Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН

П. А. Кучинская, В. А. Зиновьев, В. А. Армбристер

Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Новосибирский государственный университет

А. В. Ненашев, В. А. Володин, А. В. Двуреченский

Представлены результаты экспериментального исследования формирования методом молекулярно−лучевой эпитаксии SiGe−колец нанометрового размера на поверхности Si(100). Детальная форма и распределение по размерам выращенных наноколец исследованы методом атомно−силовой микроскопии. Элементный состав определен методом комбинационного рассеяния света. Среднее содержание германия в нанокольцах составило 37 % для температуры формирования 680 °С. Полученные данные о геометрии и составе сформированных наноструктур использованы при проведении расчета 6−зонным k × р−методом энергетического спектра и распределения плотности заряда дырочных состояний, локализованных на квантовых кольцах SiGe, встроенных в Si−матрицу. Показано, что гетероструктуры с квантовыми SiGe−кольцами являются перспективными объектами для создания устройств, способных детектировать электромагнитное излучение в терагерцовом и инфракрасном диапазоне длин волн.

Работа выполнена при финансовой поддержке СО РАН (проект № 146 «Наноструктуры с Ge/Si квантовыми точками и кольцами для детектирования терагерцового излучения»).

1. Lorke, A. Spectroscopy of nanoscopic semiconductor rings / A. Lorke, R. J. Luyken, A. O. Govorov, J. P. Kotthaus, J. M. Garcia, P. M. Petroff // Phys. Rev. Lett. − 2000. − V. 84. − Р. 2223—2226.
2. Kleemans, N. A. J. M. Oscillatory persistent currents in self−assembled quantum rings / N. A. J. M. Kleemans, I. M. A. Bominaar−Silkens, V. M. Fomin, V. N. Gladilin, D. Granados, A. G. Taboada, J. M. Garcι´a, P. Offermans, U. Zeitler, P. C. M. Christianen, J. C. Maan, J. T. Devreese, P. M. Koenraad // Ibid. − 2007. − V. 99. − P. 146808.
3. Saiga, Y. Ground−state properties of quantum rings with a few electrons: magnetization, persistent current, and spin chirality / Y. Saiga, D. S. Hirashima, J. Usukura // Phys. Rev. B. − 2007. − V. 75. − P. 045343.
4. Kuroda, T. Optical transitions in quantum ring complexes / T. Kuroda, T. Mano, T. Ochiai, S. Sanguinetti, K. Sakoda, G. Kido, N. Koguchi // Ibid. − 2005. − V. 72. − P. 205301.
5. Huang, G. A quantum ring terahertz detector with resonant tunnel barriers / G. Huang, W. Guo, P. Bhattacharya, G. Ariyawansa, A. G. U. Perera // Phys. Rev. Lett. − 2009. − V. 94. − P. 101115.
6. Lee, C.−H. SiGe nanorings by ultrahigh vacuum chemical vapor deposition / C.−H. Lee, Y.−Y. Shen, C. W. Liu, S. W. Lee, B.−H. Lin, C.−H. Hsu // Appl. Phys. Lett. − 2009. − V. 94. − P. 141909.
7. Li, F. H. Shape preservation of self−assembled SiGe quantum rings during Si capping / F. H. Li, Z. S. Tao, J. Qin, Y. Q. Wu, J. Zou, F. Lu, Y. L. Fan, X. J. Yang, Z. M. Jiang // Nanotechnology. − 2007. − V. 18. − P. 115708.
8. Stoffel, M. Composition and strain in SiGe/Si(001) «nanorings» revealed by combined x−ray and selective wet chemical etching methods / M. Stoffel, A. Malachias, A. Rastelli, T. H. Metzger, O. G. Schmidt // Appl. Phys. Lett. − 2009. − V. 94. − P. 253114.
9. Востоков, Н. В. Влияние скорости осаждения Ge на рост и фотолюминесценцию самоформирующихся островков Ge(Si)/Si(001) / Н. В. Востоков, Э. Ф. Красильник, Д. Н. Лобанов, А. В. Новиков, М. В. Шалеев, А. Н. Яблонский // Физика твердого тела. − 2005. − Т. 47, вып. 1. − С. 41—43.
10. Востоков, Н. В. Низкоэнергетическая фотолюминесценция структур с GeSi/Si(001) самоорганизующимися наноостровками / Н. В. Востоков, Ю. Н. Дроздов, Д. Н. Лобанов, А. В. Новиков, М. В. Шалеев, А. Н. Яблонский // Письма в ЖЭТФ. − 2002. − Т. 76, вып. 6. − С. 425—429.
11. Ross, E. M. Coarsening of self−assembled Ge quantum dots on Si(001) / E. M. Ross, J. Tersoff, R. M. Tromp. // Phys. Rev. Lett. − 1998. − V. 80, N 5. − P. 984—987.
12. Floro, J. A. SiGe island shape transitions induced by elastic repulsion / J. A. Floro, G. A. Lucadamo, E. Chason, L. B. Freund, M. Sinclair, R. D. Twesten, R. Q. Hwang // Phys. Rev. Lett. − 1998. − V. 80, N 21. − P. 4717—4720.
13. Floro, J. A. S Dynamic self−organization of strained islands during SiGe epitaxial growth / J. A. Floro, E. Chason, M. B. Sinclair, L. B. Freund, G. A. Lucadamo. // Appl. Phys. Lett. − 1998. − V. 73, N 7. − P. 951—953.

14. Shchukin, V. A. Spontaneous ordering of arrays of coherent strained islands / V. A. Shchukin, N. N. Ledentsov, P. S. Kop’ev, D. Bimberg // Phys. Rev. Lett. − 1995. − V. 75, N 16. − P. 2968.
15. Capellini, G. Self−ordering of a Ge island single layer induced by Si overgrowth / G. Capellini, M. De Seta, F. Evangelisti, V. A. Zinovyev, G. Vastola, F. Montalenti, L. Miglio // Phys. Rev. Lett. − 2006. − V. 96. − P. 106102.
16. Володин, В. А. Определение из данных спектроскопии комбинационного рассеяния света состава и деформаций в наноструктурах на основе Ge_xSi_1−x с учетом вклада гетерограницы / В. А. Володин, М. Д. Ефремов, А. И. Якимов, Г. Ю. Михалев, А. И. Никифорова, А. В. Двуреченский // ФТП. − 2007. − Т. 41, вып. 8. − С. 950—954.
17. Володин, В. А. Определение состава и механических деформаций в Ge_xSi_(1−x)−гетероструктурах из данных спектроскопии комбинационного рассеяния света: уточнение параметров модели / В. А. Володин, М. Д. Ефремов, А. С. Дерябин, Л. В. Соколов // ФТП. − 2006. − Т. 40, вып. 11. − С. 1349—1355.
18. Цидильковский, И. М. Электроны и дырки в полупроводниках. Энергетический спектр и динамика − М. : Наука, 1972. − С. 640.