Современная электроника №2/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 12 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2025 Дальнейший рост кристаллических структур может реализовываться за счёт следующих основных механиз- мов: поверхностная диффузия адсор- бированных на поверхности кри- сталла атомов (адатомов); прямое осаждение и оствальдовское созрева- ние. В то же время происходит фор- мирование формы микрокристаллов. В итоге в случае InGaAs обычно обра- зуются пирамидообразные квантовые точки с размерами основания около 10–15 нм и высотой примерно 4–8 нм. Параметры роста КТ можно контроли- ровать с помощью температуры. Более высокие температуры увеличивают подвижность поверхности, что вли- яет на конечную форму, размер КТ и их расположение в кристаллической структуре. Помимо того, часто приме- няется контроль скорости осаждения. Более низкие скорости дают крупные и однородные квантовые точки. В то же время высокие скорости вызыва- ют рост преимущественно мелких и многочисленных КТ. Также исполь- зуются специальные дополнитель- ные методы контроля роста КТ, такие как, например: изменение скорости напыляемого потока; соотношение ингредиентов (As/In); искусственные островки деформации; поверхност- но-активные вещества; прерывание роста. Прерывание процесса роста при достижении критической толщины формирует массив однородных кван- товых точек InGaAs на подложке GaAs. Завершается процесс формирования КТ нанесением на них буферного барьерного слоя (Barrier Layers – BL). В качестве барьерного слоя, как пра- вило, использовались либо GaAs, либо AlGaAs. Так образуется первый слой кван- товых точек InGaAs в виде усечён- ных пирамидообразных структур, окружённых общим барьерным слоем AlGaAs. Этот барьерный слой (Barrier Layers – BL) предназначен для нескольких целей. Во-первых, пара InGaAs-AlGaAs образует гетерострук- туру двух полупроводников с разны- ми запрещёнными зонами, которые для GaAs и AlAs составляют соответ- ственно 1,42 эВ и 2,16 эВ. Во-вторых, барьерный слой AlGaAs выполняет ряд важных служебных действий, таких, например, как: ● компенсирует несоответствие кри- сталлических решеток КТ и подлож- ки; ● снимает и перераспределяет дефор- мацию вокруг КТ; ● согласует рост нескольких слоёв квантовых точек и реализует вер- тикальную связь между ними; ● контролирует размер и форму точек, а также влияет на плотность и рас- положение КТ; ● создаёт тепловые барьеры и управ- ляет теплопроводностью; ● поддерживает различные профили легирования. Наиболее критичными для барьер- ного слоя параметрами, обеспечи- вающими перечисленные выше его функциональные качества, являются толщина слоя и состав полупроводни- ка. Выбор материала полупроводни- ка для барьерного слоя определяется конкретной задачей гетерострукту- ры. Толщина барьерного слоя долж- на быть достаточно большой для обеспечения функции ограничения и одновременно достаточно тонкой для эффективного туннелирования (10–50 нм). Описанная схема может повторять- ся многократно. Следующий слой КТ напыляется на барьерный слой, закрывающий первый ряд матрицы. Таким образом, формируются верти- кально связанные 3D массивы кванто- вых точек (Vertically Coupled Quantum Dots – VCQD). Технологическим и теоретическим аспектам, связанным c VCQD, в лабо- ратории Алфёрова уделялось особое внимание. На эту тему есть множе- ство публикаций. Ниже приведены только ссылки на те статьи, которые сам Жорес Алфёров считал важными и выделил их в своей Нобелевской речи [37]. Например, в статье [38] показано, как именно попеременное осажде- ние GaAs-InAs приводит к созданию вертикально разделённых пирамид. Это разделение обусловлено тем, что энергия деформации уменьшается из-за последовательного переноса InAs из заглублённой части пирами- ды в её открытую часть. Полученная структура состоит из нескольких вер- тикально сливающихся частей InAs, представляющих собой упорядочен- ный массив КТ, вмонтированных в матрицу GaAs. Такие гетерострукту- ры демонстрируют инжекционную лазерную генерацию при очень низ- ких плотностях тока. В другой работе [39] исследова- лись спектры фотолюминесценции массивов вертикально связанных напряжённых квантовых точек InAs в матрице GaAs. Было продемонстри- ровано, что при повторном осаждении квантовых точек InAs в матрицах GaAs островки второго ряда формировались в точности над островками предыду- щего ряда. Этот эффект можно было объяснить влиянием неоднородных полей напряжения, возникающих в результате формирования перво- го ряда точек, на темпы поверхност- ной миграции атомов Ga и In. Так- же было обнаружено, что повторное осаждение рядов КТ приводит к замет- ному сдвигу максимума линии фото- люминесценции в сторону меньших энергий по сравнению со случаем оди- ночного массива КТ (N = 1). За счёт замены несвязанных точек верти- кально связанными массивами одно- родных КТ (Vertically Coupled Quantum Dots – VCQD) удалось заметно снизить потери, обусловленные оптическим ограничением, а также увеличить эффективность усиления. Рассмотренная выше общая схема получения массива квантовых точек использовалась Алфёровым не только для создания массивов КТ на основе арсенида галлия, но также применя- лась и для разработок гетероструктур с другими соединениями группы A3B5. Так, в статье [40] описаны резуль- таты исследований массивов напря- жённых наноразмерных кластеров двух типов: InP в матрице In 0,49 Ga 0,51 P на подложке GaAs {100} и InAs в матри- це In 0,53 Ga 0,47 As на подложке InP {100}, полученных методом газофазной эпи- таксии из металлорганических сое- динений. Было показано, что обра- зующиеся наноразмерные кластеры имеют размеры 80 нм (InP/InGaP) и 25–60 нм (InAs/InGaAs). В спектрах фотолюминесценции полученных наноразмерных кластеров наблюда- лись полосы в диапазонах длин волн 0,66–0,72 и 1,66–1,91 мкм при 77K. При этом положение максимумов не изме- нялось с увеличением эффективной толщины InP и InAs. Полученные в экспериментах значения эффектив- ности излучения наноразмерных кла- стеров InP значительно превосходили интенсивность излучения кластеров на основе InAs [41]. Аналогичные эксперименты были проведены с гетероструктурами GaAs, выращенными на поверхности GaN. Исследованы особенности получе- ния гетероструктур AlGaN/GaN мето-