Кинетика магнитолюминесценции двумерного электронного газа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

На правах рукописи

ФИЛИН Алексей Иванович

КИНЕТИКА МАГНИТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ДВУМЕРНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ГАЗА

Специальность 01. 04.07.-физика твердого тела.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка 1992

Работа выполнена в Институте физики твердого тела РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук И.В.Кукушкин

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В.Г.Лысенко доктор физико-математических наук С.З.Шмурак

Ведущая организация: Физический институт им.Н.П.Лебедева РАН

Защита состоится «

час

на заседаник-специализированного ученого совета Д 003.12.01 при Институте физики твердого тела РАН по адресу: 142432, Московская область, Ногинский район, п. Черноголовка, ИФТТ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики твердого тела РАН.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета доктор

физико-математических наук

В.Д. Кулаковский

Актуальность темы. Интерес исследователей к низкоразмерным системам, в частности, к двумерным (2Г>—) электронным системам, резко возрос в последние годы. Этот интерес обусловлен не только их разнообразным и эффективным применением в микро- и оптоэлектронике, но и открытием в этой области принципиально новых фундаментальных явлений, таких как квантовый эффект Холла, целочисленный и дробный.

Возникновение го-электронного газа связано с ограничением движения электронов по одному из пространственных направлений узкой потенциальной ямой (так называемой квантовой ямой). Такое ограничение приводит к размерному квантованию энергетического спектра по этому направлению. Исследования излучательной рекомбинации го-электронов с фотовозбужденными дырками позволяют прямым способом изучать энергетический спектр го-электронов. При этом изучение кинетических характеристик рекомбинационного процесса дает важную информацию о физических явлениях, наблюдаемых в двумерном канале.

Квантование циклотронного движения электронов и определяемая им дискретность спектра го-электронных систем в магнитном поле приводит к осцилляциям соответствующих термодинамических и кинетических характеристик. В последнее время появился ряд противоречивых сообщений об оптическом аналоге осцилляций Шубникова - де Гааза, наблюдавшемся в магнитополевых зависимостях интесивности рекомбинационного излучения го-электронов, в которых делалась попытка описать эти осцилляции в терминах кулоновских корреляций в системе го-электроны - фотовозбужденные дырки. Однако целый ряд экспериментальных фактов свидетельствует о том, что такие эффекты могут быть следствием сложных релаксационных процессов в 2о-электронной системе.

Спиновая релаксация фотовозбужденных носителей может происходить существенно медленнее, чем рекомбинационные процессы, поскольку переворот спина требует магнитного взаимодействия, которое является слабым. Именно это обстоятельство было использовано в ряде экспериментов по оптическому ориентированию фотовозбужденных носителей заряда, выполненных в трехмерной системе - соединении мваАБ. При этом неравновесная намагниченность в электронной системе создавалась с помощью фотовозбуздения циркулярно поляризованным светом, и рекомбинационный фотоотклик был также сильно циркулярно поляризован. Для го-систем имеются основания предполагать, что из-за дискретности энергетического спектра в перпендикулярном магнитном поле процессы спиновой релаксации будут аномально медленными. Однако времяразрешенные эксперименты по оптической ориентации, выполненные в гц-квантовых ямах, неожиданно показывают необычайно короткие времена спиновой релаксации. Для разрешения этой загадки необходимы прямые эксперименты по исследованию кинетики рекомбинационного излучения в перпендикулярном магнитном поле с анализом циркулярной поляризации.

Целью данной работы является прямое изучение рекомбинационных и релаксационных процессов в системе гц-электронов в объектах, содержащих монослой (г-слой) акцепторов, на которых связываются фотовозбужденные дырки.

Научная новизна. В настоящей работе методом время-скоррелированного счета фотонов впервые изучены процессы рекомбинации го-электронов с фотовозбужденными дырками, связанными на акцепторах в-слоя. Определены основные характеристики рекомбинационного процесса - времена рекомбинации гснэлектронов из основной и возбужденной подзон размерного квантования и их зависимость от расстояния между го-каналом и а-слоем акцепторов.

Исследованы релаксационные процессы в системе гц-электронов, обнаружены магнитоосцилляции времени релаксации 2Е>-электронов из возбужденной подзоны размерного квантования. Впервые в одиночном гетеропереходе исследована спиновая релаксация фотовозбужденных электронов и дырок в прямом эксперименте по изучению кинетики рекомбинационного излучения с анализом циркулярной поляризации, определено время спиновой релаксации дырок связанных на акцепторах б—слоя, произведена оценка сверху времени установления спинового равновесия в гэ-электронной системе.

Научная значимость результатов. Проведенные в работе исследования дают новую информацию о физических явлениях, происходящих в гэ-системах. Они важны для более полного понимания роли фекомбинационных и релаксационных процессов в формировании энергетического спектра 2Е>-электронов.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Российско-Германском симпозиуме "Высокотемпературная сверхпроводимость и низкоразмерные электронные системы" (ФРГ, Штуттгарт - Мюнхен, 1992), докладывались на научных семинарах в мр1-екг (Штуттгарт, ФРГ), в сикб-имь (Гренобль, Франция) и в ИФТТ РАН.

Структура работы. Диссертация состоит из восьми разделов: введения, пяти основных глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Краткое содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулирована цель, научная новизна и основные результаты, выносимые на защиту.

Первая глава представляет собой краткий литературный обзор работ, посвященных исследованиям низкоразмерных электоронных систем. Особое внимание уделено оптической спектроскопии го-электронного газа: обсуздаются объекты, используемые для изучения свойств го-электроиного газа; описано влияние различных факторов, таких как магнитное поле, на энергетические спектры го-электронного газа; рассмотрены новые методы исследований газа гэ-электронов, такие, как оптическое детектирование циклотронного резонанса; делается обзор время-разрешенных спектроскопических исследований таких объектов, содержащих го-электронный газ, как квантовые ямы и одиночные гетеропереходы.

Во второй главе описана используемая в работе методика время-скоррелированного счета фотонов, обсуждаются ее возможности, особенности и обоснованность ее выбора. Методика основывается на утверждении, что распределение по времени вероятности испустить одиночный фотон в результате импульсного возбуждения исследуемого объекта можно рассматривать как распределение по времени интенсивности излучения всех фотонов, пришедших от исследуемого объекта в результате акта возбуждения. Таким образом построив функцию распределения по продолжительности временных интервалов, прошедших с момента возбуждения объекта до момента регистрации одиночного фотона испущенного объектом в результате акта возбуждения, при ряде допущений мы получаем зависимость интенсивности излучения от времени. Для того, чтобы каждому детек'. чруемому фотону поставить в соответствие временной интервал,

прошедший с момента возбуждения объекта до момента регистрации этого фотона, специальный преобразователь вырабатывает электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна длительности этого интервала, в результате чего временной анализ сводится к амплитудному. Выбирая на выходе преобразователя времени в амплитуду сигналы, попадающие в определенный амплитудный диапазон, мы имеем возможность используя стандартную методику счета фотонов записывать энергетические спектры фотонов, испускаемых образцом через заданный промежуток времени после возбуждения в течение определенного временного интервала (временного окна). Таким образом методика время-скоррелированного счета фотонов позволяет записывать как кинетику люминесценции в заданной спектральной позиции, так и спектры, определенным образом задержанные во времени.

В качестве источника возбуждающего света использовалась пикосекундная лазерная система фирмы spectra Physics, имеющая на выходе импульсы длительностью 1пс, перестраиваемые по длине волны и частоте следования.

Третья глава посвящена изучению кинетики излучательной

рекомбинации го-электронов с фотовозбужденными дырками,

локализованными на s-слое акцепторов. Исследовались одиночные

гетеропереходы GaAs-AlxGa1_xAs (х=0,3), в которых в буферном слое

GaAs на заданном расстоянии (zQ) от интерфейса был создан монослой

тп — ?

акцепторов (Be) с концентрацией 2-10 см . В использованных образцах zo=250, 300 и 350 А. Все измерения проводились при возбуждении импульсами света с длиной волны л=605 нм и частотой повторения f=800 кГц. Средняя плотность мощности на образце составляла 25 мВт/см2, пиковая - 30 кВт/см2, что соответствует 0,3 нДж за I пс в пятне I мм2. Концентрацию 21>-электронов в структурах можно было уменьшать, увеличивая интенсивность

фотовозбуждения, отметим, однако, что в данной работе (исключая последний параграф третьей главы) уровень оптической накачки всегда выбирался таким низким, чтобы характерное время увеличения концентрации 21>-электронов после лазерного импульса на много порядков превышало время рекомбинационного излучения. Поэтому в условиях нашего эксперимента концентрация 2Е)-электронов не изменялась и была близка к максимальной величине, реализующейся в темноте, при этом концентрация фотовозбузденных дырок была всегда на два порядка меньше электронной.

В зависимости от концентрации электронов и магнитного поля в спектре люминесценции наблюдается рекомбинационное излучение 21>-электронов из основной (В0) и возбужденной (В^ подзон размерного квантования. В перпендикулярном магнитном поле линии люминесценции расщепляются на уровни Ландау в соответствии с фактором заполнения уровней ^=п5/(ен/ь). Отметим, что наличие перпендикулярного магнитного поля при исследовании кинетики излучательной рекомбинации было необходимо для выделения сигнала, связанного с го-электронами, поскольку в этой же спектральной области может наблюдаться объемная донорно-акцепторная рекомбинация из буферного слоя саАэ. Задержанный во времени спектр люминесценции, в котором проявляются несколько заполненных уровней Ландау основной подзоны размерного квантования, практически не изменяется при увеличении задержки вплоть до 300 не и совпадает (по форме) с интегральным по времени спектром. Отсюда следует вывод о том, что в первом приближении время излучательной рекомбинации не зависит от энергии 2Е)-электронов, поскольку волновые функции электронов основной подзоны одинаковы и не зависят от их кинетической энергии.

Кинетика излучательной рекомбинации в общем случае может иметь довольно сложную зависимость не описывающуюся одной

экспонентой. Это связано с различием в волновых функциях го-электронов из разных подзон размерного квантования, а также с различием в концентрациях фотовозбужденных дырок (пь) и электронов из основной (п30) и возбужденной (п31) подзон. Наиболее простая ситуация реализуется для го-электронов из основной подзоны в случае, когда возбужденная подзона не заполнена (в интегральном по времени спектре отсутствует линия, соответствущая рекомбинации го-электронов из возбужденной подзоны). В этом случае наблюдаемая кинетика затухания- люминесценции описывается простой экспоненциальной зависимостью (для образца с го=300А характерное время ^0=270 не). Поскольку п30 практически не меняется в нашем эксперименте, эта зависимость отвечает уходу дырок из з-слоя акцепторов. При небольшом (п31<<пь<<пзо^ заполнении возбужденной подзоны размерного квантования (линия, соответствующая рекомбинации го-электронов из возбужденной подзоны, присутствует в интегральном по времени спектре) кинетика люминесценции оказывается сложнее. На начальном этапе процесса рекомбинации ( 50нс) дырки, локализованные на акцепторах з-слоя, расходуются на электроны как из основной, так и из возбужденной подзон, при этом скорость ухода дырок оказывается выше, чем в случае, когда возбужденная подзона пуста. Это проявляется в отклонении кривой люминесценции от экспоненциальной зависимости, наблюдаемой в случае отсутствия го-электронов в возбужденной подзоне, причем это отклонение уменьшается по мере опустошения возбужденной подзоны.

По сравнению с волновой функцией го-электронов из основной подзоны, волновая функция го-электронов из возбужденной подзоны оказывается более протяженой в направлении, перпендикулярном интерфейсу, поэтому ее интеграл перекрытия с волновой функцией дырок, локализованных на акцепторах, больше. Этим определяется то, что вероятность рекомбинации оказывается существенно более высокой

для 2Е>-электронов из возбужденной подзоны, чем из основной. Однако время жизни 2п>-электрона в возбужденной подзоне определяется не только рекомбинационными, но и релаксационными процессами, что радикальным образом влияет на исследуемую нами кинетику. Подробно этот вопрос будет обсуждаться в следующей главе диссертации.

При увеличении расстояния между 6-слоем акцепторов и интерфейсом наблюдается падение интегрального сигнала люминесценции, которое сопровождается увеличением времени рекомбинации. Нами исследованы кривые затухания люминесценции для го-электронов основной подзоны вблизи фактора заполнения v=4 в различных структурах с г0=250, 300 и 350 А. Установлено, что при увеличении г0 от 250 до 350 А время рекомбинации т0 увеличивается от 50 до 400 не. Из зависимости т0(г0), которая определяется изменением перекрытия волновых функций гэ-электронов и дырок, связанных на акцепторах г-слоя, можно восстановить координатную зависимость волновой функции го-электронов.

Наши измерения показывают, что в первом приближении т0 не зависит от величины перпендикулярного магнитного поля, что объясняется независимостью от поля г-компоненты волновой функции 2Е>-электрона. При этом в наклонном магнитном поле т0 зависит от номера уровня Ландау. Это обусловлено тем, что в наклонном поле появляется зависимость г-компоненты волновой функции гэ-электронов от номера уровня _вследствие подмешивания волновых функций вышележащих подзон.

В конце главы рассмотрен случай, когда интенсивность накачивающего импульса света достаточно велика для того, чтобы существенно изменить концентрацию пв гц-носителей по отношению к темновой. (Отметим, что все остальные эксперименты выполнены при низкой накачке, критерий малости приводится в начале главы.) Импульс света достаточной интенсивности приводит к компенсации

заряда доноров, находящихся в слое А1саАэ, электронно-дырочной плазмой, которая создается светом в этом же слое. При этом рожденные светом дырки могут свободно перейти из слоя мсаАз в слой саАэ, в то время как электронам для такого перехода надо преодолеть энергетический барьер в зоне проводимости. Часть дырок связывается на акцапторах 5-слоя, свободные же дырки рекомбинируют с 2Е>-электронами с характерным временем порядка д.нс, что и приводит к резкому уменьшению пз. По мере поступления электронов из слоя мваАз в го-канал пз растет, что приводит к увеличению ширины линии люминесценции, а в перпендикулярном магнитном поле -к увеличению фактора заполнения. Нами получена зависимость интенсивности люминесценции от времени и длины волны х(ъ,х), которая/ наглядно демонстрирует, как меняется во времени энергетический спектр го-электронов; построена зависимость от времени концентрации пз.

Четвертая глава посвящена изучению процессов- межподзонной релаксации в исследуемой нами системе. Осцилляции интенсивности магнитолюминесценции 2Е>-электронов являются обычно аналогом осцилляциий Шубникова - де Гааза и связаны со скачкообразным изменением химического потенциалла электронов в магнитном поле. В этом случае соответствующие особенности (минимумы или максимумы ) в зависимости интенсивности люминесценции от магнитного поля наблюдаются синфазно с магнитотранспортными, а именно,- при целочисленном заполнении уровней Ландау. Осциллирующая зависимость интенсивности рекомбинационного излучения электронов из возбужденной подзоны размерного квантования объясняется в этом случае тем, что при целочисленном заполнении электроны основной подзоны не принимают участия в экранировке притягивающего потенциала свободной дырки и реализуется корреляция дырок и электронов из возбужденной подзоны. В последнее время был

обнаружен новый тип осцилляций магнитолюминесценции, отличающийся от магнитотранспортных, и объясненный в терминах упругой релаксации 21>-электронов из возбужденной подзоны в основную при пересечении соответствующих уровней Ландау. Исследование кинетики рекомбинации электронов из возбужденной подзоны в этих условиях позволяет прямым образом сделать выбор между двумя указанными механизмами.

Как уже отмечалось, в общем случае кривые затухания люминесценции имеют достаточно сложный характер, сильно зависящий от степени заполненности возбужденной подзоны. В случае, когда 2Е>-электронов в возбужденной подзоне мало, кинетика рекомбинации 2Е>-электронов из основной подзоны с дырками, локализованными в монослое акцепторов, хорошо описывается простой экспонентой. По мере увеличения заполнения возбужденной подзоны наблюдается отклонение от экпоненты на начальном (-100 не) участке кривой затухания. Это отклонение связано с тем, что дырки в этот промежуток времени рекомбинируют с го-электронами как из основной, так и из возбужденной подзон размерного квантования. Учитывая, что концентрации фотовозбужденных ,дарок (пь) и гц-электронов из основной (пе0) и возбужденной (пе1) подзон размерного квантования связаны соотношением пз1« пь« пз0, начальный участок кинетической кривой, описывающей уход го-электронов из возбужденной подзоны, можно считать близким к экспоненциальному. Мы аппроксимировали этот участок кривой методом минимизации критерия х2 и получали зависимость от магнитного поля времени затухания люминесценции 2Е>-электронов из возбужденной подзоны г1(н). Нами обнаружено, что •с1(н) осциллирует в фазе с интенсивностью, причем значения в минимумах осцилляций уменьшаются с ростом магнитного поля, тогда как значения в максимумах остаются неизменными и равными -30 не. Отметим, что из анализа спектров следует, что в случае, когда

интенсивность линии рекомбинации 2Е>-электронов из возбужденной подзоны максимальна, концентрация дырок в монослое в четыре раза превышает концентрацию 2Е>-электронов в возбузвденной подзоне, во всех остальных случаях соотношение пд1« пь является более строгим. При нарушении этого соотношения для соответствующей кривой затухания может происходить отклонение от экспоненциального закона, однако легко показать, что такое отклонение может приводить лишь к сглаживанию размаха наблюдаемых осцилляций.

Для 2Е>-электрона. возможны два пути ухода из первой возбужденной подзоны: излучательная рекомбинация и релаксация в основную подзону. Поэтому МОЖНО считать, ЧТО 1/г1=1/Гге1+1/Тгес, где тге1 и тгес - времена релаксации и рекомбинации соответственно. Поскольку тгес определяется интегралом перекрытия волновых функций 21>-электронов из возбужденной подзоны и фотовозбужденных дырок, локализованных в монослое акцепторов, его можно считать константой, близкой к значению тх в максимумах осцилляций, так как незначительные изменения формы квантовой ямы с ростом магнитного поля не оказывают существенного влияния на волновую функцию 2п-электрона из возбужденной подзоны. Таким образом наблюдаемый характер зависимости тЛн) определяется осцилляциями тге1. Когда энергии нижайшего незаполненного уровня Ландау основной подзоны и нижнего уровня Ландау возбузвденной подзоны сравниваются, т.е. в точке пересечения соответствующих ветвей веера Ландау, время гге1 резко уменьшается в результате резонансного роста вероятности перехода гскэлектрона из возбужденной подзоны в основную за счет упругого рассеяния на атомах остаточных примесей. Причины последующего роста тге1 до конца не понятны, однако можно предположить, что поскольку внутриподзонная релаксация связана с испусканием соответствующего фонона, изменения условий испускания за счет изменения

энергетического зазора между уровнями могут привести к уменьшению вероятности релаксации.

В заключение настоящей главы отмечается, что обнаруженные нами магнитоосцилляции времени затухания интенсивности рекомби-национного излучения 2Б электронов из возбужденной подзоны объясняются в терминах упругой межподзонной релаксации электронов в двумерном канале при пересечении соответствующих уровней Ландау, что противоречит представлениям об экранировке притягивающего потенциала дырок.

Пятая глава посвящена исследованию спиновой релаксации фотовозбужденных электронов и дырок в прямом эксперименте по изучению кинетики рекомбинационного излучения' с анализом циркулярной поляризации. В магнитном поле зеемановское расщепление приводит к появлению двух электронных и четырех дырочных спиновых подуровней. Нами исследовались две наиболее интенсивные циркулярно поляризованные компоненты люминесценции - а~ (результат рекомбинации электронов с подуровня 5=+1/2 с дырками с подуровня

З^-г/2) И £Г+(з=-1/2, ^=+3/2).

Анализ интегральных по времени спектров в о-- и <т+ поляризациях показывает более высокую степень поляризации линии рекомбинации 2Е>-электронов из первой возбужденной подзоны вх по сравнению с линиями рекомбинации 2Е>-электронов с уровней Ландау основной подзоны в0. В основной подзоне уровни Ландау полностью заполнены, т.е. заселенность обоих спиновых подуровней здесь одинакова, и степень поляризации линии в0 определяется только состоянием дырочной спиновой подсистемы, тогда как в поляризацию линии вх вносит вклад также и электронная ориентация по спину. Таким образом, для получения информации о состоянии дырочной спиновой подсистемы необходимо изучение поведения линии в0. Мы снимали зависимость от времени интенсивностей о-- и сг+

поляризованных компонент люминесценции в спектральной позиции, соответствующей линии в0, и строили степень поляризации у=(о-~-сг+ )/(сг~+£г+) как функцию времени в различных магнитных полях. Время установления дырочного спина ть получалось в результате аппроксимации этой зависимости функцией вида

=70 (1-ехр(^/т^)), где т0 - степень поляризации, наблюдающаяся в соответствующем поле в стационарном состоянии -может быть получена из интегральных (по времени) спектров из соотношения интенсивностей линий о-- и <г+ поляризаций. Нами получено, что с ростбм магнитного поля от 2,5 Тл до 5,5 Тл падает с 2,0 не до 1,2 не. Зависимость от магнитного поля обратного времени дырочной спиновой релаксации 1/гь имеет характер,близкий к линейному. Отмечается, что в случае, например, спин-решеточного взаимодействия такая зависимость может быть, квадратичной, а при определенных условиях даже более сильной степенной функцией с показателем степени до э.

В исследуемых нами спектрах присутствует фон от объемной донорно-акцепторной рекомбинации, быстро спадающий со временем и ростом длины волны. На временах порядка единиц наносекунд в спектральных позициях, соответствующих нижнему уровню Ландау вклад этого фона пренебрежимо мал, что позволило произвести прямые измерения кинетики, отвечающей заселенности дырочных спиновых подуровней. Как уже отмечалось, линия в^ соответствующая рекомбинации 2о-электронов из возбужденной подзоны, поляризована сильнее. Это происходит благодаря наличию здесь электронного вклада в степень поляризации наряду с дырочным. Однако в коротковолновой части спектра на временах порядка 1нс нельзя пренебречь наличием донорно-акцепторного фона, что затрудняет прямое наблюдение интересующей нас кинетики. Мы снимали серии задержанных во времени спектров люминесценции, из которых

извлекали зависимость от времени интенсивности интересующей нас линии за вычетом интенсивности фона, получая отсюда электронный вклад в степень поляризации как функцию времени.

а-

Характерным для всех полученных нами зависимостей степени электронной поляризации от времени является тот факт, что уже при нулевой задержке электронная подсистема заметно поляризована. Отсюда следует вывод, что за времена более короткие, чем позволяет разрешить наша система регистрации (-ЗООпс), заселенность верхнего спинового подуровня возбужденной подзоны существенно уменьшается по отношению к заселенности нижнего. Затем наблюдается уменьшение электронного вклада в степень поляризации излучения, связанное с установлением электронного спинового равновесия. На временах порядка о,5нс электронный вклад перестег меняться.

В возбужденной подзоне д-фактор электрона больше, чем в основной из-за более слабого влияния эффектов непараболичности, т.е. спиновое расщепление в возбужденной подзоне сильнее. Поэтому энергетический зазор меаду верхними спиновыми подуровнями возбужденной и основной подзон больше, чем между нижними спиновыми подуровнями. Таким образом вероятность перехода с верхнего спинового подуровня возбужденной подзоны на верхний спиновый подуровень основной подзоны выше, чем вероятность аналогичного межподзонного перехода с нижнего на нижний спиновые подуровни, поскольку вероятность релаксации из возбужденной подзоны в основную растет с ростом энергетического зазора между начальным и конечным состояниями электрона.

Вблизи фактора заполнения 3 еще один механизм может приводить к более быстрому опустошению верхнего спинового подуровня возбужденной подзоны по сравнению с нижним: для электронов со спином вверх, находящихся на нижнем спиновом подуровне возбужденной подзоны, в основной подзоне существенно меньше

свободных мест, чем для электронов со спином вниз, поэтому вероятность межподзонной релаксации без переворота спина существенно выше для электронов с верхнего спинового подуровня.

В заключении формулируются основные результаты, полученные в работе.

Основные результаты работы

1. В одиночном. гетеропереходе саАз-А1саАз впрервые измерено время г0 излучательной рекомбинации 2о-электронов из основной подзоны размерного квантования с дырками, связанными на акцепторах 5-слоя. Установлено, что т0 имеет масштаб 10 с, что коренным образом отличает этот случай от рекомбинации 2Енэлектронов со свободными дырками, где т=1-5-10_9с. Такое отличие связывается с тем, что волновая функция свободной дырки является существенно более протяженной в направлении г, чем обеспечивается значительно большая величина перекрытия с волновой функцией 2Е>-электрона.

2. Исследована зависимость т0 от расстояния г0 между г-слоем акцепторов и интерфейсом. Установлено, что при увеличении г0 от 250 до 350 А время рекомбинации т0 увеличивается от 50 до 400 не. Этот эффект обусловлен уменьшением перекрытия волновых функций го-электронов и дырок по мере удаления «-слоя акцепторов от интерфейса.

3. Измерено время т рекомбинации 2п>-электронов из возбужденной подзоны. Установлено, что тх примерно на трядок короче т0. Так для образца с г0=ЗООА т^Онс, тогда как т0=270нс. Более быстрая рекомбинация го-электронов из возбужденной подзоны объясняется тем, что их волновая функция является более протяженной в направлении г.

4. Установлено, что в первом приближении т0 не зависит от

энергии 2г>-электронов. Это проявляется в том, что задержанный во времени спектр люминесценции, в котором проявляются несколько заполненных уровней Ландау, практически не изменяется при увеличении задержки вплоть до 300 не и совпадает (по форме) с интегральным по времени спектром. Эффект объясняется тем, что волновые функции 2Е>-электронов основной подзоны одинаковы и не зависят от их кинетической энергии.

5. Установлено, что в первом приближении т0 не зависит от величины перпендикулярного магнитного поля, • что объясняется независимостью от поля г-компоненты волновой функции гц-электрона.

6. Показано, что в наклонном магнитном поле т0 зависит от номера уровня Ландау. Это обусловлено тем, что в наклонном поле появляется зависимость г-компоненты волновой функции 21>-электронов от номера уровня вследствие подмешивания волновых функций вышележащих подзон.

7. Обнаружены магнитоосцилляции времени затухания люминесценции гэ-электронов из возбужденной подзоны размерного квантования. Эти осцилляции синфазны с магнитоосцилляциями самой интенсивности рекомбинации, что связывается с периодическим изменением вероятности межподзонной релаксации.

8. Впервые исследована спиновая релаксация фотовозбужденных электронов и дырок в прямом эксперименте по изучению кинетики рекомбинационного излучения с анализом циркулярной поляризации. Определено время дырочной спиновой релаксации, которое составляет I - 2 не. Произведена оценка сверху времени установления спинового равновесия в электронной подсистеме, которая показывает, что это время не превышает 0,5 не.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. А.Ф.Дите, К.фон Клитцинг, И.В.Кукушкин, В.Б.Тимофеев, А.И.Филин. Кинетика излучательной рекомбинации двумерных электронов с фотовозбужденными дырками в одиночном гетеропереходе саАз/мсаАэ с монослоем акцепторов. Письма

В ЖЭТФ, 1991,54,393.

2. А.Ф.Дите, К.фон Клитцинг, И.В.Кукушкин, В.Б.Тимофеев, А.И.Филин. Магнитоосцилляции времени затухания люминесценции двумерного электронного газа в одиночном гетеропереходе саАЗ/А10аАз с монослоем акцепторов. Письма

В ЖЭТФ, 1991,54,635.

3. А.И.Филин, А.Ф.Дите, К.фон Клитцинг, И.В.Кукушкин, О.В.Волков. Спиновая релаксация фотовозбужденных ЭЛеКТрОНОВ И ДЫрОК В ОДИНОЧНОМ Гетеропереходе СаАз/А1СаАз. Письма в ЖЭТФ, 1992, о

чльг \Го1ПЯ4

ТИР.бО экз,

Типография МГП 'ФОТОТИП*

13.Q7.92r.