Исследование эффектов квантования фононного и электронного спектров в полупроводниковых сверхрешетках GaAs/AlAs методом инфракрасной спектроскопии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ЛКАЛЕМИЯ. НАУК РОССИИ СИШ'СКоК итякшш ИСТИТУ'Г ФИЗИКИ ПОЛУИГОВОДШОВ

на правах рукописи

МИШИН АЛЕКСАНДР ГЕРМАНОВИЧ

УЖ 621.315.59?.

ИССЛЙДОЬАНИВ ЭФФЕКТОВ КВАНТОВАНИЯ

ФОНОННОГО И ЭЛЕКТРОННОГО СПЕКТРОВ

в ¡юлупроводштових свьтхршвтках

OaAs/AlAn МЕТОДОМ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

01.04.10 • Физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой, степени кзгашяито Физико-математических наук

у'т

Работа выполнена в Институте цизики полупроводников. Сибирского отделения Академии наук России

Научный руководитель: кандидат физшсо-математических наук ¡¡УСШ1 Ю.А.

Официальные, оппоненты: доктор 'физшсо-математических наук скок Э.М.

кандидат физико-математических наук МАКАРОВ в:.А.

Ведущая организация: Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения РлИ г.Новосибирск

Защита состоится 12 июля 1994 г. в 15 часов на заседании специализированного совета К.003.ОЬ.01 по присуждению учено? степени кандидата наук при Институте физики полупроюдниког Сибирского отделения РАН (630090, г.Новосибирск-уи, пр. акад. Лаврентьева, 13).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институт; физики полупроводников 00 РАН.

Автореферат диссертации разослан 3 июня 1&У4 г.

Учений секретарь специализированного совета

доктор фив.-мат. наук, профессор ( А.В.Двуреченски

Л

лж/г'

\

ТШЯ ХА1МКГЕРИСТИКЛ РАБОТЫ

Лктх'щьность^^теш. Значительный прогресс в полупроводниковой технологии позволил создать искусственные микроструктуры с размерами сравнимыми с межатомными расстояниями. Доступность этого класса полупроводниковых структур создает новые пути для исследования физики твердого тела в условиях с сильно пониженной размерностью, где становятся заметны эффекты "квантового размера". Искусственные структура породим оогатстсво новых физических явлений. Некоторые из наиболее поразительных являются следствием существования "уникальной оси" вдоль направления, нормального к слоям. "Уникальная ось" представляет собой' направление, в котором движение фононов и электронов сильно меняется при наличии ультра-тонких слоев.

•За последнее десятилетие технология молекулярно-лучевой зпитаксии (ГШ) позволила выращивать экстремально тонкие, периодически повторяемые кристаллические слои, например, ОаЛэ н А1Ая. Сверхпериодичность таких кристаллов приводит к специфическим эффектам, таким как "свертка" акустических и оптических фононов, локализация оптических фононов и т.д. При этом существенно меняется зонная структура исходных полупроводников, изменяются правила отбора для волнового вектора. ' Такие квантовые структуры, получили название сверхрешеток (СР) и уже нашли применение в высокоскоростной электронике, оптоэлектронике, фотонных устройствах, однако интерес к физике процессов, происходящих в сверхрешетках, продолжает увеличиваться.

Существенный вклад в исследование электронных и фононннх свойств СР, наряду с Рачановской спектроскопией, вносит Ж спектроскопия, которая позволяет изучать особенности колебательного спектра СР, определять оптические константы СР, исследовать транспортные свойства электронов. Поскольку правила отбора гля ИК спектроскопии и Рамановской спектроскопии отхичактся, эти (лето дм являются взаимодополняющими в исследовании дшоштмго и электронного спектра СР.

К мо мо нт у начала »той ртоти исследования во Ш -.чектгюс.чогпт ('¡' слЛг;/д"!Лр ограничивались лишь изучением

спектров поглощения периодических структур с квантовыми ямаш в оолэсти частот межподзонных переходов и спектров отражения длиннотериодных СР в области частот собственник колебаний кристаллической'решетки . При этом, каких- либо особенностей, свидетельствующих о квантовании фононного спектра СР в ИК спектрах обнаружено не сило.

Однако представляло определенный интерес изучить условия локализации оптических фононов в слоях OaAs и AlAs, исследовать анизотропию оптических фононов в СР GaAss/ÀiAs. Вместе с тем, ИК спектроскопия открывает новио возможности для исследования спектра коллективных межподзоншх и внутриподзонных электроншх возбуждений и изучения плазмон- фононного взаимодействия в СР. Наконец, вопросы применения метода ИК спектроскопии для контроля совершенства слоев, составляющих СР, и характернаации СР, на-наш взгляд, также не получили должного развития.

иаль__25Нной__работы состояла в исследовании основшх закономерностей фононного и электронного спектров делегированных и легированных СР GaAs/AiGaAs, обусловленного локализацией оптических фононов в слоях СР и коллективными межподзонними и внутриподзонными электронными возбуждениями методом ИК Фурье-спектроскогош.

Научная новизна работа. Большинство основных экспериментальных зависимостей, результатов и выводов- диссертации получены впервые.

Комплексный подход к изучению колебательного и электронного спектра нелегированннх • и легированных периодических структур GaAs/AlAs в области частот оптических фононов CaAs и aias (включавший температурные и поляризационные, исследования, а также расчет частот колебательных мод) позволил надежно пнтерпетйровать особенности ИК спектров отражения, впервые по ИК спектрам отражения изучен эффект локализации -продольных ' и поперечных оптических фононов GaAs и AlAs, определены дисперсионные зависимости оптических фотонов UaAss и AlAs. Впервые получена дисперсия поперечных-оптических фононов aias. Исследован эффект анизотропии поперечных оптических фононов оаЛв и Л1Лк в сверхрешетках саля/л'ш.

Иаучош ко.члектшшс! воьоухвети в логщюиашшх сверхрешотках: сеязаюик» межподзотше -плазмой- фоношше и связанные внутршюдзошше плагмон- фоношше колебания. Определены частот« межггодзонных и внутриподзошшх плазменных колебаний, эффективная масса и вертикальная подвижность в СР.

1!ВЖтичбская_ценнодть представленной диссертационной работа заключается в демонстрации возможностей ПК спектроскопии для бесконтактного и неразрушающего' метода контроля совершенства сверхрешеток, первичного контроля функциональной пригодности периодических структур для создания фотоприемных устройств на их основе.

Практическую ценность работы составляет также определение дисперсионных зависимостей поперечных и продольных оптических фоионов ОаАа и А1Ав, которые подтверждают и дополняют данные, полученные из экспериментов по нейтронному рассеянию и ксмоинационному рассеянию света.

Валзшй практический интерес -представляет возможность количественного анализа ИК спектров в рамках модели микроскопической диэлектрической функции. Такой анализ позволил определить такие параметры СР, как частоты межподзонннх и внутриподзошшх плазменных колебаний, вертикальную подвижность и эффективную массу электронов в сверхрешетке.

Нэ_зящйту_вщюсятся:

1. Результаты экспериментального исследования эффекта локализации продольных и поперечных оптических фононов ОаАэ и А1Аи по ЮС- спектрам отражения сверхрешеток ааЛв/АЫв, определение дисперсионных зависимостей продольных и поперечных оптических фононов ОаАв и А1Аз.

2. Экспериментальные результаты по исследованию анизотропии поперечных оптических (йононов Сада и А1Аа, обнаружению расщепления первой локализованной попереченой оптической мода ОаАа и А1Аз на две с различным направлением вектора поляризации.

3. Экспериментальные результаты но изучению взаимодействия межподзонных плазменных колебаний с. продольными оптическими фонолами СаАз и А1Аз в периодических структурах с квантовыми

ямами.

4. Экспериментальные результат« по исследованию взаимодействия внутриподзоншх плазменных колебаний с продольными оптическими фононами в сверхрешетках с туннелыю прозрачными барьерами. Б. результата количественного анализа ИК спектров отражения иелегировашшх и легированных сверхрешеток саАз/А1Ао.

. Апробация_работы. Основные результаты диссертации оыли представлены на:

1. 8-ой Международной конференции по Фурье- спектроскопии (Любек, Германия, 1991).

2. 21 Международной конференции по физике полупроводников (Пекин, Китай, 1992).

3. 6-ой Международной конференции по сверхрешеткам и микроструктурам ( Нсиян, Китай, 1992).

4. 6-оЯ Международной конференции по модулированным полупроводниковым структурам (Гармш- Нартенкирхен, Германия, 1993).

ОУФшашш* По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, список которых приведен в конце реферата.

Ств2КтуЕа_и_объем_ЗШсс@Е1'а!1йИ. Диссертация состоит из введения; четырех глав и заключения, изложенных нь 145 страницах (включая 47 рисунков) и списка работ из 107 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность теш, формулируйте» основные задачи исследования и дается краткое содержание диссертации по главам.

В первой щаве дан оозор литература > в котором излагается современное состояние спектроскопии полупроводниковых периодических структур в инфракрасной оолаети спектра.

ХВ этой главе излагаются элементы динамики кристаллической решетки двухатомных ионных кристаллов и периодически* структур, к.числу которых относятся сверхрешетки (СР) аялв/лш. ь ринках

-к

модели лшюЯиов тпочт обсуждается колебательный спектр йогов« кристаллов, топких полупроводниковых пленок и периодических полупроводниковых структур в области частот оптических фононов с-аАн и лис. ОсобнП интерес представляет колебательный спектр сверхрететек саав 'МАв с толщинами слоев саАа и Л1А,з в несколько монослоев. Частотные интервалы собственных оптических колебаний в ОаАз и МАг, не перекрываются, поэтому в сверхрошетках СаЛк/А 1Ав оптические Фзнонп каждого из материалов, составляющих ОР, окозываятся локализованными в соответствующих слоях. Фоношшй спектр таких сверх решеток является дискретным. При этом оказываются разрешены колебательные моды с волновыми числами кратяши и/4, где >1- длшш локализации соответствующего фонона. Представлен краткий обзор работ, посвящошшх исследованию колебательного спектра ОР методом комбинационного рассеяния.

Квоме того, в этой главе обсуждается энергетический споктр электронов в легированных периодических структурах с.аА8/А1 Ог^ А?.. Рассмотренная модель Кронига- Пенни для таких структур позволяет получить аналитические выражения для расчета энергетического спектра электронов. Представлен широкий обзор экспериментальных результатов по исследованию энергетического спектра электронов в легированных периодических структурах с квантовыми ямами.

Во_йтдрдй_глдве приводится описание экспериментальной установки, исследуемых образцов и методики проведения анализа экспериментальных результатов.

ИН Фурье спектрометр Вгикег Шз-пзу, используемый для записи' ИК спектров в широком частотном диапазоне (12-15000 см-*), состоит из камеры источников Ш излучения, интерферометра Майкельсона, камер образцов и приемников излучения и системы обработки данных. В качестве источников излучения слуяат глобор, ртутная лампа и нить накаливания. Сигнал регистрируется кремниевым болометром, СсШ^-Те болометром, пнролриеоиком, характеристики которых перекрывают весь рабочий диапазон спектрометра. спектрометр позволяет получить МК спектры отражения в пропускания с высоким разрешением ( до 0.03 см ) «ри различных угдях подепия спета на образец и при различных

температурах (4+300 К).

В этой главе рассмотрены преимущества ИК Фурье спектроскопии по сравнению с другими спектрометрами.

Исследуемые образцы сыли выращены методом молекулярно-лучевоИ эпитаксии на подложках ОаАз, ориентированных в направле1ши (100). Толщины слоев йаАа и.АНа изменяюсь от 2 до 100 монослоев. Период повторялся 30 £00 раз. Для исследования энергетического спектра электронов сверхрешетки легировались атомами 31 (п81=1 мо^г^мо18 см""3). Для устранения нежелательной интерференции на толщине образца при записи спектров отражения использовались легированные 31 подложки Оала (Пд^гмо18 см"3).

В данной главе представлена методика обработки экспериментальных ИК спектров отражения. Приведены аналитические выражения для расчета коэффициента отражения от анизотропной пленки, нанесенной на изотропную подложку, для в- и р-поляризованного света.

1е§тья_глава посвящена исследованию эффекта локализации продольных и поперечных оптических фононов саАа и А1Аа в сверхрешетках СаАЕ/А1Ав.

В данной главе обсуждается диэлектрическая функция длиннопериодшх СР, когда эффектом локализации оптических фононов можно пренебречь,и короткопернодных СР, когда необходимо учитывать эффекты локализации оптических-фононов.

Правила отбора для ИК спектроскопии позволяют наблюдать в ИК спектрах отражения СР саАв/А1Аз', выращенных в направлении (100), как продольные так и поперечные оптические фонони. Ь спектрах отражения, записанных в в-поляризованном свете, когда вектор электрического поля света направлен вдоль плоскости слоев СР, активными оказываются поперечные оптические ПО) фонони, а в спектрах р- поляризации, когда вектор электрического поля света направлен нормально к плоскости слоев СР, активны продольные оптические (ьо) фонони.

Колебательный спектр короткопериодных сверхрешеток СаАз/АХАв существенно отличается от спектра материалов, составляющих сверхрешетку. Вследствие большой разницы мезду

массами катионов в Нала и либ. оптические моды оаАз и А1Аз проявляютсячв различных частотных диапазонах. Как следствие, оптические колебателыше мода баЛз и А1Лз оказываются локализованными в соотьетствумцих слоях.

Эффект локализации оптических фононов в СР ОаЛз/АХЛз приводит к дискретному характеру энергетического спектра оптических фононов СаАз и А1Аз. В ИК спектрах отражения, записанных в условиях нормального падения света, впервые обнаружены особенности, свидетельствующие о локализаций поперечных оптических фононов оаЛв и Л1Аз. В спектрах отражения, записанных в р- поляризованном свете, обнаружены продольные локализованные моды ааАз и АХАз. Интенсивность линий локализованных мод в ИК спектрах уменьшается с ростом номера моды, что связано с уменьшением нескомпенсированного дипольного момента мод.

Анализ спектров ' отражения проведен в рамках микроскопической модели диэлектрической функции с учетом локализации оптических фононов в слоях СР. Поскольку СР представляет собой анизотропный кристалл с осью симметрии, направленной вдоль оси роста СР (ось г ), то описание, справедливое для рассмотрения колебательных. . свойств одноосевого кристалла, применимо и для сверхрешеток. Период СР значительно меньше длины волны ИК излучения, .поэтому СР рассматривают как эффективную среду, описываемую единой диэлектрической функцией. Диэлектрическая функция СР может быть представлена в виде диагонального тензора, компоненты которого можно представить набором гармонических осцилляторов: ,

вхгехоо

1-3 1Д

Ч(М Зи

(I)

1/е„=1/е„

(2)

где ('4^' частоты поперечных и продольных локализованных'

колебательных кол в слоях-CaAs и AlAe (\=1 для GaAa и Я.-2 для AIАа), s^'.s}^-' их силы осцилляторов, rj'^-их параметры

затухания, соответственно, i -номер локализованной моды в СР. Согласно правилам отбора для ИК спектроскопии, в спектрах отражения проявляются колебательные моды, дшюльный момент которых отличен от нуля. Поэтому в выражениях (Г) и (2) суммирование выполняется по всем нечетным модам для обоих слоев СР..Коэффициента отражения рассчитывались по формулам отражения от анизотропной пленки, нанесенной на изотропную подложку. Сравнение экспериментальных спектров с теоретическими позволило определить частоты ТО и L0 локализованных мод, их силы осцилляторов и параметры затухания. Величину волнового вектора каждой 1-ofl локализованной моды можно определить из соотношения

1С

k,=-'1, где 1- номер локализованной модн, п- число

1 (п+1 )а

монослоев в слое, а- постоянная кристаллической решетки соответствующего слоя. Используя значения частот локализованных мод и соответствующие им значения волнового вектора, были определены дисперсионные зависимости продольных и поперечных оптических фононов GaAs и AlAs. Наблюдается хорошее согласие данных, полученных по спектрам отражения и из экспериментов по нейтронному рассеянию и комбинационному рассеянию света. Дисперсия ТО фононов в aias была определена впервые.

В данной главе . приведет результаты исследования анизотропии ТО фононов oaAs и AlAs в СР CaAs/AlAs. В ПК спектрах отражения записанных в условиях наклонного падения света (е*?0°) обнаружено расщепление, первой локализованной ТО г«;одц GaAa и AlAs на две с различным направлением вектора поляризации. Колебательная мода, вектор поляризации которой, направлен вдоль плоскости слоев СР (s-поляризованная мода) не зависит от угла распространения фононов. Значения частот а-поляризовашшх мод, полученные по ИК спектрам отражения, .составляют 270.5 н 359.2 см-1 для GaAs и AlAo, соответственно. Колебательная мода, вектор поляризации которой направлен вдоль оси СР, обладает сильной угловой дисперсией. Частоты этих мод, определённые по спектрам' отражения, соответствуют для GaAa 2?2.4 см"1 И для AI Ar; - 34,3.в см-1. Частоты старших р-поляризовошшх локализованных мод

-ю

практически не изменяются с увеличением угла распространения фононов, поскольку с ростом номера локализованной модц резко уменьшается ее дипольный ~ момент, определяющий величину расщепления. Поэтому частоты старших а- и р- поляризованных мод оказываются вырожденными.

^Нетьертой_ГдаЕ§ представлены результаты исследования взаимодействия плазменных колебаний электронов в легировагашх СР ОаАв/А\.Аи с ПРОДОЛЬНЫМИ ОПТИЧеСКИШ ({Юнонами ОаАз И А1АВ.

ср СаЛв/А1Аз, легированная атомами 31, является периодической структурой с двумерным электронным газом. В зависимости от толщины слое СР обладает свойствами как двумерной, так и трехмерной системы. При большом расстоянии между соседними слоями с двумерннм электронным газом, превышающем длийу волны де Бройля, СР обладает свойствами двумерной системы. Когда расстояние между слоями соизмеримо с длиной волны де Бройля, поведение системы становится эффективно трехмерным. Поскольку СР оаАв/Аиз состоит из полупроводников с долей ионной связи, то при рассмотрении электронных свойств СР необходимо учитывать взаимодействие коллективных электронных возбуждений с колебаниями кристаллической решетки.

В случае достаточно толстых барьеров, когда энергетический спектр в направлении" оси ОР является дискретным; возможно возникновение межподзонных плазменных колебаний. Для исследования взаимодействия межнодзонннх плазменных колебаний электронов с ъо фононами, вектор поляризации которых направлен вдоль оси роста СР, записывались ИК спектры отражения легированных СР; ааАа/АХАэ в р- поляризованном свете, чтобы обеспечить составляющую вектора .'электрического поля света, направленную вдоль оси СР.

Параметры СР и уровень легирования были подобраны таким образом, чтобы основной уровень в квантовых ямах бил заполнен электронами, а первый . возбужденный- свободен. Электроны основного состояния могут свободно двигаться в направлении, перпендикулярном оси СР, и оказываются сильно локализованными в направлении оси СР. Наибольший интерес представляют перехода .с основного состояния в верхние возбужденные. В ИК спектрах

П-

пропускания периодических структур с квантовыми ямами обнаружены минимумы, соответствующие поглощешда света на межнодзоншх переходах. В ЙК спектрах отражения впервые обнаружены связанные плазмой- фоношше мода, обусловленные взаимодействием между продольными оптическими фононами СаАз и А1Аз и коллективными мекподзонными возбуждениями.

Для описания межггодзокных плазменных колебаний необходимо в диэлектрическую функцию, характеризующую вклад решеточных

"р

колебаний ОаАз, добавить электронный вклад: - —*- .где

Ц^-шНГш

ш01- частота одночастичного межподзонного перехода, (1 и Г-частота и -коэффициент затухания межподзошшх плазменных колебаний.

Анализ экспериментальных результатов, проведенный в рамках

макроскопической модели диэлектрической функции, позволил

определить частоты плазмон- фононных мод и величину матричного

о

элемента кулоновского взаимодействия ь01=8 А.

Последний параграф четвертой главы посвящен исследованию взаимодействия продольных оптических фононов с ■ внутриподзонными плазменными колебаниями в легированных СР с туннельно прозрачными барьерами. В таких СР энергетический спектр электронов'размывается в мивдзоны. В случае, если уровень Ферми пересекает минизону, то электроны на уровне Ферми могут свободно' двигаться в направлении перпендикулярном . плоскости слоев . СР. Плазменные колебания этих, электронов могут взаимодействовать с 1.0 фононами СаАв и А1А5-, вектор поляризации которых направлен вдоль оси роста СР. Плазмон- фоношое взаимодействие приводит к возникновению связанных плазмон- фононных колебательных мод, частоты которых отличаются от значений ьо фононов с1аас и А1Ае. Эти моды впервые были обнаружены нами в ИК спектрах отражения.

Спектры отражения СР были рассчитаны по формулам отражения от анизотропной пленки, нанесенной на изотропную подложку, с использованием тензора диэлектрической функции, компоненты которого определяются согласно соотношениям (I) и (2). Учет ила змеиных колебаний; электронов в частично заполненной минизоне Рил проведен посредством добавления члена ■•Ч)£г/(ы£+17 ы) в (2),

с частотой плазмона м „^(«в^п/е-лл,)1 , где 7.,- коэффициент

[} о и о &

затухания плагмашшх колебаний, п концентрация электронов и т -эффективная масса электронов в минизоне, е00~ высокочастотная диэлектрическая проницаемость йаАз. Сравнение экспериментальных и рассчитанных спектров отражения позволило определить плазменную частоту и , эффективную массу тг и подвижность электронов в минизоне р-2.

Расчет энергетического спектра электронов в СР был проведен в рамках модели огибающей волновой функции с учетом Г, X, I. электронных состояний в СаАв и А1Аа. Вили рассмотрены минизоны, образованные Г-Г, Х-Х, Г~Х электронными состояниями (первый символ 1' или X связан с ваАз, второй- с Д1Аз). Влиянием Ь долины пренебрегалось, так как минизощ, образованные ь состояниями находятся при при значительна больших энергиях по сравнению с I' и X состояниями. Перехода Г-Г и. Х-Х являются прямыми, в то время как Г-Х процесс может идти через поперечную Х^. долину (непрямой переход) и через продольную Х^ (псевдопрямой переход). Непрямые переходи были исключены из рассмотрения, поскольку требуют большого изменения волнового вектора.

Общая концентрация электронов била использована для определения положения уровня Ферми. Положение уровня Ферми задает величину эффективной массы т„ в соответствующей минизоне. Эффективная масса т концентрация электронов в СР п и коэффициент затухания ур использовались для определения плазменной частоты « и вертикальной ' подвижности. Как оказалось, наилучшее согласие между экспериментально полученными и рассчитанными значениями пи, и)ра получено в случае, когда учитывались лишь Г-Г переходы.. Полученные параметры, при которых наблюдается наилучшее согласие теории и эксперимента приведены в таблице I. В таблице индексы т, п указывают число монослоев в слоях саАв и А1Аз. Если другие типы переходов принимать во внимание, то различие экспериментальными и рассчитанными дашшми увеличивается.

Таким образом, показано, что частота плазменных колебаний электронов ырг. определяется в основном заполнением мипизои, осразовашнх г-г состояниями. При этом существенного влияния других состояний ооноужно не было.

-13-

Таблица I

образец эксперимент расчет

(0аА8)т(АХАз)п п, СМ""3 V СМ~1 Тр= см"1 эв т„/ш ¿л и см'-В_1С «рз с;.Г1

(ОаАз).^ (АХАа)? 5*Ю18 200 150 0.23 0.053 1.2*103 236

(ааАв)?5(АХАв)г 4*1017 200 30 0.07 0.24 103 116

(0аАЕ)5(АХАз)5 2*1 О1 ,У 1*10^ 230 50 0.42 0.49 207

(ааАз)^(АХАз)5 1С0 1.5 0.36 0,28 £.2*1 О4 71

^сновны0_шволы_®55§рташ?и.

1. Изучены ПК спектры отражения сверхреиеток СаАв/АХАв в области частот оптических колебаний кристалл1гаеских решеток саАз и АХАз. Впервые обнаружен эффект локализашш оптических фононов с.аАв и ахаа в ИК спектрах отражения короткопериодных СР саАэ/ахав. г. Определен!! частоты локализованных мод оптических' фононов, получены дисперсионные зависимости продольных и поперечных оптических фононов сааз и ахав. ■ Впервые определена дисперсия • поперечных оптических фононов в АХАз.

3. Исследован эффект анизотропии поперечных оптических фононов оааз и ахаз в сверхрешетках ■ оаАз/А1Аз. Обнаружено расщепление первой локализованной то колебательной мода ааАэ и АХАэ на две с различным направлением вектора ' поляризации . относительно плоскости слоев сверхрешетки. ,

4- В рамках макроскопической теории изучена диэлектрическая Функция легированных сверхрешеток ОаАз/АХАэ.' Показано, что ИК спектры отражения сверхрешеток Оаке/АШ могут быть описаны диэлектрической функцией анизотропного кристалла. Определенц условия взаимодействия продольных оптических колебательных мод ОаАз и А1А8- с межлодзоншми и внутршюдзошыми плазменными колебаниями.

5. Изучена ШС спектры отражения лзгировышшс сворхрошеток G&Aa/AlüaAs в широкой области спектра. Обнаружено взаимодействие продольных оптических фононов ОаАв с межподзсшшми плазменными колебаниями. Определена величина матричного элемента кулонозского взаимодействия.

ь. Обнаружено взаимодействие продольных оптических колебательных мод (5а\н и AlAs с внутриподзошшми плазменными колебаниями. Показано, что частота внутринолзсшшх плазменных колебаний легированных сверхрешеток üaAe/AiAs определяется заполнением мшшзон, образованных Г электронными состояниями. Анализ спектров ИК отражения легироватшх, сверхрешеток GaAs/AlAa позволил определить эффективную массу электронов в минизоце, частоты внутриподзошшх плазменных колебаний, вертикальную подвижность электронов в сверхрешетке.

B_ä@K®4smJH определен личный вклад автора, указана апробация работы и список работ, в которых представлены основные результаты диссертационной работы.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Пусеп Ю.А., Милехин А.Г.,.Синюков М.П., Плуг К., Торопов А.И. Локализованные фонолы в спектрах отражения сверхрешеток GaAs/AlGaAs // Письма в ЖЭТФ, 1990, т.52, В.9, стр.1068-1072

2. Pusep Yu,, Milekhin A. IR spectra of coniined optical phonons in GaAs/AlAs superlattices. // SPIE , 19Э1 , v.1575, p.57b

T. Пусеп Ю.А., Милехин А.Г., Моаюгов H.T., Тихомиров B.B., TopoiroB А.И. Исследовашю ■ эффекта проникновения локализованных оптических колебаний в барьер в периодических структурах GaAs/AlAs по спектрам отражения.// Письма в ЖЭТФ, 1991. Т.54, B.-I, 44-47 1. Пусеп D.A., Милехин А.Г., Оинкков M.1I. Оптические колебательные модн в тонких пленках СаАз и inAa // Физика твердого тела 1991,т.33, п.а, стр.2474-2477 5. Pusep Yu., Ittlektvin A., Ploog К. IR spectra of confined optl (}&l phonone in GaAs/AlAs auperlatticea. // 8-th

-15-

International Conference on Fourier Transform Spectroscopy, Lubeclc-Travemunde, 1991, Book of Abstracts, p.341

6. Милехин А.Г., Ilycen Ю.А., Торопов А.И. Ангармонизм оптических колебаний GaAs в сверхрешетках OaAa/AiAs. // Письма в ЖЭ'ГФ,

1992, Т.55, В.10, 564-566

7. Pusep Yu., Mllekhin A., Toropov A. FTIR- spectroscopy of (GaAs)n/(AlAs)m Superlatticoa. // Superlatt. and Mlorostr.,

1993, v.13, n.1, p.11b

8. Pusep Yu., Mllekhin A.,- Toropov ' A. Study, of vertical transport of electrons in (GaAs)n/(AlAa)m superlattices by Fourier Transform. Infrared Spectroscopy. // Journal of Physios: Condensed Matter, 1993, v.5, pp.1-8

9. Pusep Yu.A., Milekhin A.H., Toropov A.I. FTIR spectroscopy of longitudinal confined phonons and plasmon- phonon vibrational modes in GaAsn/AlAsra superlatt!сея. // Solid- State

•" Eleotrlnics. 1994. v.37. nos. 4-6, pp. 61Э-616

- 16.-

А.Г.ММЕХИН

Исследование эффектов квантования фононного и электронного спектров . в полупроводниковых сверхрешетках GaA.ii/AiAi3 методом инфракрасной спектроскопии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук'

Подписано к печати 31.05.94 г. Формат оумаги (50*04/16 объем I печ. л., уч.-изд.л.-0.7 Тираж 100 экз. Бесплатно. заказ № 33£

Обработано на тем го и отпечатано на ротапринте Ш'Т.У Ношсабкроп, 030105. пр.К.Маркса, 20