doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-5-921-928


УДК 621.315.592

Влияние низких температур и термического отжига на оптические свойства квантовых точек InGaPAs

Андрюшкин В.В., Драгунова А.С., Комаров С.Д., Надточий А.М., Гладышев А.Г., Бабичев А.В., Уваров А.В., Новиков И.И., Колодезный Е.С., Карачинский Л.Я., Крыжановская Н.В., Неведомский В.Н., Егоров А.Ю., Бугров В.Е.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский


Аннотация
Предмет исследованияПредставлены результаты исследования оптических свойств низкоплотных квантовых точек InGaPAs. Показано влияние на оптические и структурные свойства квантовых точек низких температур и параметров термического отжига. Метод. Квантовые точки InGaPAs получены методом молекулярно-пучковой эпитаксии за счет замещения фосфора на мышьяк в тонком слое InGaP непосредственно в процессе эпитаксиального роста. Оптические свойства квантовых точек InGaPAs исследованы методом спектроскопии фотолюминесценции, в том числе при температуре жидкого азота (–196 °С), что позволило определить особенности безызлучательной рекомбинации в исследуемых гетероструктурах. Гетероструктуры были подвергнуты кратковременному термическому отжигу при температурах 600 и 650 °C в течение 2 мин для оценки влияния отжига на оптические и структурные свойства квантовых точек. Основные результаты. Показано, что при температуре –196 °С вклад безызлучательной рекомбинации можно считать несущественным для всего измеряемого диапазона мощности накачки. При температуре –73 °С наибольший вклад в безызлучательную рекомбинацию вносит рекомбинация Шоккли–Рида. Кратковременный отжиг гетероструктур может уменьшить количество точечных дефектов, что приводит к росту эффективности фотолюминесценции и уменьшению ее полуширины. Практическая значимость. Полученные квантовые точки InGaPAs, а также оригинальный метод их получения могут найти применение при создании источников одиночных фотонов на основе микрорезонаторов. Представленные экспериментальные результаты должны быть учтены при реализации таких источников, в частности при оптимизации ширины и интенсивности линии излучения

Ключевые слова: квантовые точки, гетероструктуры, молекулярно-пучковая эпитаксия, полупроводники, источники одиночных фотонов

Благодарности. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект тематики научных исследований № 2019-1442 в части низкотемпературных измерений. Исследования влияния быстрого термического отжига осуществлены в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ.

Список литературы
  1. Michler P., Kiraz A., Becher C., Schoenfeld W.V., Petroff P.M., Zhang L., Huand E., Imamoglu A. A quantum dot single-photon turnstile device // Science. 2000. V. 290. N 5500. P. 2282–2285. https://doi.org/10.1126/science.290.5500.2282
  2. Ward M.B., Karimov O.Z., Unitt D.C., Yuan Z.L., See P., Gevaux D.G., Shields A.J. On-demand single-photon source for 1.3 μm telecom fiber // Applied Physics Letters. 2005. V. 86. N 20. P. 201111. https://doi.org/10.1063/1.1922573
  3. Zinoni C., Alloing B., Monat C., Zwiller V., Li L.H., Fiorec A., Lunghi L., Gerardino A., de Riedmatten H., Zbinden H., Gisin N. Time-resolved and antibunching experiments on single quantum dots at 1300 nm // Applied Physics Letters. 2006. V. 88. N 13. P. 131102. https://doi.org/10.1063/1.2190466
  4. Kok P., Munro W.J., Nemoto K., Ralph T.C., Dowling J.P., Milburn G.J. Linear optical quantum computing with photonic qubits // Reviews of Modern Physics. 2007. V. 79. N 1. P. 135–174. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.79.135
  5. Aspuru-Guzik A., Walther P. Photonic quantum simulators // Nature Physics. 2012. V. 8. N 4. P. 285–291. https://doi.org/10.1038/nphys2253
  6. Ustinov V.M., Maleev N.A., Zhukov A.E., Kovsh A.R., Egorov A.Yu., Lunev A.V., Volovik B.V., Krestnikov I.L., Musikhin Yu.G., Bert N.A., Kop’ev P.S., Alferov Zh.I., Ledentsov N.N., Bimberg D. InAs/InGaAs quantum dot structures on GaAs substrates emitting at 1.3 μm // Applied Physics Letters. 1999. V. 74. N 19. P. 2815–2817. https://doi.org/10.1063/1.124023
  7. Li Y., Lu H.M. Electron transition energy for vertically coupled InAs/GaAs semiconductor quantum dots and rings // Japanese Journal of Applied Physics, Part 1: Regular Papers and Short Notes and Review Papers. 2004. V. 43. N 4S. P. 2104–2109. https://doi.org/10.1143/JJAP.43.2104
  8. Kovsh A.R., Zhukov A.E., Livshits D.A., Egorov A.Yu., Ustinov V.M., Maximov M.V., Musikhin Yu.G., Ledentsov N.N., Kop'ev P.S., Alferov Zh.I., Bimberg D. 3.5 W CW operation of quantum dot laser // Electronics Letters. 1999. V. 35. N 14. P. 1161–1163. https://doi.org/10.1049/el:19990813
  9. Андрюшкин В.В., Новиков И.И., Гладышев А.А., Карачинский Л.Я., Егоров А.Ю., Бугров В.Е.Полупроводниковая гетероструктура с пониженной поверхностной плотностью квантовых точек. Патент на полезную модель RU209708. Бюл. 2022. № 8.
  10. Shkolnik A.S., Karachinsky L.Ya., Gordeev N.Yu., Zegrya G.G., Evtikhiev V.P., Pellegrinia S., Buller G.S. Observation of the biexponential ground-state decay time behavior in InAs self-assembled quantum dots grown on misoriented substrates // Applied Physics Letters. 2005. V. 86. N 21. P. 211112. https://doi.org/10.1063/1.1938000
  11. Huang D., Huang P., Lin D., Wang C., Zeng G. High-speed continuous-variable quantum key distribution without sending a local oscillator // Optics Letters. 2015. V. 40. N 16. P. 3695–3698. https://doi.org/10.1364/OL.40.003695
  12. Michler P.Single Semiconductor Quantum Dots. Berlin: Springer, 2009. 390 p.
  13. Andryushkin V.V., Gladyshev A.G., Babichev A.V., Kolodeznyi E.S., Novikov I.I., Karachinsky L.Ya., Nevedomskii V.N., Egorov A.Yu. Investigation of optical and structural properties of three-dimensional InGaPAs islands formed by substitution of elements of the fifth group // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1697. N 1. P. 012106. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1697/1/012106
  14. Gladyshev A.G., Babichev A.V., Andryushkin V.V., Denisov D.V., Nevedomskii V.N., Kolodeznyi E.S., Novikov I.I., Karachinsky L.Ya., Egorov A.Yu. Studying the optical and structural properties of three-dimensional InGaP (As) islands formed by substitution of elements of the fifth group // Technical Physics. 2020. V. 65. N 12. P. 2047–2050. https://doi.org/10.1134/S1063784220120099
  15. Novikov I.I., Gordeev N.Yu., Maksimov M.V., Shernyakov Yu.M., Semenova E.S., Vasil’ev A.P., Zhukov A.E., Ustinov V.M., Zegrya G.G. Temperature dependence of the effective coefficient of Auger recombination in 1.3 μm InAs/GaAs QD lasers // Semiconductors. 2005. V. 39. N 4. P. 481–484. https://doi.org/10.1134/1.1900267
  16. Чжень Ч., Бедарев Д.А., Воловик Б.В., Леденцов Н.Н., Лунев А.В., Максимов М.В., Цацульников А.Ф., Егоров А.Ю., Жуков А.Е., Ковш А.Р., Устинов В.М., Копьев П.С. Исследование влияния состава и условий отжига на оптические свойства квантовых точек (In, Ga) As в матрице (Al, Ga) As // Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33. №. 1. С. 91–96.


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