А.И.Якимов, А.В.Двуреченский, В.А.Володин, М.Д.Ефремов, А.И.Никифоров, Г.Ю.Михалёв, Е.И.Гацкевич^*, Г.Д.Ивлев^*

Проведена разработка метода импульсной лазерной модификации наноклас- теров Ge (квантовых точек) в Si и изучении электронной структуры квантовых точек, сформированных импульсным лазерным воздействием. Работа направлена на решение проблем однородности распределения размеров квантовых точек, полученных в результате эпитаксии упруго напряженных гетеросистем. Дисперсия размеров неизбежно приводит к разбросу энергетических уровней носителей заряда в массиве квантовых точек, в результате чего дискретный электронный спектр, необходимый для приборных применений наноструктур с квантовыми точками, может трансформироваться в квазинепрерывный с потерей основных преимуществ, обеспечиваемых явлением трехмерного размерного квантования в нульмерных электронных системах. Основная физическая идея заключалась в следующем. В определенных режимах импульсное лазерное воздействие может стимулировать плавление областей германия в кремнии, находящегося в твердой фазе. При этом мелкие нанокластеры Ge будут растворяться в Si, а крупные оставаться, что способствует повышению однородности размеров квантовых точек в ансамбле.

Энергетический спектр дырок в гетероструктурах Ge/Si с самоорганизую- щимися квантовыми точками Ge до и после импульсного лазерного воздействия анализировался на основе измерений температурных и частотных зависимостей высокочастотной проводимости, а также вольт-фарадных характеристик диодов Шоттки. Для контроля элементного состава нанокластеров Ge и механических напряжений в структурах использовалась спектроскопия комбинационного рассеяния света.

Рис. 1. (а) Зависимость энергии активации темпа эмиссии дырок из квантовых точек Ge в валентную зону Si от обратного смещения в кремниевом диоде Шоттки с квантовыми точками. (б) Спектры комбинационного рассеяния света до и после импульсного лазерного воздействия.

Применялись обработки одним и десятью импульсами рубинового лазера (λ=694 нм). В результате проведённых исследований обнаружено, что импульсное лазерное воздействие приводит к заглублению энергетических уровней дырок в нанокластерах Ge относительно края валентной зоны Si и к уменьшению их энергетического разброса (Рис.1а). После обработок 10-ю импульсами дисперсия энергетических уровней, связанная с флуктуацией размеров квантовых точек в ансамбле, уменьшается в 2 раза. При этом ширина пика комбинационного рассеяния света на колебаниях связей Ge-Ge уменьшается в полтора раза (Рис. 1б). Полученные результаты свидетельствуют об увеличении степени однородности параметров квантовых точек в ансамбле после наносекундного лазерного облучения.