Горячая фотолюминесценция и комбинационное рассеяние света в магнитном поле в структурах с квантовыми ямами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГ6 од

.-о- РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

1 О ¡.;Д;} |Ь:?-|

' ФИЗИЙО-ТЕХНИЧЕСКИИ ИНСТИТУТ им. А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

СИРЕНКО АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ГОРЯЧАЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ И КОМБИНАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ В СТРУКТУРАХ С КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ.

(01.04.10—физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993

Работа выполнена в

Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе, РАН.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Защита состоится гг- О"4**^ 1993 года в N часов на заседании специализированного совета К.003.23.01 Физико-технического института им.А.Ф.Иоффе. РАН по адресу: 194021, Петербург, Политехническая ул.,д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке • ФГИ им.А.Ф.Иоффе, РАН. Автореферат разослан " I (? СМп^/0^ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат физико-математических наук Г.С.Куликов

доктор физико-математических наук, профессор Д.Н.Мирлин.

доктор физико-математических наук, профе ссор A.B.Субашиев, доктор физико-математических наук,

А.Н.Титков.

Институт физики полупроводников СО РАН.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность_теш: Изучение свойств низкоразмерных систем-имеет огромное значение как с точки зрения фундаментальной науки, так и для прикладных научных разработок.

Возможности современной технологии, а именно метода молекулярно-пучковой эпитаксии, позволяют получать полупроводниковые структуры с субмикронными.размерами, в которых кардинально меняется зонная структура,.волновые функции й времена рассеяния носителей заряда.

В квази-двумерных системах наблюдались новые физические явления, такие как квантовый эффект Холла," на основе их уникальных оптических и транспортных свойств созданы сверхбыстродействующие опто-электронные приборы.

Чрезвычайно важна роль горячих носителей в работе современных быстродействующих полупроводниковых приборов с субмикронными размерами. Свойства горячих носителей, которые создаются в приборах с помощью сильных электрических полей и, инжекции. могут изучаться при их генерации с помощью оптического возбуждения. Большие возможности для изучения кинетики горячих носителей открываются при использовании метода спектроскопии горячей фотолюминесценции (ГФЛ) [1,2] в низкоразмерных системах., -

Дальнейшие успеха микроэлектроники связывают с созданием структур с квантовыми проволоками и * квантовыми точками, приводящим к квази-одномерному и квази-нульмерному спектрам■ носителей заряда. Опережая возможности технологии, их свойства можно экспериментально моделировать, эффективно уменьшая размерность изучаемой системы при приложении квантующего магнитного поля к объемным и двумерным системам. Таким образом, магнито-оптические измерения позволяют получать уникальную инфармецшз о релаксации горячих носителей, зонной структуре и примесных состояниях в полупроводниковых системах с пониженной размерностью. Все вышесказанное определяет актуальность теш диссертационной работы.

Целью__работы является экспериментальное исследование

спектров и поляризации ГФЛ в структурах с квантовыми ямами на основе соединений ваАз/АЮаЛз. определение времен энергетической

релаксации горячих электронов, изучение спектров близнецовой рекомбинации и комбинационного рассеяния света в квантующем магнитном поле.

Научная_новизна работы .заключается в том, что в ней впервнэ исследованы особенности оптического выстраивания импульсов и ориентации спинов горячих электронов в структурах с квантовыми ямами. С помощью эффекта деполяризации ГФЛ во внешнем магнитном поле были непосредственно измерены времена внутриподзонного и мезшодзонного рассеяния горячих двумерных электронов на оптических фононах. Обнаружена близнецовая рекомбинация электронно-дырочных пар в квантующем магнитном поле. Исследованы особенности комбинационного рассеяния света с переворотом спина дырки на акцепторе.

Практическая____значимость: Результаты проведенных

исследований позволили получить важную информацию о процессах релаксации горячих двумерных носителей заряда, которая может быть использована- при создании быстродействующих приборов на основе низкоразмерных систем, а также имеет фундаментальное значение для развития теории электрон-фононного взаимодействия.

1. Впервые исследованы спектры горячей фотолюминесценции (ГФЛ) в структурах с квантовыми ямами. Обнаружена линейная поляризация ГФЛ, обусловленная оптическим выстраиванием импульсов двумерных электронов, и циркулярная поляризация ГФЛ - оптической ориентацией спинов двумерных электронов.

2. Экспериментальные, зависимости степени линейной и циркулярной поляризации ГФЛ от энергии рекомбинирушщх горячих электронов удовлетворительно описываются в рамках расчетов Меркулова, Переля и Портного. Наблюдавшаяся анизотропия линейной поляризации ГФЛ связана с го(|рироЕКой валентной зоны.

3. По методу деполяризации ГФЛ в магнитном поле впервые измерено время полярного оптического рассеяния при переходах горячих электронов в первой подзоне размерного квантования: 160 фс. Для квантовых ям с шириной 46 - 100 а это Еремя хорошо согласуется с расчетным значением в предположении рассеяния двумерных электронов на объемных оптических фононах. Оценено время межподзонного рассеяния: 0.7 пс.

4. Обнаружено и подробно исследовано новое явление -излучательная близнецовая рекомбинация электронно-дырочных пар в квантующем магнитном поле.

5. Спектр интенсивности близнецовой рекомбинации формируется в результате ' однофэнонного рассеяния фотовозбужденных электронно-дырочных ' -пар на акустических колебаниях. Осцилляции интенсивности близнецовой рекомбинации и линий комбинационного рассеяния света на сложенных акустических фононах обусловлены резонансом квантов возбуждения с уровнями Ландау электронов и дырок.

6. Особенности спектроЕ комбинационного рассеяния света с переворотом спина дырки на акцепторе в магнитном поле ззеисят от характера легированиятипа и концентрации примесей. Ширина линии рассеяния связана с неоднородным упшрением уровня акцепторов.

А^обащ1я_работы_и_щб^ации: Основные результаты диссертации докладывались на XI и XII Всесоюзных конференциях по физике, полупроводников г-Кичинев 1988 и Киев - 1990 ), Ьйядународной конференции : 20th intern. Conf. on Physics of Semicond.. Thessaloniki, Greece. 1990, a также на семинарах в ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН. Мюнхенском техническом университете, Институте Вальтера Шоттки (Мюнхен). Римском университете и на школе по ' Оптическим свойствам полупроводников в г. Ериче (Италия).

Основные результаты диссертации опубликованы в 10 научных работах [1-10]. список которых приведен в конце автореферата.

С^^тща_и_объем_®ссертации^ Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения; содержит 140 страниц, включающих 41 рисунок, I таблицу и список литературы из 80 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность Еыбранной темы исследований, сформулирована цель работа. дано краткое содержание диссертации и изложены основные положения. Еыносимые

на защиту.

В первой_главе, которая - носит обзорный характер, приведет основные сведения о структурах с квантовыми ямами СаАз/АХваАз. Рассмотрены образование электронных и дырочных подзог размерного квантования, ■влияние магнитного поля на состояние носителей в квантовой яме. Обсуждается квантование фононов и приводятся основные результаты работ, посвященных теории электрон-фононного взаимодействия в квантовых ямах. Приведены основные сведения об использованных в работе оптических методах исследования, основанных на явлениях фотолюминесценции, горячей фотолюминесценции (ГФЛ) и комбинационном рассеянии света (КРС).

Во второй_главе приводятся сведения оО исследованных образцахструктурах оааз/аюааз с шириной квантовых ям ьн от 46 до 102 а. Описана методика и техника .экспериментов по спектроскопии горячей фотолюминесценции и комбинационного рассеяния света/ Рассмотрены оптическая схема и система регистрации.

Главы 3,4,5 содержат результаты оригинальных исследований автора.

В третьей_главе представлены результаты исследования спектров и поляризации фотолюминесценции горячих электронов в структурах с квантовыми ямами

В §3^2 .описаны эксперименты, в которых впервые наблюдалась горячая фотолюминесценция (ГФЛ), обусловленная излучательными переходами из электронных подзон размерного квантования на уровень акцепторов (А°). Схема переходов, формирующих краевую (пики 1е—>А° и 1е—яьь) и горячую фотолюминесценцию, показана на рис.1. Пик на высокочастотном краю спектра ГФЛ.обозначенный -0". соответствует рекомбинации

о X сО 3

I 3

Рис. 1

горячих электронов из точки рождения в зоне проводимости, т.е. не претерпевших энергетической релаксации, - энергия

кванта возбуждения.

Горячая фотолюминесценция при возбуждении линейно поляризованным СЕетом оказалась линейно поляризованной. При энергии фотовозбужденннх электронов в точке рождения, отсчитанной от дна первой подзоны размерного квантования Е0= = 60 мэВ, значение степени линейной поляризации р° в точке "О-спектра ГФЛ (рис.1) составило 0.06. С ростом начальной энергии фотовозбужденннх электронов наблюдался заметный рост степени линейной поляризации. Например, р°= 0.29 при ее= 215 мэВ. Была обнаружена циркулярная поляризация ГФЛ при циркулярно поляризованном возбуждении. Степень циркулярной поляризации р° также зависит от энергии рекомбинирующих электронов. Мы наблюдали уменьшение от 0.3 при Ее= 60 мэВ до 0.22 при Ее= 215 мэВ.

Эти эксперимент стимулировали теоретические исследования особенностей оптического выстраивания импульсов при линейно поляризованном возбуждении и ориентации спинов горячих двумерных электронов при циркулярно поляризованном возбуждении, приводящих. соответственно. к линейной и циркулярной поляризициям ГФЛ, выполненные Меркуловым, Перелем, Портным [3,4] и Поляковым (совместные работы [1,2]). Основные результаты этих работ изложены в

Результаты подробных измерений энергетических зависимостей поляризационных параметров ГФЛ, выполненных для переходов из электронных подзон на уровень акцепторов, и их сравнение с теоретическими результатами представлены в §3^4. Показано, что экспериментальные зависимости р°(Ее) и р°(Ее) качественно согласуются с теоретическими. В частности, на эксперименте обнаруживается быстрый рост при малых Е0, а уменьшается с ростом

Е_. Однако, имеют место существенные количественные расхождения, в

Они. связаны с тем, что при гелиевой температуре ГФЛ обусловлена рекомбинацией горячих электронов с дыркой на уровне акцептора, а не со свободной дыркой в валентной зоне, клк предполагалось в теории.

Эксперименты по измерению степени линейной и циркуляркой

поляризацпи ГФЛ для межзонной рекомбинации были выполнены (§3.5) при температуре 80 К; когда заметная часть акцепторов ионизована и в первой подзоне тяжелых дырок . тлелась достаточная для измерений интенсивности концентрация свободных носителей. В этом случа: согласие с расчетом оказалось заметно лучше.

В §3Д6 обсуждаются результаты исследования деполяризации ГФЛ при рассеянии горячих электронов на ьо фононах. Показано, что для структур с квантовыми ямами эффект исчезновения анизотропии импульсного распределения оказывается более выраженным. Чем В ОбЪеМНОМ СаАз.

В §3_.7 исследуются угловые зависимости линейной поляризации ГФЛ. Анизотропия р° так же, как и для объемного ваАв, связана с гофрировкой валентной зоны. Сравнение с аналогичными зависимостями • р° в объемных образцах показало, что поляризационная розетка для квантовых ям имеет более острые максимумы и глубокие минимумы. Это различие полутало теоретическое объяснение в работе [5].

В §3.8 показано, что в двумерных структурах циркулярная поляризация ГФЛ не зависит от величины продольного магнитного поля при его изменении от О до 8Т. Это .является прямым экспериментальным подтверждением отсутствия корреляции между спином и импульсом при фотовозбужденик двумерных электронов поляризованным светом.

В §3/Э и §ЗЛ0 представлены результаты исследования деполяризации ГФЛ в магнитном поле. В §3^9 описаны эксперименты, выполненные в геометрии "Фарадея и позволившие впервые измерить времена внутркподзонного рассеяния двумерных электронов на продольных оптических фононах. Зависимость степени поляризации от величины магнитного поля В ( в геометрии Фарадея магнитное поле направлено по лучу возбуждающего света) определяется выражением:

р°(в) = р°(0) /( 1 +

где о^ - циклотронная частота, г - время жизни электрона в точке рождения. При вычислении = е-В/с^-с) учитывалась энергетическая зависимость эффективной массы т.* от Ее, т.е. непэраболичность зоны проводимости.

При умеренном легировании .и интенсивности накачки, ис-

пользованной в данной работе, т •имеет смысл времени испускания

ьо фонона т из результатов измерений зависимости р°(В) для

структуры с ь = 70 а следует значение т = 160 ± 10 фс. у/ ро

Примененная методика была использована в иироком интервале

энергий электронов для исследования кинетики внутриподзонкого и межподзонного рассеяния. При возбуждении горячих электронов с энергией Е0, большей, чем энергетический зазор между первой и второй подзонами размерного, квантования, становятся возможными не только внутршгадзонные ае-->1е), но и межподзонные с1е—>ге) переходы. Из сравнения времен рассеяния для энергий электронов выше и ниже порога межподзоннкх переходов оценено время рассеяния 1е—>гв, оказавшееся равным 0.7 пс. Для случая возбуждения электронов с энергией выше барьера оценено время рассеяния в область надбарьерных трехмерных состояний.

Экспериментальные результаты определения времен рассеяния горячих двумерных электронов сравниваются с теоретическими расчетами вероятностей полярного оптического рассеяния в квантовых ямах. Для квантовых ям с от 46 до 102 д

экспериментальные значения оказались близки к расчету,' выполненному в рамках модели взаимодействия двумерных электронов с объемными фононами арсенида галлия. Это находится в согласии с электростатической и противоречит предсказаниям механической модели электрон-фононного взаимодействия в квантовых' ямах, подробно рассмотренным в периой главе.

В |ЗЛ0 описаны эксперименты по деполяризации ГФЛ в магнитном поле, выполненные в геометрии'Фойгта. Удалось- проследить спектр двумерных состояний электронов в надбарьерной области до Энергий порядка 100 мэВ выше уровня барьера.

В '1§твертой_главе представлены результаты исследования спек-троз вторичного свечения вблизи линии лазерного ■ возбуждения и спектров КРС на сложенных акустических фононах з магнитном поле.

В структурах' С КВаНТОВЫМИ ЯМаМИ на ОСКОВе СаАз/А1СаАз е ■ магнитном поле, приложенном перпендикулярно плоскости квантовых слоев, было обнаружено появление спектров вторичного свечения вблизи линии лазерного возбуждения. Их свойства описаны §4.2. Нп рис.2 показан спектр полосы вторичного свечения в магнитном поле

В= 7Т, при В= 0 полоса отсутствует. В широком диапазоне плотности мощности возбуждающего света, Р до 5-102Вт/см2 интенсивность полосы вторичного свечения I

gr

растет линейно с Р.

-5-2-1 0 12 <£>эВ> ühtu-ctokco& cö&ua стоксоб сЭ8кг

Рис.2

Ее интенсивность растет и осциллирует при увеличении магнитного поля. При приложении магнитного поля вдоль плоскости структуры описанная выше полоса отсутствует.

В §4.3 на основании

совокупности экспериментальных данных предыдущего параграфа

предложена интерпретация наблюдаемого в магнитном поле явления. Это вторичное свечение обусловлено близнецовой рекомбинацией, а именно, рекомбинацией электрона и дырки, которые были рождены в одном акте поглощения кванта света. Магнитное поле ограничивает пространственное движение двумерных носителей в плоскости квантовой ямы, увеличивая перекрытие волновых функций электрона и дырки. Тем самым увеличивается вероятность их излучательной рекомбинации. В рамках квазиклассических представлений близнецовая электронно-дырочная пара играет роль промежуточного состояния в процессе рассеяния света на акустических фононах, испускание и поглощение которых обуславливает ширину спектра.

. Приведены результаты вычислений зависимости интенсивности однофононного комбинационного рассеяния света от магнитного поля, выполненные Меркуловым и Перелем (совместная работа [8]).

В §4.4 исследуются особенности близнецовой рекомбинации при различных энергиях кванта возбуждения. Показана Еазкная роль пространственного ограничения для ее наблюдения.

В §4^5 представлены результаты исследования спектров КРС на сложенных акустических (FA) фононах и обсуждается форма спектра близнецовой рекомбинации.

На рйс.З. приведен спектр КРС при значении магнитного поля 3= 5.3 Т. Видны пики при значениях отоксова сдвига 2.15 мэВ

о X СО

о

В»53Т

-11-

и' 2.52 мэВ, соответствующих расчетным величинам энергий сложенных продольных акустических фоно-нов. Интенсивности близнецовой рекомбинации и пиков КРС на ка фононах в магнитном поле В= 5.3 Т сравнимы.

На рис.4(ь> представлена зависимость интенсивности низкочастотной составляющей дублета сложенных ра фонок: нитного поля усиление, так и осцилляции интенсивности рассеяния. Положение ос-

фонона полосы

I от маг--Наблюдается как

ЦИЛЛЯЦИЙ 1ШТ6НСИБН0СТИ к А

максимумов интенсивности изображенных на рис.4(С).

ид

45 2 2.5 3 Стоксоб сдВиг

Рис. .3

совпадает с положением близнецовой рекомбинации I

На рис.4(а) изображена зависимость от магнитного поля матричного элемента ■М■2. определяющего вероятность рассеяния СБета на сложенном акустическом фононе. Максимумы обозначены цифрами, соответствующими номерам уровней Ландау, с которыми происходит резонанс. На расчетной зависимости видны обозначенные стрелками входной и выходной резонансы, которые в эксперименте ( рис.4(Ь) и 4(с) ) не разрешаются.

При объяснении природы сплошного спектра близнецовой рекомбинации Еыбор между одно-фононным ( запрещенным с точки зрения закона сохранения импульса ) и многофононным ( разрешенным ) процессами рассеяния был сделан в пользу первого на

- 4 6 ^

магнитное поле.Т

Рис. 4

'-1Г;-

основанаи измерений температурной зависимости интенсивности 1СН. При &том также сравнивалась экспериментальные температурные зависимости интенсивности низкочастотной составляющей ¡-А дублета I и интенсивности близнецовой рекомбинации измеренной при .той гсз величине стоксова сдвига « = лп В- интервале

температур 2 К - 40 К отношение I и 1рд постоянно, и обе эти величины возрастают с увеличением температура пропорционально Бозе-фактору па(Ьй )+1, что характерно для одаофононшсс процессов рассеяния Г " •

Таким образом, исследование температурных зависимостей ин-тенсизностей полосы близнецовой рекомбинации и линий КРС на рд фононах позволяет сделать еквод о том, что в области низких температур Т < 40. К спектр близнецовой рекомбинации формируется в результате однсфононного рассеяния на акустических колебаниях. При этом закон сохранения импульса нарушается из-за несовершенства исследованных структур.

3 приведены результаты исследований спектроЕ

комбинационного рассеяния сиета с переворотом спина (КРПС) в . магнитном, поле.

В системах с пониженной размерностью кулоноЕское и обменное взаимодействие между носителями сильно возрастает. В результате многие эффекты, которые не видны или слабы в объемных кристаллах, усиливаются. К числу таких эффектов относится рассеяние света с переворотом спина дырки на акцепторе, наблюдавшееся е структурах С квантовыми ямами ааАз/АКЗаАз [6] (Зарева еъ.еа.). С понижением размерности упрощается интерпретация результатов в связи с частичным снятием четырехкратного вырождения уровня акцептора, основным становится состояние с проекциями момента дырки '$• | на ось квантования' структуры, и рассеяние света сопровождается' переходом дырки между его подуровнями, расцепленными в магнитном поле. В [6,7т (Ивченко) построена теория этого явления, основанная на учете обменного взаимодействия между дыркой, связанной на акцепторе, и дыркой в фотсЕозоунщеннсм эксктоне. Эти теоретические результаты изложены

в ¡гриведены экспериментальные результаты. Проведено

-■ о -

сравнительное исследзванке спектров (КРПС) з асагкзтнсм ноле з структурах с квантовыми ямзмз р-СаАа/АХ'ЗаАв. ¿епгосганпз осуществлялось бериллием или углеродом, концентрация акцепторных примесей я в различных структурах была з диапазоне от Ю1ьсм~'-до 1017см~3. Использовались образцы с ииркной квантовых ям 45 л и 102 л. Энергия кванта возбуждения бы'да близка к энергий полосы краевой фотолюминесценции в |

квантовой яме.

На рис.5 приведены спектры резонансного рассеяния света для дзух структур с 102 д в магнитном поле В= 7 Т. а) - структура селективно легирована Ее, (н =5-Ю16с:,Г3). Распределение акцепторов для этой структуры схематично показано на вставке. ь) - структура содержала остаточную концентрацию углерода как з квантовых ямах, так и в барьерах (N„=3-Ю16см-3). В обоих образцах наблюдаются линии рассеяния, сдвинутые в стсксову и в анти-стоксозу области на величину дЕ = I мзБ при В = 7 Т, соответствующие переходам мезду расщепленными в магнитном поле уровнями акцептора.

На основе линейной зависимости сдвига лики;'! рассеяния дЕ от магнитного поля ( учитывая, что дЕ -где гд- продольный е-Фактор дырки на акцепторе [6,7]) были получены следующие значения: гд_ 2.0 для структура с ь = 102 содержащей углерод, 2.3 для структуры с ьн=1с2 а,

легированной бериллием и гА= 2.6 для структуры с ьн= 46 а, легированной бериллием.

Линии рассеяния для структуры, легированной углеродом, заметно шире, чем для легированной бериллием (рис.5). Это различие связано с зависимостью gA от положения акцептора в яме. В

структурах, селективно легированных бериллием, оостсянхе дырки на акцепторе слабо возмущается гетерогргницей. рагсрсс

значений 8а мал, и наблюдаются узкие линии рассеяния. с полушириной порядка О.08 мэВ. Образцы со сплошным распределением акцепторов вдоль оси структуры характеризуются большим разбросом значений ,Яа, приводящим к большому неоднородному уширению линий рассеяния.

Суммарная интенсивность 1Г стоксовой и анти-стоксовой линий КРПС быстро убывает при увеличении температуры, и при Т выше 5 К экспериментальные данные хорошо описываются зависимостью: 1£ ~ ехр(Е^/кТ). Величина Е^ соответствует энергии делокализации экситона, служащего промежуточным состоянием в процессе рассеяния, и она возрастает от 0.6 мэВ при В = 5.4Тдо 0.8 мэВ при В = 7 Т.

На рис.6 показаны спектры краевой фотолюминесценции, формируемые в результате рекомбинации связанных экситонов, и КРПС для структуры, легированной Ве в отсутствие магнитного поля и в поле В = 7 Т. В магнитном поле наблвда-ется расщепление спектра связанных ~ экситонов на два пика, имеющих противоположную циркулярную поляризацию. Знак соответствующей поляризации указан на рис.6 символами о- и оч. Расстояние между пиками дЕ7, расщепленными магнитным полем, линейно увели-Рао.е чивается с ростом В и совпадает с

величиной сдвига линии КРПС дЕ, что подтверадает, в частности, правильную интерпретацию спектров КРПС.

Изморенные отношения интенсивностей поляризованных пиков позволили оценить время независимой спиновой релаксации электронов в экситоке г^ , которое оказалось примерно в 2 раза больше времени излучательной рекомбинации тг . При этом предполагалось, что дырки релаксируют по спину гораздо быстрее электронов из-за спин-орбитального взаимодействия с решеткой и щнсмесями.

1.551 1М9 1547

Абсолютное значение времени спиновой релаксации электрона, с учетом полученного .соотношения т3/тг . было оценено по деполяризации краевой люминесценции в поперечном магнитном поле при циркулярно поляризованном возбуждении ( эффект Ханле у. Оно составило 0.1 не.

В заключении приводятся основные результаты и выводы проведенных исследований. Они состоят в следующем:

1. Исследованы спектры фотолюминесценции горячих электровоз В структурах С квантовыми ямами GaAs/AlGaAs.

2. Обнаружены линейная поляризация ГФЛ. обусловленная оптическим выстраиванием электронов по импульсу линейно поляризованным светом, и циркулярная поляризация ГФЛ. обусловленная оптической ориентацией спинов двумерных электронов циркулярно поляризованным светом.

3. Измеренные энергетические зависимости линейной р° и циркулярной р° поляризации ГФЛ удовлетворительно описываются в рамках расчетов Меркулова, Переля и Портного f3,4 ].

4. Исследована анизотропия степени линейной поляризации, связанная с гофрировкой валентной зоны. Угловая зависимостг р° в двумерном случае оказывается гораздо более -Еырааенной по сравнению с объемными кристаллами арсенида галлия.

5. Экспериментально установлено, что в отличие от объемного арсенида галлия, в двумерных системах, на его основе отсутствует корреляция между спином и импульсом горячих электронов.

-6. По деполяризации ГФЛ в магнитном поле ЕперЕые определено время полярного оптического рассеяния в квантовых шах при переходах горячих электронов в первой подзоне размерного квантования т = 160 фс. Это время хорошо согласуется с расчетным значением в предположении объемного характера спектра оптических фононов, по крайней мере, в исследованных в данной работе не очень узких квантовых ямах ( с шириной 46 - 100 а >. Оценено время межподзонного рассеяния: 0.7 пс.

7. По поляризационным характеристикам ГФЛ прсслеяквзется двумерный спектр в надбэрьернсЯ области вяло гь до энергий электронов, превышающих Еысоту барьера на ICO мэВ.

8. В магнитном поле обнаружена излучательнзя рекомбинация

электроков и дырок, рожденных в одном акте поглощения света. Впервые наблюдалось резонансное усиление КРС на сложенных акустических фононах.

9. Показано, что в квантующем магнитном поле осцилляции интенсивности близнецовой рекомбинации и КРС на сложенных акустических фононах возникают из-за резонанса возбуждающего или рассеянного квантов с энергетическим зазором между уровнями Ландау в размерно-квантованных подзонах электронов и дырок.

10. Исследованы температурные зависимости интенсивностей близнецовой рекомбинации и КРС на fa фононах. Сделан еывод о том, что спектр близнецовой рекомбинации формируется в результате однофононного рассеяния фотовозбужденных электронно-дырочных пар на акустических колебаниях.

11. В легированных структурах p-GaAs/AlGaAs проведено сравнительное исследование спектров комбинационного рассеяния света с переворотом спина (КРПС) дырки на акцепторе в магнитном поле. Определены g-факторы акцепторов: углерода и бериллия.

12. Показано, что ширина линий КРПС зависит от характера легирования и связана с неоднородным уширением уровня акцептора.

13. Из температурной зависимости интенсивности КРПС определена энергия делокализации связанного экситона, который в условиях эксперимента служит промежуточным состоянием в процессе рассеяния.

14. Сопоставлены спектры- КРПС и расщепление спектра краевой люминесценции в магнитном поле. Оценено гремя независимой спиновой релаксации электронов в экситоне.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Zakharchenya В.Р., Kop'ev P.S., Mirlin D.N., Polyakov D.G.. Reshina I.'I., Sapega V.F. and Sirenko A.A. - Optical Alignment of 2D-Electron Momenta in Multiple Quantum Well

Structures.// Solid State Commun.. 1989, V.69, N.3, 203-206.

2. Копьев П.С.. Мирлин Д.H.. Поляков Д.Р., Решина И.И., Сапега В.Ф., Сиренко A.A. - Фотолюминесценция горячих двумерных •электронов в квантовых ямах и определение времен полярного . оптического рассеяния.// ФТП. 1990. Т.24, В.7. С.1200-1208.

-173. Mirlin D.N.. Kop'ev P.S., Reshina I.I., Sapega V.F. and

Sirenko Л.А. - Hot Electron Luminescence in A,B- Semicon-

3 о

ductors and KQW Structures GaAs/AlGaAs. // Proc. of the 20th Intern. Conf. on Physics of Sernicond. , Eds. Е.М.Апаз-tassakis. J.D.Joannopoulos, Thessalonikl, Greece, 1990, V. 2, pp. 1037-1044.

4. Zakharchenya B.P., Kop'ev P.S., Mirlin D.N., Reshina I.I., Sapega V.F. and Sirenko A.A.' - Photoluminescence of Hot Electrons and Scattering Processes in Quantum-Well Structures.// Laser Optics of Condensed Matter, Eds. E.Gar.nire et. al.. Plenum Press, New York, 1991, V.2, pp. 259-263.

5. Mirlin D.N., Sapega V.F., Sirenko A.A., Cardona M. and Ploog- K. - Polarisation of Hot Photolurainescence and Scattering Processes in Quantum Wells.// Abstr. of 21th Intern. Conf. on Physics of Semicond., Beijing, China, 1992, p.161.

6. Кольев П.С., Мирлин Д.Н., СапегаЗ.Ф., Сиренко А.А. -Излучательная близнецовая рекомбинация в структурах с квантовыми "ямами GaAs-AiGaAs в магнитном поле. // Письма в ЖЭТФ, Т.51, В.12. С. 624-626.

7. Kop'ev P.S., Mirlin D.N., Sapega V.F. ard Sirenko A.A. Geminate Recombination in GaAs/AlGaAs Quantum-Well Structures in Magnetic Field.// Laser Optics of Condensed Matter, Eds. E.Garmire et al., Plenum Press, Hew York. 1991, V.2, pp. 233-287.

8. Mirlin D.N. , Merkulov I.A., Perel' V.I., Reshina I. I.. Sirenko A.A. and Planel B. - Magnetic Field Enhancement of Raman Scattering on Folded Acoustic Phonons in GaAs-AlGaAs Superlattice. // Solid State Commun., 1992, V.S2, H.5, pp. 305-309.

9. Mirlin D.N. , Merkulov I.A., Perel' V.I., Reshina I.I.. Sirenko A.A. and Planel R. - Temperature dependence of Raman Scattering by Acoustic Phonons in a Superlattice GaAs/AlGaAs in strong magnetic field. // Solid State Commun.. 1992. V.84, pp.1093-1097.

10. Мирлин Д.Н,, Сиренко A.A. - Рассеяние света с переворотом спина В структурах С КВаНТОЕККИ ямами p-C-aAs/AlGa.As в магнитном поле. // ФТТ. 1992. Т.34, B.I, С.205-209.

-13-

ВДТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Захарченя Б.П., • МирлинД.Н.. Пер ель В.И.. Решиыз М.И. -Спектр и поляризация фотолюминесценции горячих электронов в полупроводниках. // УФН. 1982. Т.136. В.З. С.459-499.

2. Алексеев М.А., Карлик И.Я.. Мирлин Д.Н., Сапега В.Ф.-Спектроскопия горячей фотолюминесценции в полупроводниках. Обзор.// ФТП. 1989. Т.23, В.5, С. 761-779.

3. Merkulov I.A., Perel' V.X., Portnoi М.Е.- Theory of optical orientation and alignment in quantum wells. // Superlat-tices and Microstructure3, 1991, V.10. N.3, pp. .371-374.

4. Меркулов И.A., ПерельВ.И., Портной M.S. - Выстраивание импульсов и ориентация спийов фотовозбужденных электронов в квантовых ямах. // ЖЭТФ, 1991. Т.99. В.4. стр.1202-1214.

5. Портной М.Е. - Анизотропия линейной поляризации фотолюминесценции горячих электронов в квантовых ямах.// ФТП. 1991. Т.25. В.12. С. 2150-2157.

6. Sapega V.F., Cardona М., Ploog К., Ivchenko E.L. and Mirlin D.N. - Spin-flip Raman Scattering in GaAs/A^Gaj.^As multiple quantum wells. // Phya.Rev. B. 1992. V.45. N.3. PP. 4320-4326.

7. Ивченко Е.Л. - Обменное взаимодействие и рассеяние сБета с переворотом спина дырки на акцепторе в структурах с квантовыми ямами. // ФТТ, 1992. Т.34, В.2. С.476-486.

РТ1Т-ПШФ, зак. 277,

тир.100, уч.-изд.л.Г;2/1У-1993г. Бесплатно •