Полупроводниковые структуры на основе соединений A3B5, выращенные методом молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ), обладают высочайшим качеством, по сравнению со структурами, полученными другими методами роста. Основным преимуществом МПЭ является возможность контроля роста вплоть до монослоя. Также этот метод позволяет отслеживать состояние поверхности в режиме реального времени путем наблюдения за картиной дифракции быстрых электронов на отражение (ДБЭ).
Исследования низкоразмерных структур является актуальными уже несколько десятилетий. Большое количество устройств информационной фотоники могут быть созданы на их основе. Например, с помощью высококачественных квантовых ям (КЯ) можно получить волноводы с распространяющимися экситон-поляритонами, экситонно- дифракционные решетки, элементы контроля оптической когерентности. Структуры с квантовыми точками (КТ) могут служить в первую очередь для лазеров. Существует возможность создавать лазеры в широком диапазоне за счет изменения размеров КТ, плотности и т. д. Помимо этого они могут быть использованы в однофотонных излучателях, детекторах и солнечных элементах, а также для долговременной оптической памяти.
В данной работе путем заполнения отверстий, полученных методом капельной эпитаксии, синтезированы ненапряженные КТ GaAs/AlGaAs, а также изучены их микроскопия и оптические свойства.
Автор стал победителем олимпиады "Petropolitan Science (Re)Search 2023" , представив данную работу.
Результаты работы также были представлены на "Международной научной студенческой конференции " , конференции "SPbOpen 2023" и отмечены лучшими на конкурсе работ "65-ой конференции МФТИ".
В ходе работы методом капельной эпитаксии было выращено два образца с правильной структурой отверстий (T873, T885). Также, методом заполнения наноотверстий (NFDE) получено два образца с квантовыми точками (T874, T893).
Рост первой пары T873, T874 протекал при неизменной температуре 510°C. С помощью уменьшения температуры подложки до 400°C во время осаждения галлия были получены образцы T885, T893 с увеличенной в ~ 4 раза плотностью объектов (отверстий и КТ).
Образец с КТ GaAs/AlGaAs T874 выращен на основе образца из работы. T874 хорошо соотносится с ним по данными микроскопии (плотности КТ совпадают) и оптическим характеристикам (ФЛ).
Оптические исследования позволяют говорить о нескольких областях квантования в выращенных образцах. Так, в спектрах ФЛ для T874, T893 полосы КТ разделились на два ансамбля. При этом повышение плотности КТ в образце T893 привело к увеличению интенсивности ФЛ КТ. Это позволит увеличить эффективность устройств фотоники на основе точек GaAs/AlGaAs.
На спектре отражения для T874 продемонстрированы различимые сигналы от тяжелодырочных и легкодырочных экситонов в КЯ.
В программе Nextnano рассчитаны энергии тяжелодырочного и легкодырочного экситонов для разных толщин КЯ, подобных тем, что получаются в результате роста образцов с КТ. Квантовые расчеты позволили убедиться, что в образцах с КТ нет мо- нослойных флуктуаций толщины КЯ. Также положения полос HH и LH экситонов КЯ в спектре отражения образца T874 оказались близки к расчетным.
В дальнейшем планируется вырастить образцы с несколькими слоями квантовых точек, а также точки, помещенные в микрорезонатор. Это способствует росту сигнала фотолюминесценции, а следовательно и увеличению эффективности устройств на основе КТ.
