Источники одиночных фотонов на основе полупроводниковых нитевидных нанокристаллов со встроенными квантовыми точками (заключительный)

При перекрытии заслонки А1 на 30 сек в AlxGa1-xAs ННК (x = 0,4) формируются вставки GaAs с максимумом линии ФЛ 810 нм при температуре измерений 5 К, что практически совпадает с линией ФЛ объемного GaAs (818 нм). При формировании 10 вставок GaAs в AlxGa1-xAs ННК (x = 0,3) путем последовательного перекрытия 10 раз заслонки А1 на 15 сек с интервалами 10 секунд и 45 секунд наблюдалось увеличение на несколько порядков интенсивности сигнала ФЛ от КТ без увеличения полуширины на полувысоте линии ФЛ. Эти результаты показывают возможность встраивания нескольких КТ GaAs в один ННК без значительного разброса по размерам. Таким образом, проведенные исследования показали, что самокаталитический рост не подходит для создания ИОФ с излучением на заданной длине волны. Синтез AlGaAs/GaAs/AlGaAs ННК на согласованной подложке GaAs не привел к улучшению оптических свойств GaAs КТ по сравнению с подложкой кремния. Поэтому дальнейшие исследования по синтезу AlGaAs ННК проводились на значительно более дешевых подложках кремния, что соответствует одному из важнейших направлений проекта, а именно реализации ИОФ на кремниевой платформе. В ходе выполнения работ на первом этапе была продемонстрирована возможность уменьшения диаметров ННК вплоть до 10 нм с помощью их термического разложения. Показано, что в зависимости от условий отжига может происходить увеличение длины ННК, а также модификация их формы. В частности, отжиг ННК в присутствии мышьяка может привести к формированию ННК внешне, напоминающих форму бутылки. При этом отжиг в высоком вакууме способствует формированию модулированных по диаметру ННК. Обнаружено, что дефекты упаковки кристаллической структуры вдоль ННК являются одной из основных причин селективного разложения и, соответственно, формирования сегментов с меньшим диаметром. В ходе выполнения 1 этапа данного проекта впервые были синтезированы массивы AlxGa1-xAs с номинальным составом x = 0,7 и x = 0,8. Изучена роль E1_2-центров в формировании фотоотклика ансамбля радиальных нитевидных нанокристаллов GaAs/AlxGa1-xAs (x = 0,3) n-типа, выращенных с помощью метода молекулярно-пучковой эпитаксии на кремниевой подложке p-типа. Обнаружено значительное уменьшение времени восстановления фотоотклика нитевидных нанокристаллов по сравнению с объемным кристаллом при переходе E1-2-центра из нефотоактивного в основное состояние. Для AlGaAs ННК с составом x = 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 была исследована кристаллическая структура методом просвечивающей электронной спектроскопии с высоким разрешением. Оказалось, что все массивы ННК имеют вюрцитную кристаллическую структуру. Проведено моделирование ширины запрещенной зоны AlGaAs в вюрцитной фазе. Впервые была получена эмпирическая формула ширины запрещенной зоны вюрцитного AlGaAs с различным составом по Al. Проведены спектрокинетические исследования серии образцов с ННК на основе AlGaAs со структурой "ядро-оболочка"; измерены спектры и кинетика ФЛ массивов ННК в зависимости от температуры и плотности мощности возбуждения. Получено, что гетероструктурные HHKAlGaAs/GaAlAs, сформированные на подложке Si(111), демонстрируют люминесцентные свойства, характерные для гетероструктур 11-го типа (с разделением зарядов и непрямыми в пространстве излучательными переходами). Полученные экспериментальные результаты сопоставлены с расчетными данными, полученными с помощью моделирования зонной структуры методом k*p. Отработана технология роста AlGaAs ННК для получения массива однородных по геометрическим параметрам ННК, включающая несколько этапов: 1) получение однородного массива капель катализатора (в данном случае золота) заданной поверхностной плотности и размеров, поскольку это задает диаметр, дисперсию по размерам и плотность будущего массива ННК; 2) подбор температурного режима роста ННК при заданных потоках Al, Ga, As, определяющих состав будущих ННК. Получение однородного массива ННК гарантирует формирование в дальнейшем одинаковых по характеристикам квантовых точек в теле ННК. Разработаны методы формирования приборных структур на основе AlGaAs нитевидных нанокристаллов, в том числе технологии нанесения контактов к одиночным ННК для исследования электрических свойств ННК. Исследованы морфологические, структурные и оптические свойства образцов. На подложках кремния были синтезированы три образцы AtGaAs легированные Si состав по А1 = 0,3. В ходе выполнения 3 этапа проекта была предложена модель самопроизвольного формирования структуры ядро-оболочка в ходе аксиального роста (In,Ga)As нитевидных нанокристаллов при синтезе методом молекулярно-пучковой эпитаксии без независимого бокового роста. В рамках предложенной модели рассчитано распределение In поперек оси нитевидного нанокристалла, что в точности согласуется с экспериментальными наблюдениями.