Современная электроника №2/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 10 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2025 В публикации [25] был предложен новый метод, позволяющий созда- вать напряжённые гетероструктуры на основе InAs/GaAs. Идея этого мето- да, названного авторами «субмоно­ слойной эпитаксией», заключалась в оптимальном выборе соответству- ющей грани кристалла подлож- ки таким образом, чтобы получить конечные массивы квантовых точек с заданными параметрами. Было выяснено, что при последовательном нанесении с помощью МПЭ моносло- ёв InAs и GaAs на подложку GaAs с индексами Миллера {100} и {311} на начальной стадии роста (толщина слоя 1–3 ML) формировались псев- допериодические массивы «кванто- вых проводов» арсенида индия. Уве- личение времени прерывания после каждого цикла роста (2 ML) приводит к образованию квантовых точек, рас- положенных в двумерной квадрат- ной решётке [26]. Следует подчеркнуть, что правиль- ный выбор грани кристалла во мно- гом определяет качество конечной гетероструктуры массива квантовых точек. В качестве иллюстрации зави- симости структуры КТ от ориентации граней подложки на рис. 5 показаны формы самоорганизованных КТ InAs, полученные на разных кристаллогра- фических гранях [27]. Квантовые точки, выращенные на гранях GaAs {100}, имели куполообраз- ную форму. При этом КТ, выращенные на гранях {311A} и {311B}, выглядели в форме наконечника стрелы и пира- миды соответственно. В статье [28] проанализирова- на энергетика массива трёхмерных когерентных напряжённых остро- вов на подложке с несоответствующей кристаллической решеткой. Авторы показали, что на поверхности {001} кубического кристалла полная энер- гия минимальна для 2D периодиче- ской квадратной решётки с прими- тивными векторами решётки вдоль «мягких» направлений {100} и {010}. Подчёркивается тот факт, что эти свойства характерны для устойчи- вых массивов островков. В работе [29] показано, что энергия 3D массива когерентных напряжён- ных островков, образовавшихся на несогласованной решётке кристал- ла подложки, обусловлена суммой следующих энергетических фрагмен- тов: объёмная упругая энергия релак- сации; изменение энергии системы, вызванное образованием островков; дополнительная энергия, иницииро- ванная деформацией поверхности кристалла; влияние граней остров- ков на изменение упругой энергии релаксации; энергия упругого взаи- модействия между соседними остров- ками. Такой подход позволяет устано- вить зависимость размеров островков от вклада каждой из составляющих, которые, в свою очередь, определяют- ся условиями синтеза массива кван- товых точек. При этом характерный размер островков является функци- ей, определяемой минимумом пол- ной энергии массива 3D островков. На рис. 6 показана зависимость энергии хаотического массива 3D напряжённых островков от их раз- мера. На этом рисунке параметр α определяет отношение поверхност- ной энергии к энергии, обусловлен- ной краевыми эффектами на границе КТ. Если поверхностная составляю- щая энергии больше энергии кра- евых эффектов, формирующих КТ (параметр α > 1), то вся система, следуя законам термодинамики, стремится к сращиванию островков. Когда α < 1, формируются островки оптимальной с энергетической точки зрения фор- мы и размеров. При этом отмечен- ная выше энергетическая компонен- та, определяющая взаимодействие островков с кристаллической структу- рой подложки, стимулирует образова- ние квадратной решётки массива КТ. Следует отметить, что большинство упрощённых теоретических моделей рассматривают массивы КТ как одно- родную среду, в которой операция усиления определяется обобщённой «материальной КТ», а также такими факторами, как заполнение и захват носителей. При этом не учитывают- ся электромагнитные взаимодействия между отдельными КТ. Более общий подход описывает массивы КТ как композит квантовых точек. В таких моделях взаимодействие электро- магнитных полей с анизотропны- ми КТ или анизотропными решётка- Рис. 5. Снимки сканирующим туннельным микроскопом (200×200 нм) InAs/GaAs КТ, выращенных методом МЛЭ на подложках GaAs {100}, {311A} и {311B} Рис. 6. Зависимость энергии хаотического массива 3D напряжённых островков от размера