Оптические свойства квантовых точек InGaP(As) в гетероструктурах GaAs/AlGaAs/InGaP/InGaAs

Андрюшкин В.В., Новиков И.И., Гладышев А.Г., Бабичев А.В., Неведомский В.Н., Папылев Д.С., Колодезный Е.С., Карачинский Л.Я., Егоров А.Ю.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Андрюшкин В.В., Новиков И.И., Гладышев А.Г., Бабичев А.В., Неведомский В.Н., Папылев Д.С., Колодезный Е.С., Карачинский Л.Я., Егоров А.Ю. Оптические свойства квантовых точек InGaP(As) в гетероструктурах GaAs/AlGaAs/InGaP/InGaAs // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 6. С. 30–38. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2024-91-06-30-38

Andryushkin V.V., Novikov I.I., Gladyshev A.G., Babichev A.V., Nevedomsky V.N., Papylev D.S., Kolodeznyi E.S., Karachinsky L.Ya., Egorov A.Yu. Optical properties of InGaP(As) quantum dots in GaAs/AlGaAs/InGaP/InGaAs heterostructures // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 6. P. 30–38. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2024-91-06-30-38

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Квантовые точки InGaP(As) в гетероструктурах GaAs/AlGaAs/InGaP/ InGaAs. Цель работы. Установление зависимости длины волны максимума спектра фотолюминесценции полупроводниковых квантовых точек InGaP(As) от расположения квантовых ям InGaAs в гетероструктурах GaAs/AlGaAs/InGaP/InGaAs. Метод. Квантовые точки InGaP(As) были получены методом молекулярно-пучковой эпитаксии путём замещения фосфора мышьяком в тонком слое InGaP в процессе эпитаксиального роста. Оптические свойства квантовых точек InGaP(As) исследовались методом спектроскопии фотолюминесценции. Основные результаты. Показано, что использование квантовой ямы InGaAs в качестве поверхности формирования трансформируемого в квантовые точки слоя InGaP не оказывает влияния на длину волны максимума спектра фотолюминесценции квантовых точек. При этом при заращивании квантовых точек квантовой ямой InGaAs толщиной 5 нм и с мольной долей InAs 0,17 наблюдается длинноволновых сдвиг спектра фотолюминесценции квантовых точек на величину 56 нм. Поверхностная плотность квантовых точек составила 1,3х10¹² см^–2. Практическая значимость. Полученные в работе результаты исследования оптических свойств квантовых точек InGaP(As) могут найти своё применение для разработки активной области источников излучения ближнего инфракрасного диапазона.

Ключевые слова:

квантовые точки, гетероструктуры, молекулярно-пучковая эпитаксия, полупроводники

Благодарность:

работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект тематики научных исследований № 2019-1442 (код научной темы FSER-2020-0013)

Коды OCIS: 130.5990, 160.6000, 250.5590

Список источников:

1. Леденцов Н.Н., Устинов В.М., Егоров А.Ю. и др. Оптические свойства гетероструктур с квантовыми кластерами InGaAs–GaAs // Физика и техника полупроводников. 1994. Т. 28. № 8. С. 1483–1487.
2. Жуков А.Е., Егоров А.Ю., Ковш А.Р. и др. Инжекционный гетеролазер на основе массива вертикально совмещенных квантовых точек InGaAs в матрице AlGaAs // Физика и техника полупроводников. 1997. Т. 31. № 4. С. 483–487.
3. Малеев Н.А., Жуков А.Е., Ковш А.Р. и др. Гетероструктуры с несколькими слоями InAs/InGaAs-квантовых точек для источников оптического излучения диапазона длин волн 1,3 мкм // Физика и техника полупроводников. 2000. Т. 34. № 5. С. 612–616.4. Цырлин Г.Э., Петров В.Н., Масалов С.А. и др. Самоорганизация квантовых точек в многослойных структурах InAs/GaAs и InGaAs/GaAs при субмонослойной эпитаксии // Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33. № 6. С. 733–737.
5. Karachinsky L.Y., Kettler T., Gordeev N.Y. et al. High-power singlemode CW operation of 1.5 μm-range quantum dot GaAs-based laser // Electron. Lett. 2005. V. 41. № 8. P. 478–480. https://doi.org/10.1049/el:20050536
6. Ledentsov N.N., Shchukin V.A., Kettler T. et al. MBEgrown metamorphic lasers for applications at telecom wavelengths // J. Cryst. Growth. 2007. V. 301. P. 914–922. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2006.09.035
7. Haglund E.P., Kumari S., Haglund E. Silicon-integrated hybrid-cavity 850-nm VCSELs by adhesive bonding: Impact of bonding interface thickness on laser performance // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2017. V. 23. № 6. P. 1700109. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2016.2633823
8. Kakuma S., Noda K. Practical and sensitive measurement of methane gas concentration using a 1.6 μm vertical-cavity-surface-emitting-laser diode // Sens. Mater. 2010. V. 22. № 7. P. 365–375.
9. Rablau C. LIDAR — A new (self-driving) vehicle for introducing optics to broader engineering and non-engineering audiences // Fifteenth Conference on Education and Training in Optics and Photonics: ETOP 2019. Quebec, Canada. May 21–24, 2019. P. 111430C-1–111430C–14. https://doi.org/10.1117/12.2523863
10. Schimpf C., Reindl M., Huber D. et al. Quantum cryptography with highly entangled photons from semiconductor quantum dots // Sci. adv. 2021. V. 7. № 16. P. eabe8905. https://doi.org/10.1126/sciadv.abe890
11. Bozzio M., Vyvlecka M., Cosacchi M. et al. Enhancing quantum cryptography with quantum dot single-photon sources // npj Quantum Inf. 2022. V. 8. № 1. P. 104. https://doi.org/10.1038/s41534-022-00626-z
12. Michler P. Single semiconductor quantum dots. Heidelberg: Springer-Verlag, 2009. 389 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-87446-1
13. Schlottmann E., Schicke D., Kruger F. et al. Stochastic polarization switching induced by optical injection in bimodal quantum-dot micropillar lasers // Opt. Express. 2019. V. 27. № 20. P. 28816–28831. https://doi.org/10.1364/oe.27.028816
14. Tang X., Yin Z., Zhao J. et al. A new method of two-step growth of InAs/GaAs quantum dots with higher density and more size uniformity // Nanotechnol. 2005. V. 17. № 1. P. 295–299. https://doi.org/10.1088/0957-4484/17/1/050
15. Kim J.S., Kawabe M., Koguchi N. Ordering of highquality InAs quantum dots on defect-free nanoholes // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. № 7. P. 072107-1–072107-3. https://doi.org/10.1063/1.2174097
16. Colombo D., Sanguinetti S., Grilli E. et al. Efficient room temperature carrier trapping in quantum dots by tailoring the wetting layer // J. Appl. Phys. 2003. V. 94. № 10. P. 6513–6517. https://doi.org/10.1063/1.1622775
17. Крыжановская Н.В., Гладышев А.Г., Блохин С.А. и др. Оптические и структурные свойства массивов квантовых точек InAs, осажденных в матрицу InxGa1–xAs на подложке GaAs // Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 38. № 7. С. 867–871.

18. Гладышев А.Г., Бабичев А.В., Андрюшкин В.В. и др. Исследование оптических и структурных свойств трехмерных островков InGaP(As), сформированных методом замещения элементов пятой группы // Журнал технической физики. 2020. Т. 90. № 12. С. 2139–2142. https://doi.org/10.21883/JTF.2020.12.50133.129-20
19. Крыжановская Н.В., Драгунова А.С., Комаров С.Д., и др. Оптические свойства трехмерных островков InGaP (As), сформированных методом замещения элементов пятой группы // Оптика и спектроскопия. 2021. Т. 129. № 2. С. 218–222. https://doi.org/10.21883/OS.2021.02.50561.263-20
20. Mantri M.R., Panda D., Gazi S.A. et al. Impact of growth rate variabilities of quantum dots and capping layer on photoluminescence of epitaxially grown InAs quantum dots // Proc. SPIE 11291. Quantum Dots, Nanostructures, and Quantum Materials: Growth, Characterization, and Modeling XVII. 2020. V. 11291. P. 8–14. https://doi.org/10.1117/12.2547134
21. Yuan Q., Liang B., Zhou C. et al. Interplay effect of temperature and excitation intensity on the photoluminescence characteristics of InGaAs/GaAs surface quantum dots // Nanoscale Res. Lett. 2018. V. 13. P. 1–9. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2792-y
22. Mirin R.P., Ibbetson J.P., Nishi K. et al. 1.3 μm photoluminescence from InGaAs quantum dots on GaAs //Appl. Phys. Lett. 1995. V. 67. № 25. P. 3795–3797. https://doi.org/10.1063/1.115386 23. Liu X., Liu J., Liang B. et al. Type-II characteristics
of photoluminescence from InGaAs/GaAs surface quantum dots due to Fermi level pinning effect //Appl. Surf. Sci. 2022. V. 578. P. 152066. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.152066