Электронный транспорт в связанных квантовых ямах AlxGa1-xAs-GaAs-AlxGa1-xAs и GaAs-InyGa1-yAs-GaAs (1105302), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1, подзоны номер 1 и 2 вобр. 1, 0 и 1 в обр. 2) конентрация и подвижность электронов возрастает, а вподзонах КЯ - уменьшаются (номер 0 в обр. 1, номера 2 и 3 в обр. 2). Расчетрассеяния на ИП показывает, что наибольшую подвижность в обр. 2 имеютэлектроны гибридной подзоны КЯ с номером 2. В гибридных подзонахподвижность остается высокой из-за эффективного экранирования кулоновскогопотенциала ИП электронами, заполняющими подзоны в дельта-слоях.Тонкая вставка 1 нм In0.7Ga0.3As в центре КЯ GaAs/In0.12Ga0.88As/GaAsприводит к сильному увеличению сопротивления и уменьшению подвижностиэлектронов.
Сопротивление образца возрастает при понижении температуры,причем логарифмический спад проводимости соответствует вкладу квантовыхпоправок к проводимости, которые в этом случае определяют температурнуюзависимость сопротивления. Расчет зонной структуры показал, что тонкаяпотенциальная яма, образованная вставкой In0.7Ga0.3As, приводит к сжатию ВФ вцентре КЯ, что уменьшает эффективную ширину КЯ. В столь тонком слоеIn0.7Ga0.3As велики флуктуации состава и толщины слоя, что приводит к низкойподвижности электронов в данном образце.В шестой главе описан новый метод расчета интерференционной квантовойпоправки к проводимости в широком интервале магнитного поля, описываютсяэкспериментальныеданныепоотрицательномумагнетосопротивлениювисследованных структурах и проводится сравнение данных с расчетом.Несобственный интеграл Pn в формуле Дьяконова для вычисленияинтерференционной квантовой поправки в произвольном магнитном поле,представляется в виде конечной суммы функций параболического цилиндра спомощью разложения полинома Лагерра.
Используя этот способ, былоисследовано поведение интеграла Pn в зависимости от n, обнаружен простойаналитический вид асимптотики при n→∞ с тремя членами разложения по10степеням 1 / n : Pn → 1 / 2 xn (exp{a(q )b( q )(1 +)} , где q = (1 + β) 2 / x . Этоnnпозволяет при расчете квантовой поправки ∆σ(х) в заданном безразмерноммагнитном поле х существенно сузить актуальную область численногоинтегрирования для нахождения Pn . С помощью рассчитанных зависимостей∆σ(х)проанализированыэкспериментальныеданныепоотрицательномумагнетосопротивлению в исследованных структурах.
Монотонная квадратичнаясоставляющаямагнетосопротивления,2.72локализации, вычиталась. На Рис. 31.00приведеноизменениепроводимостиобразца 5 второго типа в зависимости от∆{1/ρ} (G0)не связанная с разрушением слабоймагнитного поля х, а также линиями0.370.140.055V0.02β φ =0.070.01Btr=0.032показаны расчетные зависимости ∆σ(х)дляразличныхзначенийпараметранеупругой релаксации фазы βϕ , пунктиромпоказаналиния,дающаянаилучшее0.1110100x (B/Btr )Рис. 3. Изменение проводимости вмагнитном поле для образца 5 второготипа (квадраты) Сплошные линии данные расчетасоответствие с экспериментом. Хорошее согласие экспериментальных данных срасчетом наблюдается вплоть до сильных магнитных полей (х~10÷100), то есть задиффузионным пределом.
При наличии слабой спиновой релаксации (βS < βϕ)дополнительныймаксимумположительногомагнетосопротивлениянепроявляется, поэтому из аппроксимации экспериментальных зависимостейизвлекается не βϕ , а эффективный параметр β* =βϕ +2βS. Данная формуласложения следует из разложения функции F(x, β), область ее применимости былаустановлена с помощью расчетов.
Для βϕ < 0.1 и βS < βϕ эта формула даетотклонение не более 10% в ∆σ(х), для меньших βϕ согласие улучшается.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1) В работе изучено влияние тонкого барьера в центре квантовой ямы налатеральный транспорт электронов. Исследовались образцы двух типов: сгетероструктурнымиквантовымиямамиAlxGa1−xAs/GaAs/AlxGa1−xAsиGaAs/InyGa1−yAs/GaAs. Измерялись температурные зависимости сопротивления,11холловской подвижности и концентрации, магнетосопротивление как в слабых,так и в квантующих магнитных полях до 40 Тл, квантовый эффект Холла иэффект Шубникова- де Гааза в интервале температур 0.3 К<Т<4.2 К.
Кроме этого,исследовались спектры фотолюминесценции, фотоотражения и проводилисьструктурные исследования методами масс-спектроскопии вторичных ионов,рентгеновской дифрактометрии и рефлектометрии для определения толщины,состава и кристаллического совершенства слоев.2) Обнаружен эффект увеличения подвижности электронов при введениибарьера AlAs в центр узкой КЯ Al0.22Ga0.78As/GaAs/Al0.22Ga0.78As, и уменьшенияподвижности при введении такого барьера в широкую КЯ. Изменениеподвижности при введении барьера сохраняется в широком интервале температури характерно для рассеяния электронов как на акустических, так и на оптическихфононах.Эффектизмененияподвижностиобусловленизменениемпространственного профиля электронных волновых функций и эффективнойширины КЯ при введении барьера, что приводит к изменению форм-факторарассеяния на оптических и акустических фононах.В образцах с неглубокой квантовой ямой GaAs/In0.12Ga0.88As/GaAsвведение барьера AlAs приводит к уменьшению подвижности электронов иизменениюподвижности,характератаккактемпературныхбарьерзависимостейсущественноизменяетсопротивленияипространственнуюконфигурацию волновых функций, приводя к образованию гибридных состояний,для которых волновые функции распределены как в КЯ, так и в дельталегированных слоях.
Изменение конфигурации волновых функций приводит кизменению доминирующего механизма рассеяния: в одиночной КЯ доминируетрассеяние на акустических и оптических фононах, а в КЯ с барьером AlAs рассеяние на ионизированной примеси.3) Дополнительная потенциальная яма, образованная вставкой In0.7Ga0.3Asтолщиной 1нм в центре КЯ GaAs/In0.12Ga0.88As/GaAs, приводит к сильномууменьшению подвижности электронов. В этом случае волновая функцияэлектронов локализуется в области вставки, и эффективная ширина квантовойямы уменьшается. Эффект уменьшения подвижности обусловлен ростомрассеяния на шероховатостях границ и флуктуациях состава вставки In0.7Ga0.3As.124) В сильнолегированных КЯ GaAs/In0.12Ga0.88As/GaAs при введениибарьера AlAs концентрация электронов в подзоне КЯ уменьшается, а в подзонахдельта–слоев увеличивается.
С помощью расчетов подвижности и анализахолловских величин показано, что подвижность электронов в верхней гибриднойподзоне КЯ остается высокой, так как заполненные электронами подзоны вдельта-слоях эффективно экранируют рассеяние на ионизированных примесях.Эффект проявляется в значительном уменьшении частоты осцилляций в эффектеШубникова – де Гааза от подзоны КЯ с высокой подвижностью электронов.5) Исследовано влияние квантовых поправок к проводимости натемпературные зависимости сопротивления. Показано, что в образцах сневысокой проводимостью температурная зависимость сопротивления в широкоминтервалетемпературинтерференционнойопределяетсяквантовойтемпературнойпоправки.Призависимостьюуменьшениитемпературывеличина поправки сравнивается с друдевской проводимостью, и сопротивлениеобразца логарифмически возрастает.6) Исследование спектров низкотемпературной фотолюминесценции дляКЯ GaAs/In0.12Ga0.88As/GaAs показало, что введение барьера приводит кувеличению энергии основного перехода и исчезновению дополнительногоперехода.
Это обусловлено увеличением энергии нижней электронной подзоныКЯ и уменьшением энергии подзон дельта-слоев. Исследовано влияние уровнялегирования на зонную структуру и на спектры фотоотражения для КЯAl0.22Ga0.78As/GaAs/Al0.22Ga0.78As.изменениеэнергиииСравнениеинтенсивностисрасчетамиоптическихпоказывает,переходовсвязаночтосраспрямлением профиля зон и увеличением вероятности переходов междунижними электронными и верхними дырочными состояниями.7) 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,входящеговсуммуэкспериментальныхрядаданныхподлявычисленияотрицательномупоправки.Сравнениемагнетосопротивлениювисследованных образцах с результатами расчета показывает, что данные хорошо13описываются 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.СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИОсновные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:1.И.
С. Васильевский, А. В. Деркач; «Электронный транспорт в квантовых ямахAlGaAs/GaAs/AlGaAs с барьером AlAs в середине», Всероссийская НаучнаяКонференция Студентов-Физиков 8, сб. тезисов, стр. 170-171 (2002)2.И. С. Васильевский, А. В. Деркач; «Подвижности электронов в квантовыхямах AlGaAs/GaAs/AlGaAs с центральным барьером AlAs», МеждународнаяКонференциястудентовиаспирантовпофундаментальнымнаукам«ЛОМОНОСОВ-2002», сб. тезисов, стр. 203-204 (2002)3.Г. Б.
Галиев, В. Э. Каминский, В. Г. Мокеров, В. А. Кульбачинский, В. Г.Кытин, Р. А. Лунин, И. С. Васильевский, А. В. Деркач;«Исследованиеэлектронного транспорта в связанных квантовых ямах с двухстороннимлегированием», ФТП, том 37, вып 6, стр. 711-716 (2003)4.V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, I.S. Vasil'evskii; «Peculiarities of electrontransport in the coupled AlGaAs/GaAs quantum wells with central AlAs barrier»,Int. J.
of Nanoscience, 2 (6), p. 565-573 (2003)5.V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, I.S. Vasil'evskii, G.B. Galiev, V.G. Mokerov, V.E.Kaminskii; «Peculiarities of electron transport in the coupled AlGaAs/GaAsquantum wells with central AlAs barrier», proceedings of 11th Int. Symposium onNanostructures Nano-2003, p. 402-403 (2003)6.L.P. Avakyants, P.Yu.
Bokov, A.V. Chervyakov, G.B. Galiev, E.A. Klimov, I.S.Vasil’evskii; «Room temperature photoreflectance investigation of undoped anddoped GaAs/AlGaAs quantum well structures», Proc. SPIE, vol. 5401, p. 605-607(2003)7.Р. А. Лунин, В. А. Кульбачинский, И. С. Васильевский, Г. Б. Галиев, В. Э.Каминский, П.В.
Гурин; «Подвижность электронов в связанных квантовыхямах AlGaAs/GaAs, разделённых барьером AlAs», XXXIII совещание пофизике низких температур, НТ-33, сб. трудов, стр. 298-299 (2003)148.Г. Б. Галиев, В. Э. Каминский, В. А. Кульбачинский, Р. А. Лунин, И. С.Васильевский;«Отрицательноемагнетосопротивлениевселективнолегированных гетероструктурах AlGaAs/GaAs/AlGaAs/GaAs», VI Российскаяконференция по физике полупроводников, сб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
