Электронный транспорт в связанных квантовых ямах AlxGa1-xAs-GaAs-AlxGa1-xAs и GaAs-InyGa1-yAs-GaAs (1105302), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В работе показано, что эффект введения тонкогопотенциального барьера AlAs оказывается различным в различных структурах, сучетомреальногопрофилязоныпроводимости.Тонкиегетерослои,дополнительно выращиваемые в квантовой яме (барьер или потенциальнаявставка) дают возможность эффективно влиять на энергетический спектр иволновые функции электронов. В мелких КЯ GaAs/In0.12Ga0.88As/GaAs введениебарьера AlAs позволило существенно увеличить энергию оптических переходовбез ухудшения интенсивности фотолюминесценции. Результаты по получениюзаданных оптических свойств гетероструктурных квантовых ям имеют важноезначение для детектирования света различного диапазона и лазерной генерации.Апробация работы. Основные результаты данной работы докладывались нанаучных конференциях: Всероссийской Научной Конференции СтудентовФизиков8,Конференции2002,(Екатеринбург),студентовидипломаспирантов1йпостепени;Международнойфундаментальнымнаукам«ЛОМОНОСОВ-2002» (Москва); International Symposium on Nanostructures Nano2003, (St.
Petersburg); XXXIII совещании по физике низких температур, НТ-33,2003 (Екатеринбург); VI Российской конференции по физике полупроводников,2003 (Санкт-Петербург); International Workshop on Modulation Spectroscopy ofSemiconductorStructures,2004(Wroclaw);МеждународнойКонференциистудентов и аспирантов по фундаментальным наукам «ЛОМОНОСОВ-2004»5(Москва); International Symposium on Nanostructures Nano-2004 (St.
Petersburg); VIIРоссийскойконференциипофизикеполупроводников,2005(Москва);International Conference on Micro- and Nanoelectronics, ICMNE-2005, Звенигород,2005;5-йНациональнойсинхротронногоКонференцииизлучений,нейтроновпоиприменениюэлектроноврентгеновского,дляисследованийнаноматериалов и наносистем, РСНЭ-НАНО 2005, (Москва); 7-й молодежнойконференции по физике полупроводников и оптоэлектронике, 2005, (СанктПетербург), диплом 2й степени.Публикации. Содержание работы отражено в 21 публикации.
Список работприведен в конце автореферата.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав,заключенияиспискацитированнойлитературыиз190наименований.Диссертация содержит 182 страницы, включая 81 рисунок и 16 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность тематики диссертационной работы,описаны изучаемые объекты исследования, сформулированы цели и задачиработы, методы исследования, новизна и практическая значимость работы, атакже выносимые на защиту положения. Приводятся сведения об апробации исписок публикаций по теме работы.В первой главе приведен обзор литературы по физическим свойствамквантовыхямтеоретическиенаиосновесоединенийэкспериментальныеAIIIBV.данныеобПредставленыэнергетическомосновныеспектреэлектронов в квантовых ямах, структуре двумерных подзон, механизмахрассеяния двумерных электронов, электронном транспорте как в слабых, так и вквантующих магнитных полях.Описывается влияние тонкого барьера AlAs в квантовой яме наэнергетическийспектр,потенциалыоптическихфононов(вмоделидиэлектрического континуума) и на подвижность электронов при различнойширине КЯ.
Также рассматриваются механизмы рассеяния на ионизированныхпримесях и шероховатостях гетерограниц. Кратко описано применение структур вКЯ в новых приборах электроники и оптоэлектроники.6Вовторойглавеописаноизготовление,строениеиструктурнаяхарактеризация изучаемых образцов, а также методики их исследования. Описаноисследование толщин и состава слоёв структур методами масс-спектроскопиивторичныхионов,рентгеновскойдифрактометрииирефлектометрии.Рассказывается об использованных в работе методиках измерений температурныхзависимостейсопротивления,магнетосопротивленияиэффектаХолла.Приводится описание методик исследования гальваномагнитных эффектов принизких температурах, в том числе описаны две созданные установки дляизмерениятемпературныхОписываютсяметодикизависимостейполучениягальваномагнитныхспектровэффектов.фотолюминесценцииифотоотражения, схемы соответствующих экспериментальных установок.Ширина КЯ в образцах первого типа равнялась 13, 26 и 35 нм, а толщинабарьера AlAs – 1.8 нм.
Структуры были двусторонне модулированно-легированыкремнием. Ширина КЯ образцов второго типа равнялась 16 нм и 11 нм, барьераAlAs - 1 нм, вставки In0.7Ga0.3As - 1 нм. Образцы имели двустороннее дельталегированиечерезспейсеры8.5нм.Всильнолегированныхобразцахконцентрация легирования была в 3 раза больше, чем в умеренно легированных.Третья глава посвящена исследованию зонной структуры и оптическихсвойств квантовых ям AlxGa1−xAs/GaAs/AlxGa1−xAs и GaAs/InyGa1−yAs/GaAs. Дляисследованныхобразцовопределеныпространственныепрофилизоныпроводимости /валентной зоны, огибающих волновых функций (ВФ) электронов/дырок, размерно-квантованные уровни энергии, концентрация электронов вподзонах размерного квантования, с помощью решения самосогласованнойсистемы уравнений Шредингера и Пуассона. Показано, что из-за изгиба днаквантовой ямы вследствие электростатического потенциала распределенныхзарядов, центральный барьер AlAs приводит к качественно различномуизменению зонной структуры: в узкой КЯ AlxGa1−xAs/GaAs/AlxGa1−xAs – красщеплению подзоны КЯ на дублет с симметричной и антисимметричнойволновыми функциями, а в широкой – к локализации волновых функций вотдельные половины КЯ без значительного изменения энергии подзон.7В мелких и узких КЯ GaAs/InyGa1−yAs/GaAs (образцы второго типа), барьерAlAs приводит к увеличению уровней энергии подзон КЯ и уровня Ферми.
Этоприводит к образованию гибридных состояний с ВФ, распределенной как в КЯ,так и в легированных δ-слоях. Для сильнолегированных образцов профиль зоныпроводимости и волновые функции показаны на Рис. 1, образец 1 - с одиночнойКЯ,образец2-сбарьеромAlAs.Спомощьюанализаспектровфотолюминесценции при Т=77 К показано, чтовведениедажеприводиткпереходовразмерногопереходов,стольтонкогоувеличениюиз-заэнергииувеличенияквантования.наблюдаемыхбарьераAlAsоптическихэнергииуровнейСравнениеэнергиинаспектрахфотоотражения при комнатной температуре, сданными расчетапозволило изучить влияниеконцентрации легирования кремнием на зоннуюструктуру и оптические переходы в образцахРис.
1. Зона проводимости иволновые функции электроновв сильнолегированных образцахGaAs/In0.12Ga0.88As/GaAsпервого типа. С ростом уровня легированияпрофиль зон распрямляется, и переходы междуверхними дырочными и нижними электроннымиподзонами усиливаются из-за растущего перекрытия волновых функций.В четвёртой главе описывается электронный транспорт в квантующихмагнитных полях при низких температурах в исследованных структурах.Изучались осцилляции Шубникова – де Гааза (ШдГ) и квантовый эффект Холлапри температурах 0.25 – 4.2 К.
По Фурье-спектрам осцилляций ШдГ определеныконцентрации электронов с высокой подвижностью в подзонах размерногоквантования и значения квантовой подвижности. Экспериментальные данныеинтерпретируются при сравнении рассчитанных в главе 3 и измеренныхконцентраций электронов в подзонах. В образцах первого типа наблюдаетсянесколько частот осцилляций ШдГ, соответствующих нескольким заполненнымподзонам размерного квантования. С ростом ширины КЯ частота (и концентрацияв подзоне) увеличивается. В сильнолегированных образцах второго типа введениебарьера AlAs существенно уменьшает концентрацию электронов в подзоне с8высокой подвижностью, тогда как в умеренно легированных она уменьшаетсянезначительно.
Анализ зонной структуры показывает, что в образце 2 с барьеромнаблюдаемая в эффекте ШдГ концентрация соответствует электронам гибриднойподзоны с номером 2 (рис. 1). В образцах второго типа исследован диамагнитныйэффект ШдГ в сильном параллельном двумерному газу магнитном поле дляопределения концентрации электронов в верхних подзонах, имеющих болеенизкую подвижность электронов.В пятой главе описывается электронный транспорт в слабом магнитномполе: исследования температурных зависимостей сопротивления и холловскойподвижности и анализ влияния барьера AlAs или вставки In0.7Ga0.3As наэлектронные транспортные свойства.Вовсехобразцахнаблюдаетсяблизкоепервогоктипалинейномууменьшениесопротивления,увеличениеподвижностииприуменьшении температуры.
При низкихтемпературах небольшое возрастаниесопротивленияпроявлениюпроводимости.соответствуетквантовыхВведениепоправокбарьеракРис. 2. Температурные зависимостихолловской подвижности в образцах сКЯ Al0.22Ga0.78As/GaAs/Al0.22Ga0.78Asнеоднозначновлияетнаподвижностьэлектронов: в узкой КЯ 13 нм подвижность увеличивается (обр. 2-3), в КЯшириной 26 нм - несколько уменьшается (обр. 4-5), а в широкой КЯ 35 нм уменьшается (обр. 6-7, см. Рис. 2). Влияние барьера на подвижность сохраняется вшироком температурном интервале.Во всех образцах второго типа введение барьера AlAs толщиной 1 нмприводит к уменьшению холловской подвижности. Кроме того, сопротивлениеувеличивается, а подвижность уменьшается при понижении температуры, тогдакак в образцах с одиночной КЯ подвижность увеличивается при уменьшениитемпературы. В одиночных КЯ электроны локализованы в области КЯ и имеютвысокую подвижность при низких температурах.
Барьер приводит к образованиюгибридной волновой функции, амплитуда которой распределена как в области КЯ,так и в области дельта-слоя, и подвижность уменьшается за счет рассеяния на9ионизированных примесях (ИП). Расчет подвижности электронов при рассеяниина ИП, проведенный на основе данных о зонной структуре и ВФ, подтверждает,что в образцах второго типа с барьером AlAs рассеяние на ИП определяет низкуюподвижность электронов. В сильнолегированных образцах заполнены несколькоподзон (см. Рис. 1). Введение барьера приводит к перераспределениюэлектронной плотности: в подзонах дельта-слоев (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
