Электронный транспорт в связанных квантовых ямах AlxGa1-xAs-GaAs-AlxGa1-xAs и GaAs-InyGa1-yAs-GaAs (1105302)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА______________________________________________________________ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиВАСИЛЬЕВСКИЙ Иван СергеевичЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ ВСВЯЗАННЫХ КВАНТОВЫХ ЯМАХAlxGa1–xAs/GaAs/AlxGa1–xAs и GaAs/InyGa1–yAs/GaAsСпециальность 01.04.09 −Физика низких температурАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наук___________________________________________________________МОСКВА – 2006Работавыполненанакафедрефизикинизкихтемпературисверхпроводимости физического факультета Московского государственногоуниверситета имени М.В.
Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Кульбачинский ВладимирАнатольевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Звягин Игорь Петрович;кандидат физико-математических наук,заведующий лабораториейАронзон Борис АроновичВедущая организация:ФИАН им.
П.Н. Лебедеваг. МоскваЗащита состоится “08” июня 2006 года в _16:00__ на заседанииДиссертационного совета Д.501.001.70 Московского государственного университетаимени М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские горы, МГУ,физический факультет, криогенный корпус, аудитория 2-05а.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.Автореферат разослан “_05_” _мая___ 2006 годаУченый секретарь Диссертационногосовета Д.501.001.70 МГУ им.
М.В. Ломоносовадоктор физико-математических наук,профессор2Г.С. ПЛОТНИКОВОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьтемыисследования.Квантовыеямы(КЯ)наосновеполупроводников АIIIBV представляют собой весьма интересные объектыисследований.Спомощьюсовременныхтехнологийудаетсяполучатьмногослойные структуры с контролируемым составом и толщиной слоев, чтопозволяет конструировать параметры зонной структуры и энергетический спектрносителей тока.
В квантовых ямах, вследствие ограничения носителей тока вузком слое, проявляется эффект размерного квантования, обуславливающийновые свойства двумерных носителей тока. Исследование свойств структур сквантовыми ямами весьма перспективно как с фундаментальной, так и спрактической точки зрения. В настоящее время такие структуры широкоиспользуются для создания фотодетекторов, лазеров, оптических модуляторов,мощныхбыстродейструющихтранзисторов.Исследуютсяособенностиэнергетического спектра носителей тока и оптические свойства, связанные сэффектом размерного квантования, явления туннелирования при транспорте токапоперек слоев структуры, различные механизмы рассеяния и их вклад вподвижность двумерных носителей тока. В подобных структурах обнаруженыкачественно новые явления, такие как целочисленный и дробный квантовыйэффект Холла в квантующих магнитных полях при низких температурах. Крометого, при низких температурах и в неквантующих магнитных полях интенсивноизучается влияние квантовых поправок к проводимости на транспорт носителейтока.
Интерференционная квантовая поправка обусловлена интерференциейносителей тока при их движении с возвратом к некоторой исходной точке (натраекториях с самопересечением). Величина поправки зависит от соотношениянеупругих и упругих актов рассеяния на актуальной траектории. Анализтемпературных зависимостей сопротивления и магнетосопротивления позволяетустановить время неупругой релаксации фазы, а также изучать процессырассеянияносителейтокасрелаксациейспина.Однако,большинствоисследователей используют упрощенные формулы для описания зависимостиинтерференционной квантовой поправки от магнитного поля, справедливые вслабых магнитных полях, в пределе диффузионного движения носителей.1В структурах со связанными квантовыми ямами возможен раздельныйзахват электронов и оптических фононов, так как электроны захватываются впотенциальной яме, а фононы - в гетерослоях различных полупроводниковыхматериалов.
В ряде теоретических работ предсказывается изменение электронфононного рассеяния в связанных квантовых ямах, образованных при введении вКЯ тонких гетерослоев. Это может при определенных параметрах КЯ приводитькак к уменьшению, так и к увеличению подвижности электронов. Для оценкиэффекта влияния вставок в КЯ тонких гетерослоев необходимо также учитыватьих влияние на зонную структуру, так как большинство гетероматериалов создаютдополнительный потенциальный барьер или потенциальную яму в КЯ.
Несмотряна обилие теоретических работ, посвященных этой проблеме, детальногоисследования латерального транспорта электронов в связанных КЯ до сих пор небыло проведено.Объекты исследования. В работе исследованы образцы с гетероструктурнымиквантовыми ямами (КЯ) двух типов, выращенные методом молекулярно-лучевойэпитаксии.ЭтоКЯAl0.22Ga0.78As/GaAs/Al0.22Ga0.78As(Iтип)иGaAs/In0.12Ga0.88As/GaAs (II тип) на подложках GaAs. Исследовались структуры сдополнительно выращенным в центре КЯ тонким слоем другого материала:барьер AlAs создает связанные квантовые ямы, вставка In0.7Ga0.3As образуетступенчатую квантовую яму.
Для сравнительного анализа исследовались такжеструктуры с одиночной КЯ соответствующей ширины. В образцах первого типаиспользовалось модулированное легирование, в образцах второго типа – дельталегирование кремнием для создания электронной проводимости. В образцахизменялись ширина квантовой ямы и концентрация легирования кремнием.Целью работы является: Установить эффективность влияния тонких слоев(барьера AlAs или потенциальной ямы In0.7Ga0.3As) в квантовых ямах различнойширины на зонную структуру и транспортные свойства электронов. Длясравнительного анализа исследовать структуры «КЯ с барьером» и «одиночнаяКЯ».
Исследовать температурные зависимости сопротивления и подвижностиэлектронов в изучаемых структурах.Для определения концентраций электронов в подзонах размерногоквантования,ихквантовойподвижности,2исследоватьосцилляциимагнетосопротивления в квантующем магнитном поле при низких температурах(эффект Шубникова-де Гааза).Исследовать отрицательное магнетосопротивление при низких температурахвобластипроявленияприменимостьквантовыхразличныхмагнетосопротивления:поправокподходовтеориюслабойккпроводимости.описаниюлокализацииСравнитьотрицательноговдиффузионномприближении и за диффузионным пределом.Исследовать плавную составляющую магнетосопротивления в такоммагнитном поле, в котором интерференционная квантовая поправка мала, аквантовые осцилляции еще не проявляются.Дляанализазоннойструктурыобразцовизучитьспектрыфотолюминесценции и фотоотражения в структурах со связанными квантовымиямами,провестисравнениеэтихэкспериментальныхданныхссамосогласованным расчетом зонной структуры.Положения, выносимые на защиту1) Обнаружен эффект увеличения подвижности электронов в узких КЯ иуменьшения подвижности в широких КЯ Al0.22Ga0.78As/GaAs/Al0.22Ga0.78As привведении тонкого барьера AlAs в центр КЯ.
Эффект изменения подвижностиобусловлен изменением пространственного профиля электронных волновыхфункций и эффективной ширины КЯ при введении барьера, что приводит кизменению форм-фактора рассеяния на оптических и акустических фононах.2) В мелких квантовых ямах GaAs/In0.12Ga0.88As/GaAs введение тонкогоцентрального барьера AlAs уменьшает подвижность и изменяет характер еетемпературной зависимости.
Барьер существенно изменяет пространственнуюконфигурацию волновых функций, приводя к образованию гибридных состоянийи изменению доминирующего механизма рассеяния. Из анализа температурныхзависимостей подвижности и сравнения их с расчетом показано, что в одиночнойКЯ доминирует рассеяние на акустических и оптических фононах, а в КЯ сбарьером AlAs - рассеяние на ионизированной примеси.3) В сильнолегированных КЯ GaAs/In0.12Ga0.88As/GaAs обнаружено уменьшениеконцентрации электронов при введении барьера AlAs, в подзоне КЯ с высокой3подвижностью. Показано, что при введении барьера подвижность электронов вподзоне КЯ уменьшается незначительно из-за эффективного экранированиярассеяниянаионизированныхпримесях,авподзонахдельта-слоев -увеличивается.4) При введении в центр КЯ GaAs/In0.12Ga0.88As/GaAs тонкой вставки In0.7Ga0.3As свысоким содержанием In наблюдается сильное уменьшение подвижностиэлектронов.
Показано, что в этом случае волновая функция электронов сильносжимается, и эффективная ширина квантовой ямы уменьшается. При этом растетрассеяние на шероховатостях границ и флуктуациях состава вставки In0.7Ga0.3As.5) Разработан эффективный метод расчёта интерференционной квантовойпоправки к проводимости, применимый как в диффузионном приближении, так иза диффузионным пределом. Метод основан на использовании установленной спомощью расчетов аналитической формулы для асимптотики интеграла,входящего в сумму ряда для вычисления поправки. Экспериментальные данныеописываются расчетными зависимостями в широком интервале магнитных полей.Показано,чтоприналичиислабойспиновойрелаксацииизанализаэкспериментальных данных определяется эффективное значение параметранеупругой релаксации фазы, которое связано с его истинным значением ипараметром спиновой релаксации.Научная новизнаПроведено систематическое исследование транспортных свойств электроновв квантовых ямах при введении в центр квантовой ямы тонких гетерослоев –потенциальных барьеров и вставок более глубокой узкой потенциальной ямы – вширокоминтервалетемпературимагнитныхполейсодновременнымэкспериментальным исследованием качества гетерограниц и ширины вставок cпомощью масс-спектроскопии вторичных ионов (ВИМС) и рентгеновскойдифрактометрии (ДРД).
Исследованы низкотемпературная фотолюминесценция,фотоотражение, транспорт и магнетотранспорт как в слабых магнитных полях,так и в квантующих.Проведены расчеты зонных диаграмм структур и волновых функцийэлектронов, а также расчеты подвижности электронов для различных механизмов4рассеянияивлияниянанеебарьеровивставокисравнениесэкспериментальными данными.Впервыеразработанединыйэффективныйметодрасчетаинтерференционной квантовой поправки к проводимости в широком интервалемагнитногополяипараметранеупругойрелаксациифазы.Полученыаппроксимации, существенно упрощающие численные расчеты при сохранениивысокой точности. Показано, что разработанный метод позволяет хорошо описатьэкспериментальные данные по отрицательному магнетосопротивлению задиффузионным пределом.Практическая значимостьРезультатыработыможноиспользоватьприпроектированииоптимизированных структур с высокой подвижностью и, одновременно,концентрацией двумерного газа.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
