Identyfikacja procesów emisji nośników w kropkach kwantowych izotermiczną techniką DLTS

• Autorzy: Kaczmarczyk M. , Kaniewska M. , Engström O.

Warianty tytułu

EN

Identification of carrier emission processes in quantum dots by isothermal DLTS

• Konferencja: Krajowa Konferencja Elektroniki. 10 ; 05-09.06.2011 ; Darłówko Wschodnie, Polska
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W celu charakteryzacji kropek kwantowych, QDs, niestacjonarną spektroskopią głębokich poziomów (DLTS) przy użyciu standardowych procedur identyfikacja procesów emisji nośników ze stanów skwantowanych jest niezbędna. W niniejszej pracy traktując kropki kwantowe z InAs/GaAs jako obiekty przykładowe oraz stosując DLTS do ich charakteryzacji prezentujemy metodę, która taką identyfikację umożliwia. Polega ona na pomiarze sygnału DLTS, S, w stałej temperaturze, T, w funkcji częstotliwości repetycji impulsów elektrycznych, f, (FS-DLTS)i napięcia polaryzacji zaporowej. V(sub)R, oraz prezentcji danych w postaci konturowych wykresów na płaszczyźnie (f, V(sub)R). Pokazujemy że na tego typu wykresach procesy tunelowania nośników mogą być identyfikowane poprzez odpowiadające im kontury dodatnio nachylone i mogą być łatwo rozróżnione od procesów termicznych, z którymi wiążemy kontury o nachyleniu ujemnym. Kiedy metodę stosujemy do badań QDs z InAs/GaAs kontury (f. V(sub)R, S) wykazują wysoki stopień skomplikowania z uwagi na dużą złożoność procesów emisji. W celu interpretacji otrzymanych wyników wykonano symulację widm, wykorzystując przy tym model, którego funkcjonalność sprawdzono wcześniej badając te QDs techniką DLTS w modzie przemiatania temperatury (TS-DLTS).

EN

A method is presented, which enables to differ between various emission processes for charge carriers leaving quantum confined energy states in quantum dots (QDs). It is based on measurements of DLTS signal, S, as a function of the repetition frequency of electrical pulses, f, and reverse bias voltage, V(sub)R, with data representation as contour maps on a (f, (sub)R)-plane. In such a plot, tunneling processes should give rise to contours with positive slopes, whereas thermal processes should reflect in negatively sloped contours. When using the method to study the processes in InAs/GaAs QDs a more complex plot is obatined as a result of a complexity of the emission phenomena. In order to interpret the data theoretical calculations were performed with a model, the validity of which was confirmed when studying the InAs/GaAs QDs by themperature scanned DLTS (TS-DLTS). It takes into account thermal processes, pure tunneling and mixture of these, which occur in the two energy system with the ground slates s and excited states p. On the basis of teoretical results and comparison with experimental data at 45 K on the same (f, (sub)R, S)-plot it was concluded that a two-step thermal emission from s to p and further to the conduction band and thermal s to p processes followed by tunneling to the conduction band are the main proceses, that occur in the InAs/GaAs QDs. The method presented here is an alternantive approach to that earlier presented for identification of emission processes in QDs based on TS-DLTS.

Słowa kluczowe

PL

kropki kwantowe; InAs/GaAs QDs; DLTS

EN

quantum dots; InAs/GaAs; DLTS

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 52, nr 9
• Strony: 175--178
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kaczmarczyk M.

autor

Kaniewska M.

autor

Engström O.

• Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa

Bibliografia

• [1] Anand S., N. Carlsson, M.-E. Pislol, L. Samuelsort, W Siefert: Electrical characterization of InP/GaInP quantum dots by space charge spectroscopy. J. Appl. Phys., vol. 84, pp. 3747-3755, 1998.
• [2] Kapteyn C. M. A., F. Heiririchdorff, O. Stier, R. Heitz, M. Grindmann, N. D. Zakhartw, B. Bimberg, P. Werner: Electron escape from InAs quantum dots. Phys. Rev. B. vol. 60, pp. 14265-14268, 1999.
• [3] Engström O., M. Malmkvist, Y. Fu, H. Ö. Olafsson, E. Ö. Sveinbjörnsson: Thermal emission of electrons from selected s-shell configurations in InAs/GaAs quantum dots. Appl. Phys. Lett., vol. 83, pp. 3578-3590, 2003.
• [4] Geller M., E. Stock, C. Kapleyn, R. L. Sellin, D. Bimberg: Tunneling emission from self-organized In(Ga)As/GaAs quantum dots observed via time-resolved capacitance measurements. Phys. Rev. B, vol. 73, pp. 205331-20538, 2006.
• [5] Schulz S., A. Schramm, C. Heyn, W. Hansen: Tunneling emission from self-assembled InAs/GaAs quantum dots probed with capacitance transients. Phys. Rev. B, vol. 74, pp. 033311-033314, 2006.
• [6] Engström O., P. T. Landsberg:Charge-carrier statistics at InAs/GaAs quantum dots. Phys. Rev B. vol. 72, pp. 075360-075366, 2005.
• [7] Engström O., P. T. Landsberg, Y. Fu: Statistic of electron emission from InAs/GaAs quantum dot. Mat. Sci. Eng. C, vol. 26, pp. 739-744, 2006.
• [8] Engström O., M. Kaniewska, W. Jung, M. Kaczmarczyk: Three dimensional mapping of thermal and tunneling electron emission from InAs/GaAs quantum dots. Appl. Phys. Lett., vol. 91, pp. 033110-033112, 2007.
• [9] Kaniewska M., O. Engström, M. Kaczmarczyk, B. Surma, W. Jung, G. Zaremba: Electrical study of InAs/GaAs quantum dots with two different environments. Phys. Stat. Sol. C, vol. 5, pp. 2926-2928, 2008.
• [10] Kaniewska M., O. Engström, M. Kaczmarczyk: Classification of energy levels in quantum dot structures by means of depleted layer spectroscopy. Journal of Electronic Materials, vol. 39, pp. 766-772, 2010.
• [11] Kapteyn C. M. A., F. Hemrichsdorff, O. Stier, R. Heilz, M. Grundmann, N. D. Zakharow, D. Bimberg: Electron escape from InAs quantum dots. Phys. Rev. B, vol. 60, pp. 14265-14263, 1994.
• [12] Engstrom O., M. Kaniewska: Deep lewel spectroscopy in qunatum dot characterization. Nanoscale Res. Lett., vol. 3 pp. 179-185, 2008.
• [13] Fu Y., O. Engström, Yi, Luo: Emission rates for electron tunneling from InAs quantum dots to GaAs substrate J. Appl. Phys., vol. 96, pp. 6477-6481, 2004.
• [14] Korol E. N.: Ionization of impurity states in semiconductors by an electric field. Sov. Phys. Solid State, vol. 19, pp. 1327-1330, 1977.
• [15] Engström O., M. Kaniewska, Y. Fu, J. Piscator, M. Malmkvist: Electron capture cross sections of InAs/GaAs quantum dots. Appl. Phys. Lett., vol. 85. pp. 2908-2930, 2004.