doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-866-871


УДК 537.311.322

Синтез методом молекулярно-пучковой эпитаксии и свойства нитевидных нанокристаллов с квантовыми точками на основе соединений III-V групп на поверхности кремни

Резник Р.Р., Котляр К.П., Штром И.В., Самсоненко Ю.Б., Хребтов А.И., Цырлин Г.Э.


Читать статью полностью 
Язык статьи - английский

Ссылка для цитирования:
Резник Р.Р., Котляр К.П., Штром И.В., Самсоненко Ю.Б., Хребтов А.И., Цырлин Г.Э. Синтез методом молекулярно-пучковой эпитаксии и свойства нитевидных нанокристаллов с квантовыми точками на основе соединений III-V групп на поверхности кремния // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 6. С. 866–871 (на англ. яз.). doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-866-871


Аннотация
В настоящее время полупроводниковые наноструктуры пониженной размерности на основе соединений III-V групп привлекают все больший интерес исследователей для создания приборов нового поколения. Особенный интерес вызывают комбинации наноструктур разной размерности, например квантовая точка в теле нитевидного нанокристалла. Контроль размеров и расположения таких квантовых точек строго определяются параметрами роста. В результате эффективной релаксации механических напряжений на боковых гранях нитевидных нанокристаллов возможна интеграция гибридных наноструктур с кремниевой технологией. В работе продемонстрирована возможность роста методом молекулярно-пучковой эпитаксии GaP нитевидных нанокристаллов с GaAs квантовыми точками и AlGaP — с InGaP квантовыми точками на кремниевых подложках. Исследованы физические свойства выбранных нитевидных кристаллов. Эксперименты по росту массивов нитевидных нанокристаллов с квантовыми точками выполнены с помощью установки Riber Compact 21, которая оснащена, кроме ростовой камеры, вакуумно-совмещенной камерой для нанесения золота (камера металлизации). Морфологические свойства полученных наноструктур исследованы методом растровой электронной микроскопии. Оптические свойства наноструктур исследованы методом фотолюминесценции. Результаты исследований морфологических свойств выращенных наноструктур показали, что GaP с GaAs квантовыми точками сформированы преимущественно в направлении <111> в отличие от AlGaP с InGaP квантовыми точками, которые в ряде случаев изменили направление роста. Причиной изменения направления роста нанокристаллов может быть участие индия в ростовом процессе. При достаточном содержании индия в золотой капле-катализаторе, такая смешанная капля может травить фасетки на вершине нитевидного нанокристалла, тем самым спускаясь на бок и изменяя направление роста. Исследования оптических свойств выращенных наноструктур показали, что сигнал фотолюминесценции от InGaP квантовых точек в AlGaP нитевидных нанокристаллах наблюдается при температуре –263 °C с максимумом пика около 550 нм. Таким образом, синтезированные наноструктуры перспективны для оптоэлектронных применений, в частности, для создания источников одиночных фотонов.

Ключевые слова: полупроводники, соединения III-V, нитевидные нанокристаллы, квантовые точки, кремний, морфологические свойства, фотолюминесценция

Благодарности. Эксперименты по синтезу наноструктур были проведены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект тематики научных исследований № 2019-1442. Исследования морфологических и оптических свойств выращенных наноструктур были выполнены при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) № 18-02-40006 мега.

Список литературы
  1. Dubrovskii V.G., Cirlin G.E., Ustinov V.M. Semiconductor nanowhiskers: Synthesis, properties, and applications // Semiconductors. 2009. V. 43. N 12. P. 1539–1584. https://doi.org/10.1134/S106378260912001X
  2. Glas F. Critical dimensions for the plastic relaxation of strained axial heterostructures in free-standing nanowires // Physical Review B. 2006. V. 74. N 12. P. 121302. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.121302
  3. Chuang L.C., Moewe M., Chase C., Kobayashi N.P., Chang-Hasnain C., Crankshaw S. Critical diameter for III-V nanowires grown on lattice-mismatched substrates // Applied Physics Letters. 2007. V. 90. N 4. P. 043115. https://doi.org/10.1063/1.2436655
  4. Moewe M., Chuang L.C., Dubrovskii V.G., Chang-Hasnain C. Growth mechanisms and crystallographic structure of InP nanowires on lattice-mismatched substrates // Journal of Applied Physics. 2008. V. 104. N 4. P. 044313. https://doi.org/10.1063/1.2968345
  5. Hyun J.K., Zhang S., Lauhon L.J. Nanowire heterostructures // Annual Review of Materials Research. 2013. V. 43. P. 451–479. https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-071312-121659
  6. Ng K.W., Ko W.S., Tran T-T.D., Chen R., Nazarenko M.V., Lu F., Dubrovskii V.G., Kamp M., Forchel A., Chang-Hasnain C.J. Unconventional growth mechanism for monolithic integration of III–V on silicon // ACS Nano. 2013. V. 7. N 1. P. 100–107. https://doi.org/10.1021/nn3028166
  7. Leandro L., Gunnarsson C.P., Reznik R., Jöns K.D., Shtrom I., Khrebtov A., Kasama T., Zwiller V., Cirlin G., Akopian N. Nanowire quantum dots tuned to atomic resonances // Nano Letters. 2018. V. 18. N 11. P. 7217–7221. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b03363
  8. Leandro L., Reznik R., Clement J.D., Repän J., Reynolds M., Ubyivovk E.V., Shtrom I.V., Cirlin G., Akopian N. Wurtzite AlGaAs nanowires // Scientific Reports. 2020. V. 10. N 1. P. 735. https://doi.org/10.1038/s41598-020-57563-0
  9. Cirlin G.E., Reznik R.R., Shtrom I.V., Khrebtov A.I., Soshnikov I.P., Kukushkin S.A., Leandro L., Kasama T., Akopian N. AlGaAs and AlGaAs/GaAs/AlGaAs nanowires grown by molecular beam epitaxy on silicon substrates // Journal of Physics D: Applied Physics. 2017. V. 50. N 48. P. 484003. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa9169
  10. Cirlin G.E., Reznik R.R., Shtrom I.V., Khrebtov A.I., Samsonenko Yu.B., Kukushkin S.A., Kasama T., Akopian N., Leonardo L. Hybrid GaAs/AlGaAs Nanowire-Quantum dot system for single photon sources // Semiconductors. 2018. V. 52. N 4. P. 462–464. https://doi.org/10.1134/S1063782618040103
  11. Cirlin G.E., Shtrom I.V., Reznik R.R., Samsonenko Yu.B., Khrebtov A.I., Bouravleuv A.D., Soshnikov I.P. Hybrid AlGaAs/GaAs/AlGaAs nanowires with a quantum dot grown by molecular beam epitaxy on silicon // Semiconductors. 2016. V. 50. N 11. P. 1421–1424. https://doi.org/10.1134/S1063782616110257
  12. Reznik R.R., Shtrom I.V., Samsonenko Yu.B., Khrebtov A.I., Soshnikov I.P., Cirlin G.E. The dependence of the wavelength on MBE growth parameters of GaAs quantum dot in AlGaAs NWs on Si (111) substrate // Journal of Physics: Conference Series. 2017. V. 929. N 1. P. 012047. https://doi.org/10.1088/1742-6596/929/1/012047
  13. Leandro L., Hastrup J., Reznik R., Cirlin G., Akopian N. Resonant excitation of nanowire quantum dots // npj Quantum Information. 2020. V. 6. N 1. P. 93. https://doi.org/10.1038/s41534-020-00323-9
  14. Reznik R.R., Cirlin G.E., Shtrom I.V., Khrebtov A.I., Soshnikov I.P., Kryzhanovskaya N.V., Moiseev E.I., Zhukov A.E. Coherent growth of InP/InAsP/InP nanowires on a Si (111) surface by molecular-beam epitaxy // Technical Physics Letters. 2018. V. 44. N 2. P. 112–114. https://doi.org/10.1134/S1063785018020116
  15. Cirlin G.E., Reznik R.R., Samsonenko Yu.B., Khrebtov A.I., Kotlyar K.P., Ilkiv I.V., Soshnikov I.P., Kirilenko D.A., Kryzhanovskaya N.V. Phosphorus-based nanowires grown by molecular-beam epitaxy on silicon // Semiconductors. 2018. V. 52. N 11. P. 1416–1419. https://doi.org/10.1134/S1063782618110258
  16. Wang J., Plissard S.R., Verheijen M.A., Feiner L.-F., Cavalli A., Bakkers E.P. Reversible switching of InP nanowire growth direction by catalyst engineering // Nano Letters. 2013. V. 13. N 8. P. 3802–3806. https://doi.org/10.1021/nl401767b


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика