Эффекты междолинного смешивания в полупроводниковых гетероструктурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО - ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф. Иоффе

На правах рукописи

Ргв о„

' 5 са 95.;

Киселев Андрей Анатольевич

ЭФФЕКТЫ МЕЖДОЛИННОГО СМЕШИВАНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ

(01.04.10 — физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 19!М

-а-

Работд выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе Российской Академии наук.

Научный руководитель — доктор физико-математических наук

Е.Л. ИВЧЕНКО.

Официальные онпонспты — доктор физико-математических наук

B.C. монозон,

доктор физико-математических наук А.Я. ШИК.

Ведущая организация — Санкт-Петербургский

государственный технический университет.

Защита состоится и Л) п ¿^^¿^W 1994 г. в часов на заседании специализированного совета К 003.23.01 Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26.

С диссертацией можно ознакомиться^в библиотеке института. Автореферат разослан к ^ ^ " г 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических паук

Г. С. Куликов

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В настоящее время стремительно развивается физика систем пониженной размерности. Существенная перестройка функции плотности электронных состояний (при переходе от трехмерных объектов к двумерным и т.д.) определяет драматическое изменение спектров оптического поглощения, фотолюминесценции и отражения. К наиболее часто исследуемым и представляющим практический интерес структурам следует отнести прежде всего различные типы гетероструктур.

Успехи технологии, в особенности молекулярно-пучковой и металл-органической эпитаксии, создали основу для получен I высококачественных гетеропереходов — границы двух полупроводниковых материалов с малой концентрацией дефектов (островков, ступеней и т.п.). Оказалось возможным выращивать столь тонкие слои полупроводников, что эффекты размерного квантования стали существенным образом влиять на свойства структур.

Открытие целого ряда ярких физических явлений в свою очередь стимулировало новые работы в физике полупроводниковых низкоразмерных систем. Огромное число работ было посвящено экспериментальным и теоретическим исследованиям разрывов зон в гетеропереходе, физике экситонов и примесных центров в системах пониженной размерности, фопонам, влиянию внешних электрических и магнитных полей на спектр и свойства носителей, процессам генерации и релаксации возбуждений [1].

В то же время соединение различных полупроводниковых материалов в единой гетерострукгуре привносит необходимость теоретического рассмотрения нового физического объекта — гетерогра-ницы или интерфейса. Изменение параметров кристалла на расстояниях атомных масштабов нарушает строгую периодичность, что эквивалентно появлепию сильпейших электрических микрополей. Сложная задача описания движения частиц в такой структуре с необходимостью решается в рамках приближенных методов.

Чрезвычайно актуальным в последние несколько лет счал вопрос о смешивании электронных состояний в гетероструктурах вследствие своей фундаментальной значимости для физики полупроводников, а также потенциальных приборных приложений. Значительные усилия и рамках этого общего направления сосредоточены на теоретическом и экспериментальном исследовании междолинного смешивания. В теоретическом плане до сих пор данная проблема решалась в ос ионном с привлечением численных методов [2]. Ярким и неожиданным результатом оказалась зависимость эффектов смешивания от четности числа монослоев в слоях полупроводниковых соединений, формирующих гетероструктуру. Одним из недостатков численных методов расчета является невозможность физического анализа результатов, затрудняется выявление причин, ведущих к качественной зависимости ¡эффектов междолинного смешивания от четности числа мопослоев. Это осложняет теоретическое изучение проявлений междолинного смешивания в оптической спектроскопии, туннельных экспериментах. Первые не очепь удачные попытки обобщения метода эффективной массы для учета аффектов междолинного смешивания [3] привели к постановке вопроса о принципиальной применимости метода для расчета такого рода эффектов. Сказанное выше обуславливает актуальность темы данной диссертации.

Целью настоящего исследоианин является построение последовательной теории междолинного смешивания в полупроводниковых гетероструктурах в рамках обобщенного метода эффективной массы, а гакже изучение проявлений этих эффектов в туннелиронании через структуру, ее вольт-амперной характеристике, оптической спектроскопии полупроводниковых сверх решеток.

Научная новизна работы заключается в решении поставленных задач,а именно:

1. И чем причина позникиовепип чффектоп междолинного смеиш мания, зависящих от четности числа мшюслоев, в полуирпиоз

пиковых гетероструктурах.

2. Как проявляются эффекты смешивания в спектрах туп-пелиропания электронов через однобарьерную структуру СаАв(А1А8)мСаА8.

3. Какую роль играют эффекты междолипного сметшпзапия в формировании вольт-амперной характеристики однобарьерпой ге-тероструктуры.

4. О характеристиках вкситонного состояния в сперхрешегке (СаАз)^(А1Лз)м типа II и проявлении эффектов смешивания в экситонпой межзонной спектроскопии.

5. Расчет Хх — Ху минизонного спектра и коэффициента межмияизонного поглощения в "непрямых" сверхрешетках (СаА8)^(А1Ав)м.

Основные положения, выносимые н.1 защиту.

1. Зависимость эффектов междолинного смешивания от четности числа мопослоев является следствием различных трансляционных свойств ялектронш.1х блоховских состояний, принадлежащих разным долинам. Эти эффекты могут быть успешно описаны в рамках обобщенного метода эффективной массы.

2. Учет эффектов четности приводит к качественной перестройке тонкой структуры спектров туннелирования электрона через однобарьерную структуру ОаЛ8(А1А$)мСаАя. Сопоставление с результатами численных расчетов позиоляет ставить вопрос о более; точном определении зонных параметров полупроводниковых материалов.

3. Рассчитанная теоретически сила осциллятора икситона при учете лишь разрешенного симметрией механизма Г — X сме-шшыпин на идеальных интерфейсах согласуй нн с »кспоримон-

тальаыми данными по резонансному оптическому поглощению п сверхрешетках GaAs/AlAs типа II.

4. Эффекты Хх — Ху смешивания определяют спектры прямых оптических межминизонных переходов в "непрямых" сверхрешетках GaAs/AlAs. Анализ показывает качественную зависимость этих спектров от четности числа монослоев в слоях GaAs и AlAs.

Научная и практическая значимость работы состоит в- обобщении метода эффективной массы с целью включения в сферу анализа эффектов смешивания электрошшх состояний на интерфейсах гете-роструктуры. Предложенный формализм дает возможность простого количественного расчета эффектов смешивания при конструировании фотодетектороп, датчиков давления, оптических бистабиль-ных устройств, работа которых основана на этих эффектах. Экспериментальные исследования и сравнение их результатов с теоретическими оценками ведут к лучшему пониманию зонной структуры полупроводниковых гетероструктур.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на семинарах в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, на рабочих семинарах в университетах Регенсбурга, Парижа, Линчепинга, VI Международной конференции по модулированным полупроводниковым структурам (Гармиш-Партенкирхен, Германия, 1993), III Международной конференции по оптике экситонов в квантоворазмерных системах (Монделье, Франция, 1993).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6-ти печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.

Структура диссертации. .Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Список литературы содержит 99 наименований. Объем диссертации составляет 115 страниц, в том число 18 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

; обосновала актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, указала ее научная новизна и практическая ценпость, изложены основные положения, выносимые на защиту, кратко перечислены полученные результаты.

Первая глава носит обзорный характер и посвящена анализу состояния проблемы междолинпого смешивания. Кратко описаны основные методы расчета электронных состояний в полупроводниковых гетероструктурах. Акцеит сделан на преимуществах и недостатках метода эффективной массы — метода, в рамках которого было получепо подавляющее большинство результатов физики полупроводников.

Дано описание ключевых оптических и туннельных экспериментов, а также теоретических методов анализа, направленных на по-шшаш1е роли эффектов смешивания в физике полупроводниковых гетероструктур. Обзор завершается обсуждением пекрторых реализованных приборных приложений эффектов междолинпого смешивания.

Вторая глава носит фундаментальный характер и посвящепа описанию эффектов междолинпого смешивания в рамках обобщенного формализма чффективной массы. Получен критерий возможности смешивания состояний из различных долин на определенным образом ориентированном интерфейсе гетероструктуры. Показано, что фазы компонент матрицы граничных условий зависят от положения интерфейса, причем произвольный выбор фазы на одном интерфейсе однозначно фиксирует ее значения на всех остальных гетерограницах структуры.

Два электронных блоховских состояния г. волновыми векторами К , и к а могут смешиваться па ин терфейсе между материалами Л и Н с нормалью N , если существует трехмерный вектор обратной

- ч-

решетки и, который удовлетворяет соотношению

(*:, - к 3 - ь)х = 0.

Здесь символ ± обозначает компоненту вектора, лежащую и плоскости. Закон сохранения волнового вектора в направлении лг должен быть исключен из рассмотрения, т.к. идеальная трансляционная симметрия кристалла в этом направлении нарушена существованием интерфейса.

Граничные условия на интерфейсе А/В могут быть выражены в форме

v2M

= {ТП 7\

' \ 'Л, %

Г7 В , В

V, , в

Г7 В . В \ ^^

(2)

где ^¿(г) — огибающая волновой функции электрона в долине к

= а.о(т0/т?'в)(д/дг), г — координата в направлении N , а0 — постоянная кристаллической рошсгки, гщ — масса свободного электрона, — эффективная масса электрона в долине к ; вдоль направления N . Интерфейсная матрица Т безразмерна, ее субматрица Тц' связывает значения ф , V/1 V * с Ф °, ^: Тц описывает граничные условия для волновых функций в «'¡-долине, в то время как Тц и Гц определяют аффекты междолинного смешиваши на гете-рограницах. Чтобы правильно учесть различные трансляционные свойства блоховских функций к , и к следует ввести следующие соотношения:

Ыг2) = Тй(2,),

Тп{г7) = ехр^к", - - ь)ц(г2 - Г))]7'12(г1), Тц{г7) = ехр[—¿(/г ^ — к 1 - л)||(г2 — 2\)] Тг\{г))

(3)

между Т матрицами па двух эквивалентных интерфейсах с координатами и г2. Лдесь символ || означает компоненту 31) вектора,

параллельную главной оси структуры г || лг . Таким образом, описание междолшшого смешивания в обобщенном методе эффективной массы предполагает явную зависимость граничных условий от волновых векторов соответствующих долин.

Можно показать, что произвол в выборе вектора обратной решетки ь в (1) не влияет на соотношения (3).

Следуя общей процедуре,получим, что в частных случаях Г —X, и Хх — Ху смешивация в (001)-ориептирова1шых А3В5 гетерострукту-рах коэффициенты смешивания в подматрицах ХЬ, Т'л мешпот знак, если сдвипуть интерфейс г2 на один мономолекулярпый слой вдоль главной оси структуры г || (001], т.е. не только толщины слоев структуры, но и четность числа монослоев становятся параметрами задачи о междолинном смешивании.

Описание эффективной трехзонной модели Г — X, смешиваггил проиллюстрировано кратким анализом мшшзошюго спектра сверхрешетки (СаАв)л(А1А8)м вблизи перехода тип I - тип II..

В третьей главе рассчитаны и проанализированы спектры туннельного пропускания электронов через структуру с одиночным барьером СаАа(А1Аы)мСаАа. Исследована зависимость тонкой структуры спектров от четности числа мопослоев М.

Вначале изложен общий и удобный подход к описанию туннельных характеристик симметричной многослойной гетероструктуры. Рассматривается структура, состоящая из цепочки внутрепних слоев в области между -г0 и г0, окруженных полубсскопечными, однородными и одинаковыми слоями. Обозначим амплитуды входящих и выходящих волн с левой и правой сторон символами и АПри рассмотрении задачи о тупнелировании следует положить А\п = 1, А}п = 0, в этом случае = 'Г и Л'и( = Л — амплитудные коэффициенты прохождения и отражения.

Пусть структура симметрична по отпотошло к операции отражения в плоскости г = 0. Это позволяет свести задачу о тупнелировании к двум более простым проблемам: четной с А[я = А{л ~ 1,

- 101

= А'ои, = и нечетной с А'(п = -А'ы = 1, А'вЫ - -Атои, = г_. Очевидно, что нары коэффициентов Т,11 и г± связаны между собой соотношениями

Г=(г+-г_)/2, Д = (г+ + г_)/2. (4)

Основное преимущество этого представления можно сформулировать следующим образом: при расчете г+ или г_ достаточно учитывать лишь половину всех линейно независимых решений внутри области (—го, го). В частности, это означает, что г+ и г_ как аналитические -функции энергии электрона имеют полюса при собственных значениях апергии (комплексных),соответственно,для четных и нечетных квазистациопарных состояний квантоворазмерных электронов. Более того, при отсутствии других незатухающих волн вне интервала (—го, го) можно воспользоваться условием сохранения электронного потока и получить тождества |г+| = |г_| = 1, т.е. г± допускают представление в виде фазовых множителей

г + = г_ = е*'. (5)

Описанная процедура применена при изучении тунпелирования через структуру СаАв(А1Ля),у/(!аЛя. Вначале в рамках упрощенной двухзонной модели Г — X смешивания получено прозрачное аналитическое выражение для туннельного спектра электрона. Л ал ее при расчетах используется полная, трехзонная модель смешивания.

Как уже указано, задача о туннелировании через симметричную структуру может быть сведена к двум более простым проблемам. Тонкая структура спектров тунпелирования проанализирована на языке фаз отраженных волн в двух вспомогательных задачах.

Методы теории возмущений применены для вывода зависимости коэффициента тупнелирования через однобарьерную структуру от энергии вблизи квазистациопарных X состояний. Показано, ч и> пик пропускания пблил! первого уровня X элекфона определяется ею

энергией 1 в одиночной яме ОаАз/А1Ав/С>аАз толщиной Ь, а энергетическое ноложепие нуля пропускания соответствующего Е\, может быть записано как

Е[Л) = Е1 + ехр(®,&)йГ1 , (б)

где 1'\ - - величина порядка единицы, а^ — затухание волновой функции Г электрона с энергией Е\ в глубь слоя А1Ая. Расстояние от нуля до пика оказынается много больше ширины квазиуровня X электропа Г]. Относительное положение Е\ и ме1шется с изменением четности М. Подход теории возмущений может быть легко обобщен на случай наклонного падения или туннелирования через асимметричные структуры.

На рис. 1 представлены результаты данной работы (сплошные кривые) и результаты 'Гинга и МакЖила [4], иолученпые в рамках эмпирической восьмизогшой зр3 модели сильной связи, учитывающей взаимодействие нторых соседей (пунктирные кривые). Различие в положении пиков было устранено соответствующим выбором разрывов зон и продольной эффективной массы X-электронов т'у. Тонкая структура спектров пропускания, полученных в обобщенном методе эффективной массы, соответствует результатам численных расчетов.

В четвертой главе проведен аналитический расчет вольт-;цлпер ной характеристики однобарьерпой структуры с учетом эффектов междолинного смешивания на интерфейсах.

Предлагаемый способ расчета вольт-амперных характеристик полу проводниковых гегероструктур был впачале развит для трех-барьерпой структуры с тонким внутренним барьером. Выявлена роль самосогласованного потенциала носителей в формировании занисимоо и туннельного тока от приложенного напряжения, характеризующейся учл'-ткг ^ '-ильной собственной бистабильности. Исследованы пронилгчшч Пиелабильности в спектральных характернее иках Iотеросгрук 1 V ры

Рис. 1. Вероятность тунпелирозашм влектроиа через одпобарьерпую структуру с М =9,10,12. Результаты численного расчета Тиига и МакЖнла |4] показаны пупхтирнымн линиями. Результаты расчета в рамках обобщенного метода аффективной массы представлены сплошными кривыми.

Л ал ее »тот подход применен при расчете самосогласованной вольт-амперной характеристики однобарьерной структуры С;аЛз(Л1Лз)мСаЛз. Проведен точный расчет и сравнительный анализ вкладов различных каналов туннелирования, а также зависящих от четности эффектов в смещенной структуре. Как и в спектрах тунпелнрования, относительный порядок особенностей резо-папс/аптирезопанс в зависимости вероятности туннелирования от напряжения, оказывается чувствительным к четности М. Исследовало влияние электростатического потенциала захваченных па ква-зистациопарные X уровни электронов на вольт-амперную характеристику структуры.

В шггой главе проведено исследование влияния эффектов междолинного смешивания на оптические свойства экситона в СаАв/А1Ав сверхрешетке типа II. Из сравнения с результатами эксперимента получена оценка константы Г — Хг смешивания.

Вначале кратко описаны экспериментальные данные Вольоти, Груссо и Лаваллара по резонапспому оптическому поглощению в короткопериодпых сверхрешетках ОаЛа/А1Ля типа II в полноводной геометрии при низкой температуре. В результате этих экспериментов были получепы абсолютные значения коэффициента поглощения оптических переходов с участием электронов, локализованных в Х-состояниях п слоях Л1Лз, и дырок в Г-состоя1шях (5 а Аз слоев.

Для короткопериолпых снерхрсшеток было использовапо приближение оптически однородной эффективной среды (критерий применимости указал п [5]). В рамках этого приближения коэффициент поглощения о в поляризации Е Л г вблизи частоты экси-то/шого резонанса и>п может быть выражен через силу осциллятора экситона (или продольно-поперечное расщепление) 0}[/г в виде

а>1тг± ш г- Ы1,ТГ , ,

г уГь с* (ш0 - V)2 + Г2

где Г - экситопное то 1.ухаиие (половина ширины на половине высоты), с скорое II, свет и вакууме и £& — фоновая диэлектрическая

- и -

проницаемость. Напомним, что экситопные состояния в сверхрешетке типа II становятся оптически активными именно вследствие Г — X смешивания на интерфейсах.

Продольно-поперечное расщепление из иг в выражении (7) рассчитывалось в рамках процедуры, изложенной в [5] для случая сверхрешеток типа I. Опуская детали, запишем конечный результат:

?ш1тп1с1<1а.]_ '

где 1гк — квадрат интеграла перекрытия электронной (Г-компонеп-та) и дырочной огибающих, рс„ — модуль межзонного матричного элемента (¿^р,^), а± — боровский радиус квазидвумерного вкси-тона, А — период сверхрешегки. Б хорошо определенном типе II Г-компоненга алектрошюй волповой функции оказывается прямо пропорциональной параметру Г - X смешивания. Из сравнения экспе-римсшальиых данных с теоретическими расчетами получена оценка костапты Г — X смешивания на идеальном интерфейсе 0аАв/А1Ая = 0.1 Ч- 0.2.

При низких температурах основной вклад в люминесценцию не-легировшшых сверхрешеток вносят йксишны, локализованные на несовершенствах гетероиитерфейсов. Можно ожидать, ч то при короткой задержке затухание лилии люминесценции определяется и основном прыжками локализованных вкситонов в более низкие по энергии состояния, а при длительной задержке временная кинетика определяется процессами рекомбинации. Используя золотое правило квантовой механики, можно рассчитать радиационное время жизни локализованного экситоиа т, а из сравнения с чкснеримен гом получить оценку для характерной области локализации акситона, А = тг г?:

А - — — ~ 16 сыБ '

где А - - длипа кол!ш света в вакууме, А' = 7г«х(^о)1>. Получаемое значение радиуса локализации г/ оказывается на уровне нескольких

десяткол А.

Шестая глава посвящена анализу эффектов Хх — Ху междолинного смешивания в сверхрешетке (001).

Рассмотрим смешивание электронных состояний в долинах Хх и Ху между собой в (001) гетероструктуре. Выберем в качестве оси г главную ось структуры. Следуя общей процедуре (глава 2), легко получить, что для состояний Хх с волновым вектором к, = (27г/ао)0,0) п Ху с волновым вектором к а — (0,27г/оо,0) трехмерный вектор обратной решетки, удовлетворяющий соотношению , (1), существует и равен ь = (2л-/ао)(1,—1,1). Таким образом, Хх — Ху смешивание на интерфейсах в идеальной (001) гетероструктуре разрешено. Подставляя ь в (3), получим, что, как и для Г — Х„смешивания, коэффициенты в подматрицах ТЬ, Тц измепяют знак при сдвиге гетероинтерфейса на один мономолекулярный слой вдоль главной оси г. В такой ситуации число монослоев (точнее, его четность) становится дополнительным параметром задачи о смешивании.

Дисперсия нижних смешанных Хх — Ху электронных минизон Е* рассчитана в приближении сильной связи метода эффективной массы.

Результаты расчета Е±(кг) при к± = 0 могут быть сформулированы следующим образом:

Случай I. N и М-четные,

= ЁХ + -2-[1 - соз(Ы)] ±

(9)

Случай II. N и М-нечетные,

Ь*(к,) = ЁХ + ^[1 - соз(М)].

(10)

Случай III. ^ нечетное и М-четное,

211/2

(П)

-16-

Случай IV. /"/-четное и А/-нечетное,

£*(*,) = Вх + ± сов(М)1. ' (12)

Здесь — интеграл переноса, зависящий от эффективной массы тд, Ёх — энергия X уровня в одиночной яме СаАа/Л1Аа/СаЛз, Уху

— потенциал смешивания Хх—Ху состояний в структуре, (1 — период сверхрегаетки.

На рис. 2 показана энергетическая струкгура нижних электронных минизон, рассчитанных для сверхрешетки (СаАз)7(А)А9)10. Полученные аналитические результаты находятся в полном согласии с результатами численных расчетов Лю и Шема [2]. Из сопоставления с численным моделированием СаА8/А1Лн сверхрегаетки оказывается возможным оценить константу Хх — Ху смешивания <ху « 0.5.

Приведены резул1.таты расчета коэффициента поглощения света поляризации к 1. х при прямых оптических переходах между мини-зонами Е"(к) и Так, для частот из, близких к краю полосы

поглощения '¿\Уху\/к, Т — 100 К, 6 = 50 А грубая опенка коэффициента поглощения дает «(ш) ~ 40(п^;;,/»о) (см-1), м^' = <1пху, пгу

— трехмерная плотность электронов в Хху состояниях, плотность по была выбрала равной 101П см-2. Подчеркнем, что в отсутствие Хх — Ху смешннания прямые оптические внутризонныс переходы в сверхрешетках п-типа запрещены в поляризации К 1 г.

В заключении сформулированы основные резулыны, полученные п диссертации:

1. Построена теория междолинного смешивания электронных состояний на интерфейсах полупроводниковых гетерос труктур в рамках обобщенного метода эффективной массы. Покапно, что смешивание па интерфейсах может быть учтено нвод< пнем до нолкитрльпмх слагаемых п граничных условиях, зависшим* от нрострач< членного положения гегерограницм нслслс I виг р.и-

.1ИЧ11ЫХ ТраЧСЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОПОНПИЙ III |1,)1Ш,IX .(О.ПИМ

Рис. 2. Электропные минизоны Xв идеальной сперхрететке (СаЛв)7(Л1Л8)ю вдоль направлений а) (я", 0,/с') и Ь) (а* + ¡а', 0, с*/2). а* = 2*/ао, с' = 2(г/[«о(^ + М)}, ао — постоянная решетки, к1 и <:у отсчитаны от Хг точки (а*,0,0)

- 18В частности, при Г — X, или Хх — Ху смешивании в сверхрешетке СаА&/Л1Аз (001) фаза коэффициента смешивания изменяется на тг при сдвиге интерфейса на один мономолекулярпый слой. В результате структура электронных минизон зависит от четности числа монослоев в отдельных слоях сверхрешетки.

2. Разработан способ решения задачи о туннелиропании через симметричную структуру, позволяющий разбиение исходпой задачи на две более простые вспомогательные проблемы.

3. Исследованы спектры пропускания электрона через однобарь-

ерную структуру СаАз(А)Аз)л/СаА8. Пики в туннелировании соответствуют резонансам энергии налетающего электрона с квазистационарными X, уровнями в слое А1Аа. Вблизи этих пикон находятся нули пропускания, соответствующие деструктивной интерференции разных каналов туннелирования. Показало, что относительное расположение нулей и пиков пропускания определяется четностью числа М. Проведенный анализ зависящих от четности эффектов в смещенной однобарьерпой структуре показал, что так же, как и в спектрах туннелирования, относительный порядок особенностей резонапс/антирезонанс в зависимости вероятности туннелирования от напряжения оказывается чувствительным к четности М.

4. Построена аналитическая теория резонансного туннельного тока через трехбарьерпую (двухъямную) структуру с учетом самосогласованного электрического потенциала, создаваемого накапливаемыми в структуре неравновесными носителями. Выявлена роль этого потенциала в формировании участка собственной бистабильности. Рассчитана самосогласованная ВАХ однобарьерпой полупроводниковой гетероструктуры с учетом эффектов междолинного смешивания.

5. Развита теория экситонов и резопапсного оптического погло-

щешш в сверхрешетках GaAs/AlAs типа II. Из сравнения с экспериментальными спектрами поглощения, фотолюминесценции и возбуждения люминесценции получена оценка для безразмерной константы. Г — Xt смешивания trx =0.1-4- 0.2.

6. Рассчитан коэффициент оптического поглощения при прямых переходах электронов между минизонами, сформированными в результате смешивания Хх — Ху долин в сверхрешетках (GaAs)/v(AlA8')jtf (001). Показано, нто в отличие от одподолшшо-го приближения эти переходы разрешены в поляризации к ± г.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Y. Fu, М. Willander, ВХ. Ivchenko, and А.А. Kiselev, Valley mixing in GaAs/AlAs multilayer structures in the effective-mass method, Phys. Rev. B47, 13498 (1993).

2. E.JI. Ивченко, А.А. Киселев, H. Зу и М. Виллапдер, Ви-стабильность туннельного тока и фотолюминесценция в трех-барьерной структуре, ФТП,27, 1561 (1993).

3. E.L. Ivchenko, А.А. Kiselev, Y. Fu. and М. Willander, Valley mixing effects on electron tunneling transmission in GaAs/AlAs heterostructures, Solid State Electron. »7, 813 (1994).

4. V. Voliotis, R. Grousson, P. Lavallard, E.L. Ivchenko, A.A. Kiselev, and R. Planel, Г - X mixing in type-II GaAs/AlAs short-period superlattices, J. de Physique IV, Colloque C5, suppl. JP II, vol.3, 237 (1993).

5. V. Voliotis, R. Grousson, P. Lavallard, E.L. Ivchenko, A.A. Kiselev, and R. Planel, Absorption coefficient in type-II GaAs/AlAs short-period superlattices, Phys. Rev. B49, 2576 (1994).

6. E.L. Ivchenko, A.A. Kiselev, Y. Fu, and M. Willander, Fine structure of electron transmission spectra across AlAs single barriers, Phys. Rev.B ,

С19Э4).

- 20-

Цитированная литература

[1] E.L. Ivchenko and G.E. Pikus, Symmetry and optical phenomena in superlattices and other heterostructures, Springer Series in Solid-State Sciences, vol. 110, Springer-Verlag¡(1994),

[2] Yan-Ten Lu and L.J. Sham, Valley-mixing effects in short-period superlattices, Phys. Rev. B40, 5567 (1989).

[3] T. Ando and H. Akera, Connection of envelope functions at semiconductor heterointcrfaces. II. Mixing of, Г and X valleys in GaAs/AUGai-rAs, Phys. Rev. B40, 11619 (1989).

[4] D.Z.-Y. Ting and T.C. McGill, Г - X interference effects on quasi-bound-state lifetimes in GaAs/AlAs double-barrier heterostructures, Phys. Rev. B47, 7281 (1993).

[5] E.JI. Ивченко, Экситонные поляритоны в периодических структурах с квантовыми ямами, ФТТ.ЗЗ, 2388 (1991).

РТЛ ШИФ, зак. 301, тир. 100, уч.-изд.л.1;17Д1-1994г.

Бесплатно