напрямків більша, ніж вздовж [011] (), що обумовлене анізотропією поверхневої морфології As-стабілізованої поверхні GaAs (наприклад реконструкцією поверхні 24 GaAs). В результаті реалізується анізотропний характер масоперенесення в процесі росту КТ.

По-друге, локальний неоднорідний розподіл деформацій, обумовлений несиметричністю форми індивідуальних КТ, може підсилювати дифузію адатомів із більш напружених областей в слабонапружені. Оскільки поля пружних деформацій значно швидше спадають в пружно-жорстких напрямках 011 від границь КТ в порівнянні з м'якими напрямками 100, то швидкість зародження КТ буде вища в напрямках 011 порівняно з напрямками 100.

По-третє, в багатошаровій структурі латеральна пружна взаємодія сусідніх КТ і взаємодія деформаційних полів поверхневих і бар'єрних КТ зумовлена перекриттям полів пружних деформацій в розмежовуючому GaAs і змочуючому 2D In_xGa_1-xAs шарі сприяє просторовому впорядкуванню центрів зародження КТ і, як наслідок, впорядкуванню КТ на ростовій поверхні .

Відмічені вище ефекти поверхневої анізотропії полів деформацій і дифузії адатомів, а також взаємодія пружних деформаційних полів індивідуальних КТ є відповідальними за латеральне впорядкування масивів КТ.

Ситуація кардинально змінюється при зменшенні концентрації In до х = 0,30 і збільшенні номінальної товщини In_0,30Ga_0,70As шару до 11,5 МШ і 16,3 МШ. У цьому випадку утворюється просторово однорідний масив латерально впорядкованих квантових ниток. Середні значення висоти і ширини КН складають ? 7 нм і ? 77 нм, відповідно, а латеральний період в напрямку [011] ? 100 нм.

Відмінність морфології поверхні зразків при різних концентраціях In і товщинах In_хGa_1-хAs шару, може бути пояснена тим, що зменшення концентрації індію приводить до зменшення пружної енергії системи і, відповідно, збільшенню критичної товщини морфологічної нестабільності поверхні при якій реалізується 2D-3D перехід. При цьому значна відмінність рухливості (дифузії) адатомів між напрямками і [011] приводить до анізотропії масоперенесення і, відповідно, анізотропії деформацій, які і обумовлюють анізотропний характер швидкості зародження як КТ, так і КН.

При осадженні In_0,30Ga_0,70As шару з номінальною товщиною 11,5 і 16,3 МШ критична товщина 2D-3D переходу не досягається, а анізотропний характер масоперенесення приводить до формування КН. Тобто, реалізується ситуація коли спочатку формується 1D двовимірний шар на якому при збільшенні концентрації індію або товщини осаджуваного шару утворюються ланцюжки КТ.

На рис. 4 показані спектри ФЛ (8К) 17-ти періодних In_xGa_1-x\As/GaAs структур з ланцюжками КТ і квантовими нитками. В спектрі ФЛ In_0,4Ga_0,6As(7,6 МШ)/GaAs(67 МШ) (рис. 4,а) реєструється смуга випромінювання КТ при ? 1,28 еВ (Г ? 65 меВ). Ступінь поляризації в максимумі смуги ФЛ ? 10%. У випадку In_0,3Ga_0,7As(16,3 МШ)/GaAs(67 МШ) структур з (In,Ga)As КН (рис. 4,б) смуга випромінювання КН реєструється при ? 1,25 еВ (Г ? 46 меВ), а ступінь поляризації в максимумі смуги ФЛ ? 30%, відповідно.

При збільшенні кількості періодів In_xGa_1-xAs/GaAs структури зростає ступінь поляризації випромінювання (In,Ga)As КТ відносно і [011] напрямків, що узгоджується з напрямками латерального впорядкування КТ. Останнє обумовлено як пониженням кристалографічної симетрії системи від ідеальної D_2D до С_2v внаслідок наявності квазіперіодичних анізотропних деформаційних полів, обумовлених анізотропним характером латерального впорядкування КТ, так і асиметрією форми індивідуальних КТ в In_xGa_1-xAs шарах структури.

Встановлено, що при ретельному підборі умов росту, можна отримати впорядкування КТ в площині гетерограниці при осадженні вже перших періодів багатошарової In_хGa_1-хAs/GaAs структури. При збільшенні кількості періодів структури спостерігається поліпшення латерального впорядкування і однорідності розмірів КТ і КН. Зміна товщини розмежовуючого шару і концентрації індію може приводити до утворення масивів однорідних періодичних ланцюжків КТ і КН. Збільшення оптичної анізотропії випромінювання КТ і КН корелює з анізотропією релаксації пружних деформацій в двох перпендикулярних напрямах [011] і [] і анізотропією форми КТ і КН.

Ми вперше використали мікродефекти для вивчення впливу анізотропії поверхневих пружних деформацій на процес латерального впорядкування і покращення однорідності розмірів (In,Ga)As КТ вирощених на GaAs підкладках орієнтації (100) і (N11).

На рис. 5,a показаний типовий овальний дефект б-типу. Його лінійні профілі вздовж [] і [011] напрямів представлені на рис. 5,в. Видовжена в [] напрямку форма дефекту є результат анізотропії поверхневої дифузії адатомів Ga і In. Висота овального дефекту над поверхнею (100) складає 45 нм. Він має довжину 10 мкм вздовж [] і ширину 2 мкм вздовж [011] напрямків. Спостерігаються також чіткі канавки (заглиблення) навколо контура овального дефекту глибиною аж до 20 нм. Аналіз лінійних профілів овального дефекту показав, що бічні поверхні граней дефекту розорієнтовані відносно (100) площини до 0,7° вздовж [] і 8° вздовж [011] напрямків. Ці площини є ростовими поверхнями із значними кутовими відхиленнями від орієнтації (100) площини. На АСМ-зображеннях овального дефекту із розорієнтованими бічними поверхнями (рис. 5,в) ми не спостерігали змін в латерально-впорядкованому розташуванні ланцюжків КТ.

Останнє чітко демонструє контрастована картина (перша похідна) АСМ-зображення (рис. 5,б). В області овального дефекту не спостерігається помітних змін довжини або латеральної відстані між ланцюжків КТ на поверхнях граней дефекту, поблизу його країв, або на відстані далекій від овального дефекту.

Встановлено, що на процес формування ланцюжків КТ не впливають поверхневі сходинки, які зазвичай утворюються при розорієнтації підкладки від точної орієнтації площини (100). Показано, що напрямки орієнтації латерально впорядкованих ланцюжків КТ практично не змінюються при відхиленнях ростової орієнтації поверхні (100) на 0,7° в напрямку [] і 8° в напрямку

Нами також показано, що домінуючим чинником в зміні форми мікродефектів являється анізотропія пружних властивостей високоіндексних поверхонь. Одержано прямий доказ того, що ефект латерального впорядкування КТ на високоіндексних поверхнях (N11)B визначається анізотропією пружних властивостей поверхні і пружною взаємодією сусідніх КТ в площині шару.

У четвертому розділі наведено результати досліджень випромінювальної рекомбінації і фононних спектрів КРС в одношарових і багатоперіодних наноострівцевих CdSe/ZnSe структурах в залежності від технологічних умов вирощування, товщини CdSe епішару, температури і умов збудження. Основна мета досліджень полягала у встановленні впливу компонентної неоднорідності та структурних дефектів на випромінювальну рекомбінацію носіїв заряду та фононні збудження в CdSe/ZnSe наноструктурах.

На рис.6 приведені низькотемпературні спектри ФЛ CdSe/ZnSe структур з номінальною товщиною CdSe аставки 1,5 і 3,0 МШ (Е_зб = 2,882 еВ). Збільшення товщини CdSe шару від 1,5 МШ до 3,0 МШ приводить до низькоенергетичного зсуву максимуму смуги ФЛ острівців (від 2,58 еВ до 2,306 еВ), що обумовлено кантово-розмірним ефектом (збільшенням висоти острівців) і збільшенням концентрації Cd в острівцях. Збільшення напівширини смуги ФЛ обумовлено зростанням флуктуацій компонентного складу х в острівцях при збільшенні номінальної товщини вставки CdSe. Інтенсивність смуги випромінювання для зразка 3,0 МШ, в порівнянні з 1,5 МШ, зменшилася більш, ніж в два рази. З урахуванням помітного збільшення густини острівців при збільшені товщини CdSe епішару, це означає, що в товстішому зразку ефективність випромінювання істотно падає. Причиною цього є значне зростання ролі дефектів структури, зокрема, високої концентрації катіонних вакансій, поява яких зумовлена нерівноважними умовами процесу росту наноструктур методом МПЕ.

Особливо критичний вплив номінальної товщини CdSe на ефективність ФЛ має місце при товщинах, що перевищують 3,0 МШ. Так, для зразка 3,15 МШ нам не вдалося зареєструвати ФЛ при тих же умовах збудження та реєстрації. Такий різкий товщинний ефект може вказувати на початок пластичної релаксації напружень в Cd_xZn_1-xSe шарі. Однак, при цьому, принаймні, частина малих острівців ще зберігає як свої розміри, так і компонентний склад. Про це свідчить отриманий спектр мікрокатодолюмінесценції зразка 3,15 МШ, для якого спектральне положення смуги свічення практично не змінюється у порівнянні з ФЛ зразка 3,0 МШ, а спостерігається невелике збільшення її напівширини.

Експериментальні особливості люмінесценції CdSe/ZnSe наноструктур, цілком узгоджуються з даними електронної мікроскопії. На ранніх стадіях осадження CdSe утворюється 2D-шар Cd_xZn_1-xSe з градієнтним компонентним складом, що містить локальні включення (малі острівці) із збільшеною концентрацією Cd. Збільшення товщини шару CdSe, що осаджується, призводить до збільшення концентрації Cd в 2D-шарі і малих острівцях та збільшення густини малих острівців, що виявляється в низькоенергетичному зміщені смуги ФЛ.

В нашому випадку латеральний розмір Cd_XZn_1-XSe острівців більший екситонного радіуса Бора (5 нм) і спектр екситонних станів практично не залежить від латеральних розмірів острівців, а енергетичне положення глибоких станів, які відповідають наноострівцям, визначається концентрацією Cd в острівцях. Латеральні неоднорідності концентрації Cd приводять до значного неоднорідного уширення енергетичного спектра випромінювання (смуги макро-ФЛ). В такій системі із складним ландшафтом потенціальної енергії локалізації ефективність процесів латеральної міграції екситонів є достатньо високою. 3D-подібні острівці забезпечують сильну локалізацію екситонів, що зумовлено високим вмістом в них Cd, великим об'ємом, і низькою густиною (~200 мкм^-2). Міграція екситонів між глибокими центрами локалізації практично повністю відсутня, що зумовлено малою густиною 3D-подібних острівців. При низьких температурах процес латеральної міграції екситонів є важливим для 2D-подібних острівців. Латеральна міграція екситонів в більш глибокі центри локалізації проявляється в довгохвильовому (стоксовому) зсуву екситонної лінії випромінювання острівців, що зареєстровано нами в спектрах короткочасової ФЛ. Для зразка 1,5 МШ (3,0 МШ) протягом часу ? 100 пікосекунд низькоенергетичний зсув смуги ФЛ складав ? 13 меВ (? 21 меВ).

На рис. 7 показано інтегрований в часі спектр ФЛ острівців (Т = 10К) для зразка 1,5 МШ і константи часу затухання ФЛ, визначені при різних енергетичних положеннях контура смуги випромінювання. Виявлено, що час затухання ФЛ зростає із зменшенням енергії випромінювання і змінюється в межах від 35 (20) пс до 400 (430) пс для зразка 1,5 (3,0) МШ.

Випромінювальний час життя локалізованих екситонів і середню енергію зв'язку ми розрахували згідно моделі, яка враховує процес латерального переносу екситонів в масиві наноострівців високої густини. Вважається, що хвости густини станів структури формуються дисперсією розмірів і флуктуаціями компонентного складу і описуються експоненціальною залежністю пропорційною . Тоді залежність часу затухання ФЛ локалізованих екситонів від спектрального положення випромінювання записується у вигляді:

,

де випромінювальний час життя, енергія при якій час затухання рівний часу латерального переносу і яка інтерпретується як край рухливості екситонів, характеристична енергія для густини станів, яка відповідає середній енергії локалізації в наноострівцях.

Згідно проведених розрахунків (суцільна лінія на рис. 7) ми отримали для зразка 1,5 МШ (3,0 МШ) 410 пс (370 пс).

Отримані результати оптичних досліджень показали, що при вирощуванні багатошарових CdSe/ZnSe наноструктур методом МПЕ утворюються дефектні центри, які включають катіонні вакансії. Виявлено, що ці центри можуть бути локалізовані в ZnSe-бар'єрних і ZnCdSe-змочуючих шарах та на інтерфейсі наноострівців. Показано, що зміна температури і/або енергії збудження дозволяє розділити вклади в дефектну смугу випромінювання центрів локалізованих в різних складових частинах гетероструктури.

При наявності таких дефектних центрів з дуже великим часом життя носіїв заряду (~10^-3 с) і достатньо швидких центрів випромінювальної рекомбінації в стаціонарних умовах можливе випромінювання фотонів з більшою енергією при збуджені фотонами з меншою енергією (антистоксове випромінювання). Для CdSe/ZnSe структур дійсно виявлено ефективну антистоксову фотолюмінесценцію при збуджені з енергією кванта, меншою енергії найнижчих рівнів розмірного квантування наноструктури. Близька до квадратичної залежність інтенсивності антистоксової ФЛ від потужності збудження свідчить про те, що домінуючим механізмом збудження антистоксової ФЛ є процес двохступеневого процесу збудження з участю дефектних центрів. Ефективність антистоксової ФЛ при збуджені квантом 2,41 еВ у порівнянні з аналогічним по інтенсивності прямим збудженням квантом енергії 2,707 еВ (Р_зб ~ 10 Вт/см²) складає кілька відсотків. Така аномально велика інтенсивність антистоксової ФЛ обумовлена великою густиною наноострівців, ефективним процесом захоплення носіїв заряду на рівні розмірного квантування і значною концентрацією глибоких дефектних центрів, що включають катіонні вакансії на гетероінтерфейсі бар'єр-наноострівець.

При вивченні фононних спектрів CdSe/ZnSe наноструктур особливий інтерес набуває резонансне КРС з участю електронних/екситонних збуджень в ролі проміжних станів.

При нерезонансному збуджені в область прозорості всіх шарів структури у спектрі реєструється LO-фононна лінія ZnSe та лінії LO- і ТО-фононів підкладки GaAs. Сигнал від CdSe вставки не спостерігається, що обумовлено малою її товщиною у порівнянні із сумарною товщиною ZnSe-шарів.

Інша ситуація реалізується при збуджені в область поглинання наноострівців. У цьому випадку спостерігається багатофононне розсіяння на LO фононах CdSe вставки з частотами істотно зміщеними в низькочастотну сторону у порівнянні з LO- і 2LO- фононними лініями об'ємного ZnSe (рис. 8). Спостережуваний низькочастотний зсув LO-фононної лінії і резонансне підсилення її інтенсивності свідчать про те, що в даному випадку процес комбінаційного розсіяння відбувається в Cd_xZn_1-xSe шарі.

Із спектрів резонансного КРС наоструктур з номінальними товщинами вставки 1,5 МШ і 3,0 МШ оцінена концентрація Cd в Cd_xZn_1-xSe шарі. Вона складає 8% та 14%, відповідно. Уширення LO-фононних ліній в спектрі резонансного КРС зумовлено градієнтним розподілом Cd і неоднорідністю пружних напружень в досліджуваних структурах.

В роботі також виявлено і досліджено ефективну випромінювальну рекомбінацію екситонів за участю фононів при переході від енергії збудження, що відповідає локалізованим станам, до енергій, що відповідають делокалізованим екситонним станам.

...