Статья

Название статьи МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКА ALN(0001) С ВНЕДРЕННЫМИ ГЕКСАГОНАЛЬНЫМИ КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ INN
Автор С.Н. Чеботарев, М.Л. Лунина, Л.С. Лунин, А.С. Пащенко, Д.А. Арустамян, Г.А. Еримеев, А.Н. Яценко
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА
Месяц, год 04, 2016
Индекс УДК 539.23
DOI
Аннотация Проведен расчет энергии деформации и пьезоэлектрического потенциала на поверхности полупроводника AlN(0001) с заглубленными гексагональными квантовыми точками InN. В гетероструктурах с квантовыми точками из-за различий постоянных кристаллической решетки формируется внутреннее поле упругих напряжений, влияющее на смещение положений экстремумов зоны Бриллюэна и появление встроенного электрического поля вследствие пьезоэффекта. Показано, что поверхность квантовой точки произвольной формы можно представить в виде совокупности плоских треугольников. Установлено, что такая аппроксимация допускает аналитическое интегрирование функции Грина, что позволяет рассчитать энергию деформации и пьезоэлектрический потенциал. Теоретические расчеты показывают, что вблизи вершины гексагональных квантовых точек создаются сильные пьезоэлектрические поля. Установлено, что распределение энергии деформации и пьезоэлектрического потенциала на поверхности полупространства с гексагональными точкам симметрично относительно оси вращения. Над квантовыми точками формируется сильные деформации растяжения. Распределение пьезоэлектрического потенциала коррелирует с распределением деформаций и также симметрично. Картина пьезоэлектрических возмущений в центральной части более выражена, нежели для механических напряжений. Под основанием квантовой точки образуется устойчивая полоса с низкими значениями пьезоэлектрического потенциала. Полученные зависимости с физической точки зрения можно объяснить тем, что кристаллическая решетка подложки воздействуя на кристаллическую решетку квантовой точки, приводит к формированию в приграничных к квантовой точке слоях напряжений сжатия в плоскости xy и напряжений растяжения в вдоль оси z. На практике этот эффект можно использовать для повышения коэффициента захвата носителей заряда квантовыми точками.

Скачать в PDF

Ключевые слова Энергия деформации; гетероструктуры с квантовыми точками; функция Грина; ионно-лучевая кристаллизация; пьезоэлектрический потенциал
Библиографический список 1. Xing E., Tong, C., Rong J., Shu S., Wu H., Wang L., Tian S., Wang L. Modulation of carrier dynamics and threshold characteristics in 1.3-μm quantum dot photonic crystal nanocavity lasers // Optics and Laser Technology. – 2016, – Vol. 82. – P. 10-16.
2. Shang X., Yu Y., Li M., Wang L., Zha G., Ni H., Pettersson H., Fu Y., Niu Z. Effect of tunable dot charging on photoresponse spectra of GaAs p-i-n diode with InAs quantum dots // Journal of Applied Physics. – 2015. – Vol. 118, No. 24. – P. 244503(1)-244503(4).
3. Chebotarev S.N., Pashchenko A.S., Irkha V.A., Dudnikov S.A. Simulation of volt-current voltage and spectral characteristics of InAs-QD/GaAs solar cells // International Journal of Alternative Energy and Ecology. – 2013. – No. 10 (132). – P. 28-32.
4. Chebotarev S.N., Pashchenko A.S., Irkha V.A., Dudnikov S.A. Ion-beam crystallization multi cascade photo heterostructures InAs-QD / GaAs // International Journal of Alternative Energy and Ecology. – 2013. – No. 6-2 (128). – P. 43-48.
5. Andreev A.D., Downes J.R., Faux D.A., O’Reilly E.P. Strain distributions in quantum dots of arbitrary shape // Journal of Applied Physics. – 1999. – Vol. 86, No. 1. – P. 297-305.
6. Chebotarev S.N., Pashchenko A.S., Williamson A., Lunin L.S., Irkha V.A., Gamidov V.A. Ion beam crystallization of InAs/GaAs(001) nanostructures // Technical Physics Letters. – 2015. – Vol. 41, No. 7. – P. 661-664.
7. Lunin L.S., Sysoev I.A., Alfimova D.L., Chebotarev S.N., Pashchenko A.S. A study of photo-sensitive inas/gaas heterostructures with quantum dots grown by ion-beam deposition // Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2011. – Vol. 5, No. 3. – P. 559-562.
8. Pieczarka M., Sek G. The ground state properties of In(Ga)As/GaAs low strain quantum dots // Physica B: Condensed Matter. – 2016. – Vol. 495. – P. 70-75.
9. Chebotarev S.N., Paschenko A.S., Lunin L.S., Irkha V.A. Features in the Formation of Ge/Si Multilayer Nanostructures under Ion Beam Assisted Crystallization // Technical Physics Letters. – 2013. – Vol. 39, No. 8. P. 728-731.
10. Pashchenko A.S., Chebotarev S.N., Lunin L.S., Irkha V.A. Specific Features of Doping with Antimony during the Ion-Beam Crystallization of Silicon // Semiconductors. – 2016. – Vol. 50, No. 4. – P. 545-548.
11. Talochkin A.B., Chistokhin I.B., Mashanov V.I. Photoconductivity of ultra-thin Ge(GeSn) layers grown in Si by low-temperature molecular beam epitaxy // Journal of Applied Physics. – 2016. – Vol. 119, No. 13. – P. 134302(1)-134302(5).
12. Chebotarev S.N., Pashchenko A.S., Lunina M.L. On the problem of analysis of elastic deformation on the surface of a semiconductor with a half-recessed quantum dots // Herald of Southern Scientific Centre RAS. – 2015. – Vol. 11, No. 3. – P. 30-37.
13. Lozovskii V.N., Chebotarev S.N., Irkha V.A., Valov G.V. Formation and use of position marks in scanning probe microscopy // Technical Physics Letters. – 2009. – Vol. 35, No. 8. – P. 737-738.
14. Medeiros R.G. Epitaxial growth of strained nanocrystals // Physica Status Solidi. – 2002. – Vol. 230. – P. 443-450.
15. Shetty A., Kumar M., Roul B., Vinoy K.J., Krupanidhi S.B. InN quantum dot based infra-red photodetectors // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2016. – Vol. 16, No. 1. – P. 709-714.
16. Downes J.R., Faux D.A., O’Reilly E.P. A simple method for calculating strain distributions in quantum dot structures // Journal of Applied Physics. – 1997. – Vol. 81, No. 10. – P. 6700-6702.
17. Hossain M., Abdullah-Al-Humayun M., Biswas M., Sadi M.A.H. A novel design of InN based quantum-dot laser operating at 1.55 μm // Advanced Materials Research. – 2012. – Vol. 403-408. – P. 4321-4327.
18. Pearson G.S., Faux D.A. Analytical solutions for strain in pyramidal quantum dots // Journal of Applied Physics. – 2000. – Vol. 88, No. 2. – P. 730-736.
19. Saito Т., Arakawa Y. Electronic structure of piezoelectric InGaN quantum dots in GaN calculated using a tight-binding method // Physica E. – 2002. – Vol. 15. – P. 169-181.
20. Glas F. Elastic relaxation of isolated and interacting truncated pyramidal quantum dots and quantum wires in a half space // Applied Surface Science. – 2002. – Vol. 188. – P. 9-18.

Comments are closed.