Аннотации (12.2009) : МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФОТОПРИЕМНИКОВ НА МЕЖПОДЗОННЫХ ПЕРЕХОДАХ В GaN/AlGaN-КВАНТОВЫХ ТОЧКАХ

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФОТОПРИЕМНИКОВ НА МЕЖПОДЗОННЫХ ПЕРЕХОДАХ В GaN/AlGaN-КВАНТОВЫХ ТОЧКАХ

*** Институт физики полупроводников СО РА Н, г. Новосибирск

*** Томский государственный университет, г. Томск

*** Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles, Paris, France

*** E -mail: zhur@thermo.isp.nsc.ru

Электронные состояния и оптические свойства плотного упорядоченного массива квантовых точек (КТ) на основе кристаллов GaN и AlN вюртцитной (w) структуры исследованы методом псевдопотенциала с точным учетом гексагональной симметрии, деформаций и внутренних электрических полей. Показано, что в центре зоны Бриллюэна сверхрешетки из КТ минимум первой электронной минизоны происходит из состояния центральной долины Γ₁зоны проводимости бинарных кристаллов, а вышележащие уровни связаны с состояниями боковых долин U и окрестности долины Γ. Первый пик поглощения света, поляризованного в базальной плоскости e¡c, связан с переходами с нижнего уровня с симметрией Γ₁в квантовой Γ яме на два близких уровня с симметрией Γ₃. Поглощение света с поляризацией, параллельной гексагональной оси e||c, более слабое, пик сдвинут в сторону бо′льших энергий. Благодаря этому массив малых КТ GaN может быть использован в инфракрасных фотоприемниках при фронтальном падении света. Предложена и развита технология получения массивов КТ малых размеров с высокой плотностью.

Ключевые слова: нитрид галлия, квантовые точки, электронная структура, ИК фотоприемники, молекулярно-лучевая эпитаксия, технология получения.

Коды OCIS: 160.1890, 160.6000, 040.3060, 040.4200.

УДК 535.3:539.3

Поступила в редакцию 19.10.2009.

Materials for photodetectors based on intersubband transitions in GaN/AlGaN quantum dots

K. S. Zhuravlev, V. G. Mansurov, S. N. Grinyaev, G. F. Karavaev, and P. Tronc

The electron states and optical properties of a dense ordered array of quantum dots (QDs) based on GaN and AlN crystals of the wurtzite (w) structure have been studied by the pseudopotential method, with the hexagonal symmetry, deformations, and internal electric fields accurately taken into account. It is shown that the minimum of the first electron miniband at the center of the Brillouin zone of the QD superlattice originates from a state of the central Γ₁ valley of the conduction band of the binary crystals, while the higher levels are associated with the states of the U side valleys and the neighborhood of the Γ valley. The first absorption peak of light polarized in the basal plane, e⊥c, is associated with transitions from the lower level with symmetry Γ₁ in the quantum Γ well to two close-lying levels with symmetry Γ₃. The absorption of light with polarization parallel to the hexagonal axis, e∥c, is weaker, and the peak is shifted toward higher energies. Because of this, an array of small GaN QDs can be used in IR photodetectors with the light incident on the front. A technology for obtaining arrays of small QDs with high density is proposed and developed.

ЛИТЕРАТУРА

1. Tronc P., Zhuravlev K.S., Mansurov V.G., Karavaev G.F., Grinyaev S.N., Milosevic I., Damnjanovic M. Optical properties of photodetectors based on wurtzite quantum dot arrays // Phys. Rev. B. 2008. V. 77. P. 165328.

2. Гриняев С.Н., Лопатин В.В. Электронная структура графитоподобного и ромбоэдрического нитрида бора // Изв. вузов. Физика. 1992. Т. 35. № 2. С. 27–32.

3. Andreev A.D., O’Reilly E.P. Theory of the electronic structure of GaN/AlN hexagonal quantum dots // Phys. Rev. B. 2000. V. 62. № 23. P. 15851–15869.

4. Rubio A., Corkill J.L., Cohen M.L., Shirley E.L., Louie S.G. Quasiparticle band structure of AlN and GaN // Phys. Rev. B. 1993. V. 48. P. 11810– 11816.

5. Fritsch D., Schmidt H., Grundmann M. Band-structure pseudopotential calculation of zinc-blende and wurtzite AlN, GaN, and InN // Phys. Rev. B. 2003. V. 67. P. 235205.

6. Perlin P., Gorczyca I., Porowski S., Suski T., Christensen N.E., Polian A. III–V Semiconducting Nitrides: Physical Properties under Pressure // Jpn. J. Appl. Phys. 1993. V. 32. P. 334–339.

7. Yeo Y.C., Chong T.C., Li M.F. Electronic band structures and effective-mass parameters of wurtzite GaN and InN // J. Appl. Phys. 1998. V. 83. № 3. P. 1429–1436.

8. Lambrecht W.R.L., Segall B., Rife J., Hunter W.R., Wickenden D.K. UV reflectivity of GaN: Theory and experiment // Phys. Rev. B. 1995. V. 51. № 19. P. 13516–13532.

9. Perry P.B., Rutz R.F. The optical absorption edge of single-crystal AlN prepared by a close-spaced vapor process // Appl. Phys. Lett. 1978. V. 33. P. 319–321.

10. Loughin S., French R.H., Ching W.Y., Xu Y.N., Slack G.A. Electronic structure of aluminium nitride: theory and experiment // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 63. P. 1182–1184.

11. Yeo Y.C., Chong T.C., Li M.F., Fan W.J. Electronic band structures and optical gain spectra of strained wurtzite GaN-Al_xGa_1–_x N quantum-well lasers // IEEE J. Quant. Electronics. 1998. V. 34. № 3. P. 526–534.

12. Mansurov V.G., Galitsyn Yu.G., Nikitin A.Yu., Zhuravlev K.S., Vennegues Ph. Investigation of growth mechanisms of GaN quantum dots on (0001)AlN surface by ammonia MBE // Phys. Status solidi C. 2006. V. 3. № 6. P. 1548–1551.

13. Мансуров В.Г., Никитин А.Ю., Галицын Ю.Г., Журавлев К.С. Исследование морфологии поверхности AlGaN в процессе МЛЭ роста методом дифракции быстрых электронов // Тез. докл. 6-й Всерос. конф. “Нитриды галлия, индия и алюминия –структуры и приборы”. СПб., 2008. С. 37–38.

14. Никитин А.Ю., Мансуров В.Г., Галицын Ю.Г., Журавлев К.С., Tronc P. Экспоненциальный рост плотности зародышей GaN на AlN в условиях аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии // Тез. докл. 6-й Всерос. конф. “Нитриды галлия, индия и алюминия – структуры и приборы”. СПб., 2008. С. 49–50.

15. Mansurov V.G., Nikitin A.Yu., Galitsyn Yu.G., Svitasheva S.N., Zhuravlev K.S., Osvath Z., Dobos L., Horvath Z.E., Pecz B. AlN growth on sapphire substrate by ammonia MBE // J. Crystal Growth. 2007. V. 300. P. 145–150.

16. Mansurov V.G., Galitsyn Yu.G., Nikitin A.Yu., Kolosovsky E.A., Zhuravlev K.S., Osvath Z., Dobos L., E. Horvath Z., Pecz B. Continuous Order-Disorder Phase Transition (2×2)-(1×1) on the (0001)AlN Surface // Phys. Status Solidi C. 2007. V. 4. № 7. P. 2498–2501.

17. Widmann F., Simon J., Pelekanos N.T., Daudin B., Feuillet G., Rouvie`re J.L., Fishman G. Giant piezoelectric effect in GaN self-assembled quantum dots // Microelectronics. J. 1999. V. 30. P. 353–356.

Полный текст