Фотопровідність та фотопольова емісія в багатошарових Si/Ge гетероструктурах із квантовими точками

Abstract

Дослiджено спектри поздовжньої фотопровiдностi та вольтампернi характеристики фотопольової електронної емiсiї багатошарових гетероструктур Ge/Si з квантовими точками SiGe. Зображення верхнього шару, зробленi за допомогою атомносилової мiкроскопiї, показали, що наноострiвцi мали форму тетраедральних пiрамiдок з розмiрами 30 нм у пiдвалинi та 2 нм висотою. Середня густина їх розподiлу по поверхнi пiдкладки складала близько 10^12 см^-2. Структури дослiджено за допомогою спектроскопiї фотоструму при 77 K в дiапазонi hv вiд 0,29 eВ до 1,0 eВ. Спостерiгали два пiки поздовжнього фотоструму з максимумами за 0,32 eВ та 0,34 eВ, якi пояснено внутрiшньозонними переходами мiж локалiзованими станами у валентнiй зонi наноострiвцiв. Спостерiгався пiк струму на кривiй I–V фотопольової електронної емiсiї з квантових точок, який пов’язано з резонансним тунелюванням електронiв iз валентної зони Si у вакуум через рiвнi квантування у квантових точках. Внутрiшньозоннi переходи з локалiзованих станiв у валентнiй зонi наноострiвцiв Ge зумовлюють фотострум та фотопольову емiсiю електронiв, спостережуванi в гетероструктурах Si/Ge iз квантовими точками.

Исследовались спектры продольной фотопроводимости и вольт-амперная характеристика фотополевой электронной эмиссии многослойных гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками SiGe. Изображения верхнего слоя, сделанные с помощью атомно-силовой микроскопии, показали, что наноостровки имели форму тетраэдральных пирамидок с размерами 30 нм в основе и 2 нм высотой. Средняя плотность их распределения по поверхности подложки составляла приблизительно 10^12 см^-2. Структуры исследовались с помощью спектроскопии фототока при 77 K в диапазоне hv от 0,29 эВ до 1,0 эВ. Наблюдались два пика продольного фототока с максимумами при 0,32 эВ и 0,34 эВ, которые объяснялись внутризонными переходами между локализированными состояниями в валентной зоне наноостровков. Наблюдался пик тока на кривой I–V фотополевой электронной эмиссии из квантовых точек, который мы связываем с резонансным туннелированием электронов из валентной зоны Si в вакуум через уровни квантования в квантовых точках. Внутризонные переходы с локализированных состояний в валентной зоне наноостровков Ge обуславливают фототок и фотополевую эмиссию электронов, наблюдаемые в гетероструктурах Si/Ge с квантовыми точками.

Lateral photoconductivity spectra and current-voltage characteristics of field-assisted photoemission from multilayer Ge/Si heterostructures with SiGe quantum dots (QDs) have been studied. Atomic force microscopy images of the top layer showed that nanoislands were tetrahedral pyramids by shape, about 30 nm in base and about 2 nm in height. Their average surface concentration is about 10^10 cm^-2. The photocurrent spectroscopy studies of the structures are carried out at a temperature of 77 K and in the quantum energy range from 0.29 to 1.0 eV. Two peaks of the lateral photocurrent with the maxima observed at 0.32 and 0.34 eV are explained by intraband transitions between localized states in the valence band of nanoislands. A peak observed in the I–V curve of the field-enhanced photoemission from QDs is associated with the resonant tunneling of electrons from the Si valence band into vacuum via quantized energy levels in QDs. The intraband transitions from localized states in the valence band of Ge nanoislands are found to be responsible for the photocurrent and the field-enhanced photoemission of electrons observed in the Si/Ge heterostructures with QDs under study.