Анотація до роботи:

Коломис О.Ф. “Морфологія поверхні та оптичні властивості (In,Ga)As/GaAs та InAs/AlSb наноструктур”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2006.

В дисертації викладено результати комплексного дослідження оптичних та структурних властивостей багатошарових In_xGa_1-xAs/GaAs структур з квантовими точками і нитками та InAs/AlSb гетероструктур з квантовими ямами.

Запропонована покращена фізична модель процесу формування In_xGa_1-xAs квантових точок в багатошарових In_xGa_1-xAs/GaAs структурах, яка пояснює всі експериментально встановлені властивості спектрів фотолюмінесценції, комбінаційного розсіювання світла, рентгенівські і АСМ дані. Показано, що процес зародження In_xGa_1-xAs квантових точок (наноострівців) не зводиться до класичного механізму Странського-Крастанова, а суттєво модифікується процесами вертикальної сегрегації атомів індію і інтердифузії атомів галію.

Показано, що при ретельному підборі умов росту можна отримати латеральне впорядкування квантових точок при осадженні вже перших періодів багатошарової In_хGa_1-хAs/GaAs структури. При збільшенні кількості періодів структури ступінь латерального впорядкування і однорідності квантових точок покращується, що супроводжується збільшенням ступеня поляризації їх випромінювання.

Встановлено, що у випадку InSb-подібного інтерфейсу структури InAs/AlSb має місце зменшення концентрації і збільшення рухливості 2D електронів в InAs квантовій ямі. Вперше виявлені помітні зміни концентрації 2D електронів та їх взаємодії з LO-фононами InAs в залежності від енергії кванта збудження при низькій температурі.

1. Встановлено, що в багатошарових In_xGa_1-xAs/GaAs структурах 2D-3D перехід реалізується при номінальній концентрації індію, що перевищує . Отримані профілі розподілу індію в In_xGa_1-xAs шарах вздовж напряму росту структури. Результати структурних досліджень пояснені з врахуванням поверхневої сегрегації атомів індію і інтердифузії атомів галію із GaAs шарів при формуванні In_xGa_1-xAs КТ.

2. Використовуючи методи ФЛ і АСМ показано, що на початковому етапі 2D-3D переходу в In_0,28Ga_0,72As/GaAs структурі формуються два типа квантових структур: 3D-острівці збагачені індієм, які відповідальні за низькоенергетичну смугу випромінювання, та плоскі 2D-подібні острівці з меншою концентрацією індію, які обумовлюють високоенергетичну компоненту смуги ФЛ.

3. Запропонована в роботі фізична модель процесу формування In_xGa_1-xAs КТ в багатошарових In_xGa_1-xAs/GaAs структурах дозволяє адекватно пояснити отримані методами АСМ, ФЛ, КРС і рентгенівської дифракції експериметальні результати. Ця модель передбачає утворення на границі поділу гетероструктури двохмірного шару з пониженою концентрацією індію (х < 0,25) в порівнянні з середньою частиною In_xGa_1-xAs шару. Останнє зумовлене прагненням системи до зменшення невідповідності постійних ґраток між напруженим In_xGa_1-xAs шаром і розмежовуючим GaAs шаром за рахунок інтердифузії атомів галію та вертикальної сегрегації атомів індію. На початковому етапі формування (In,Ga)As КТ утворюються 2D плоскі острівці, які можна розглядати як прекурсори для зародження великих 3D-острівців.

4. Показано, що підбором умов росту (температура, швидкість осадження, номінальна товщина) можна отримати латеральне впорядкування КТ при осадженні вже перших періодів багатошарової In_хGa_1-хAs/GaAs структури. При збільшенні кількості періодів структури ступінь латерального впорядкування і однорідності КТ покращується, що супроводжується збільшенням ступеня поляризації випромінювання КТ. Механізми латерального впорядкування і оптичної анізотропії випромінювання In_хGa_1-хAs КТ пояснено на основі дії конкуруючих фізичних факторів: анізотропії деформаційного поля, поверхневої дифузії адатомів та пружної взаємодії сусідніх КТ.

5. Встановлено, що швидкий термічний відпал (ШТВ) In_хGa_1-хAs КН можна використовувати для покращення однорідності їх розмірів і підвищення ступеня лінійної поляризації випромінювання. Проведені дослідження показали перспективність використання ШТВ (In,Ga)As КН при створенні нових оптоелектронних пристроїв.

6. Показано, що резонансне КРС є ефективним методом дослідження 2D електронної плазми в InAs/AlSb наноструктурах. Встановлено, що у випадку InSb-подібного інтерфейсу має місце зменшення концентрації і збільшення рухливості 2D електронів в InAs КЯ, що особливо чітко проявилось при використанні МПЕ зі спеціальними перериваннями процесу росту структури на гетероінтерфейсі.

7. Встановлена резонансна поведінка інтенсивностей розсіювання низькочастотної змішаної з LO-фононом внутріпідзонної _- моди і неекранованої LO(InAs) моди при варіюванні енергії фотонів збудження в області резонансу з оптичною щілиною Е₁ в InAs. Вперше виявлені помітні зміни концентрації 2D електронів та їх взаємодії з LO-фононами InAs в залежності від енергії кванта збудження при низькій температурі.

Публікації автора:

1. Valakh M.Ya., Strelchuk V.V., Kolomys A.F., Hartnagel H.L., Sigmund J. Resonance Raman scattering by intersubband plasmon-phonon excitations in InAs/AlSb structures // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2003. – V. 6, № 3. – C. 287-293.

2. Стрельчук В.В., Кладько В.П., Валах М.Я., Мачулін В.Ф., Корчовий А.А., Коломис О.Ф., Гулє Є.Г., Masur Yu.I., Wang Z.M., Xiao M., Salamo G.J. Дослідження самоіндукованих квантових точок в In_хGa_1-хAs/GaAs багатошарових наноструктурах // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. – 2003. – Т. 1, № 1. – С. 309-327.

3. Валах М.Я., Стрельчук В.В., Коломыс А.Ф., Mazur Yu.I., Wang Z.M., Xiao M., Salamo G.J. Резонансное комбинационное рассеяние света и атомно-силовая микроскопия многослойных InGaAs/GaAs наноструктур с квантовыми точками // Физика и техника полупроводников. – 2005, Т. 39, Вып. 1. – С. 140-144.

4. Стрельчук В.В., Валах М.Я., Гуле Е.Г., Коломыс А.Ф., Лисица М.П., Mazur Yu.I., Wang Zh.M., Salamo G.J. Модификация свойств многослойных наноструктур (In,Ga)As/GaAs с квантовыми нитями при термическом отжиге // Нано- и микросистемная техника. – 2005. – V. 9. – C. 10-18.

5. Strelchuk V.V., Lytvyn P.M., Kolomys A.F., Lysytsya M.P., Valakh M.Ya., Mazur Yu.I., Wang Zh.M., Salamo G.J.. Radiation anisotropy and ordering effects inherent to quantum dots and wires in (In,Ga)As/GaAs nanostructures // Ukraine Journal Physics Optic. – 2005. – V. 6, № 2. – Р. 78-82.

6. Strelchuk V.V., Kladko V.P., Yefanov O.M., Gudymenko O.I., Valakh M.Ya., Kolomys A.F., Mazur Yu.I., Wang Z.M., Salamo G.J. Anisotropy of elastic deformations in multilayer (In,Ga)As/GaAs structures with quantum wires: X-ray diffractometry study // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2005. – V. 8, № 1. – P. 35-41.

7. Валах М.Я., Стрельчук В.В., Юхимчук В.О., Коломис О.Ф. Спектроскопія КРС і фотолюмінесценція Si⁺-імплантованих шарів GaAs орієнтації (100) і (211) // Матеріали IX Міжнародної конференції „Фізика і технологія тонких плівок”. – Яремча (Україна). –2003. – Т. 2. – С. 37-38.

8. Валах М.Я., Стрельчук В.В., Коломис О.Ф., Литовченко В.Г., Харнагель Х.Л., Зигмунд Й. Резонансное КРС на межподзонных плазмон-фононных возбуждениях // IV Міжнародна школа-конференція “Актуальні проблеми фізики напівпровідників” Тез.доповідей. – Дрогобич (Україна). – 2002. – С. 125-126.

9. Коломыс А.Ф. Проявление межподзонных плазмон-фононных возбуждений и особенностей интерфейсов в спектрах КРС структур InAs/AlSb с квантовымы ямами // Лашкарьовські читання для молодих вчених, присвячені 100-річчю з дня народження академіка В.Є. Лашкарьова. Збірник тез. – Київ (Україна). – 2003. – С. 27-29.

10. Валах М.Я., Стрельчук В.В., Коломис О.Ф., Masur Yu.I., Wang Z.M., Xiao M., Salamo G.J. Резонансное КРС и АСМ многослойных InGaAs/GaAs наноструктур с квантовыми точками // Нанофотоника. Інститут физики микроструктур. Материалы совещания. – Нижний Новгород (Россия). – 2004. – С. 29-32.

11. Стрельчук В.В., Валах М.Я., Литвин П.М., Коломис О.Ф., Мачулин В.Ф., Masur Yu.I., Wang Zh.M., Salamo G.J. Оптичні та АСМ дослідження самовпорядкування квантових точок в напівпровідникових In_xGa_1-xAs/GaAs структурах // Тез.конф. Нанорозмірні системи. Електронна, атомна будова та властивості (НАНСИС 2004). – Київ (Україна). – 2004. – С. 315.

12. Стрельчук В.В., Валах М.Я., Литвин П.М., Коломис О.Ф., Masur Yu.I., Wang Zh.M., Salamo G.J. Вертикальне та латеральне впорядкування квантових точок та квантових ниток в
    In_xGa_1-xAs/GaAs(100) багатошарових наноструктурах // Тез.конф. ІІ Українська Наукова конференція з фізики напівпровідників (УНКФН-2). – Чернівці-Вижниця (Україна). – 2004. – Т. 2. – С. 220-221.

13. Стрельчук В.В., Валах М.Я., Коломис О.Ф., Masur Yu.I., Wang Zh.M., Salamo G.J. Фотолюмінесцентні дослідження самовпорядкованих (InGa)As квантових точок вирощених на підкладках GaAs орієнтацій (100), (711)А/В, (511)А/В, (411)А/В, (311)А/В, (211)А/В // Тез. конф. ІІ Українська Наукова конференція з фізики напівпровідників (УНКФН-2). – Чернівці-Вижниця (Україна). – 2004. – Т. 1. – С. 212.

14. Strelchuk V.V., Kladko V.P., Kolomys A.F., Machulin V.F., Valakh. M.Ya. Vertical and lateral alignment and interdiffusion in multilayer In_хGa_1-хAs/GaAs (100) Nanostructures // E-MRS 2004 SPRING MEETING. – Strasbourg (France). – 2004. – T/PI.20.

15. Валах М.Я., Стрельчук В.В., Литвин П.М., К,оломис О.Ф., Mazur Yu.I., Wang Zh.M., Salamo G.J. Эффекты латерального упорядочения (In,Ga)As квантовых точек и нитей в многослойных (In,Ga)As/GaAs структурах на подложках ориентаций (100) и (N11) // Нанофотоника. Інститут физики микроструктур. Материалы совещания. – Нижний Новгород (Россия). – 2005. – С. 114-115.

16. Стрельчук В.В., Валах М.Я., Литвин П.М., Коломис О.Ф., Mazur Yu.I., Wang Zh.M., Salamo G.J. Анизотропия излучающих свойств и фононные спектры в пространственно-упорядоченных (In,Ga)As/GaAs наноструктурах // VI Международный украинско-российский семинар «Нанофизика и наноэлектроника». – Київ(Україна). – 2005. – С. 111-112.