Диссертация (1149174)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиУДК 538.915Трифонов Артур ВалерьевичКОГЕРЕНТНАЯ И НЕКОГЕРЕНТНАЯ ДИНАМИКАЭКСИТОНОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХГЕТЕРОСТРУКТУРАХ С КВАНТОВЫМИ ЯМАМИСпециальность 01.04.10 —«Физика полупроводников»Диссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорИгнатьев Иван ВладимировичСанкт-Петербург20162ОглавлениеСтр.Введение . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Глава 1. Релаксация экситонов в полупроводниках приоптической накачке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1 Динамика релаксации экситонов в полупроводниках . . . . . .

. .1.1.1 Оптическая накачка объемных полупроводников игетероструктур с квантовыми ямами . . . . . . . . . . . . .1.1.2 Экситон-фононное взаимодействие . . . . . . . . . . . . . .1.1.3 Излучательная рекомбинация экситонов . . . . . . . . . . .1.1.4 Коррелированная электрон-дырочная плазма и экситоны .1.2 Квантовые биения в полупроводниках . . . . . .

. . . . . . . . . .1.2.1 Простейшее описание квантовых биений . . . . . . . . . . .1.2.2 Квантовые биения магнитоэкситонов . . . . . . . . . . . . .1.2.3 Квантовые биения между экситонами с легкой и тяжелойдырками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2.4 Интерференция поляризаций и квантовые биения . . . . .Глава2.12.22.32. Экпериментальные установки и образцы .

. . . . . .Образцы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Экспериментальная установка стационарной спектроскопииЭкспериментальная установка импульсной спектроскопии . .....Глава 3. Некогерентная динамика релаксации экситонов вполупроводниковых гетероструктурах . . . . . . . . .

.3.1 Спектры ФЛ, ВФЛ и отражения образца Р554 с одиночнойквантовой ямой InGaAs/GaAs. . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.1 Экситонные резонансы в спектрах ФЛ при различныхтемпературах и мощностях накачки . . . . . . . . . . .3.1.2 Кинетика экситонных состояний . .

. . . . . . . . . . .3.2 Обсуждение экспериментальных результатов . . . . . . . . . .3.3 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....41111121819222424263032....37373941. .43. .43....50545965....3Глава 4. Квантовые биения квантово-размерных экситонныхсостояний в гетероструктурах с квантовыми ямами .4.1 Наблюдение квантовых биений .

. . . . . . . . . . . . . . . . .4.2 Интерпретация наблюдаемого сигнала . . . . . . . . . . . . . .4.3 Теоретическая модель квантовых биений в сигналенакачка-зондирование для многоуровневой квантовой системы4.3.1 Положительные задержки . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.2 Отрицательные задержки .

. . . . . . . . . . . . . . . .. .. .. .676874. .. .. .798385Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87Список сокращений и условных обозначений . . . . . . . . . . . . .89Список литературы90. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . .4ВведениеПолупроводниковые гетероструктуры являются объектом интенсивныхисследований на протяжении уже нескольких десятилетий. Интерес к гетеро­структурам вызван, прежде всего, их разнообразными практическими приме­нениями. В частности, устройства на основе полупроводниковых гетерострук­тур, такие как полупроводниковые лазеры, светочувствительные элементы, сол­нечные панели, интегральные микросхемы, светодиоды и др. являются техно­логической основой уклада современного общества. Гетероструктуры играютнемаловажную роль и в фундаментальных исследованиях.Полупроводниковые гетероструктуры с квантовыми ямами представляютсобой практически идеальную модельную систему, что в совокупности с про­грессом в технологиях их изготовления, позволившим создавать практическибездефектные структуры, выделяет их из всех остальных гетероструктур.

Опти­ческие свойства гетероструктур с квантовыми ямами при низких температурахвблизи края фундаментального поглощения определяются в основном экситон­ными эффектами. Исследования динамики экситонной релаксации – важноенаправление исследований, как с практической точки зрения, так и с фунда­ментальной. Релаксационные процессы определяют многие параметры прибо­ров, и понимание механизмов релаксации и их скоростей является важным длясоздания конечных приборов.

Для фундаментальной науки изучение релакса­ции позволяет понять, какие именно физические процессы и в какой степениопределяют те или иные наблюдаемые явления. Исследованиям динамики экси­тонной релаксации в гетероструктурах посвящено огромное количество работ.Темпы роста количества таких работ в настоящее время демонстрируют "экспо­ненциальное"поведение несмотря на многолетнюю историю.

Это подтверждаетнезатухающий интерес исследователей к данной тематике.Появление в конце прошлого века импульсных лазеров, способных генери­ровать сверхкороткие импульсы длительностью меньше 1 пикосекунды, послу­жило толчком в исследовании сверхбыстрой динамики экситонной релаксации.Однако, имеющиеся на тот момент гетероструктуры с квантовыми ямами име­ли существенно более низкое качество по сравнению со структурами, которыеизготавливают в настоящее время. Невысокое качество гетероструктур прояв­5лялось как большая ширина экситонных линий в спектрах фотолюминесценциии отражения. Это было, в первую очередь, связано с большими флуктуациямитолщины и состава квантовых ям. Качество гетероструктур, доступных раз­личным исследователям, сильно отличалось, что приводило к несогласующим­ся данным, а порой даже противоречивым. Следует отметить, что флуктуациитолщины и состава квантовых ям приводят к локализации носителей и экси­тонов, вследствие чего рассматривать квантовую яму, как двумерную системуследует с большой осторожностью.

Несмотря на все трудности, основные про­цессы, ответственные за экситонную релаксацию, были рассмотрены еще в кон­це прошлого столетия. Однако, до сих пор нет точных количественных данных охарактерных скоростях релаксационных процессов, проходящих в гетерострук­турах с квантовыми ямами при оптической резонансной или нерезонансной на­качке.

Для получения количественных данных требуется тщательный выборвысококачественных образцов. Помимо этого, для экспериментального иссле­дования необходимо использовать весь набор доступного на сегодняшний деньсовременного экспериментального оборудования.Целью данной работы является исследование фундаментальных процес­сов, ответственных за экситонную релаксацию при резонансной и не резонанс­ной оптической накачке, в гетероструктурах рекордного качества.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:1.

Отобрать образец для исследований. При этом к исследуемому образцупредъявляются высокие требования к его морфологическому совершен­ству, однородности состава, толщинам слоев и качеству гетероинтерфе­сов.2. Исследовать некогернетную динамику экситонов при нерезонансной иквазирезонансной оптической накачке. Для этого требуется созданиеновых экспериментальных установок и модернизация имеющихся.3.

Исследовать когерентные эффекты, происходящие при резонансной оп­тической накачке. Когерентные эффекты могут проявляться в высоко­качественных структурах наиболее ярко.Основные положения, выносимые на защиту:1. В высококачественных квантовых ямах при малых плотностях накач­ки и низкой температуре наиболее эффективным процессом распада6основного экситонного состояния является излучательная рекомбина­ция, приводящая к его радиационному уширению. Для возбужденныхразмерно-квантованных экситонных состояний скорость радиационнойрелаксации существенно меньше, и на их уширение влияют другие ре­лаксационные процессы, в частности, рассеяние на акустических фоно­нах.2. На динамику излучающих экситонов существенно влияет резервуарнеизлучающих экситонов, плотность которых в высококачественных ге­тероструктурах может на несколько десятичных порядков превышатьплотность излучающих экситонов.

Населенность резервуара увеличи­вается при повышении температуры и увеличении плотности накачки.3. При когерентном возбуждении нескольких квантово-размерных экси­тонных состояний наблюдаются квантовые биения, связанные с кван­товой интерференцией этих экситонных состояний. Сигнал квантовыхбиений в эксперименте накачка-зондирование при положительных за­держках определяется осцилляциями коэффициента поглощения вовремени. При отрицательных задержках детектируемый сигнал биенийобусловлен интерференцией экситонной поляризации, созданной лучемзондирования, с поляризацией, созданной сигналом четырех-волновогосмешения.4.

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.

Список файлов диссертации