Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проведены экспериментальные исследования процессов формирования капельных наноструктур In(Ga) на структурированных поверхностях, модифицированных с использованием капельного травления, а также комбинации капельного травления с ионно-лучевой обработкой. Установлены закономерности влияния морфологии модифицированной поверхности и режимов капельной эпитаксии на параметры наноструктур In(As), в т.ч. упорядоченные их массивы. Обнаружено, что использование структурированной поверхности позволяет стабилизировать процесс капельной эпитаксии, расширяя диапазон допустимых значений фонового давления As. Проведены экспериментальные исследования процессов кристаллизации капельных наноструктур In(Ga) на модифицированных различным путем поверхностях GaAs. Установлены закономерности влияния особенностей морфологии и параметров кристаллизации на параметры наноструктур In(As) с учетом параметров исходного массива капельных структур. Показано, что большой объем исходной капли приводит к образованию "паразитных" кристаллических структур вне целевых углублений вне зависимости от способа модификации поверхности. Показано, что в случае капельной эпитаксии параметры локализованных наноструктур InAs практически не зависят от параметров сформированной морфологии, а задаются объемом исходной капли, темпом кристаллизации и длительностью отжига. Показана возможность получения оптически активных КТ InAs, излучающих в диапазоне 900 – 1050 нм при 5 К. Проведены экспериментальные исследования особенностей процессов кристаллизации капельных наноструктур In в условиях обогащения поверхности Ga(Al)As металлической компонентой (Ga). Показано, что в отсутствии резервуара Ga формирование капельных структур In эффективно подавлено в плоть до толщины 4 МС в следствие диффузионного распада капельных структур. Резервуар Ga на поверхности в виде наноразмерных капель, захватывающих избыточный As, приводит к повышению вероятности формирования наноструктур In и InAs. Показано, что плотность In-наноструктур зависит от плотности Ga-наноструктур и времени экспозиции поверхности между осаждениями различных металлических компонент. Определены условия формирования низкоплотных (на уровне 1е+8 см-2) КТ, излучающих в диапазоне 850 – 880 нм (при 5 К), спектр которых представляет собой хорошо обособленные отдельные узкие линии. Установлены экспериментальные закономерности влияния морфологии упорядоченно-структурированной поверхности, модифицированной в рамках подхода на основе комбинации ФИП-обработки и капельного травления, на процессы формирования КТ In(Ga)As методами капельной эпитаксии и по механизму Странского-Крастанова. Обнаружено, что параметры рельефа не оказывают влияния не спектральные характеристики КТ. Продемонстрирована возможность использования предлагаемых подходов для формирования одиночных КТ спектрального диапазона 930 – 950 нм в фиксированных положениях на поверхности различной плотности. Показана возможность контролируемого получения одиночных КТ с шириной линии излучения на уровне 100 – 150 мэВ. Экспериментально обнаружено существенное влияние отношения V/III на процессы трансформации InAs КТ в ходе заращивания для формирования гетероструктуры и необходимость оптимизации данного параметра для получения структур с высоким оптическим качеством материала. Смещение данного параметра относительно оптимального значения в большую или меньшую сторону приводит не только к снижению интенсивности ФЛ КТ (вплоть до полного исчезновения), но и коротковолновому сдвигу спектра ФЛ, что говорит об эффективном уменьшении размеров КТ и/или уменьшению содержания InAs в них. Предложены механизмы, объясняющие наблюдаемые эффекты, обусловленные влиянием процессов сегрегации атомов In в процессе заращивания и преимущественным направлением их транспорта. Показано, что оптимизация режимов заращивания позволяет не только обеспечить возможность получения длинноволновых КТ, но и максимизировать оптическое качество растущего материала. Обнаружена принципиальная разница в поведении наноструктур InAs на гладкой и структурированной поверхности и предложены соответствующие механизмы трансформации наноструктур в ходе заращивания. Показано, что на плоских поверхностях, вне зависимости от размерности структуры увеличение скорости заращивания приводит к длинноволновому сдвигу соответствующих линий в спектрах ФЛ, в то время как снижение – к уменьшению размеров наноструктур вплоть до полного их "растворения" и размыванию гетероинтерфейсов. В спектрах ФЛ это проявляется в выраженном коротковолновом сдвиге и снижении интенсивности линий структур InAs. В то же время, на структурированной поверхности подавление латерального транспорта сегрегирующих атомов In с ростом скорости заращивания приводит к эффективному уменьшению размеров КТ и плейтлетсов из-за отсутствия компенсации потерь In на вертикальный транспорт и, соответственно, коротковолновому сдвигу спектра ФЛ. Проведены теоретические исследования в рамках DFT-подхода особенностей процессов капельной эпитаксии на As- и Ме-стабилизированных поверхностях переменного состава AlGaAs, включающие оценку изменения поверхностного заряда для систем различной конфигурации. Показано, что в случае адсорбции In на As-терминированной Al-содержащей поверхности электронная плотность смещается к соседним слоям As, делая суммарный заряд верхних двух слоёв заметно более положительным, что приводит к образованию более прочных связей по мере увеличения доли Al. В случае Me-терминированных поверхностей атомы смачивающего слоя In в ходе релаксации образуют димерные ряды с приблизительно равным зарядом, в результате чего поверхностный заряд преимущественно определяется атомами As, которые в ходе взаимодействия с нижележащими слоями Ga/Al, приобретают отрицательный заряд, пропорциональный содержанию Al, в результате чего взаимодействие адсорбирующихся атомов In с подложкой ослабляется. Разработана методика получения позиционируемых КТ в системе In(Ga)As/GaAs на подложках GaAs(001), структурированных с использованием трех различных подходов: капельного травления, капельного травления и ФИП-модификации, а также управляемого термического разложения поверхности, обеспечивающая возможность получения КТ по механизму Странского-Крастанова и капельной эпитаксии в диапазоне плотностей 1Е+8 – 1Е+10 см-2, излучающих в диапазоне 900 – 1050 нм. Достигнуты значения ширины линий локализованных КТ на уровне 100 – 150 мэВ, что при дальнейшей оптимизации позволяет использовать их для создания источников квантового излучения.