Лазерная спектроскопия неравновесных процессов в полупроводниковых квантовых нитях и точках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

Физический факультет

На правах рукописи УДК 538.958

1

!

Жуков Евгений Алексеевич

ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КВАНТОВЫХ НИТЯХ И ТОЧКАХ

)

I

01.04.10 -Физика полупроводников

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико - математических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников физического факультета Московского Государственного Университета им М В Ломоносова

Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук,

профессор Э.А.Маныкин

Доктор физико-математических наук, профессор Э А.Полторацкий

Доктор физико-математических наук, профессор АН.Сибельдин

Ведущая организация Физико-технический институт имени А Ф Иоффе РАН

Защита состоится «¿4 » ^Ег^М^ 2004 г. в /б час. €>0 мин. на заседании Диссертационного Совета Д501 001 70 при Московском Государственном Университете имени М В.Ломоносова по адресу 119992, ГСП-2, г Москва, Ленинские Горы, МГУ, физический факультет, криогенный корпус, ауд 2-05а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ Автореферат разослан « ¿о» агл/и&жп года

Ученый секретарь Диссертационного

Совета Д 501 001.70 при МГУ

им. М.В.Ломоносова

доктор физико - математических наук,

профессор

Г.С.Плотников

49(1*

В последние годы полупроводниковые структуры, в которых движение носителей ограничено по двум и трем направлениям (квантовые нити и шчки), привлекают внимание исследователей не только своими специфическими электронными свойствами, но и возможностью их применения в электронных и оптоэлектронных устройствах.

При переходе от двумерных систем со ступенчатой плотностью состояний к одномерным и нульмерным в функции плотности состояний возникают узкие максимумы Ограничение движения носителей уменьшает расстояние между электроном и дыркой, тем самым, усиливая )ффекти1!ное кулоловское взаимодействие между ними Существенно меняются процессы рассеяния носителей В квантовых точках (КТ) и квантовых нитях (КН) практически все происходящие в них процессы даже при малых уровнях оптического возбуждения можно считать неравновесными Безусловно, это сказывается на оптических, электрических и магнитных характеристиках таких наноструктур

Дополнительные квантовые ограничения приводят к сужению спектра усиления, большим значениям дифференциального усиления [1], увеличению энергии связи экситонов [2] и большим оптическим нелинейностям [3] Таким образом, применение квантовых нитей и точек может улучшить характеристики лазеров (снизить поро] генерации, увеличить полосу модуляции, уменьшить влияние изменения температуры на характеристики лазера), оптических переключателей (понизить значения энергий, затрачиваемые на переключение и уменьшить времена переключения)

Совершенствование методов выращивания наноструктур привело к появлению новых классов КТ и КН, обладающих рядом интересных физических свойств К ним в первую очередь следует отнести самоорганизованныс квантовые точки, V- и Т- образные квантовые нити и квантовые нити с диэлектрическими барьерами. Процесс самоорганизации позволяет выращивать КТ заданного диаметра с относительно малой дисперсией размеров, используя широкий набор полупроводников группы А3В5 и А2В6 Среди одномерных структур большое внимание привлекают КН, кристаллизованные в диэлектрической матрице (КН полупроводник -диэлектрик) Как показано в ряде теоретических работ, особенность таких КН - большая энергия связи экситонов (£■",) и сила осцилляторов. Хорошо известно, что энергия связи экситона в кулоновском потенциале квазиодномерных систем не ограничена В реальных полупроводниковых КН энергия связи экситонов может быть оценена как Е^ ос Д/[1п(Д/я;)]? [4], где/?-радиус нити, ав и Яу' -эффективные атомные единицы в объемном полупроводнике. Таким образом, даже в очень тонких КН ограничение движения носителей в двух направлениях приводит к увеличению энергии связи экситонов только в несколько раз (до 20-30

мэВ в КН традиционных полупроводников [5]) Это значение, однако, может быгь -значительно увеличено, если полупроводниковый барьерный материал КН будет заменен диэлектрическим с меньшим, чем в полупроводниковом материале КН, коэффициентом диэлектрической проницаемости [6,7] В таких системах электрическое поле, индуцированное зарядами, значительно перераспределяется благодаря несоответствию диэлектрических консгант, так чю вклад диэлектрика в электрон - дырочное взаимодействие увеличивает энергию связи эксиюнов

В последнее время наряду с 1еоретическими работами, посвященными таким наноструктурам, появился ряд экспериментальных работ, в которых приводятся ре!ультаты исследований оптических и электрических свойства КН полупроводник - диэлектрик Среди них следует отметить работы П К.Кашкарова и В ЮЛимошенко [8,9], Т.ЬМЬага [10], Ю А Кумзерова и С Г.Романова [11,12], В.В.Поборчею [13].

Настоящая диссертационная работа посвящена изучению методами лазерной спек троскопии процессов передачи возбуждения, релаксации и рекомбинации носителей и экси гонов в самоорганизованных квантовых точках (СКТ) и полупроводниковых КН с диэлектрическим барьером при различных уровнях оптического возбуждения. Одной из основных особенностей спектров исследуемых наноструктур является их значительное неоднородное уширение. обусловленное в первую очередь дисперсией диаметра КН и КТ Однако применяемые в работе методы лазерной спектроскопии, нестационарной пикосекундной двухимпульсной спектроскопии пропускания, спектроскопии разрешенных во времени спектров фотолюминесценции пикосекундпо1 о временного разрешения, селективной двухлучевой спектроскопии в сочетании с методами классической спектроскопии поглощения и фотолюминесценции (ФЛ) при различных условиях возбуждения образцов, возбуждения фотолюминесценции (ВФЛ) позволили определить структуру энергетических уровней экситонных состояний исследуемых наноструктур, измерить параметры экситонов в них (энергию связи эксиюнов, характерные времена рекомбинации и др), выявить зависимость измеренных параметров КН и КТ от их диаметра, а также разделить вклад наноструктур и объемных полупроводниковых кластеров, иногда присутствующих в образцах, в оптический отклик исследуемых образцов.

В работе исследовались линейные и нелинейные оптические свойства эксиюнимх переходов в КН ОаАч. Сс18е и 1пР, кристалчизованных в нанотрубках чризошл - асбеста, в КН Сс^ и СУЧе выращенных в полых наноканалах оксида алюминия, в КН пористого 1пР, а также свойства переходов между подуровнями размерного квантования носителей в СКТ С<18е/гп?е Результаты получены на основе измеренных спектров линейного и нелинейного поглощения, фотолюминесценции, фотолюминесценции возбуждения, фотолюминесценции, разрешенной во

времени, поляризационных зависимостей фотолюминесценции, спектров отражения в инфракрасной области спектра, а также на основании данных, полученных с помощью электронной и атомно-силовой микроскопии Цель исследований состояла в следующем

1 Установление методами лазерной (линейной и нелинейной) спектроскопии спектра энергетических состояний квантовых нитей полупроводник (ОаЛ.?, 1пР, Сс18, Ссйе) -диэлектрик (хризотил - асбест, ЛЬОз).

2 Определение параметров эксиюнов в указанных структурах и установление мешдами лазерной спектроскопии доминирующей роли эффекта диэлектрического усиления в значительном увеличении энергии связи экситонов в исследованных полупроводниковых квантовых нитях с диэлектрическим барьером, ранее предсказанного теоретически

3 Изучение процессов энергетической релаксации, излучательной и бсзызлучательной рекомбинации экситонов и носителей в полупроводниковых квантовых нитях с диэлектрическим барьером и самоорганизованных квантовых точках при различных уровнях оптического возбуждения и возможности управления этими процессами

4 Определение меч одами лазерной спектроскопии особенностей процесса захвата носителей в самоорганизованных квантовых точках Сс^е^г^е при низких температурах и его зависимости от размера точек.

5 Установление процессов, приводящих к возникновению сильных оптических нелинейное'!ей в квантовых нитях полупроводник - диэлектрик и самоорганизованных квантовых точках при высоких уровнях оптического возбуждения Определение величин этих нелинейностей и времен их релаксации

Актуальность поставленных задач обусловлена существованием целого ряда невыясненных вопросов, касающихся неравновесных процессов (захвата носителей, их релаксации и рекомбинации), протекающих в КН полупроводник - диэлектрик и СКТ, а также возможности существования в квантовых полупроводниковых нитях экситонных состояний с энергией связи, значительно превышающей данный параметр в объемном материале Не до конца выяснен вопрос о влиянии поверхностных состояний на границе полупроводниковая наноструктура - окружающая матрица (диэлектрик или другой полупроводник) на процессы релаксации, излучательной и безызлучательной рекомбинации носителей и экситонов в исследуемых нанос груктурах Более полная информация о вышеперечисленных неравновесных процессах позволит выработать рекомендации по оптимизации параметров возбуждения СКТ и КН и повышению эффективности излучающих свет устройств, создаваемых на основе таких наноструктур

В еще меньшей степени изучены механизмы оптических нелинейное!ей в одномерных и

квазипульмерных структурах, а также вопросы замедления захвата и релаксации носителей в СКТ и КН полупроводник - диэлектрик в условиях интенсивного лазерного возбуждения Кроме того, наблюдение дискрет ной структуры оптических переходов в таких структурах методами линейной спектроскопии затруднено сильным неоднородным уширением уровней размерного квантования вызванным значительной дисперсией диаметров наноструктур Поэтому представляется перспективным использование методов нелинейной лазерной спектроскопии для выяснения особенностей энергетических спектров носителей и экситонов, установления зависимости измеряемых параметров квантовых нитей и точек от их диаметра, изучения вышеуказанных нелинейных процессов в таких структурах, а также разделения вклада наноструктур и объемных полупроводниковых кластеров, часто присутствующих в образцах, в оптический отклик исследуемых образцов.

Исследование полупроводниковых наноструктур, окруженных диэлектриком, привлекательно не только из-за особенностей их экситонных свойств Представляется многообещающим их использование в электронике и онтоэлектронике Подбирая материал полупроводниковой наноструктуры и окружающего ее барьера, возможно в широких пределах менять положение жеитонных уровней в наноструктурах - осуществлять "ииженерию кулоновското взаимодействия" [4] А ввиду того, что в КН полупроводник - диэлектрик экси гоны могут обладать большими энергиями связи (значительно большими величины кТ при 300 К), их исследование также весьма перспективно с точки зрения возможного применения таких наноструктур в оптоэлектронных системах, работающих при комнатной температуре

Научная новизна, научная и практическая значимость работы предлагаемой диссертации обусловлена следующим С одной стороны, в ней впервые получены новые научные результаты фундаментального характера, касающиеся' а) практически важных с научной точки зрения неравновесных процессов в КН полупроводник - диэлектрик и СКТ при разчичных уровнях оптического возбуждения б) оптических свойств принципиально нового объекта исследований какими являются полупроводниковые КН с диэлектрическим барьером, в том числе эффекта «диэлектрическою усиления экситонов» в таких наноструктурах, ранее предсказанного теоретически С другой стороны, научная новизна обусловлена комплексным использованием дтя исследования вышеуказанных наноструктур современных методов лазерной спектроскопии (нестационарной пикосекундной двухимпульсной спектроскопии пропускания, спектроскопии разрешенных во времени спектров ФЛ пикосекундного временного разрешения селективной двухлучевой спектроскопии) в сочетании с традиционными методами классической спектроскопии полупроводников Используемые методы позволили без применения устройств сканирующей зондовой микроскопии или специальных способов пространственного разрешения

(масок с отверстиями нанометровых размеров) в исследуемых наноструктурах, обладающих сильно неоднородно уширенными энергетическими уровнями, определить структуру экситонных состояний (в том числе и возбужденных), измерить параметры экситонов в них. получить зависимости исследуемых параметров наноструктур от их размеров, а также разделить вклад наноструктур и объемных полупроводниковых кластеров, часю присутствующих в образцах, в оптический отклик исследуемых образцов

В работе впервые удалось измерить характерные времена релаксации и оценить величину энер! ии связи экситонов в КН 1пР, ОаАв и СсКе, кристаллизованных в диэлектрической матрице (хризотил - асбесте), и КП Сс1й и СсШе, кристаллизованных в АЬОз Большая величина энергии связи экситонов в указанных наноструктурах по сравнению с объемными полупроводниками обусловлена доминирующей ролью эффекта диэлектрического усиления экситонов в КН полупроводник - диэлектрик Данные исследования приобретают дополнительное значение в свете возможного широкого примепения наноструктур полупроводник - диэлектрик в приборах оптоэлектроники, работающих, благодаря большой энергии связи экситонов, при комнатной температуре

Кроме того, измеренные спектры ФЛ и временные зависимости ФЛ СКТ Сс18е/7п8с и матрицы 7.пве позволили предложить модель возбуждения ФЛ в таких наноструктурах Модель включает процесс поглощения накачки, генерацию и диффузию носителей в полупроводниковой матрице 7пЯе захват их в квантовые точки, релаксацию по уровням размерного квантования и их рекомбинацию.

При малых уровнях возбуждения впервые для К'1 обнаружено увеличение более чем в 4 раза времени нарастания интенсивности ФЛ КГ Сс)8е/2,пЯс с ростом их диаметра, что, по-видимому, обусловлено замедлением скорости захвата носителей в точку по мере ее заполнения из-за возникающего кулоновского барьера на границе КТ - полупроводниковая матрица

Впервые в КН пористого 1пР было зарегистрировано увеличение более чем в 5 раз времени нарастания интенсивности ФЛ при больших уровнях возбуждения, вызванное, вероятно, замедлением внутризонной релаксации носителей при их высокой концентрации в наноструктурах за счет экранирования электрон-фононно! о взаимодействия электронной плазмой высокой плотности и перепоглощения фононов горячими носителями

В диссертационной работе впервые но разрешенным во времени спектрам нелинейного пропускания и спектрам ФЛ при высоких уровнях возбуждения экспериментально установлена доминирующая роль эффектов заполнения фазового пространства экситонов и перенормировки ширины запрещенной зоны в КН полупроводник - диэлектрик и эффекта заполнения состояний в СКТ в формировании нелинейно - оптического отклика исследуемых наноструктур при высоких

концентрациях носителей и жситонов Одновременно спектры нелинейного пропускания, разрешенные во времени, позволили впервые для таких систем измерить величину нелинейной восприимчивости третьего порядка и время ее релаксации

Достоверность и обоснованность полученных результатов определяется, с одной стороны, комплексным подходом в исследовании наноструктур с использованием современных экспериментальных методов И, с другой стороны, хорошим согласием полученных в эксперименте данных с выводами теоретических рассмотрений различных авторов.

Основные положения, выносимые на защиту

! Методами линейной и нелинейной лазерной спектроскопии обнаружены экситонные переходы (в том числе в возбужденные состояния) в новом классе наноструктур -полупроводниковых квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрической матрице

2 Обнаруженное аномально большое значение энергии связи экситонов в полупроводниковых квантовых нитях экспериментально подтверждает ранее предсказанный в теоретических работах эффект размерного квантования в квазиодномерных полупроводниковых структурах, кристаллизованных в диэлектрике.

3 Нелинейная зависимость интенсивности фотолюминесценции от мощности оптического возбуждения и полосы просветления в разрешенных во времени спектрах нелинейною пропускания квантовых нитей с диэлектрическим окружением при высокой концентрации экситонов вызваны заполнением фазового пространства экситонов и перенормировкой ширины запрещенной зоны.

4 Индуцированные интенсивной дополни!ельной лазерной подсветкой в области экситонного по1 лощения долюживущие при низких температурах изменения в спектрах фотолюминесценции квантовых нитей 1пР, кристаллизованных в хризотил - асбесте, обусловлены перенормировкой излучагельного и безызлучательно! о каналов диссипации энергии возбуждения, вызванной сразу несколькими процессами насыщением центров захвата носителей интенсивной дополнительной засветкой, Оже - ионизацией и последующим тушением излучательной рекомбинации носителей, голубым сдвигом спектра фотолюминесценции в результате заряда квантовых нитей и интерфейса.

5 Аномальное увеличение времени нарастания интенсивности фотолюминесценции квантовых нитей в слое пористого 1пР с ростом уровня оптического возбуждения обусловлено замелтением внутризонной релаксации носителей из-за экранирования электрон-фононного взаимодействия электронной плазмой высокой плотности и перепоглощения фононов горячими носителями

6 Рост времени нарастания интенсивности фотолюминесценции самоорганизованных квантовых точек с увеличением их диаметра вызван уменьшением скорости захвата носителей из

окружающего полупроводникового барьера в квантовые точки из-за изменения заряда точек и образования дополнительного кулоновского потенциала на границе квантовая шчка -окружающий полупроводник

7 Предложена модель возбуждения фотолюминесценции самоорганизованных квантовых точек CdSe/ZnSe, объясняющая особенности кинетики фотолюминесценции квантовых точек и полупроводникового барьера при возбуждении образцов слабыми фемтосекундными импульсами света

8 Нелинейная зависимость интенсивности фотолюминесценции кванювых точек от мощности оптическою возбуждения на различных участках спектра обусловлена доминирующей ролью эффекта заполнения состояний в самоорганизованных квантовых точках CdSe/ZnSe при высокой концентрации носителей.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры физики полупроводников физического факультета МГУ; "Ломоносовских чтениях" (Москва, МГУ, 1998, 2000, 2003), II и IV Российской конференции по физике полупроводников (С Петербург, 1998, Новосибирск, 1999), International symposium "Nanostructure Physics and technology'YSt Petersburg, 1995, 1996, 1997, 1999, 2000, 2001, 2003), International Conference on Laser Surface Processing (Limoges, France, 1997); Sixth International Conference on the Optics of Excitons in Confined System (Ascona, Switzerland, 1999), Sixth International Workshop on Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in Semiconductors (Marburg, Germany, 2000), International Conference on Porous Semiconductors - Science and Technology (Madrid, Spain, 2000), European Quantum Electronics Conference (Hamburg, Germany, 1996), 8lh and 9lh International Conference on Superlattices, Microstructures and Microdevices (Cincinnati, USA, 1995 Liege, Belgium, 1996), 24th and 25th International Conference on the Physics of Semiconductors (Jerusalem, Israel, 1998, Osaka, Japan, 2000), Fifth International Symposium On "Quantum Confinement. Physics and Applications" (1995), The Fourth International Symposium on' Quantum confinement- Nanoscale materials, devices, and systems, 1997, 191st Meeting "Featuring 36 Symposia on Solid-State and Electrochemical Science and Technology" (Montreal, Canada, 1997), 23rd Internationa) Symposium " Compound Semiconductors" (Russia, 1996)

Публикации. Результаты исследований, представленные в диссертации, изложены в 48 работах, опубликованных в реферируемых журналах, сборниках статей и материалах научных конференций. Список основных работ приводится в конце автореферата.

Диссертация состоит их семи глав, введения, заключения и списка литературы, содержащего 231 наименований. Объем диссертации составляет2^трании, в том числе 39 рисунков и 5 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении сформулирована постановка задачи работы, ее цели, обосновывается актуальность и новизна выбранной темы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, приводится список публикаций по теме диссертации

Глава I. Экситоиные состояния в квазиодномернмх и квазинульмерных полупроводниковых структурах (по литературе).

Первая глава - вводная, в ней представлен анализ имеющихся литературных данных по экситонным свойствам квазиодномерных и квазинульмерных полупроводниковых сгруктур Особое внимание уделено работам, в которых описаны свойства полупроводниковых наноструктур с диэлектрическим барьером Доминирующими эффектами, определяющими свойства таких структур, являются эффект размерного квантования и эффект диэлектрического ограничения (или, как часто его называют, эффект диэлектрического усиления экси гонов) Они определяют перестройку энергетических зон объемных полупроводников, изменение свойств электронной и экситонной систем в них: увеличивается ширина запрещенной зоны, изменяется сила осциллятора экситонного перехода, энергия связи экситона, функция плотности состояний Как показано многими авторами, экситонные свойства усиливаются с уменьшением размерности полупроводниковой структуры. Рели в объемном полупроводнике доминируют межзонные переходы, а экситонные переходы слабо проявляются на краю зоны поглощения, то в КН картина меняется, экситонные переходы становятся доминирующими

В §1 1 этой главы обсуждается эффект размерного квантования и приводятся результаты расчетов энергетических спектров полупроводниковых КТ, имеющих форму шара различных размеров, а также приводятся результаты работ, в которых подобные расчеты выполнены уже для КТ, имеющих форму, реально получающуюся в процессе их приготовления методами молекулярно пучковой эпитаксии, - пирамиды или мениска

Естественно, что в КН в силу их меньшей, чем в КТ, симметрии такие расчеты провести значительно сложнее Однако подобные вычисления были выполнены для V- и I - образных КН и показали хорошее согласие с экспериментально полученными результатами.

В §12 подробно анализируется эффект «диэлектрического усиления экситонов» в низкоразмерных полупроводниковых структурах с диэлектрическим барьером Как известно, энергию связи экситонов в полупроводниковых наноструктурах можно увеличить на порядок и более, если заменить окружающий наноструктуры барьерный полупроводниковый материал на изолятор, диэлектрическая постоянная которого много меньше диэлектрической постоянной полупроводника В таких КН или квантовых ямах кроме эффекта размерного квантования, существенную роль в электрон-дырочном взаимодействии играют потенциалы изображения, возникающие благодаря сильному различию диэлектрических постоянных полупроводника наноструктуры и окружающего диэлектрика В КН, где этот эффект наиболее ярко выражен так как нить можно со всех сторон окружить диэлектриком, часть силовых пиний, соединяющих электрон и дырку (а в тонких квантовых нитях - основная часть) выходит за пределы КН вследствие её малого поперечного размера и проходит через окружающую КН диэлектрическую

среду Соответственно, происходит увеличение энергии кулоновского взаимодействия электрона и дырки и обусловленное этим взаимодействием увеличение энергии связи экситона

В §13 кратко изложена теоретическая модель, предложенная СГТиходеевым и Е А Муляровым |7, 14] для определения параметров экситонов в КН с диэлектрическим барьером В данном параграфе приведены рассчитанные в работах этих авторов зависимости энергетического положения, энергии связи и длины экситонов от диаметра наноструктур для реальных КН полупроводник - диэлектрик, на которых были получены основная часть результатов данной диссертации' КН 1пР, ОаАз, Сс18с , кристаллизованных в хризотил -асбесте, и КН Сс18. С(13е, выращенных в полых наноканалах АЬОз" Следует особо отметить, что приведенные в этом параграфе выражения носят универсальный характер и могут быть применены для расчета экситонных состояний в КН широкого круга полупроводников и окружающих их диэлектриков

Глава II. Экситонные состояния полупроводниковых (1пР) квантовых нитей, кристаллизованных в диэлектрической матрице хризотил - асбеста.

Результаты исследований, приведенные в данной главе, позволили определить энергетический спектр электронных состояний (в том числе возбужденных), определяющих экситонные переходы с участием тяжелых дырок в квантовых нитях 1лР, кристаллизованных в хризотил - асбесте, измерить параметры экситонов в таких нитях Обнаруженное аномально большое значение энергии связи экситонов в квантовых нитях 1пР, кристаллизованных в диэлектрике, по сравнению с полупроводниковыми квантовыми нитями, окруженными другим полупроводником, служит экспериментальным подтверждением эффекта диэлектрического усиления экситонов в таких квазинульмерных структурах, ранее предсказанного в теоретических работах. Выводы сделаны на основе анализа экспериментально измеренных спектров по< лощения, ФЛ, ФЛ возбуждения, а также кинетики ФЛ КН 1пР с диэлектрическим барьером

Глава начинается с изложения наиболее распространенных методов изготовления КН. При этом особое внимание уделено описанию методов получения исследуемых в данной работе наноструктур, кристаллизованных в наноканалах хризотил - асбеста Хризотил - асбест - это природный минерал, представляющий собой ансамбль прозрачных плотноупакованных диэлектрических трубок с внутренним диаметром - 3 - 6 нм, внешним диаметром до 30 нм и

Образцы с квантовыми нитями 1пР, внАэ и СЖе, кристаллизованными в хризотил - асбесте, были предоставлены Ю А Кумзеровым, С.Г.Романоным и В В Поворчим (ФТИ им А.Ф Иоффе, С.Петербург).

Образцы с квантовыми нитями Сс}8, СЖе, кристаллизованными в наноканалах АЬОз и пористого 1пР были предоставлены С А Гавриловым (МИЭТ, Зеленоград).

ДЛИНОЙ до 1 см

В § 2 2 приводится описание экспериментальных установок, используемых для изучения оптических свойств КН 1пР, кристаллизованных в диэлектрической матрице хризотил - асбеста Наряду с традиционными методами линейной спектроскопии, какими являются методы измерения спектрой поглощения, ФЛ и возбуждения ФЛ, в данной птве приводятся результаты измерений, потученные методом микрофотолюминесценции с использованием оптического микроскопа и ра ¡решенной во времени фоточгоминесценции с пикосекундным временным разрешением Применение методов лазерной спектроскопии вызвано в первую очередь спецификой объекта исследования' 1) спектры поглощения и ФЛ образцов обладали большой шириной (- 100 мэВ) из-за неоднородного уширения, обуезовленного в первую очередь дисперсией диаметра КН, 2) по сути своей, в КН экситонные переходы доминируют над межзонными (по сравнению с экситонным поглощением край зоны поглощения не столь ярко выражен, как в трех и двумерных структурах), поэтому прямое измерение энергии связи экситонов из спектров поглощения не представляется возможным.

В § 2 3 представлены результаты исследования оптические свойства КП 1пР, кристаллизованных в диэлектрической матрице хризотил - асбеста Образцы нанотрубок с квантовыми нитями 1пР имели внутренний диаметр 4 - 4 8 нм В качестве иллюстрации на Рис 1

представлены спектры ФЛ и спектральная зависимость оптической плотности исследуемого образца. Спектры ФЛ при температуре Т - 2 К имели две полосы с максимумами на 2 295 эВ и 1 892 эВ Измеренные спектры ФЛ исходной хризот и т-асбестовой матрицы позволяют считать, что высокочастотная почоса 2 295 эВ во всех измеренных спектрах ФЛ связана с релаксацией возбужденных электронных состояний, локализованных на дефектах диэлектрика Положение другой полосы совпадает с широкой полосой 1 9 эВ в спектрах пропускания А

1.8 2.0 2.2 Энергия фотона, эВ

Рис I Спектральная зависимость оптической плотности (а), спектр ФЛ образца с 1пР, кристаллизованным в нанотрубках хризотил -асбеста (Ь), и спектр ФЛ чисюго хризотил - асбеста (с) Непрерывной и пунктирной стрелками отмечены вычисленные АЛ- и так как они сдвинуты в область больших /А экситонные переходы, соответственно, для квантовых

нитей 1„Р диаметром 4 нм *.= 488 нм,Т = 2К энеРгий относительно края зоны

поглощения объемного полупроводника 1пР (1 35 эВ). то мы связали их с поглощением и излучением наноструктур фосфида индия, кристаллизованных в наноканалах хризотил - асбест Учитывая, что интенсивность полосы 1.892 эВ в спектрах ФЛ при параллельной относительно оси нанотрубок матрицы поляризации возбуждающего излучения была больше, чем при перпендикулярной поляризации света, а также большую степень анизотропии поляризации излучения этой полосы (сг = 0.55), мы отнесли ее к линейному поглощению и излучению экситонов, образованных с участием тяжелых дырок (М-экситон), в квантовых нитях 1пР диаметром -4.0 нм, окруженных диэлектриком. Нанотрубки этого размера присутствовали в исследуемых образцах Следует отметить хорошее согласие рассчитанной в рамках модели, представленной в Главе I диссертации, энергии жеитонного перехода для квантовых нитей полупроводник (1пР) - диэлектрик (хризотил - асбест)* диаметром, измеренным в данных конкретных образцах, со значением энер1ии экситонного перехода, экспериментально определенным из спектров ФЛ и линейного пропускания Проведенные расчеты позволили также оценить энергию связи экситонов в имеющихся КН 1пР (190 мэВ)

В этом параграфе приводя 1ся также результаты измерения

Г, К Г1,нс Т2, НС

2 0.55 ± 0,06 9.8 ± 1

| 300 0.40 ± 0,04 3.8 ±0,4 |

Таблице 1. Времена рекомбинации экситонов в КН 1пР, кристаллизованных в хризотил -асбесте

интенсивности ФЛ со временем полосы 1 892 эВ был двухэкспоненциальный и имел быструю и медленную компоненты В I аблице 1 приведены значения времен рекомбинации экситонов а КН 1пР, кристаллизованных в хризотил - асбесте при температуре Т = 2и 293 К Двухкомпоненгный временной спад ФЛ можег быть объяснен излучательной рекомбинацией экситонов (быстрая компонента) в исследуемых наноструктурах и процессом захвата части возбужденных носителей в ловушки на границе полупроводник-диэлектрик сих последующим сравнительно медленным освобождением (медленная компонен та) На Рис 2 приведены спектры возбуждения ФЛ КН 1пР, кристаллизованных в хризотил -асбесте (энергия фотона регистрации 1 909 эВ) и рассчитанные для КН диаметром 4 нм спектры поглощения Как следует из спектров поглощения КН 1пР, дополнительный пик, зарегистрированный в спектре возбуждения ФЛ на частоте 2 10 эВ, соответствует первому возбужденному состоянию экситонов Это позволяет определить величину энерши связи экситонов в таких КН - 200 мэВ. Столь большая величина энертии связи экситона обусловлена эффектом диэлектрического усиления экситонов в КН полупроводник - диэлектрик

Расчеты параметров экситонов были выполнены Б А Муляровым (ИОФ РАН)

Глава III. Нелинейное поглощение экситонов в полупроводниковых квантовых нитях GaAs и CdSc с диэлектрическим (хршот ил-асбест) барьером.

В гретьей главе диссертации приведены результаты исследования оптических свойств экситонов в квантовых нитях полупроводник (GaAs, CdSe) - диэлектрик (хризотил-асбест) при высоких уровнях оптического возбуждения Методами нелинейной лазерной спектроскопии выявлен энергетический спектр электронных состояний, определяющий экситонные переходы с участием тяжелых дырок и легких дырок в квантовых нитях GaAs, а также А- экситоначи в квантовых нитях CdSe, кристаллизованных в хризотил - асбесте. Анализ разрешенных во времени спектров нелинейного пропускания, проведенный в этой главе, позволил установить доминирующую роль эффекта заполнения фазового пространства экситонов и перенормировки ширины запрещенной зоны в квантовых нитях с диэлектрическим окружением в формировании нелинейно-оптического отклика наноструктур при высокой концентрации экситонов

В § 3 1 предложен краткий анализ опубликованных ранее pa6oi по оптическим свойствам полупроводниковых квазиодпочерных структур при высоких уровнях возбуждения Прогресс в технологии выращивания полупроводниковых КН достаточно хорошего качества открыл путь к систематическим исследованиям различных взаимодействий, коюрыс имеют место в квазиодномерных системах, как при малых, так и при высоких уровнях возбуждения Обменно-корреляционные эффекты и экранирование кулоновского взаимодействия в плазме высокой плотное™ приводят к изменению одночастичных свойств в наноструктурах К таким эффектам относится например, перенормировка запрещенной юны - изменение её ширины в резу гьтате взаимодействия между носителями в электрон-дырочной п изме высокой плотное!и Возникающая в результате возрастания концентрации носителей перенормировка ширины запрещенной зоны может в свою очередь влиять на процесс их возбуждения и приводить к

2 0 2 2 Энергия фотона, эВ

Рис 2 1еоретически рассчитанные спектры поглощения 1пР квантовых нитей диаметром 4 нм, кристаллизованных в хризотил - асбесте, ири лмчений коэффициента -шухания эксиюнов 16мэВ (а) и спектр возбуждения ФЛ (Ь), измеренный при энергии регистрации фотона кш^ 1 909 зВ Т = 2 К

нелинейным оптическим эффектам Кроме того, возможно проявление эффекта заполнения фазового пространства экситонами при их высокой плотности и эффекта кулоновской экранировки

Обычно несколько нелинейных эффектов в большей или меньшей степени могут проявляться в нелинейно-оптическом отклике системы одновременно Однако их относительный вклад изменяется с уменьшением размерности системы Рели в объемном полупроводнике при не слишком низких температурах изменение электрон - дырочного притяжения происходи г, в основном, в результате плазменного экранирования, а эффект заполнения фазовог о пространства экситонов вносит лить небольшую поправку, то иначе обстоит дело в квазидвумерных и квазиодномерных системах Эффективность экранирования уменьшается, и основной причиной ослабления кулоновского взаимодействия становится эффект заполнения фазовою пространства Кроме того, процесс кулоновской экранировки предполагает пространственное перераспределение зарядов В квазиодномерных и квазинульмерных системах он в значительной степени подавлен из-за того, что в КН и KT движение носителей сильно о!раничено по двум или трем направлениям, соответственно. Однако, существует предположение, что в наноструктурах с диэлектрическим барьером эффект экранирования может быть существенно усилен из-за наличия зарядов изображений.

Разрешенные во времени спектры нелинейного дифференциального пропускания КН полупроводник - диэлектрик измерялись с помощью метода нестационарной двухимпульсной спектроскопии пропускания (более распространено другое название этого метода -метод накачки и зондирования) мощный 25 пс импульс второй гармоники YAG Nd лазера возбуждал наноструктуры, а слабый широкополосный пикосекундный световой импульс осуществлял зондирование энергетических состояний квантовых нитей в_различные моменты времени после возбуждения Описание экспериментальной установки приведено в §32 Выбор этою меюда исследования обусловлен двумя обстоятельствами Во-первых, он позволяет выдели ¡ь информацию о наноструктурах на фоне спектра поглощения объемных полупроводниковых кластеров, которые могут присутствовать в образцах Во-вторых, он дает возможность значительно уменьшить ширину полос наведенного поглощения наноструктур, обусловленную дисперсией их диаметров, так как фактически происходит резонансное возбуждение только их малого ансамбля

Измерения проводились на полупроводниковых (GaAs и CdSe) КН, кристаллизованных в хризотил - асбесте (§3 3) В исследуемых образцах большинство нанотрубок хризотил - асбеста имели внутренний диаметр 4 8 нм, а некоторые диаметры 4 и 6 нм

Дифференциальный спектр пропускания КН GaAs, измеренный при нулевой задержке между

Энергия фотона, эВ

Энергия фотона, эВ

Рис 3 Спектральная зависимость оптической Рис 4 Спектральная зависимость оптической плотности (а) и спектр дифференциального плотности (а) и спектр дифференциального пропускания (Ь) при нулевой задержке между пропускания (Ь, с) КН С(18е в хризотил -асбесте

возбуждающим и зондирующим импульсами при различных задержках между возбужда-

КН ОаАь в хризотил - асбесте Г = 293 К.

ющим и зондирующим импульсами Ь) А/ = 0 пс, с) М = 7 пс 1 = 293 К

импульсами накачки и зондирующим, имел полосы просветления 1 68 эВ, 1 84 эВ и 2 14 эВ (Рис 3) Индуцированные полосы просветления 1 84 эВ и 2 14 эВ исчезали через 50 пс посте импульса возбуждения Полоса 1 68 эВ регистрировалась только на отдельных участках обраща и обладала более коротким, чем временное разрешение нашей установки (10 пс), временем релаксации.

Дифференциальные спектры пропускания КН Сс18е в хризотил - асбесге содержали основные две полосы просветления с максимумами 2.05 эВ и 1 79 эВ (Рис 4) Положение всех индуцированных полос просветления в спектрах дифференциального пропускания СаАв и (Же КН совпадали с соответствующими полосами в спектрах линейного пропускания С ними также совпадают рассчитанные в рамках представленной в Главе I теоретической модели частоты экситонных (АА - и /А - экситонов в GaAs и А- и В-экситонов в СсЗБе) переходов для диаметров КН ОаАв 4 8 нм и 6 нм и КН С<18е 4 нм и 4 8 нм, измеренных в данных конкретных образцах Положение теоретически рассчитанных полос указаны на рисунках стрелками непрерывная - АА экситон (А- экситон) в ОаАв (С<38е), пунктирная /А-экситон (В-экситон), соответственно Полоса 1 79 эВ в спектре дифференциального пропускания отвечает просветлению на переходах в кластерах объемного полупроводника Сс18е.

Хорошее совпадение измеренных значений энергий экситонных переходов в исследуемых КН с результатами расчетов, позволило оценить энергию связи экситонов в таких наноструктурах

в КН ОаАч =160 мэВ (диаметр 4 8 им) и 138 мэВ (диаметр 6 0 нм), в КН (Же = 214 мэВ (диаметром 4.0 нм) и Еьа =196 мэВ (диаметром 4.8 нм) Столь значительное увеличение энергии связи экситонов объясняется эффектом диэлектрического усиления экси тонов.

Возбуждение экситонов и плазмы высокой плотности приводит к просветлению в области экситонных полос поглощения, так как уменьшается электронно-дырочное притяжение из-за эффектов экранирования и заполнения фазового пространства. Хотя, как указывалось выше, эффект кулоновской экранировки значительно подавлен в квантовых нитях. С другой стороны, как показало сравнение спектров дифференциального пропускания КН ОаАя, полученных при разных задержках между зондирующим и возбуждающим импульсами света (различной концентрации экситонов), полоса 1 84 эВ уширяется при увеличении уровня возбуждения за счет сдвига низкочастотного края этой полосы в длинноволновую область спектра (Рис. 6) Величина длинноволнового сдвига зависит от величины задержки между импульсами и достигает максимума при нулевой задержке (максимальной концентрации носителей). Такие изменения в спектрах можно, по-видимому, объяснить перенормировкой ширины запрещенной зоны, возникающей при большой плотности возбужденных лазером неравновесных носителей (в наших экспериментах она достигала 107 см"1). Таким образом,-явление перенормировки ширины одномерной запрещенной зоны наряду с эффектом заполнения фазового пространства экситонов также проявляется в КН полупроводник-диэлектрик при высоких уровнях возбуждения.

Обнаруженное индуцированное просветление в КН ОаАэ, кристаллизованных в хризотил -асбестовых нанотрубках (полоса просветления 1 84 эВ), потволяет оценить значение мнимой части, гак называемой сильной (резонансной) динамической (инерционной) кубической нелинейной восприимчивости 1т/*" »-4х10~8СГС Это позволяет надеяться на то, что если удастся создать образцы с большой концентрацией таких наноструктур, то они будут обладать большой нелинейностью

Глава IV. Особенности излучательных и безызлучательных процессов рекомбинации экситонов в квантовых нитях полупроводник-диэлектрик.

Энергия фотона, эВ

Рис 6. Спектры дифференциального пропускания СаАй КН (вблизи полосы пропускания 1 84 эВ) при различных задержках между возбуждающим и зондирующим импульсами а --14 пс; Ь -0 пс, с - 20пс, </-50 пс. Т-273 К

В этой главе диссертации представлены результаты исследования особенностей неравновесного процесса безызлучательной и излучательной рекомбинации экси гонов в полупроводниковых квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрике Обнаруженные долгоживущие при Т=2 К изменения в спектра фотолюминесценции (обласш наведенною увеличения и подавления фотолюминесценции) квантовых нитей 1пР в присутствии дополнительной лазерной засветки в области полосы поглощения экситонов обусловлены изменением соотношения между излучательными и безызлучательными каналами рекомбинации экситонов в результате частичного насыщения безызлучательных центров захвата экситонов, Оже-процессов, а также заряда квантовых нитей и интерфейса

В § 4 1 анализируются релаксационные процессы в полупроводниковых Сфукгурах с полупроводниковым и диэлектрическим барьером Оптические свойства полупроводниковых наноструктур, внедренных в диэлектрическую матрицу, значительно отличаются от оптических свойств других низкоразчерных гетероструктур полупроводник - полупроводник Действительно электронные состояния наноструктур, окруженных диэлектриком, необходимо рассматривать с учетом их взаимодействия с реальной поверхностью, интерфейсами и окружающим материалом Это взаимодействие изменяет процесс энергетической релаксации фотовозбужденных электрон -дырочных пар и экситонов, перераспределяет излучательный и безызлучательный каналы рекомбинации.

Для исследования вышеуказанных процессов в полупроводниковых КН 1пР с диэлектрическим барьером использовался метод селективной двухпучковой спектроскопии [15] Этот метод является мощным инструментом исследования энергетических состояний композитных наноструктур, обладающих значительным неоднородным уширением. обусловленным дисперсией размеров наноструктур В § 4 2 приведено описание этого метода и спектров ФЛ КН полупроводник (1пР) - диэлектрик, полученных с его помощью Проводилось два различных вида экспериментов. В первой серии экспериментов образец облучался сразу двумя пучками пробным (слабым по интенсивности, с большой энергией кванта) и интенсивным (узкополоспым, с энергией кванта, попадающей в полосу поглощения образца, практически совпадающей с полосой ФЛ исследуемых наноструктур, измеренной при накачке образца пробным излучением) Фотолюминесцентный отклик от пробного пучка селективно выделялся с помощью фазочувствительного усилителя, для чего пробный пучок модулировался механическим прерывателем Целью второй серии экспериментов было исследование динамики наблюдаемых изменений в спектрах ФЛ На первом этапе измерялись спектры ФЛ образцов только при возбуждении их излучением пробного пучка Интенсивная подсветка в этот момент была выключена Затем, выключив пробное излучение, образец в течение 40 мин облучался

интенсивным резонансным излучением. После этого накачка выключалась, и проводилось измерение фотолюминесцснтного отклика на слабое пробное излучение через различные интервалы времени Проводилась также регистрация пробных спектров наносгруктур посте облучения образцов узкополосным дополнительным излучением различной интенсивности и энергии кванта Мощная дополнительная резонансная накачка позволяет изменять заселенность различных ловушек в интерфейсном слое и, тем самым, перенормирует излучательные и безызлучательные каналы рекомбинации энергии.

В образцах, содержащих КН 1пР, кристаллизованные в хризотил - асбесте, при Т=2К в спектрах ФЛ при одновременном возбуждении образца слабым излучением на частоте йШех ~ 2 540 эВ и сильным узкополосным резонансным излучением (Р=170мВт) при различных энергиях фотонов накачки были зарегистрированы участки увеличения интенсивности ФЛ иа частотах выше энергии фотона дополнительной резонансной подсветки и участ ки подавления ФЛ в низкочастотной части спектра относительно частоты возбуждающего излучения (Рис 7) Одновременно наблюдался высокочастотный сдвиг максимума спектра ФЛ как относи ¡ельно максимума спектра, полученного при возбуждении образца слабым пробным возбуждением, так и относительно энергии фотона дополнительной подсветки После интенсивного возбуждения в

спектрах ФЛ наблюдались хорошо различимые пики на расстоянии 20.5 мэВ друг от друга (Рис.7), что хорошо совпадает с энергией ЬА фононов в 1пР. Эти особенности в спектрах излучения можно объяснить выполнением закона сохранения момента для ЬА фононов Следует подчеркнуть, что обнаруженные изменения в спектре ФЛ при температуре Т=2 К долгоживущие (~ 1 часа) и зависят от интенсивности и энергии фотона дополнительной подсветки Наблюдаемые изменения в спектрах ФЛ наноструктур 1пР, кристаллизованных в хризотил - асбесте, по-видимому, обусловлены процессами захвата носителей на поверхностных ловушках наноструктур и матрицы Наведенное увеличение и подавление ФЛ можно объяснить

1.921 эВ

1 936 эВ

1 86 1.90 1.95

Энергия фотона, эВ

Рис 7 Спектры ФЛ КН 1пР при слабом (йсо„= 2 540 эВ) и сильном узкополосном возбуждении (Р-200 мВт) при различных условиях возбуждения- а) пробный спектр (1гаС(=2 540 эВ); Ь) после интенсивной подсветки на 1.953 эВ; с) после интенсивной подсветки на 1 953 эВ и 30 мин интервала пребывания в темноте; й) после интенсивной подсветки на 1.921 эВ

конкуренцией сразу нескольких процессов' частичным насыщением центров захвата носителей интенсивным узкополосным излучением дополнительной подсветки, голубым сдвигом спектра ФЛ индуцированным зарядом наноструктур и интерфейса, Оже - автоионизацией и последующим тушением излучательной рекомбинации носителей Значительный голубой сдвиг максимума ФЛ при интенсивной дополнительной подсветке вызван сильной анизотропией купоновского взаимодействия в квантовых нитях полупроводник-диэлектрик, обусловпенной зарядами изображения С одной стороны, как результат захвата электронов на поверхности наноструктур, индуцированное электрическое поле изгибает энергетические зоны электронов и дырок Это приводит к традиционному красному штарковскому сдвигу в спектрах Величина этого сдвига определяется обратной величиной г, С друюй стороны, в заряженных квантовых нитях жеитон обладает уменьшенной силой осцилляторов благодаря пространственному разделению электронов и дырок в электрическом поле захваченных электронов Кулоновское взаимодействие становится слабее для экситонов Это, в свою очередь, приводит к уменьшению их энергии связи Как было показано ранее, величина се достаточно большая (до 200 мэВ) и в основном определяется диэлектрической постоянной диэлектрика е, Полому величина уменьшения энергии связи экситона может превосходить величину красною штарковскою сдвига края зоны. В результате, в заряженных квантовых нитях суммарный сдвиг спектра фотолюминесценции может происходить в область больших энергий.

Глава V. Оптические свойства экситонов в квантовых нитях полупроводник (С()8, Сёве) - диэлектрик (АкОз).

Если в экспериментах, приведенных выше, для формирования полупроводниковых КН использовались природные нанотрубки хризотил - асбеста, то в пятой главе представлены результаты исследования квантовых нитей Сс18 и Сс18е, кристаллизованных в искусственно созданной матрице - наноканалах оксида алюминия. Это даст возможность изучать наноструктуры различного диаметра В данной [лаве изложены результаты исследования энергетической структуры таких квантовых нитей, процессов релаксации и рекомбинации при различных уровнях оптического возбуждения и различных температурах.

В $ 5 1 приводятся методы приготовления исследуемых образцов наноструктур Сс15 и СёБе, а также описание экспериментальной установки, используемой для их изучения Приведенная в параграфе картина поверхности оксида алюминия, полученная с помощью атомно - силово1 о микроскопа, позволяет определить диаметр образующихся КН и их поверхносшую концентрацию В диссертации представлены результаты для структур СсШ, кристаллизованных в наноканалах диэлектрической матрицы диаметром 4-6 нм и 8 -10 нм, структур СУвс, в

наноканалах матрицы диаметром 6 + 8 нм и я 30 им

В § 5 2 приведены спектральные зависимости оптической плотности и спектры ФЛ исследуемых структур. В спектральных зависимостях оптической плотности образцов с наноструктурами Ссйе, имеющих вытравленное окно в алюминиевой подложке, при поляризации падающего света, содержащей компоненту электрического поля, параллельную оси наноканалов, в области 1 8 эВ наблюдалась полоса, которая отсутствовала в спектрах, измеренных в противоположной поляризации падающего света Спектры исходной диэлектрической матрицы такой полосой также не обладали

Спектры ФЛ образцов при непрерывном возбуждении слабым излучением Не-Сс1 матера (для примера см Рис 8) представляют собой широкие линии с максимумами интенсивности в области 2.65 эВ (Т = 2 К) и 2 54 эВ (Т - 293 К) в случае образцов с С<1Я в каналах диаметром 4-6 нм и 8-10 им, соответственно, и 1 86 эВ, 1 75 эВ в случае образцов с СёЯе в каналах диаметром 6 - 8 нм и 30 нм, соответственно, при Т = 293 К Для наноструктур Сс18е полосы в спектрах ФЛ практически совпадают с широкой полосой 1 8 эВ в спектре поглощения Сдвиг максимумов полос ФЛ и поглощения образцов в область более коротких длин волн по сравнению с объемными

монокристаллами, форма спектра поглощения позволяет предположить, что в порах были сформированы наноструктуры, проявляющие эффект размерного квантования. Образование нанокристаллов Сс18 в порах АЬОз подтверждалось также фононными спектрами исследуемых структур, измеренными методом ИК фурье-спектроскопии . В спектрах ярко выражены пики в районе ТО и Ш фононов объемного полупроводника СМЯ, чго говорит о достаточно хорошей кристаллической структуре выращенных полупроводниковых образцов Кроме того, форма спектра отражения в диапазоне волновых чисел между ТО и IО фононными модами (возрастание коэффициента отражения с увеличением величины волнового числа, присутствие в спектрах в этом диапазоне

2.6 2.8 3.0 Энергия фотона, эВ

Рис 8 Спектры ФЛ КН Сс15, кристаллизованных в полых каналах (диаметр 4-6 нм) матрицы АЬО, (я), и чистой матрицы АЬО] (Ь), (с) спектр ФЛ только КН Сё5 Т - 2К.

* Измерения были выполнены А И Белогороховым (ГИРЕДМЕТ)

большем о числа дополнительных максимумов, вероятно, связанных с поверхностными фононными модами) подтверждает предположение о том, что в данном случае полупроводник осажден в виде нанокристаллов

Интенсивность ФЛ образцов при непрерывном возбуждении излучением Нс-СМ-лачера. имеющим компоненту электрического поля, ориентированную вдоль оси нанотрубок была всегда больше, чем при поляризации возбуждающего света перпендикулярной им Степень поляризации с учетом геометрического фактора составила 0,50±0,08 для Сей и 0,56±0,05 для Ссйе Эю обстоятельство, а также анизотропия поглощения, позволяет предположить, что наноструктуры кристаллизуются преимущественно в виде КН, а не КТ С учетом этого факта полосы ФЛ Сей и Сейе, кристаллизованного в матрице оксида алюминия, можно объяснить экситонными переходами в КН Сей и Сейе.

Используя измеренные значения энергии этих переходов и данные расчетов в рамках модели, представленной в Главе I, было показано, что максимумы полос ФЛ соответ ствуют экситонным переходам в КН Сей диаметром 4 - 6 им и 8 -10 нм, а в КН Сейе диаметром 4 - 6 нм Полученные значения радиусов КН не противоречат измеренным поперечным размерам наноканалов матриц оксида алюминия, в которых был кристаллизован полупроводник Сей и Ссйе. Кроме того, данные расчетов позволяют определить энергию связи экситонов в исследуемых КН для образца Сей с меньшим диаметром пор Еьх =»300 мэВ, а в КН Cd.Se энергия связи превышает 200 мэВ Столь большие энергии связи эксиюнов обусловлены эффектом диэлектрического усиления экситонов в КН полупроводник - диэлектрик

Достаточно большую полуширину линий экситонной ФЛ, по-видимому, в первую очередь можно объяснить дисперсией поперечных размеров КН. По нашим оценкам дисперсия поперечных размеров КН Сей и Сейе, кристаллизованных в наноканалах диаметром 4 - 8 нм А120з матрицы, не превышает 25%.

Приведенные в параграфе расчеты, выполненные Е А Муляровым (ИОФ РАН), показали, чго в области значений радиусов КН Ссй/АЬОз и Сейс/А^Оз, превышающих 5 нм, изменения энергии свободного электронно-дырочного перехода практически полностью компенсируются изменениями в энергии связи экситонов Это обуславливает отсутствие зависимости энергии экситонного перехода от радиуса КН в широком диапазоне его изменений, чю в свою очередь может приводить к частичному подавлению уширения полос экситонной ФЛ в образцах с большой дисперсией поперечных размеров КН Этим обстоятельством, по-видимому, можно объяснить меньшую ширину полосы экситонной ФЛ КН большего диаметра около 120 мэВ в КН Сей (1 = 8- 10 нм и около 250 мэВ в нитях с1 = 4 -г б нм, 430 мэВ в КН Сейе диаметром 6 - 8 нм и

2 0X10'

« 'л

IV V

185

о

500 1000 1500 2000

Время, пс

Энергия фотона, эВ

Рис 9 Спектры ФЛ КП С'11Ье/А120< (диаметр Рис 10 Изменение ишенсивности ФЛ во времени

каналов 6-8 нм), полученные в разные моменты различных участков спектра ФЛ КН С<^е/А1,0, I-

времени после возбуждающего импульса (а) 0 - 1 746- 1,758 эВ, II- I 768- 1 778 эВ, III- 1 785

80 пс, (Ь) 190-270 пс, (с) 460 - 540 пс, (<1) 720- - 1.799 эВ; 1У-1 812-1 825 эВ, V- 1 825 - 1 834 )В

820 пс 1=18 К (Эти участки также указаны на Рис.9) Т=18К 340 мэВ диаметром около 30 нм.

Для изучения кинетики ФЛ полупроводниковых КН с диэлектрическим барьером АЬОз были получены спектры фотолюминесценции образцов, разрешенные во времени Эти данные приведены в § 5 3 Практически во всех измеренных спектрах отчетливо наблюдался сдвиг максимума интенсивности ФЛ в сторону меньших энергий за счет более быстрого уменьшения интенсивности высокочастотной части спектров В качестве примера на Рис 9 приведены спектры ФЛ КН СЖе/ЛЬОз (диаметр каналов 6-8 нм), полученные в разные моменты времени после возбуждающего импульса. Следует отмстить, что кинетические особенности спектров ФЛ в 1 данном случае не связаны с нелинейными процессамй, так как плотность мощности

возбуждающих образец световых импульсов была недостаточной для наблюдения нелинейных { эффектов С целью проверки предположения о более быстром уменьшении интенсивности ФЛ

высокочастотной области спектров были измерены кинетические зависимости различных ^ участков спектра Для примера на Рис 10 приведем данные для КН СсВе диаметром 6 - 8 нм

Спады интенсивности ФЛ со временем для различных участков спектра имели быструю и медленную компоненты. В низкочастотной области спектра ФЛ наблюдался более медленный спад интенсивности по сравнению с высокочастотной областью Времена рекомбинации в КН Сс!8 (Т = 2 К) диаметром 4 ч- 6 нм и Сс18е диаметром 6 - 8 нм (Т - 18 К) на различных участках спектра приведены в Таблице 2 Быструю компоненту затухания интенсивности ФЛ, измеренную в данных экспериментах, мы связываем с рекомбинацией экситонов в КН Меньшее время спада

интенсивности ФЛ для высокочастотной области спектра, по-видимому, связано с большей эффективностью

безызлучательной рекомбинации через поверхностные состояния в наноструктурах меньшего диаметра. Медленную компоненту затухания

(

интенсивности ФЛ можно связать с захватом возбужденных носителей и экситонов ловушками, расположенными ♦ на границе раздела полупроводник -диэлектрик с их последующим высвобождением Разрешенные во времени спектры ФЛ позволили также разделить вклад КН (полоса 1 86 эВ) и кластеров объемных полупроводников (полоса 1.77 эВ на Рис 9), присутствующих на поверхности образцов, в свечение образцов

В § 5.4 приведены спектры ФЛ КН Сс1Яе, кристаллизованных в наноканалах АЬОз, при возбуждении мощными импульсами второй гармоники УЛО:М лазера (тр - 14 не), измеренные при температуре Т = 80 и 293 К. С увеличением мощности накачки происходит асимметричное изменение формы спектров ФЛ - с ростом уровня возбуждения более интенсивно возрастает высокочасто тая часть спектра, что приводит к эффективному сдвигу максимума спектра ФЛ в область больших энергий Одновременно была получена зависимость интенсивности ФЛ образца от плотности мощности возбуждения на различных участках спектра В области высоких мощностей возбуждения наблюдается замедление роста интенсивности ФЛ, т.е отклонение от линейного закона возрастания. В качестве иллюстрации приводим данные, измеренные при Т = 293 К (Рис.11 и 12) При Т = 80 К спектры и зависимости имели практически аналогичный вид

Доминирующим эффектом, определяющим изменение формы спектров и нелинейную ? зависимость интенсивности ФЛ КН Сс18е/А120з от мощности накачки, можно считать эффект заполнения фазового пространства экситонов в квазиодномерной системе. Причем заполнение фазового пространства экситонов происходит в первую очередь в КН большего диаметра. Это обстоятельство можно объяснить следующим образом Во-первых, согласно теоре>ическим расчетам, выполненным в рамках модели, изложенной в Главе I, эффективная длина экситонов в нитях большого диаметра больше, чем в нитях малого Во-вторых, как показали кинетические измерения, выполненные на данном образце, характерное время рекомбинации в КН большого диаметра больше, чем в нитях малого диаметра Другими словами, кроме того, что квазиодномерные структуры большого диаметра обладают большей длиной экситонов, в них

Образец Участок спектра, Время Т|, Время %2,

эВ ПС НС

2.566 - 2.616 224 7.2

Квантовые 2 616-2.669 108 33

нити CdS 2 669 - 2.723 100 34

2.723 - 2.780 68 3 1

1 746- 1,758 413 7.4

Квантовые 1.768-1.778 308 2.3

нити CdSe 1.785 - 1.799 256 1 4

1.812-1.825 210 09

1 825 - 1 839 165 05

Таблица 2

Времена рекомбинации экситонов в КН CdS/АЬОз и CdSe/AhO,

§ 1050

IIII

* ■

I

Р у, Вх(0.04)

/ V'

I ИГ * 1

4 Щ

16 18 2 0 2 2 2.4

Энергия фотона, эВ

л ;

л о

/0 о

/Д у ' ° / ь

/ с. ейу/ п

/у □ о

■ ]/у ц/ ]1

О 2 4 6 а 10

Интенсивность возбуждения, МВт/см2

Рис 11 Спектры ФЛ КН С£)5с/А1203 (Т=293 К), Рис 12 Зависимость интенсивности ФЛ КП

полученные при разных уровнях возбуждения Сс^е/АЬОз (Т = 293 К), от уровня возбуж-дения

излучением второй гармоники Ш У АО-лазера на различных участках спектра (энергии фотонов

А - 0.4 МВ г/см2, В - 10 МВт/см2 (Ь) регистрации указана на Рис. 9 стрелками).

12

"в 10

Ш

э 2

имеется возможность более эффективного их накопления Возможность проявления эффекта заполнения фазового пространства экситонов подтверждена оценкой концентрации экситонов, создаваемых при возбуждении исследуемых КН

Зависимости интенсивности ФЛ от накачки на различных участках спектра аппроксимировались выражением - ос Ж/(1 + А'/Л'^), обычно

применяемым для описания процесса насыщения В данном выражении Л^ - параметр насыщения -концентрация экситонов, при которой интенсивность ФЛ в 2 раза меньше, чем при линейном росте На Рис.13 приведены значения этого параметра для различных участков спектра, измеренные при Т = 80 и 293 К Из рисунка видно, что при Т = 80 К параметр насыщения меньше, чем при I = 293 К во всем

Рис 13 Зависимость параметра насыщения

КН Сс18е /А1203 на различных участках спектре излучения квантовых нитей Ссйе/АЦОз Рост спектра А - 293 К, В - 80 К

параметра насыщения в высокочастотной части спектра (в области ФЛ КН малою диаметра), видимо, обусловлен более быстрой рекомбинацией экситонов в квазинульмерных структурах малою

а а с

1 1 <>

о

А

О О о

8 -

о О О О о о

О о 1

17 18 1.9

Энергия фотона, эВ

диаметра, а также их эффективная длина меньше, чем для ни гей большего поперечного размера В таких структурах сложпее достигнуть концентраций экситонов, необходимых для проявления эффекта заполнения фазового пространства А так как времена рекомбинации при азотной температуре больше, чем при комнатной то и параметр насыщения для КН одного и того же диаметра в первом случае меньше, чем во втором Увеличение параметра насыщения в длинноволновой части спектра, по-видимому, можно объяснить вкладом в ФЛ образца излучения кластеров объемного Сс18е

Глава VI. Релаксации я рекомбинация экситонов в наноструктурах пористого 1пР при высоких уровнях оптического возбуждения.

Данная глава посвящена исследованию спектрально - кинетических свойств наноструктур в слое пористого л-1пР при их возбуждении мощными пикосекундными лазерными импульсами Проведенный анализ кинетики фотолюминесценции позволяет говорить о зарегистрированном значительном уменьшении скорости внутризонной релаксации носителей в квантовых нитях пористого 1пР при высоких уровнях оптического возбуждения Наблюдаемые особенности кинетики фотолюминесценции объяснены экранированием электрон-фононного взаимодействия электронной плазмой высокой плотности и перепоглощением фононов носителями в квантовых нитях при их высокой концентрации

В § 6 1 представлены спектры и кинетические зависимости ФЛ наноструктур пористого п-1пР при различных уровнях возбуждения Спектры ФЛ образца при самых малых уровнях возбуждения характеризовались широкой (около 0 2 эВ) асимметричной полосой с максимумом в районе 2 03 эВ Сдвиг линии излучения пористого 1пР в область высоких энергий (ЛЕ ~0 7мэВ) относительно края зоны поглощения объемного 1лР (Ег=1 35 эВ) можно объяснить эффектом размерного квантования в наноструктурах (КН или КТ) 1пР, образовавшихся на поверхности объемного образца в результате электрохимического травления Если предположить, что свечение порисюго я-1пР обусловлено излучением КН, ю полоса ФЛ 2 03 эВ соответствуй е-ИИ экситонному переходу Пользуясь результатами расчетов, представленными в Главе I, можно оценить средний диаметр образовавшихся в результате электрохимического травления КН -3 4 нм Если предположить, что свечение обусловлено КТ, то с учетом эффекта размерного квантования и эффекта диэлектрического ограничения экситонов рассчитанный средний диаметр КТ - 5 нм При возбуждении образца пикосекундными импульсами света с плотностью мощности < 250 МВт/см2 наблюдался практически линейный рост интенсивности интегральной ФЛ (I) и нелинейный рост (/«Я2) при больших интенсивноеях (Рис 14) Это дает основание говорить о коллективных процессах (экситон -экситонное, экситон электронное В!аимодействие) при таких концентрациях экситонов

Временные характеристики ФЛ пористого и-1пР существенно зависели от уровня возбуждения образца 10 пс импульсами света (Рис 15) При слабом возбуждении импульсы ФЛ

характеризовались быстрым нарастанием интенсивности со временем, близким к времени нарастания импульса возбуждения гроС|Я к 5 пс, и одноэкспоненциальным спадом с характерным временем гспаи к 60 пс С увеличением интенсивности возбуждения увеличивалось время нарастания импульса ФЛ При максимальных интенсивностях (5 *400 МВт/см2) оно достигало 40 пс При интенсивностях возбуждения, больших 250 МВт/см2, в спаде ФЛ появлялся быстрый начальный участок При самых высоких уровнях возбуждения импульсы ФЛ характеризовались тремя участками спада относительно медчениый начальный спад сменялся быстрым спадом Заканчивался импульс ФЛ относительно медленным экспоненциальным спадом.

Каждый из характерных участков спада ФЛ аппроксимировался различными временными зависимостями, что позволило определить доминирующий процесс рекомбинации носителей в наноструктурах при их различных концентрациях Медленный участок (Рис 15 с) при самых больших концентрациях носителей с приблизительно равной ошибкой аппроксимируется любой из трех используемых зависимостей, соответствующих квадратичной (бимолекулярной), Оже -рекомбинациям и спонтанному - одноэкспоненциальному «паду интенсивности со временем Быстрый участок при меньших концентрациях существенно лучше аппроксимируется зависимостями, соответствующими квадратичной и Оже - рекомбинациям Обнаруженная ранее квадратичная зависимость интенсивности ФЛ от уровня возбуждения при 5> 250 МВт/см2 позволяет предположить, что бимолекулярный процесс является доминирующим при данных концентрациях экситонов Медленный последний участок спала - зависимостью, соответствующей спонтанному распаду экситонов, что опять ясе подтверждалось линейным ростом интенсивности ФЛ с ростом возбуждения при 5 < 250 МВт/см2

Необычная форма импульсов ФЛ в области самых высоких уровней возбуждения (участок при самой высокой концентрации носитетей), по-видимому, определяется неоднородностью возбуждения образцов пористого л-1пР по сечению пятна накачки и присутствием в образце не только КН, но и КТ

Плотность мощности возбуждения, МВт/смг

Рис 14 Зависимость интегральной интенсивности ФЛ наноструктур пористого п-1пР от плотности мощности возбуждения

В § 6.3 анализируются возможные

механизмы, обуславливающие замедление

релаксации возбужденных носителей в объемных

полупроводниках и наноструктурах

Зарегистрированное в эксперименте увеличение

времени нарастания интенсивности ФЛ с ростом

оптической накачки свидетельствует о

замедлении релаксации носителей в

наноструктурах пористого 1пР В § 6 4

предложены возможные механизмы такого

замедления в исследуемых структурах Малое

время нарастания импульсов ФЛ грота » 5 пс в

области малых концентраций возбужденных

носителей, наблюдаемое в наших экспериментах,

может служить свидетельством быстрой

внутризонной релаксации возбужденных

носителей в КН 1пР Существенное увеличение Рис 15 Кинетика ФЛ наносфуктур пористого

1пР при возбуждении образца 10 пс импульсами времени нарастания импульсов ФЛ с ростом лазера плотностью мощности' 80 МВт/см2 (а),

270 МВт/см' (Ь), 400 МВт/см2 (с) Штрихованная УР0ВНЯ возбуждения (до 40 пс при линия-импульс возбуждения ,<?* 400 МВт/см2), по-видимому, связано с

замедлением внутризонной релаксации электронов при их высокой плотности в КН, наиболее вероятной причиной которого служат эффекты экранирования электрон-фононного взаимодействия электронной плазмой высокой плотности и перепоглощения фононов горячими электронами Оцененная концентрация возбужденных носителей 5х107 см"' соответствует по порядку величины концентрациям, при которых вышеперечисленные эффекты могут оказывать существенное влияние на скорость внутризонной релаксации электронов в полупроводниковых квантовых нитях На увеличение времени нарастания ФЛ в наноструктурах 1пР. наблюдаемое в наших экспериментах, может также сказаться эффект замедления заполнения состояний в наноструктурах, вызванный их зарядом [16,17]

* По-видимому, истинное время нарастания импульса ФЛ существенно меньше, а измеренное значение определяется временен нарасшшя возбуждающего импульса

Время, пс

Глава VII. Захват и рекомбинация носителей в полупроводниковых самоорганизованных квантовых точках CdSe/ZnSe.

В силу того, что ширина запрещенной зоны диэлектриков значительно больше ширин запрещенных зон полупроводников КН и КТ, а также, обычно, значительно больше энергии кванта возбуждающего света, процесс оптического возбуждения ранее исследуемых наноструктур представляется достаточно ясным В наноструктурах, имеющих полупроводниковый барьер (как скажем, в случае СКТ), при энергии кванта возбуждающего свега больше ширины запрещенной зоны барьера вопрос о механизме их возбуждения и релаксации носи гелей в таких структурах остается пока не до конца выясненным Поэтому настоящая глава диссертации посвящена изучению этих процессов Измеренные разрешенные во времени спектры фотолюминесценции СКТ CdSe/ZnSe и спектры ФЛ этих наноструктур при различных уровнях оптического возбуждения позволили предложить модель процесса возбуждения таких квантовых точек и определить доминирующий механизм, определяющий сильные оптические нелинейности в СКТ при высоких уровнях оптического возбуждения.

В парафафе § 7 1 предложен краткий обзор методов получения и оптических свойств СКТ CdS/ZnSe и CdSe/ZnSe Эти структуры считаются перспективными с точки зрения их дальнейшего применения в качестве источников излучения в сине - голубой области спектра В § 7 2 описана технология приготовления образцов CdSe/ZnSe, исследуемых в данной работе * Они представляют собой мениски с диаметром основания 20 нм и высотой 2 - 3 нм Концентрация точек в слое 10" см"2

Изложение результатов начинается со спектра ФЛ при возбуждении образцов слабым и .¡лучением Не - Cd лазера (Т - 80 К) Спектр состоял из двух полос интенсивной в диапазоне 2 3 2 5 эВ и слабой в окрестности 2 8 эВ, обусловленных, соответственно, ФЛ СКТ CdSe/ZnSe и матрицы (барьера) ZnSe Высокочастотный сдвиг (более 0.5 эВ) интенсивной полосы спектров ФЛ образцов в область больших энергий по сравнению с шириной запрещенной зоны объемного полупроводника CdSe (Eí; -18чВ) обусловлен эффектом размерною квантования в наноструктурах Значительную полуширину этой полосы (= 80 мэВ) в первую очередь можно объяснить неоднородным уширением, связанным с дисперсией размеров ансамбля СКТ По нашим оценкам дисперсия размеров не превышает 10% При этом высокочастотную часть спектра обуславливает свечение точек меньшего диаметра, а низкочастотную - бо ibinero Это обстоятельство повлияло на выбор метода дальнейших исследований Спекфы ФЛ. разрешенные

Образцы с самоорганизованными квантовыми точками CdSe/ZnSe были предоставлены В П Евтихиевым (ФТИ им А Ф Иоффе, С -Петербург)

во времени, при малых уровнях возбуждения позволили получить информацию не только о спектрах ФЛ в различные моменты времени после возбуждения и характерных временах ее нарастания и спада, а также измерить зависимость этих параметров от размера КТ С этой целью образцы во)буждались 100 фс импульсами с частотой повторения 82 МГц, плотностью энергии возбуждения 0 2 мкДж/см2 и энергией кванта Ью - 3 1 эВ При этом свет в основном поглощался и носители генерировались в барьерном слое ZnSe, покрывающем квантовые точки Для регистрации спектров ФЛ, разверну 1ых во времени, использовалась скрещенная с полихроматором скоростная фотошектронная система НатапШш С1587.

Было зарегистрировано (Рис 17 и 18) а) быстрое (~7пс при Т = 20 К) по сравнению с объемным полупроводником ( - 500 пс) время затухания ФЛ барьера 7п8е, б) слабая интенсивность свечения барьера по сравнению с интенсивностью ФЛ наноструктур, в) быстрое время нарастания ФЛ СКТ (от 8 до 24 не в точках разного размера) Все это свидетельствуе! об эффективных и быстрых процессах диффузии возбужденных носителей в барьере, захвате носителей из барьера в точки о быстрой релаксации носителей в основное нижнее злектронно-дырочное состояние КТ в исследуемых образцах

Следует отметить следующие изменения спектров ФЛ СКТ Cd.Sc//nSe во времени (Рис 19) форма спектров изменяется в результате того, что высокочастотная часть спектра затухает со временем быстрее, чем низкочастотная Этот процесс сопровождается эффективным сдвигом

Рис. 17 Высокочастотная часть спектра ФЛ Рис 18 Зависимость интенсивности ФЛ от образца с СКТ С<15е/2п5е (Т = 20 К) времени для- 1 - СКТ Cd.Se/ZnSe (спектральный

интервал 1 на Рис 17), 2 -матрицы 7м5е (интервал 2). 3 - импульс возбуждения

Энергия фотона, эВ

200 400

Время, пс

Рис 19 Развернутые во времени спектры ФЛ Рис. 20 Зависимость интенсивности ФЛ от СК1 Сс15е/7,п8е (Т = 20 К) Спектры времени для различных участков спектра,

получены в различные интервалы времени обозначенных на Рис.19 после возбуждения 1 - 0 -23 пс; 2 - 23 -47 пс, 3 - 48 - 72 пс; 4 - 87 - 110 пс; 5 122 - 145 пс, 6- 145-169 пс.

максимума спектра ФЛ в область меньших энер1ий При этом зарегистрированы различные времена нарастания и спада для различных участков спектра (Рис 20) Они увеличиваются в длинноволновой части спектра (КТ большого диаметра) При обработке временных профилей для различных участков спектра ФЛ СКТ Сс18е//п5е (для точек разного размера) можно воспользоваться трехуровневой моделью При »том следует ввести времена и г г, -суммарное время, состоящее из времени диффузии возбужденных носителей в барьере /.пЯе, времени захвата носителей в наноструктуры и времени релаксации из возбужденного в основное электронно-дырочное (экси тонное) состояние г - время рекомбинации электронно-дырочной

(время жизни экситона) Тогда изменение

Спектральный интервал Г1 - пс , 11С Р

2 297 2 282 23 ±2 410 ±20 1 1

2 315 -2 299 16± 1 418 ± 7 1

2 330-2.313 13 ± 1 357 ±6 1

2 347 - 2 330 12 ± 1 244 ±7 0,9 ±0,1

2 365 2 349 11 ± 1 144 ±8 0,7 ±0,1

2 385 - 2 368 8±1 112 ± 8 0,6 ± 0,1

интенсивности ФЛ со временем

аппроксимируется следующим выражением'

/ос

е"1 -е "и-

Таблица 3

Времена нарастания и спада ФЛ СЮ С<ЗКе/2п8е на различных участках спектра

Результаты обработки временных профилей интенсивности ФЛ СК 1 разно! о размера, полученные с учетом приведенною выше

выражения и временною разрешения регистрирующей системы приведены в Таблице 3 При этом спад интенсивности ФЛ во времени для спектральных интервалов высокочастотной высокочастотной части спектров удается лучше аппроксимировать растянутой экспонентой

-(пт)" е 1 , где р < 1.

Наблюдаемые особенности кинетики ФЛ ансамбля СКТ СсВеЖпБе можно объясни 1ь, если учесть дисперсию их размеров (неоднородное уширение спектров ФЛ). В СКТ меньшего размера (высокочастотный край спектра ФЛ) уменьшается время рекомбинации носителей в результате возрастания эффективности безызлучательньтх процессов диссипации энергии на состояниях, находящихся на 1раниие раздела полупроводник Сс18с - барьер Хпве Этим, по-видимому, и объясняется изменение формы спектра ФЛ СКТ со временем

Увеличение времени нарастания ФЛ (определяемое суммарным времен диффузии, захвата и релаксации носителей из возбужденного в основное состояние) с увеличением размера КТ, по-видимому, можно объяснить увеличением времени захвата носителей из барьера в КТ большого размера В работах [16,17] показано, что в квантовых ямах при захвате электронов из барьера в квантовую яму она может заряжаться отрицательно, а прилегающая область барьера положительно Возникает кулоновский барьер, по мере нарастаиия которою замедляется рост концентрации носителей в квантовой яме Можно предположить, что аналогичный процесс имеет место и в СКТ. При этом замедление скорости захвата носителей должно в первую очередь проявляться в точках большего размера из-за большего времени жизни носителей в них

Все эти результаты позволили предложить следующую модель механизма во!буждения ФЛ и гаких наноструктурах поглощение накачки и генерация носителей в барьере 2п5е, эффективная диффузия и захват их из барьера в СКТ, быстрая релаксация по подуровням энергии размерного квантования с последующей рекомбинацией.

В § 7.3. приводятся результаты измерения спектров ФЛ СКТ СсКс/^пБе при высоких уровнях возбуждения мощными 14 нс импульсами света Было обнаружено, что с ростом уровня возбуждения в большей степени возрастает интенсивность высокочастотной части спектра, сопровождающаяся эффективным сдвигом максимума спектра ФЛ в область больших энергий (Рис 21). При этом зарегистрированы нелинейные зависимости интенсивности ФЛ СКТ Сс^е^пве от уровня возбуждения для различных участков спектра (для наноструктур разного размера) (Рис 22;. Нелинейную зависимость интенсивности ФЛ от уровня возбуждения и. соответственно, изменение формы спектров можно объяснить доминирующей ролью эффекта заполнения основггого нижнего уровня размерного квантования в КТ в соответствии с принципом Паули При этом нельзя также исключать проявление Оже - эффектов Проведенная оценка

22 23 24

Энергия фотона, эВ

ООО 0.05 010 0.15 0.20 Интенсивность возбуждения, МВт/см

Рис 21 Спектры ФЛ СКТ CdSe/ZnSe при Рис 22. Зависимость интенсивности ФЛ СКТ ингенсивностях возбуждения 57 кВт/см2 (A) CdSe/ZnSe от уровня возбуждения для участков и 1 5 МВт/см2 (В) Точки - значения параметра спектра!-III на Рис 21 (Т=80К) насыщения для различных участков спектра

подтверждает, что в нашем эксперименте инжектированных в отдельную КТ носителей достаточно для заполнения уровней размерного квантования.

Зависимости интенсивности ФЛ от накачки на различных участках спектра так же, как и в случае с КН CdSe/АЬОз, аппроксимировались выражением - 1ФЛ <х А'/(1 + /V/), описывающим процесс насыщения На Рис 21 приведены значения параметра насыщения для различных участков спектра, измеренные при 'Г = 80 Рост параметра насыщения от 0,4 до 0,9 МВт/см2 с увеличением частоты (с уменьшением размера точки) и уширение спектра ФЛ области высоких частот можно объяснить уменьшением времени рекомбинации в квантовых точках меньшего размера Увеличение параметра Ns для низкочастотной части спектра ФЛ может быть связано с существенным штарковским и теп ловым сдвигом час готы основного перехода квант овой точки в красную область спектра и с замедлением скорости захвата носителей в точках большего размера (по мере заполнения квантовой ямы носителями происходит возрастание кулоновского барьера па границе ямы, препятствующего нарастанию концентрации носителей) Последний *ффек1 возникает в первую очередь в КТ большею размера из-за большего времени жизни носителей При ппарковском и тепловом сдвше частоты основного перехода в КТ интенсивность ФЛ фиксированного интервала частот в спектре, представленном на Рис 21, вероятно, изменяется (увеличивается) за счет дополнительной ФЛ имеющих большую концентрацию соседних наноструктур меньшего размера

В Заключении делается краткий вывод из проведенных исследований и приводятся основные результаты

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом

1 Методами линейной и нелинейной лазерной спектроскопии обнаружены экситонные переходы (в том числе в возбужденные состояния) в полупроводниковых (1пР, ОаАч, Сей и Ссйе) квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрической матрице

2 Обнаружено аномальное увеличение энергии связи экситонов в полупроводниковых квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрике, по сравнению с полупроводниковыми квантовыми нитями, окруженными другим полупроводником, до величин более 100 мэВ Тем самым экспериментально подтвержден эффект диэлектрического усиления экситонов в квазиодномерных структурах, ранее предсказанный в теоретических работах ряда авторов

3 В квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрике, обнаружена нелинейная зависимость интенсивности фотолюминесценции от мощности оптического во;буждения на различных участках спектра, а также полосы просветления в разрешенных во времени спектрах нелинейного пропускания Показано, что с увеличением концентрации носителей низкоэнергетичный край полос просветления сдвигается в красную область спектра Наблюдаемые изменения спектров объяснены заполнением фазового пространства экситонов и перенормировкой ширины запрещенной зоны в квантовых нитях с диэлектрическим окружением при высокой концентрации экситонов Измерена величина реяшансной инерционной нелинейной восприимчивости третьего порядка 1т у}^ «-4x10~8 СГС и время ее релаксации (-30 пс при Т = 80 К) в квантовых нитях ОаАв, кристаллизованных в хризотил - асбесте.

4 В спектрах фотолюминесценции квантовых нитей 1пР, кристаллизованных в хризотил -асбесте, в присутствии интенсивной дополнительной лазерной подсветки в области полосы излучения экситонов обнаружены долгоживущие 1 часа) при Т=2 К участки наведенного увеличения и подавления интенсивности фотолюминесценции, а также высокочастотный сдвиг максимума спектра фотолюминесценции относительно спектрального положения дополнительной подсветки Все наведенные особенности спектров зависят от энергии фотона и интенсивности дополнительной подсветки Зарегистрированные изменения в спектрах обусловлены неренормировкой излучательного и безызлучательнот о каналов диссипации энергии возбуждения в квантовых нитях и объяснены конкуренцией сразу нескольких процессов насыщением центров захвата носителей интенсивной дополнительной засветкой, голубым сдвигом спектра фотолюминесценции в результате заряда квантовых нитей и интерфейса, Оже - иопизациеи и последующим Оже - тушением излучательной рекомбинации носителей.

5 Зарегистрировано аномальное увеличение времени нарастания интенсивности фотолюминесценции квантовых нитей в слое пористого InP при больших уровнях оптического возбуждения Наблюдаемые особенности кинетики фотолюминесценции квантовых ни гей объяснены замедлением внутризонной релаксации носителей в результате экранирования электрон-фононного взаимодействия электронной плазмой высокой плотности и перепоглощения фононов горячими носителями

6 Обнаружен рост времени нарастания интенсивности фоюлюминссценции квантовых точек при увеличении их диаметра в разрешенных во времени спектрах фотолюминесценции самоорганизованных квантовых точек CdSe/ZnSe Предложено объяснение этою эффекта на основе модели, в которой скорость захвата носителей из окружающего полупроводника в квантовые точки уменьшается при увеличении степени их заполнения из-за изменения заряда квантовых точек и образования дополнительного кулоновского потенциала на границе квантовая точка - окружающий полупроводник

7. Наблюдалось аномально быстрое нарастание интенсивности фотолюминесценции точек и окружающего их полупроводника, малое время затухания фотолюминесценции последнего по сравнению с объемным полупроводником и слабое свечение ZnSe по сравнению с фотолюминесценцией квантовых точек в развернутых во времени спектрах фотолюминесценции самоорганизованных квантовых точек CdSe/ZnSe при возбуждении образца слабыми фемт осекундными импульсами света Предложено объяснение этого эффекта на основе модели высокоэффективного процесса захвата носителей из барьера в квантовые точки и быстрой их релаксацией по подуровням энергий размерною квантования (отсутствие эффекта «бутылочного горла»)

8 Обнаружена нелинейная зависимость интенсивности фотолюминесценции квантовых точек от мощности оптического возбуждения на различных участках спектра Наблюдаемая зависимость объяснена доминирующей ролью эффекта заполнения состояний в самоорганизованных квантовых точках CdSe/ZnSe в формировании нелинейно-оптического отклика наноструктур при высокой концентрации носителей

Результаты, вошедшие в диссертацию, были опубликованы в 48 работах. Основные ш них следующие'

Ж1 H В Гущина, В С Днепровский, ЕЛ Жуков, О В Павлов, В В Поборчий, И А Саламатина "Нелинейные оптические свойства GaAs квантовых нитей", Письма в ЖЭТФ, 6J, № 6, 491-494, 1995

Ж2 V S Dncprovskii, N V Gushina, О V Pavlov. V V Poborchii, I A Salamatina, E A Zhuko\ "Nonlinear optical absorption of GaAs quantum wires", Proc Int Symposium "Nanostructures physics

and technology " St Peterburg, Russia, p 180-183, 1995.

ЖЗ V S Dneprovskii, N V Gushina, О V Pavlov, V V Poborchii, IA Salamatina, E.A Zhukov "Nonlinear absorption of quantum wires" Phys.Letter A, 204, 59-62, 1995

Ж4 V Dneprovskii , V Karavanskii, V Poborchii, I Salamatina, E Zhukov " Nonlinear optical properties of semiconductor quantum wires", Pros Int Symposium "Nanostructures physics and technology " St Peterburg, Russia, p 180-183,1996.

Ж5 V Dneprovskii, E Zhukov, V.Karavanskii, V.Poborchii, I Salamatina, "Nonlinear optical properties of semiconductor quantum wires", Superlattiees and Microdevices, 23, 6, 1217-1221, 1998 Ж6 V Dneprovskii , N Gushina, E Zhukov, V Karavanskii, V Poborchii, I Salamatina "Nonlinear Optical Properties of Semiconductor Quantum Wires and Dots", Proc Of the Third Intern Symp On Quantum Conf ■ Physics and Application. Ed • M Cahay, S Bandyopadhyay, J R Leburton, M.Razeghi Proceedings Vol. 95-17, 166-177, 1995

Ж7 V Dneprovskii V Karavanskii, V Poborchii, I Salamatina, E Zhukov "Semiconductor Quantum Wires Nonlinear Optical Properties", Proc 23rd Int Symp Compound Semiconductors, Russia. Chapter II, p 825-828, 1996 1996

Ж8 К Chernoutsan, V Dneprovskii, V Karavanskii, О Shaligina, F Zhukov "Time-Resolved Luminescence of Porouse n-InP", Pros Int Symposium "Nanostructures'physics and technology " St Peterburg, Russia, p 387-390, 1997.

Ж9 V Dneprovskii. E Zhukov "Nonlinear Optical Properties of Semiconductor Quantum Wires" Pros Int Symposium "Nanostructures physics and technology" St Peterburg Russia, p 391-394. 1997 Ж10 T Dneprovskaya, V Dneprovskii, E Zhukov "Nonlinear Optica! Properties of Semiconductor Quantum Wires", Proc. of The Fourth International Symposium on' Quantum confinement: Nanoscale materials, devices, and systems Ed M Cahay, J P Leburton, D J Lockwood, and S Bandyopadhyay Proceedings Vol 97-11, p. 353-365,1997

Ж11 V Dneprovskii. E Zhukov "Nonlinear Optical Properties of Semiconductor Quantum Wires", ProL Int Conf "Laser Surface Processing", Limoges, Trance, p 67-73, 1997

Ж12 V Dneprovskii, E Zhukov «Strong Dmamic Optica! Nonlinearitics of Semiconductor Quantum Wires», Phys. Stat Sol (b), 206, 469- 476,1998.

Ж13 В С Днепровский, E А Жуков, E А Муляров, СГТнходеев "Линейное и нелинейное поглощение экситонов в полупроводниковых квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрической матрице", ЖЭТФ, 114, № 2, 700-710, 1998

Ж14 V Dneprovskii, Е Zhukov, E.Muljarov, S.Tikhodeev, and Y Masumoto "Optical Properties of Excitons in Semiconductor Quantum Wires", Proc Of the I'ifht Intern. Symp On Quantum Conf Nanostructures Ed M Cahay, S Bandyopadhyay, J.R Leburton, M Razeghi Proceedings Vol 98-19, p

241-258, 1998

Ж15 V.Dneprovskii, T.Kobayashi, E.Muljarov, S Tikhodeev, and E.7hukov "Excitons in semiconductor quantum wires crystallized in transparent dielectric matrix", Pros Int. Symposium "Nanostructures physics and technology" St.Peterburg, Russia, p.359-361, 1998.

Ж16 B.C Днепровский, E Л Жуков, H Ю Маркова, Е.А Муляров, К А Черноуцан, О А Шалыгина "Оптические свойства экситонов в квантовых нитях полупроводник (InP) - диэлектрик", ФТТ, 42, № 3, 532-537,2000.

Ж17 С А Гаврилов, В В Гусев, В С Днепровский, Е А Жуков, ЕА.Муляров, АН Сырников, И В Яминский "Оптические свойства экситонов в квантовых нитях полупроводник (CdS) -диэлектрик", Письма в ЖЭТФ, 70, № 3,216 - 220,1999.

Ж18 E.AZhukov "Optical Properties of Excitons in Semiconductor-Dielectric Quantum Wires", Masumoto Single Quantum Dot Project Research Report N1,1999, p 59-64

Ж19 E A Muljarov, E.A Zhukov, V S.Dneprovskii, and Y Masumoto "Dielectrically enhanced excitons in semiconductor-insulator quantum wires' theory and experiment", Phys Rev В 62, № 11, 7420-7432, 2000

Ж20 E A Zhukov, Y Masumoto, E A Muljarov, and S G Romanov «Pump-probe studies of photoluminescence of InP quantum wires embedded in dielectric matrix», So! State Comm , 112, № 10, 575-580, 1999.

Ж21 E A Zhukov, H.M Yates, MFPemble, CMSotomayor Torres, and SO Romanov «Interface Interactions and The Photoluminescence From Asbestos-Templated InP Quantum Wires», Superlattices and Microdevices, 27, № 5/6, 571-576,2000.

Ж22 К Chernoutsan, V Dneprovskii. S Romanov , О Shahgina and F Zhukov «Optical properties of semiconductor (InP)-dielectric quantum wires», Pros Int Symposium "Nanostructures physics and technology" St Peterburg, Russia, p 383-386,2000

Ж23 К Chernoutsan, V Dneprovskii, O.Shaligina, E Zhukov «Time-Resolved Luminescence of Porous Si and InP» Phys Stat Sol (a), 182, № 1, 347-352,2000

Ж24 F Zhukov, Y Masumoto, V Dneprovskii, E Muljarov. К Chernoutsan, and S Romanov «Excitons in InP quantum wires with dielectric barriers», Proc of 25th Inter. Confer On the Physics of Semiconductors, Osaka, Japan, Part И, p 1275-1276, 2000

Ж25 S.A Gavrilov, S Yu Tikhonova, S V Lemeshko, E A Zhukov, A.I Belogorokhov, L1 Belogorokhova «Principles of CdS nanowire array formation by elcctrodeposition into porous anodic alumina» Proc of 25"'Inter Confer On the Physics of Semiconductors, Osaka, Japan Part II p 1745-1746,2000

Ж26. V Dneprovskii, S A Gavrilov, E Muljarov, A Syrnicov and E Zhukov «Optical properties of CdS nanostractures crystallized in the pores of insulating template», Pros 9th lnt Symposium "Nanostructures:physics and technology". St Peterburg, Russia, p 131-134, 2001 Ж27 К Chernoutsan, V.Dneprovskii, S Gavrilov V Gusev, E Muljarov, S Romanov A Syrnicov, О Shaligina, E.Zhukov «Linear and Nonlinear Optical Properties of Excitons in Semiconductor -Dielectric Quantum Wires». Physica E, 15,111 -117,2002

Ж28 Tokahiro Matsumoto, Hiroyuki Kato, Kazuhiro Miyamoto, Michihiro Sano, Evgeniy A Zhukov, and Takaftimi Yao "Correlation Between Grain Size and Optical Properties in Zinc Oxide Thin Films" Appl Phys Lett 81, №7, 1231-1233,2002

Ж29 В Днепровский, E Жуков, О Шалыгина, В Лясковский, Е Муляров, С Гаврилов, И Масумого "Экситоны в полупроводниковых квантовых проводах CdS и CdSe с диэлектрическим барьером", ЖЭТФ, 94, № 6,1169-1175,2002.

Ж30 V.S.Dneprovskii, О A Shaligina, Е A Zhukov, V Р Evtikhiev, V.P.Kochereshko "Time-resolved Luminescence of Self-Assembled CdSe/ZnSe Quantum Dots", Pros 10th lnt Symposium "Nanostructures-physics and technology". St Peterburg, Russia, p 287-289, 2002 Ж31. V Dneprovskii, F,7hukov, К Chernoutsan, О Shaligina, "Laser Spectroscopy of Semiconductor Quantum Wires", Proc SP1E, 4762, 290-296,2002

Ж32. В.С.Днепровский, E А Жуков, О А Шалыгина, В.П.Евтихиев, В П Кочерешко "Захват и рекомбинация носителей в полупроводниковых квантовых точках CdSe/ZnSe" ЖЭТФ, 125, № I, 173-180,2004

ЖЗЗ V S Dneprovskii, V Р Evtikhiev, V I I yascovskn, A I Shatalm, Е A Zhukov "Photoiuminesccnce of CdSe/ZnSe quantum dots and CdSe/АЬОз" Pros 11th lnt Symposium "Nanostructures physics and technology" St.Peterburg, Russia, p 362-363,2003

Ж34 В С Днепровский, Е.А.Жуков, В Л Лясковский, М.В Рыжков, И.В.Толиейкин, А.И.Шагалин "Люминесценция квантовых нитей CdSe / AI2O3 при высоких уровнях фотовозбуждения" ФТТ, 46, №9, 1700-1705,2004.

Цитируемая литература.

[1] У Arakawa, and A Yariv, IEEE J Quantum Electron 22, № 8, 1887-1899 (1986)

[2] W Weigscheider, L.N Pfeiffcr, M M Digram, A.Pinczuk, К W West, S L McCall, R Hull. Phys Rev Lett 71, №24,4071-4074 (1993)

[3] S Schmitt-Rink, D A.Miller, and D.S.Chemla, Phys. Rev. В 35, № 15, 8113-8125 (1987).

[4] L.V Keldysh, Phys Stat. Sol. (a) 164, № 1, 3-12 (1997).

[5] T Someya, H Akiyama, and II Sakaki, Phys Rev. Lett 76, № 16,2965-2968 (1996)

[6] В С Бабиченко, Л В Келдыш, А П Силин, ФТТ 22, № 4, 1238-1240 (1980)

[7] Е А Муляров и С Г Тиходеев, ЖЭТФ 111, № 1, 274-282 (1997).

[8] П К Кашкаров, Б В.Каменев, Е А Константинова, А.И Ефимова, А В Павликов, В Ю Тимошенко, УФН 168, № 5, 577-582 (1997).

[9] В.Ю.Тимошенко "Фотоиндуцированные электронные процессы и структурные перестройки в полупроводниковых системах пониженной размерности", Докторская диссертация, МГУ, Москва (2001).

[10] Е. A. Muljarov, S. G. Tikhodeev, N A Gippius, and Т. Ishihara, Phys. Rev В 51, № 20,14370-14378 (1995).

[11] B.H Богомолов и Ю.А Кумзеров, Письма в ЖЭТФ 21, № 7,434-438 (1975)

[12] С Г.Романов, Н.М.Йатес, МИ.Пембл, Д.РАггер, М.В.Андерсон, К.МСотомайор Торрес, В.Ю.Бутко, Ю.А.Кумзеров, ФТТ 39, № 4, 727 - 734 (1997).

[13] V V.Poborchii, M.S.Ivanova, I.A.Salamatina, Superlatt. and Microstruct., 16, № 2,133-138 (1994)

[14] E A.Muljarov, E.A.Zhukov, V S.Dneprovskii, and Y Masumoto, Phys. Rev. В 62, №11,7420-7432, 2000

[15] D Kovalev, H Heckler, В Averboukh, M.Ben-Chorin, M.Schwartzkopff and К Koch, Phys Rev В 57, №7,3741-3744(1998).

[16] В H Абакумов, В.ИПсрель, И.НЯссиевич «Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках», С -Петербург (1997), изд «Петербургский институт ядерной физики им Б П Константинова РАН»

[17] С А Соловьев, И Н.Яссиевич, В.М Чистяков, ФТТ 29, 1264 (1995).

ООП Физ ф-та МГУ. Заказ 102-100-04

РНБ Русский фонд

2006-4 19127

Введение

Публикации по теме диссертации

Глава I. Экситонные состояния в квазиодномерных и квазинульмерных полупроводниковых структурах (по литературе).

§1.1. Экситоны в полупроводниковых структурах с пониженной размерностью.

§ 1.2. Эффект диэлектрического усиления экситонов.

§1.3. Эффект диэлектрического усиления экситонов в реальных квантовых нитях (теория).

Глава II. Экситонные состояния в полупроводниковых (InP) квантовых нитей, кристаллизованных в диэлектрической матрице хризотил

- асбеста.

§2.1. Методы получения полупроводниковых квазиодномерных структур.

§ 2.2. Описание экспериментальных установок, используемых для изучения оптических свойств квантовых нитей, кристаллизованных в диэлектрической матрице хризотил - асбеста.

§ 2.3. Оптические свойства квантовых нитей InP, кристаллизованных в диэлектрической матрице хризотил-асбеста.

Глава III. Нелинейное поглощение экситонов в полупроводниковых квантовых нитях GaAs и CdSe с диэлектрическим (хризотил-асбест) барьером.

§ 3.1. Оптические свойства полупроводниковых квазиодномерных структур при высоких уровнях возбуждения.

§ 3.2. Методика измерения спектров нелинейного дифференциального пропускания.

§ 3.3. Спектры нелинейного дифференциального пропускания полупроводниковых (GaAs и CdSe) квантовых нитей, кристаллизованных в хризотил - асбесте.

Глава IV. Особенности излучательных и безызлучательных процессов рекомбинации экситонов в квантовых нитях полупроводникдиэлектрик.

§ 4.1. Релаксационные процессы в полупроводниковых структурах с полупроводниковым и диэлектрическим окружением.

§ 4.2. Спектры фотолюминесценции квантовых нитей и точек полупроводник (InP) - диэлектрик в присутствие интенсивной дополнительной резонансной накачки.

Глава V. Оптические свойства экситонов в квантовых нитях полупроводник

CdS,CdSe) - диэлектрик (А1203).

§ 5.1. Описание метода приготовления исследуемых образцов и экспериментальной установки.

§ 5.2. Оптическая плотность и спектры фотолюминесценции наноструктур

CdS и CdSe, кристаллизованных в наноканалах AI2O3.

§ 5.3. Разрешенные во времени спектры фотолюминесценции наноструктур CdS и CdSe, кристаллизованных в наноканалах диэлектрической матрицы

А1203.

§ 5.4. Спектры фотолюминесценции квантовых нитей CdSe, кристаллизованных в наноканалах AI2O3, при высоких уровнях оптического возбуждения.

Глава VI. Релаксация и рекомбинация экситонов в наноструктурах пористого

InP при различных уровнях оптического возбуждения.

§ 6.1. Спектры и кинетика фотолюминесценции пористого n-InP при высоких уровнях оптического возбуждения.

§ 6.2. Процессы, обуславливающие замедление релаксации возбужденных носителей в объемных полупроводниках и наноструктурах.

§ 6.3. Замедление релаксации возбужденных носителей в наноструктурах пористого InP.

Глава VII. Захват и рекомбинация носителей в полупроводниковых самоорганизованных квантовых точках CdSe/ZnSe.

§ 7.1. Методы получения и оптические свойства самоорганизованных квантовых точек CdS/ZnSe и CdSe/ZnSe.

§ 7.2. Механизм передачи оптического возбуждения в самоорганизованных квантовых точках CdSe/ZnSe.

§ 7 3. Фотолюминесценция самоорганизованных квантовых точек

CdSe/ZnSe при высоких уровнях возбуждения

В последние годы полупроводниковые структуры, в которых движение носителей ограничено по двум и трем направлениям (квантовые нити и точки), привлекают внимание исследователей [1 - 6] не только своими специфическими электронными свойствами, но и возможностью их применения в электронных и оптоэлектронных устройствах [1,2].

При переходе от двумерных систем со ступенчатой плотностью состояний к одномерным и нульмерным в функции плотности состояний возникают узкие максимумы. Ограничение движения носителей уменьшает расстояние между электроном и дыркой, тем самым усиливая эффективное кулоновское взаимодействие между ними. Существенно меняются процессы рассеяния носителей. В квантовых точках и квантовых нитях практически все происходящие в них процессы даже при малых уровнях оптического возбуждения можно считать неравновесными. Безусловно, это сказывается на оптических, электрических и магнитных характеристиках таких наноструктур.

Дополнительные квантовые ограничения приводят к сужению спектра усиления, большим значениям дифференциального усиления [7], увеличению энергии связи экситонов [2] и большим оптическим нелинейностям [8]. Таким образом, применение квантовых нитей и точек может улучшить характеристики лазеров (снизить порог генерации, увеличить полосу модуляции, уменьшить влияние изменения температуры на характеристики лазера), оптических переключателей (понизить значения энергий, затрачиваемые на переключение и уменьшить времена переключения).

Совершенствование методов выращивания наноструктур привело к появлению новых классов квантовых нитей и точек, обладающих рядом интересных физических свойств. К ним в первую очередь следует отнести самоорганизованные квантовые точки, V- и Т- образные квантовые нити и квантовые нити с диэлектрическими барьерами.

Процесс самоорганизации позволяет выращивать квантовые точки заданного диаметра с относительно малой дисперсией размеров, используя широкий набор полупроводников группы А3В5 и А2В6.

Среди одномерных структур большое внимание привлекают квантовые нити, кристаллизованные в диэлектрической матрице (квантовые нити полупроводник -диэлектрик). Как показано в ряде теоретических работ, особенность таких квантовых нитей - большая энергия связи экситонов {Еьех) и сила осцилляторов. Хорошо известно, что энергия связи экситона в кулоновском потенциале квазиодномерных систем не ограничена. В реальных полупроводниковых квантовых нитях энергия связи экситонов может быть оценена как Еьех ос [9], где R - радиус нити, ав и Ry* эффективные атомные единицы в объемном полупроводнике. Таким образом, даже в очень тонких нитях ограничение движения носителей в двух направлениях приводит к увеличению энергии связи экситонов только в несколько раз (до 20-30 мэВ в квантовых нитях традиционных полупроводников [3-5,10,11]). Это значение, однако, может быть значительно увеличено, если полупроводниковый барьерный материал квантовых нитей будет заменен диэлектрическим с меньшим, чем в полупроводниковом материале нитей, коэффициентом диэлектрической проницаемости - эффект диэлектрического ограничения (усиления) экситонов [12,13]. В таких системах электрическое поле, индуцированное зарядами, значительно перераспределяется благодаря несоответствию диэлектрических констант, так что вклад диэлектрика в электрон - дырочное взаимодействие увеличивает энергию связи экситонов.

В последнее время наряду с теоретическими работами, посвященными таким наноструктурам, появился ряд экспериментальных работ, в которых приводятся результаты исследований оптических и электрических свойства квантовых нитей полупроводник - диэлектрик. Среди них следует отметить работы П.К.Кашкарова и В.Ю.Тимошенко [14- 16], T.Ishihara [17,18], Ю.А.Кумзерова и С.Г.Романова [19-21], В.В.Поборчего [22].

Настоящая диссертационная работа посвящена изучению методами лазерной спектроскопии процессов передачи возбуждения, релаксации и рекомбинации носителей и экситонов в самоорганизованных квантовых точках и полупроводниковых квантовых нитей с диэлектрическим барьером при различных уровнях оптического возбуждения. Одной из основных особенностей спектров исследуемых наноструктур является их значительное неоднородное уширение, обусловленное в первую очередь дисперсией диаметра квантовых нитей и точек. Однако применяемые в работе методы лазерной спектроскопии: нестационарной пикосекундной двухимпульсной спектроскопии пропускания, спектроскопии разрешенных во времени спектров фотолюминесценции пикосекундного временного разрешения, селективной двухлучевой спектроскопии в сочетании с методами классической спектроскопии поглощения и фотолюминесценции при различных условиях возбуждения образцов, возбуждения фотолюминесценции позволили определить структуру энергетических уровней экситонных состояний исследуемых наноструктур, измерить параметры экситонов в них (энергию связи экситонов, характерные времена рекомбинации и др.), выявить зависимость измеренных параметров квантовых нитей и точек от их диаметра, а также разделить вклад наноструктур и объемных полупроводниковых кластеров, иногда присутствующих в образцах, в оптический отклик исследуемых образцов.

В работе исследовались линейные и нелинейные оптические свойства экситонных переходов в квантовых нитях GaAs, CdSe и InP, кристаллизованных в нанотрубках хризотил - асбеста, в квантовых нитях CdS и CdSe, выращенных в полых наноканалач оксида алюминия, в квантовых нитях пористого InP, а также свойства переходов между подуровнями размерного квантования носителей в самоорганизованных квантовых точках CdSe/ZnSe. Результаты получены на основе измеренных спектров линейного и нелинейного поглощения, фотолюминесценции, фотолюминесценции возбуждения, фотолюминесценции, разрешенной во времени, поляризационных зависимостей фотолюминесценции, спектров отражения в инфракрасной области спектра, а также на основании данных, полученных с помощью электронной и атомно-силовой микроскопии.

Цель исследований состояла в следующем:

1. Установление методами лазерной (линейной и нелинейной) спектроскопии спектра энергетических состояний квантовых нитей полупроводник (GaAs, InP, CdS, CdSe) - диэлектрик (хризотил — асбест, AI2O3).

2. Определение параметров экситонов в указанных структурах и установление методами лазерной спектроскопии доминирующей роли эффекта диэлектрического усиления в значительном увеличении энергии связи экситонов в исследованных полупроводниковых квантовых нитях с диэлектрическим барьером, ранее предсказанного теоретически.

3. Изучение процессов энергетической релаксации, излучательной и безызлучательной рекомбинации экситонов и носителей в полупроводниковых квантовых нитях с диэлектрическим барьером и самоорганизованных квантовых точках при различных уровнях оптического возбуждения и возможности управления этими процессами.

4. Определение методами лазерной спектроскопии особенностей процесса захвата носителей в самоорганизованных квантовых точках CdSe/ZnSe при низких температурах и его зависимости от размера точек.

5. Установление процессов, приводящих к возникновению сильных оптических нелинейностей в квантовых нитях полупроводник — диэлектрик и самоорганизованных квантовых точках при высоких уровнях оптического возбуждения. Определение величин этих нелинейностей и времен их релаксации.

Актуальность поставленных задач обусловлена существованием целого ряда невыясненных вопросов, касающихся неравновесных процессов (захвата носителей, их релаксации и рекомбинации), протекающих в квантовых нитях полупроводник — диэлектрик и самоорганизованных квантовых точках, а также возможности существования в квантовых полупроводниковых нитях экситонных состояний с энергией связи, значительно превышающей данный параметр в объемном материале. Не до конца выяснен вопрос о влиянии поверхностных состояний на границе полупроводниковая наноструктура - окружающая матрица (диэлектрик или друг ой полупроводник) на процессы релаксации, излучательной и безызлучательной рекомбинации носителей и экситонов в исследуемых наноструктурах. Более полная информация о вышеперечисленных неравновесных процессах позволит выработать рекомендации по оптимизации параметров возбуждения самоорганизованных квантовых точек и квантовых нитей и повышению эффективности излучающих свет устройств, создаваемых на основе таких наноструктур.

В еще меньшей степени изучены механизмы оптических нелинейностей в одномерных и квазинульмерных структурах, а также вопросы замедления захвата и релаксации носителей в самоорганизованных квантовых точках и квантовых нитях полупроводник - диэлектрик в условиях интенсивного лазерного возбуждения. Кроме того, наблюдение дискретной структуры оптических переходов в таких структурах методами линейной спектроскопии затруднено сильным неоднородным уширением уровней размерного квантования, вызванным значительной дисперсией диаметров наноструктур. Поэтому представляется перспективным использование методов нелинейной лазерной спектроскопии для выяснения особенностей энергетических спектров носителей и экситонов, установления зависимости измеряемых параметров квантовых нитей и точек от их диаметра, изучения вышеуказанных нелинейных процессов в таких структ>рах, а также разделения вклада наноструктур и объемных полупроводниковых кластеров, часто присутствующих в образцах, в оптический отклик исследуемых образцов.

Исследование полупроводниковых наноструктур, окруженных диэлектриком, привлекательно не только из-за особенностей их экситонных свойств. Представляется многообещающим их использование в электронике и оптоэлектронике. Подбирая материал полупроводниковой наноструктуры и окружающего ее барьера, возможно в широких пределах менять положение экситонных уровней в наноструктурах -осуществлять "инженерию кулоновского взаимодействия" [9]. А ввиду того, что в квантовых нитях полупроводник - диэлектрик экситоны могут обладать большими энергиями связи (значительно большими величины кТ при 300 К), их исследование также весьма перспективно с точки зрения возможного применения таких наноструктур в оптоэлектронных системах, работающих при комнатной температуре.

Научная новизна, научная и практическая значимость работы предлагаемой диссертации обусловлена следующим. С одной стороны, в ней впервые получены новые научные результаты фундаментального характера, касающиеся: а) практически важных с научной точки зрения неравновесных процессов в квантовых нитях полупроводник - диэлектрик и самоорганизованных квантовых точках при различных уровнях оптического возбуждения; б) оптических свойств принципиально нового * объекта исследований, какими являются полупроводниковые квантовые нити с диэлектрическим барьером, в том числе эффекта «диэлектрического усиления экситонов» в таких наноструктурах, ранее предсказанного теоретически. С другой стороны, научная новизна обусловлена комплексным использованием для исследования вышеуказанных наноструктур современных методов лазерной спектроскопии (нестационарной пикосекундной двухимпульсной спектроскопии пропускания, спектроскопии разрешенных во времени спектров фотолюминесценции пикосекундного временного разрешения, селективной двухлучевой спектроскопии) в сочетании с традиционными методами классической спектроскопии полупроводников. Используемые методы позволили без применения устройств сканирующей зондовой микроскопии или специальных способов пространственного разрешения (масок с отверстиями нанометровых размеров) в исследуемых наноструктурах, обладающих сильно неоднородно уширенными энергетическими уровнями, определить структуру экситонных состояний (в том числе и возбужденных), измерить параметры экситонов в них, получить зависимости исследуемых параметров наноструктур от их размеров, а также разделить вклад наноструктур и объемных полупроводниковых кластеров, часто присутствующих в образцах, в оптический отклик исследуемых образцов.

В работе впервые удалось измерить характерные времена релаксации и оценить величину энергии связи экситонов в квантовых нитях InP, GaAs и CdSe, кристаллизованных в диэлектрической матрице (хризотил - асбесте), и квантовых нитях CdS и CdSe, кристаллизованных в AI2O3. Большая величина энергии связи экситонов в указанных наноструктурах по сравнению с объемными полупроводниками обусловлена доминирующей ролью эффекта диэлектрического усиления экситонов в квантовых нитях полупроводник - диэлектрик. Данные исследования приобретают дополнительное значение в свете возможного широкого применения наноструктур полупроводник - диэлектрик в приборах оптоэлектроники, работающих, благодаря большой энергии связи экситонов, при комнатной температуре.

Кроме того, измеренные спектры фотолюминесценции и временные зависимости фотолюминесценции самоорганизованных квантовых точках CdSe/ZnSe и матрицы ZnSe позволили предложить модель возбуждения фотолюминесценции в таких наноструктурах. Модель включает процесс поглощения накачки, генерацию и диффузию носителей в полупроводниковой матрице ZnSe, захват их в квантовые точки, релаксацию по уровням размерного квантования и их рекомбинацию.

При малых уровнях возбуждения впервые для квантовых точек обнаружено увеличение более чем в 4 раза времени нарастания интенсивности фотолюминесценции квантовых точек CdSe/ZnSe с ростом их диаметра, что, по-видимому, обусловлено замедлением скорости захвата носителей в точку по мере ее заполнения из-за возникающего кулоновского барьера на границе точки — полупроводниковая матрица.

Впервые в квантовых точках пористого InP было зарегистрировано увеличение более чем в 5 раз времени нарастания интенсивности фотолюминесценции при больших уровнях возбуждения, вызванное, вероятно, замедлением внутризонной релаксации носителей при их высокой концентрации в наноструктурах за счет экранирования электрон-фононного взаимодействия электронной плазмой высокой плотности и перепоглощения фононов горячими носителями.

В диссертационной работе впервые по разрешенным во времени спектрам нелинейного пропускания и спектрам фотолюминесценци при высоких уровнях возбуждения экспериментально установлена доминирующая роль эффектов заполнения фазового пространства экситонов и перенормировки ширины запрещенной зоны в квантовых нитях полупроводник - диэлектрик и эффекта заполнения состояний в самоорганизованных квантовых точках в формировании нелинейно - оптического отклика исследуемых наноструктур при высоких концентрациях носителей и экситонов. Одновременно спектры нелинейного пропускания, разрешенные во времени, позволили впервые для таких систем измерить величину нелинейной восприимчивости третьего порядка и время ее релаксации.

Достоверность и обоснованность полученных результатов определяется, с одной стороны, комплексным подходом в исследовании наноструктур с использованием современных экспериментальных методов. И, с другой стороны, хорошим согласием полученных в эксперименте данных с выводами теоретических Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методами линейной и нелинейной лазерной спектроскопии обнаружены экситонные переходы (в том числе в возбужденные состояния) в новом классе наноструктур - полупроводниковых квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрической матрице.

2. Обнаруженное аномально большое значение энергии связи экситонов в полупроводниковых квантовых нитях экспериментально подтверждает ранее предсказанный в теоретических работах эффект размерного квантования в квазиодномерных полупроводниковых структурах, кристаллизованных в диэлектрике.

3. Нелинейная зависимость интенсивности фотолюминесценции от мощности оптического возбуждения и полосы просветления в разрешенных во времени спектрах нелинейного пропускания квантовых нитей с диэлектрическим окружением при высокой концентрации экситонов вызваны заполнением фазового пространства экситонов и перенормировкой ширины запрещенной зоны.

4. Индуцированные интенсивной дополнительной лазерной подсветкой в области экситонного поглощения долгоживущие при низких температурах изменения в спектрах фотолюминесценции квантовых нитей InP, кристаллизованных в хризотил -асбесте, обусловлены перенормировкой излучательного и безызлучательного каналов диссипации энергии возбуждения, вызванной сразу несколькими процессами: насыщением центров захвата носителей интенсивной дополнительной засветкой, Оже — ионизацией и последующим тушением излучательной рекомбинации носителей, голубым сдвигом спектра фотолюминесценции в результате заряда квантовых нитей и интерфейса.

5. Аномальное увеличение времени нарастания интенсивности фотолюминесценции квантовых нитей в слое пористого InP с ростом уровня оптического возбуждения обусловлено замедлением внутризонной релаксации носителей из-за экранирования электрон-фононного взаимодействия электронной плазмой высокой плотности и перепоглощения фононов горячими носителями.

6. Рост времени нарастания интенсивности фотолюминесценции самоорганизованных квантовых точек с увеличением их диаметра вызван уменьшением скорости захвата носителей из окружающего полупроводникового барьера в квантовые точки из-за изменения заряда точек и образования дополнительного кулоновского потенциала на границе квантовая точка - окружающий полупроводник.

7. Предложена модель возбуждения фотолюминесценции самоорганизованных квантовых точек CdSe/ZnSe, объясняющая особенности кинетики фотолюминесценции квантовых точек и полупроводникового барьера при возбуждении образцов слабыми фемтосекундными импульсами света.

8. Нелинейная зависимость интенсивности фотолюминесценции квантовых точек от мощности оптического возбуждения на различных участках спектра обусловлена доминирующей ролью эффекта заполнения состояний в самоорганизованных квантовых точках CdSe/ZnSe при высокой концентрации носителей.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры физики полупроводников физического факультета МГУ; "Ломоносовских чтениях" (Москва, МГУ, 1998, 2000, 2003), II и IV Российской конференции по физике полупроводников (С.Петербург, 1998, Новосибирск, 1999), International symposium "Nanostructure: Physics and technology"(St. Petersburg, 1995, 1996, 1997, 1999, 2000, 2001, 2003), International Conference on Laser Surface Processing (Limoges, France, 1997); Sixth International Conference on the Optics of Excitons in Confined System (Ascona, Switzerland, 1999), Sixth International Workshop on Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in Semiconductors (Marburg, Germany, 2000), International Conference on Porous Semiconductors - Science and Technology (Madrid, Spain, 2000), European Quantum Electronics Conference (Hamburg, Germany, 1996), 8th and 9th International Conference on Superlattices, Microstructures and Microdevices (Cincinnati, USA, 1995, Liege, Belgium, 1996), 24th and 25th International Conference on the Physics of Semiconductors (Jerusalem, Israel, 1998, Osaka, Japan, 2000), Fifth International Symposium On "Quantum Confinement: Physics and Applications" (1995), The Fourth International

Symposium on: Quantum confinement: Nanoscale materials, devices, and systems, 1997, 191st Meeting "Featuring 36 Symposia on Solid-State and Electrochemical Science and Technology" (Montreal, Canada, 1997), 23rd International Symposium " Compound Semiconductors" (Russia, 1996).

Публикации. Результаты исследований, представленные в диссертации, изложены в 48 работах, опубликованных в реферируемых журналах, сборниках статей и материалах научных конференций. Список основных работ приводится в конце автореферата.

Диссертация состоит их семи глав, введения, заключения и списка литературы, содержащего 231 наименований. Объем диссертации составляет страниц, в том числе 39 рисунков и 5 таблиц.

Во Введении сформулирована постановка задачи работы, ее цели, обосновывается актуальность и новизна выбранной темы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, приводится список публикаций по теме диссертации. Глава I. Экситонные состояния в квазиодномерных и квазинульмерных полупроводниковых структурах (по литературе).

Первая глава - вводная, в ней представлен анализ имеющихся литературных данных по экситонным свойствам квазиодномерных и квазинульмерных полупроводниковых структур. Особое внимание уделено работам, в которых описаны свойства полупроводниковых наноструктур с диэлектрическим барьером. Доминирующими эффектами, определяющими свойства таких структур, являются эффект размерного квантования и эффект диэлектрического ограничения (или, как часто его называют, эффект диэлектрического усиления экситонов). Они определяют перестройку энергетических зон объемных полупроводников, изменение свойств электронной и экситонной систем в них: увеличивается ширина запрещенной зоны, изменяется сила осциллятора экситонного перехода, энергия связи экситона, функция плотности состояний. Как показано многими авторами, экситонные свойства усиливаются с уменьшением размерности полупроводниковой структуры. Если в объемном полупроводнике доминируют межзонные переходы, а экситонные переходы слабо проявляются на краю зоны поглощения, то в квантовых нитях картина меняется, экситонные переходы становятся доминирующими.

В §1.1. этой главы обсуждается эффект размерного квантования и приводятся результаты расчетов энергетических спектров полупроводниковых квантовых точек, имеющих форму шара различных размеров, а также приводятся результаты работ, в которых подобные расчеты выполнены уже для квантовых точек, имеющих форму, реально получающуюся в процессе их приготовления методами молекулярно пучковой эпитаксии, - пирамиды или мениска.

Естественно, что в квантовых нитях в силу их меньшей, чем в квантовых точках, симметрии такие расчеты провести значительно сложнее. Однако подобные вычисления были выполнены для V- и Т- образных квантовых нитях и показали хорошее согласие с экспериментально полученными результатами.

В §1.2. подробно анализируется эффект «диэлектрического усиления экситонов» в низкоразмерных полупроводниковых структурах с диэлектрическим барьером. Как известно, энергию связи экситонов в полупроводниковых наноструктурах можно увеличить на порядок и более, если заменить окружающий наноструктуры барьерный полупроводниковый материал на изолятор, диэлектрическая постоянная которого много меньше диэлектрической постоянной полупроводника. В таких квантовых нитях или квантовых ямах кроме эффекта размерного квантования, существенную роль в электрон-дырочном взаимодействии играют потенциалы изображения, возникающие благодаря сильному различию диэлектрических постоянных полупроводника наноструктуры и окружающего диэлектрика. В квантовых нитях, где этот эффект наиболее ярко выражен так как нить можно со всех сторон окружить диэлектриком, часть силовых линий, соединяющих электрон и дырку (а в тонких квантовых нитях -основная часть) выходит за пределы квантовых нитей вследствие её малого поперечного размера и проходит через окружающую нить диэлектрическую среду. Соответственно, происходит увеличение энергии кулоновского взаимодействия электрона и дырки и обусловленное этим взаимодействием увеличение энергии связи экситона.

В §1.3. кратко изложена теоретическая модель, предложенная С.Г.Тиходеевым и Е.А.Муляровым для определения параметров экситонов в квантовых нитях с диэлектрическим барьером. В данном параграфе приведены рассчитанные в работах этих авторов зависимости энергетического положения, энергии связи и длины экситонов от диаметра наноструктур для реальных квантовых нитей полупроводник -диэлектрик, на которых были получены основная часть результатов данной диссертации: квантовых нитей InP, GaAs, CdSe, кристаллизованных в хризотил -асбесте, и квантовых нитей CdS, CdSe, выращенных в полых наноканалах AI2O3.

Следует особо отметить, что приведенные в этом параграфе выражения носят универсальный характер и могут быть применены для расчета экситонных состояний в квантовых нитях широкого круга полупроводников и окружающих их диэлектриков.

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом.

1. Методами линейной и нелинейной лазерной спектроскопии обнаружены экситонные переходы (в том числе в возбужденные состояния) в полупроводниковых (InP, GaAs, CdS и CdSe) квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрической матрице.

2. Обнаружено аномальное увеличение энергии связи экситонов в полупроводниковых квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрике, по сравнению с полупроводниковыми квантовыми нитями, окруженными другим полупроводником, до величин более 100 мэВ. Тем самым экспериментально подтвержден эффект диэлектрического усиления экситонов в квазиодномерных структурах, ранее предсказанный в теоретических работах ряда авторов.

3. В квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрике, обнаружена нелинейная зависимость интенсивности фотолюминесценции от мощности оптического возбуждения на различных участках спектра, а также полосы просветления в разрешенных во времени спектрах нелинейного пропускания. Показано, что с увеличением концентрации носителей низкоэнергетичный край полос просветления сдвигается в красную область спектра. Наблюдаемые изменения спектров объяснены заполнением фазового пространства экситонов и перенормировкой ширины запрещенной зоны в квантовых нитях с диэлектрическим окружением при высокой концентрации экситонов. Измерена величина резонансной инерционной нелинейной восприимчивости третьего порядка 1т «-4x10~8 СГС и время ее релаксации (^30 пс при Т = 80 К) в квантовых нитях GaAs, кристаллизованных в хризотил -асбесте.

4. В спектрах фотолюминесценции квантовых нитей InP, кристаллизованных в хризотил - асбесте, в присутствии интенсивной дополнительной лазерной подсветки в области полосы излучения экситонов обнаружены долгоживущие (~ 1 часа) при Т=2 К участки наведенного увеличения и подавления интенсивности фотолюминесценции, а также высокочастотный сдвиг максимума спектра фотолюминесценции относительно спектрального положения дополнительной подсветки. Все наведенные особенности спектров зависят от энергии фотона и интенсивности дополнительной подсветки. Зарегистрированные изменения в спектрах обусловлены перенормировкой излучательного и безызлучательного каналов диссипации энергии возбуждения в квантовых нитях и объяснены конкуренцией сразу нескольких процессов: насыщением центров захвата носителей интенсивной дополнительной засветкой, голубым сдвигом спектра фотолюминесценции в результате заряда квантовых нитей и интерфейса, Оже -ионизацией и последующим Оже - тушением излучательной рекомбинации носителей.

5. Зарегистрировано аномальное увеличение времени нарастания интенсивности фотолюминесценции квантовых нитей в слое пористого InP при больших уровнях оптического возбуждения. Наблюдаемые особенности кинетики фотолюминесценции квантовых нитей объяснены замедлением внутризонной релаксации носителей в результате экранирования электрон-фононного взаимодействия электронной плазмой высокой плотности и перепоглощения фононов горячими носителями.

6. Обнаружен рост времени нарастания интенсивности фотолюминесценции квантовых точек при увеличении их диаметра в разрешенных во времени спектрах фотолюминесценции самоорганизованных квантовых точек CdSe/ZnSe. Предложено объяснение этого эффекта на основе модели, в которой скорость захвата носителей из окружающего полупроводника в квантовые точки уменьшается при увеличении степени их заполнения из-за изменения заряда квантовых точек и образования дополнительного кулоновского потенциала на границе квантовая точка - окружающий полупроводник.

7. Наблюдалось аномально быстрое нарастание интенсивности фотолюминесценции точек и окружающего их полупроводника, малое время затухания фотолюминесценции последнего по сравнению с объемным полупроводником и слабое свечение ZnSe по сравнению с фотолюминесценцией квантовых точек в развернутых во времени спектрах фотолюминесценции самоорганизованных квантовых точек CdSe/ZnSe при возбуждении образца слабыми фемтосекундными импульсами света. Предложено объяснение этого эффекта на основе модели высокоэффективного процесса захвата носителей из барьера в квантовые точки и быстрой их релаксацией по подуровням энергий размерного квантования (отсутствие эффекта «бутылочного горла»).

8. Обнаружена нелинейная зависимость интенсивности фотолюминесценции квантовых точек от мощности оптического возбуждения на различных участках спектра. Наблюдаемая зависимость объяснена доминирующей ролью эффекта заполнения состояний в самоорганизованных квантовых точках CdSe/ZnSe в формировании нелинейно-оптического отклика наноструктур при высокой концентрации носителей.

Я глубоко благодарен моему Учителю Владимиру Самсоновичу Днепровскому, с которым связана вся моя работа и жизнь в Московском Университете.

Хочется также поблагодарить Михаила Виталисовича Краевского, всегда создающего дружественную обстановку в лаборатории и много помогавшего мне в трудные минуты.

Экспериментальная работа не может быть выполнена одним человеком. В связи с этим я особенно благодарю моих коллег Кирилла Алексеевича Черноуцана и Ольгу Александровну Шалыгину, плодотворное сотрудничество с которыми всегда было залогом всех наших совместных успехов.

В нелегкой экспериментальной работе мне всегда было приятно общение с теоретиками Егором Алексеевичем Муляровым и Сергеем Георгиевичем Тиходеевым. Я рад, что наша совместная работа принесла всем удовлетворение и пользу.

Я благодарен аспирантам нашей лаборатории В.Л.Лясковскому, И.В.Толпейкину, всем сотрудникам нашей кафедры, а также сотрудникам кафедры квантовой электроники А.Н.Пенину, Г.Х.Китаевой, С.П.Кулику и М.В.Чеховой за постоянную поддержку и доброжелательность.

Я искренне признателен Геннадию Владимировичу Михайлову и Владимиру Петровичу Кочерешко из Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе за постоянную искреннюю помощь и интерес к моей работе.

Безусловно, я не смог бы получить никаких результатов, если бы С.А.Гаврилов (МИЭТ), Ю.А.Кумзеров, С.Г.Романов и В.В.Поборчий (все ФТИ, С.-Петербург) не предоставили нам свои образцы. За это им всем громадное спасибо.

Хочется также поблагодарить проф. Й.Мосумота (Университет г.Цукуба, Япония) и проф. Т.Мацумота (Stanley Electric Со, Япония) за предоставленную мне возможность провести часть экспериментов в их лабораториях на современном оборудовании. Совместная работа с ними была очень плодотворной и стимулировала ряд новых идей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе были рассмотрены особенности неравновесных процессов в полупроводниковых квантовых точках и квантовых нитях. Особый акцент делался на проявление этих эффектов в квантовых нитях полупроводник - диэлектрик и самоорганизованных квантовых точках. Используемые в работе методы нелинейной лазерной спектроскопии позволили в двухкомпонентной среде, содержащей наноструктуры и «островки» объемного полупроводника, в условиях сильного неоднородного уширения, вызванного большой дисперсией размеров наноструктур, получить информацию об энергетическом спектре электронных состояний в исследованных наноструктурах, измерить ряд параметров экситонов в них. Безусловно, приведенные в работе результаты не исчерпывают всего многообразия проявлений неравновесных процессов в наноструктурах. Однако, по-видимому, они помогут понять, что происходит в структурах с диэлектрическим усилением экситонов и самоорганизованных квантовых точках при возбуждении их световым пучком различной мощности. Кроме того, полученные результаты, вероятно, будут полезными при оптимизации временных и излучательных характеристик оптоэлетронных устройств, которые могут быть созданы на основе исследуемых наноструктур.

1. Е. Kapon "Quantum wire lasers", Proc. IEEE 80, № 1, 398 408 (1992).

2. W.Weigscheider, L.N.Pfeiffer, M.M.Dignam, A.Pinczuk, K.W.West, S.L.McCall, R.Hull "Lasing from excitons in quantum wires", Phys. Rev. Lett. 71, № 24, 4071-4074 (1993)

3. T.Someya, H.Akiyama, and H.Sakaki "Enhances binding energy of one-dimensional excitons in quantum wires", Phys. Rev. Lett. 76, № 16, 2965-2968 (1996).

4. H.Weman, M.Potemski, M.E.Lazzouni, M.S.Miller, and J.L.Merz "Magneto-optical determination of exciton binding energies in quantum-wire superlattices", Phys. Rev. В 53, № 11,6959-6962(1996).

5. S. Glutsch, F. Bechstedt, W. Wegscheider, and G. Schedelbeck "Magneto-optical determination of exciton binding energies in quantum-wire superlattices", Phys. Rev. В 56, №7,4108-4114(1997).

6. D.Bimberg, MGrudmann, N.Ledentsov "Quantum Dot Heterostructures", "John Wiley& Sons", Baffins, Line, Chichester, 1999.

7. Y. Arakawa, and A.Yariv "Quantum well laser gain, spectra, dynamic", IEEE J. Quantum Electron. 22, № 8, 1887-1899 (1986).

8. S.Schmitt-Rink, D.A.Miller, and D.S.Chemla "Theory of the linear and nonlinear optical properties of semiconductor microcrystallites", Phys. Rev. В 35, № 15, 8113-8125 (1987).

9. L.V.Keldysh "Excitons in semiconductor dielectric nanostructures", Phys. Stat. Sol. (a) 164, № i, 3-12(1997).

10. D.Brinkman and G.Fishman "Are Quantum Wires with Strain-Induced Lateral Confinement Relaxed or not?", Phys. Stat. Sol. (a) 164, № 1, 397-400 (1997).

11. S.Glutsch, F.Bechstedt, W.Wegcheider, and G.Schedelbeck, "Confined excitons in T-shaped quantum wires", Phys. Stat. Sol. (a), 164, № 1,405-408 (1997).

12. В.С.Бабиченко, Л.В.Келдыш, А.П.Силин "Кулоновское взаимодействие в тонких полупроводниковых и полуметаллических нитях", ФТТ 22, № 4,1238-1240 (1980).

13. Е.А.Муляров С.Г.Тиходеев "Диэлектрическое усиление экситонов в полупроводниковых квантовых нитях", ЖЭТФ 111, № 1, 274-282 (1997).

14. П.К.Кашкаров, Б.В.Каменев, Е.А.Константинова, А.И.Ефимова, А.В.Павликов, В.Ю.Тимошенко "Динамика неравновесных носителей заряда в кремниевых квантовых нитях", УФН 168, № 5, 577-582 (1997).

15. P.K.Kashkarov, E.A.Konstantinova, A.V.Pavlikov, V.Yu.Timoshenko "Influence ofambient dielectric properties on the luminescence in quantum wires of porous silicon", Phys. Low-Dim. Struct. 1/2, 123-130 (1997).

16. В.Ю.Тимошенко "Фотоиндуцированные электронные процессы и структурные перестройки в полупроводниковых системах пониженной размерности", Докторская диссертация, МГУ, Москва (2001).

17. X.Hong, T.Ishihara, A.V.Nurmikko "Dielectric confinement affect on excitons in РЫ4-based semiconductors", Phys. Rev. В 45, № 12, 6961-6964 (1992).

18. Т. Ishihara, in "Optical Properties of Low-Dimensional Materials", edited by T. Ogawa and

19. Y. Kanemitsu .World Scientific, Singapore (1995).

20. В.Н.Богомолов и Ю.А.Кумзеров «Флуктуации в ртутных нитях пятиатомного диаметра», Письма в ЖЭТФ 21, № 7,434-438 (1975)

21. С.Г.Романов, Н.М.Йатес, М.И.Пембл, Д.Р.Аггер, М.В.Андерсон, К.М.Сотомайор

22. Торрес, В.Ю.Бутко, Ю.А.Кумзеров «Интерфейсные эффекты и формирование оптических свойств ансамблей структурно-изолированных квантовых нитей, ФТТ 39, № 4,727 734(1997).

23. S.G.Romanov, C.M.Sotomayor Torres, H.M.Yates, M.E.Pemble, V.Butko, and V.Tretijakov "Optical properties of self-assembled arrays of InP quantum wires confined in nanotubes of chrisotile asbestos", J. Appl. Phys. 82, № 1, 380-385 (1997).

24. V.V.Poborchii, M.S.Ivanova, I.A.Salamatina "Cylindrical GaAs quantum wires incorporated within chrysotile asbestos nanotubes fabrications and polarized optical absorption spectra", Superlatt. and Microstruct. 16, № 2, 133-138 (1994).

25. Расчеты параметров экситонов в исследуемых структурах выполнены1. Е.А.Муляровым (ИОФ РАН)

26. В.Н.Богомолов «Жидкости в ультра тонких каналах», УФН 124, № 1, 171-182 (1978).

27. Ал.Л.Эфрос, А.Л.Эфрос "Межзонное поглощение света в полупроводниковом шаре", ФТП 16, № 7,1209-1214 (1982).

28. D.Leonard, M.Krishnamurthy, C.M.Reaves, S.P.Denbaas, and P.M.Petroff "Direct formation of quantum-sized dots from unifor coherent islands of InGaAs on GaAs surfaces", Appl. Phys. Lett. 63, № 23, 3203-3205 (1993).

29. D.Leonard, K.Pond, and P.M.Petroff "Critical layer thikness for self-assemled InAs islandson GaAs", Phys. Rev. В 50, № 16, 11678-11692 (1994).

30. A.Wojs, and P.Hawrylak "Charging and infrared spectroscopy of self-assembled quantumdots in a magnetic field", Phys. Rev. В 53, № 16, 10841-10845 (1996).

31. U.Bockelmann and G.Bastard "Interband absorption in quantum wires. I. Zero-magnetic-field case", Phys. Rev. В 45, № 4, 1688-1699 (1992)

32. F.Vouilloz, D.Y.Oberli, M.-A.Dupertuis, A.Gustafsson, F.Reinhardt, and E.Kapon "Polarization anisotropy and valence band mixing in semiconductor quantum wires", Phys. Rev. Lett. 78, № 8, 1580-1583 (1997).

33. Guido Goldoni, Fausto Rosso, and Elisa Molinari "Strong exciton binding in quantum structures through remote dielectric confinement", Phys. Rev. Lett. 80, № 22, 4995-4998 (1998).

34. Kazuhiro Komori, Xue-Lun Wang, Mutsuo Ogura, and Hirofumi Matsuhata "Observation of exciton states in GaAs coupled quantum wires on V-grooved substrate", Appl. Phys. Lett. 71, № 23, 3350-3352 (1997).

35. S.Glutsch, F.Bechstedt, W.Wegcheider, and G.Schedelbeck "Confined excitons in T-shapedquantum wires", Phys. Stat. Sol. (a) 164, № 1, 405-408 (1997).

36. J.Hasen, L.N.Pfeiffer, A.Pinzuk, H.U.Baranger, K.W,West, B.S.Dennis "Large excitonic confinement in asymmetric quantum T wires", Superlatt. and Microstruct. 22, № 3, 359-364(1997).

37. В.Л.Бонч-Бруевич, С.Г.Калашников "Физика полупроводников", Наука Физматлит,1977, стр.572.

38. Landolt-Bornstein "Numerical data and functional relationships in science and technology",

39. New Series, Group III, Vol. 17, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1982.

40. D.Brinkman and G.Fishman "Are Quantum Wires with Strain-Induced Lateral Confinement

41. Relaxed or not?", Phys Stat. Sol. (a) 164, № 1,397-400 (1997).

42. R.Zimmermann "Excitonic Spectra in Semiconductor Nanostructures", Jpn. J. of Appl. Phys. 34, suppl.l, 228-231, 1995.

43. S.Glutsch and D.S.Chemla "Transition to one-dimensional behavior in the optical absorption of quantum-well wires", Phys. Rev. В 53, № 23, 15902-15908 (1996).

44. S.Glutsch, F.Bechstedt "Effects of the Coulomb interaction on the optical spectra ofquantum wires", Phys. Rev. В 47, № 8,4315-4326 (1993).

45. F.Rossi and E.Molinari "Coulomb-Induced Suppression of Band-Edge Singularities in the

46. Optical Spectra of Realistic Quantum-Wires Structures", Phys. Rev. Lett. 76, № 19, 36423645 (1996).

47. F.Rossi and E.Molinari "Linear and nonlinear optical properties of realistic quantum-wiresstructures: The dominant role of Coulomb correlation", Phys. Rev. В 53, № 24, 1646216473 (1996).

48. E.A.Muljarov, E.A.Zhukov, V.S.Dneprovskii, and Yasuaki Masumoto "Dielectrically enhanced excitons in semiconductor-insulator quantum wires: Theory and experiment Phys. Rev. В 62, № 11, 7420 7432 (2000).

49. T.Ogawa and T.Takagahara "Interband absorption spectra and Sommerfeld factors of a onedimensional electron-hole system'" Phys. Rev. В 43, № 17, 14325-14328 (1991).

50. T.Ogawa and T.Takagahara "Optical absorption and Sommerfeld factors of one-dimentionalsemiconductors: An exact treatment of excitonic effects", Phys. Rew. В 44, № 15, 8138-8156(1991)

51. M.Chamarro, C.Gourdon, P Lavallard "Photoluminescence polarization of semiconductor nanocrystals" J. Lumin.70, № 1-6, 222-237 (1996).

52. N.A.Gippius, S.G.Tikhodeev, J.Rubio, J.M.Calleja, P.Ils, A.Forchel, V.D.Kulakovskii "Linear polarization of photoluminescence and Raman scattering iv open InGaAs/InP quantum well wires", Phys. Stat. Sol. (b), 188, № 1, 269-273 (1995).

53. P.Ils, Ch.Greus, A.Forchel, V.D.Kulakovskii, N.A.Gippius, S.D.Tikhodeev "Linear polarization of photoluminescence emission and absorption in quantum-well wire structures: Experiment ant theory", Phys. Rev. В 51, № 7, 4272-4277 (1995).

54. N.A.Gippius, S.G.Tikhodeev, A.Forchel,V.D.Kulakovskii "Polarization-Dependent Optical

55. Properties in Open Quantum Well Wires", Superlatt. and Microstruct. 16, № 2, 165-167 (1994).

56. Н.С.Рытова "Кулоновское взаимодействие электронов в тонкой пленке", Доклады АН

57. СССР 163, №5,1118-1120 (1995).

58. А.В.Чаплик, М.В.Эптин "Заряженные примеси в очень тонких слоях", ЖЭТФ 61, 2469-2475 (1971).

59. Л.В.Келдыш "Кулоновское взаимодействие в тонких пленках полупроводников и полуметаллов", Письма в ЖЭТФ 29, № 11, 176-719 (1979).

60. L.V.Kelddysh "Excitons and polaritons in semiconductor/insulator quantum wells and superlattices", Superlatt. and Microstruct. 4, № 4/5, 637 642 (1988).

61. E.Hanamura, N Nagaosa, M.Kumagai, and T.Takagahara "Quantum wells enhanced excitoneffects and opticals non-linearity", Material Sci. Eng. Bl, 255-262 (1988).

62. M.Kumagai and T.Takagahara "Excitonic and nonlinear-optical properties of dielectric quantum-well structures", Phys. Rev. В 40, № 12, 12359-12381 (1989)

63. D.B.Tran Thoai, R.Zimmermann, M.Grundmann, and D.Bimberg "Image charges in semiconductor quantum wells: Effect on exciton binding energy", Phys. Rev. В 42, № 9, 5906-5909 (1990).

64. L.Wendler and B.Hartwig "Effect of the image potential on the binding energy of excitonsin semiconductor quantum wells", J. Phys: Cond. Matt. 3, № 49, 9907-9915 (1991).

65. X.Zhang, Y.Li, Z.Kong, and Ch.Wei "Effect of the image potential on the Stark shift ofexciton states in a quantum wellPhys. Rev. В 49, № 15, 10432-10436 (1994).

66. J.Cen, R.Chen, and K.K.Bajaj "Exciton binding energies in a dielectric quantum well in amagnetic field", Phys. Rev. В 50, № 15, 10947-10952 (1994).

67. R.R.Guseinov "Coulomb interaction and exciton in a superlattice", Phys. Stat. Sol. (b) 125,1,237-243(1984).

68. E.A.Muljarov, S.G.Tikhodeev, N.A.Gippius, and T.Ishihara "Excitons in self-organized semiconductor/insulator superlattices: Pbl-based perovskite compounds", Phys. Rev. В 51, №20, 14370-14378(1995).

69. T.Takagahara "Effects of dielectric confinement and electron-hole exchange interaction onexcitonic states in semiconductor quantum dots ", Phys. Rev. В 47, № 8, 4569- 4584 (1993).

70. S.V.Nair, S.Sinha, K.C.Rustagi "Quantum size effects in spherical semiconductor microcrystals", Phys. Rev. В 35, № 8, 4098-4101 (1987).

71. Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшиц «Электродинамика сплошныш сред», том.VIII, «Наука»,1. Москва, 1982.

72. L.V.Kulik, V.D.Kulakovskii, M.Bayer, A.Forchel, N.A.Gippius, and S.G.Tikhodeev "Dielectric enhancement of excitons in near-surface quantum wells", Phys. Rev. В 54, № 4, R2335-R2338 (1996).

73. N.A.Gippius, A.L.Yablonskii, A.B.Dzyubenko, S.G.Tikhodeev, L.V.Kulik, and V.D. Kulakovskii "Excitons in near-surface quantum wells in magnetic fields: Experiment and theory J. Appl. Phys. 83, № 10, 5410-5417 (1998).

74. G.Goldoni, F.Rossi, and E.Molinari "Strong Exciton Binding in Quantum Structures through Remote Dielectric Confinement", Phys. Rev. Lett. 80, № 22, 4995-4999 (1998).

75. B.C Днепровский, Е.А.Жуков, Е.А.Муляров, С.Г.Тиходеев, "Линейное и нелинейноепоглощение экситонов в полупроводниковых квантовых нитях, кристаллизованных в диэлектрической матрице", ЖЭТФ 114, №.2(8), 700-710 (1998).

76. P.Christol, P.Lefebre, and H.Mathieu "Fractional-dimensional calculation of exciton binding energies in semiconductor quantum wells and quantum-well wires", J. Appl. Phys. 74, № 9, 5626-5637 (1993).

77. J.M.Luttinger "Quantum Theory of Cyclotron Resonance in Semiconductors: General Theory", Phys. Rev. 102, № 4, 1030-1041, (1956).

78. Образцы с квантовыми нитями InP, CdSe и GaAs, кристаллизованными в хризотиласбесте были предоставлены С.Г.Романовым и В.В.Поборчим (Физико-технический иститут им. А.Ф.Иоффе, г. С.- Петербург)

79. V.V.Poborchii "Optical properties of the cylindrical quantum wires in the chrysotile asbestos channels", Jpn. J. Appl. Phys. 34, Suppl. 34-1, 271-274 (1995).

80. C.Weisbuch, B.Vinter "Quantum Semiconductor Structures: fundamental and applications",

81. San Diego, Academic Press (1991).

82. H.Sakaki, Y.Nakamura, M.Yamauchi, T.Someya, H.Akiyama, D.Kashimoto "10 nm-scaleedge- and step-quantum wires and related structures1 Progress in heir design, epitaxial syntesis and physics", Physica E 4, № 1, 56-64 (1999).

83. S.Sasa, T.Ikeda, C.Dohno, M.Inoue "InAs/AlGaSb nanoscale device fabrication using AFMoxidation process", Physica E 2, № 1-4, 858-861 (1998).

84. С.А.Гаврилов частное сообщение.

85. L.N.Pfeiffer, K.W.West, H.L.Stormer, J.P.Eisenstein, K.W. Baldwin, D Gershoni, J.Spector

86. Formation of a high quality two-dimensional electron gas on cleaved GaAs", Appl. Phys. Lett. 56, № 17,1697-1699 (1990).

87. H.L.Stormer, L.N.Pfeiffer, K.W.Baldwin, K.W.West, J.Spector "Atomically precise superlattice potential imposed on a two-dimensional electron gas", Appl. Phys. Lett. 58, № 7, 726-728 (1991).

88. N.Goci, L.N.Pfeiffer, K.W.West, A.Pinczuk, H.U.Baranger, and H.L.Stormer "Observationof quantum wire formation at intersecting quantum wells" Appl. Phys. Lett. 61, № 16, 1956-1958 (1992).

89. F.Vouiloz, D.Y.Oberli, M.A.Dupertuis, A.Gustafsson, F.Reinhardt, E.Kapon "Effect of lateral confinement on valence-band mixing and polarization anisotropy in quantum wires", Phys. Rev. В 57, № 19, 12378-12387 (1998).

90. S.Ishida, and Y.Arakawa "Selective growth of GaAs quantum dots and vertical quantumwires in two-dimensional V-grooves", Physica E 2, 15-18 (1998).

91. L.T.Canham "Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers", Appl. Phys. Lett. 57, № 10, 1046-1048 (1990).

92. M.I.J.Beale, J.D.Benjamin, M.J.Uren, N.G.Chew, A.G.Gullis "An experimental and theoretical study of the formation and microstructure of porous Si", J.Cryst.Growth 73,3,622-636(1975).

93. D.J.Lockwood, P.Schmuki, H.J.Labbe, J.W.Fraser "Optical properties of porous GaAs", Physica E 4,102-110 (1999).

94. P.Schmuki, J.W.Fraser, C.M.Vitus, M.J.Graham, and H.S.Isaacs "Initiation and Formationof Porous GaAs." J.Electrochem. Soc. 143, № 10, 3316-3322 (1996).

95. P.Schmuki, D.J.Lockwood, H.J.Labbe, J.W.Fraser "Visible photoluminescence from porous

96. GaAs", Appl. Phys. Lett. 69, № 11, 1620-1622 (1996).

97. A.Anedda, A.Sepri, V.A.Karavanskii, I.M.Tiginyanu, V.M.Ichizli "Time resolved and ultraviolet photoluminescence in porous GaP", Appl. Phys. Lett. 67, № 22, 3316-3318 (1995).

98. А.И.Белогорохов, В.А.Караванский, А.Н.Образцов, В.Ю.Тимошенко, "Интенсивная фотолюминесценция в пористом фосфиде галлия", Письма в ЖЭТФ 60, № 4, 262-2661994).

99. B.H.Erne, D.Vanmaekelbergh, J.J.Kelly, "Morphology and strongly enhanced photoresponse of GaP electrodes made porous by anodic etching." J. Electrochem. Soc., 143, № 1,305-314(1996).

100. N.G.Ferreira, D.Soltz, F.Decker, L.Cescato, "Evolution of Surface Textures on n-InP Samples Etched Photoelectrochemically", J.Electrochem. Soc. 142, № 4, 1348-13521995).

101. H.M.Yates, W.R.Flavell, M.E.Pemble, N.P.Jonson, S.G.Romanov, and C.M.Sotomayor Torres "Novel quantum confined structures via atmospheric pressure MOCVD growth in asbestos and opals'" J. Crystal Growth 170, № 1-4, 611-615 (1997).

102. E.A.Zhukov, Y.Masumoto, E.A.Muljarov, and S.G.Romanov «Pump-probe studies of photoluminescence of InP quantum wires embedded in dielectric matrix», Sol. State Comm. 112, № 10, 575-580 (1999).

103. M.G.Bawendi, P.J.Carroll, William L.Wilson, and L. E. Brus "Luminescence properties of

104. CdSe quantum crystallites: Resonance between interior and surface localized states", J. Chem Phys. 96, № 2, 946-954 (1992).

105. W.Yang, R.R.Lowe-Webb, H.Lee, and P.C.Sercel "Effect of carrier emission and retrappingon luminescence time decays in InAs/GaAs quantum dots", Phys. Rev. В 56, № 20, 1331413320 (1997).

106. H.Yu, S.Lycett, C.Roberts, and R.Murray "Time resolved study of self-assembled InAs quantum dots", Appl. Phys. Lett. 69, № 23,408740-89 (1996).

107. S.Raymond, S.Fafard, P.J.Poole, A.Wojs, P.Hawrylak, and S.Charbonneau "State filling and time-resolved photoluminescence of excited states in In^Gai^As/GaAs self-assembled quantum dots", Phys. Rev. В 54, № 16, 11548-11554 (1996).

108. G.Wang, S.Fafard, D.Leonard, J.E.Bowers, J.L.Merz, and P.M.Petroff "Time-resolved optical characterization of InGaAs/GaAs quantum dots", Appl. Phys. Lett. 64, №21, 2815-2817 (1994).

109. T.Okuno, H.-W.Ren, M.Sugisaki, K.Nishi, S.Sugou, and Y.Masumoto "Time-resolved luminescence of InP quantum dots in a GaosInosP matrix: Carrier injection from the matrix", Phys. Rev. В 57, № 3,1386-1389 (1998).

110. Y.Arakawa, H.Sakaki "Multidimensional quantum well laser and temperature dependence of its threshold current", Appl.Phys.Lett. 40, № 11, 939-941, 1982.

111. H.M.Gibbs, G.Khitrova, N.Peyghambarian (eds), "Nonlinear Photonics" Springer Verlag (1990).

112. H.Akiyama, T.Someya, and H.Sakaki "Concentrated oscillator strength of one-dimensional excitons in quantum wires observed with photoluminescence excitation spectroscopy Phys. Rev. В 53, № 24 , R16160-R16163 (1996).

113. R.Cingolani, R.Rinaldi, M.Ferrara, G.C.La Rocca, H.Lage, D.Heitmann, K.Ploog, and H.Kalt "Band-gap renormalization in quantum wires", Phys. Rev. В 48, № 19, 14331-14337(1993).

114. Ch.Greus, A.Forchel, R.Spiegel, F.Faller, S.Benner and H Haug "Phase space filling and band gap renormalization in the luminescence of highly excited InGaAs/GaAs quantum wires", Euro. Phys. Lett. 34, № 3, 213-218 (1996).

115. M.Grundmann, J.Christen, M.Joschko, O.Stier, D.Bimberg, and E.Kapon "Recombination kinetics and intersubband relaxation in semiconductor quantum wires", Semicond. Sci. Technol. 9,1939-1945 (1994).

116. R.Ambigapathy, I.Bar-Joseph, D.Y.Oberli, S.Haacke, M.J.Brasil, F.Reinhardt, E.Kapon, and B.Deveand "Coulomb correlation and band gap renormalization at high carrier densities in quantum wires", Phys. Rev. Lett. 78, № 18, 3579-3582 (1997).

117. C.Piermarocchi, R.Ambigapathy, D.Y.Oberli, E.Kapon, B.Deveand, and F.Tassone "Excitonic corrections and band gap renormalization in quantum wires", Solid State Comm. 112, № 8, 433-436 (1999).

118. K.H.Wang, M.Bayer, A.Forchel, P.Ils, S.Benner, H.Haug, Ph.Pagnod-Rossiaux, and L.Goldstein "Subband renormalization in dense electron-hole plasmas in Ino,53Gao47As/InP quantum wires", Phys. Rev. В 53, № 16, R10505-R10508 (1996).

119. S.Benner, and H.Haug "Plasma-density dependence of the optical spectra for quasi-one-dimensional quantum well wires", Europhys. Lett., 16, № 6, p.579-583 (1991).

120. C.R.Bennett, K.Guven, and B.Tantar "Confined -phonon effect in the band-gap renormalization of semiconductor quantum wires", Phys. Rev. В 57, № 7, 3994-3999 (1998).

121. B.Yu-Kuang Hu and S.Das Sarma "Many-body properties of a quasi-one-dimensional semiconductor quantum wires", Phys. Rev. Lett. 68, № 11, 1750-1754 (1992).

122. S.Nojima "Dimensionality of exciton-state renormalization in highly excitated semiconductors", Phys. Rev. В 51, № 16, 11124-11127 (1995).

123. B.Tanatar "Band-gap renormalization in quasi-one-dimensional systems", J. Phys.: Condens. Matter 8, № 33, 5997-6004 (1996).

124. D.B.Tran Thoai, H.Thien Cao "Subband renormalization of highly excitated quantum-well wires", Solid State Comm. Ill, № 2, 67-72 (1999).

125. R.Cingolani, H.Lage, L.Tapfer, H.Kalt, D.Heitmann, and K.Ploog "Quantum confined one-dimensional electron-hole plasma in semiconductor quantum wires", Phys. Rev. Lett. 67, №7, 891-894(1991).

126. R.Cingolani, M.Lapore, R.Tommasi, I.M.Catalane, H.Lage, D.Heitmann, K.Ploog, A.Shimizu, H.Sakaki, and T.Ogawa "Two-photon absorption in GaAs quantum wires", Phys. Rev. Lett. 69, № 8, 1276-1279 (1992).

127. A.Gustafsson, F.Reinhardt, G.Biasiol, and E.Kapon "Low-pressure organometellic chemical vapor deposition of quantum wires on V-grooved substrates", Appl. Phys. Lett. 67, №25, 3673-3675 (1995).

128. A.Crottini, J.L.Staehli, B.Deveand, X.L.Wang, and M.Ogura "Probing excitonic nonlinearities in quantum wires", Phys Stat. Sol. (b) 221, № 1, 277-280 (2000).

129. Al.L.Efros, M Rosen, B.Averboukh, D.Kovalev, M.Ben-Chorin, and F.Koch "Nonlinear optical effects in porous silicon: Photoluminescence saturation and optically induced polarization anisotropy", Phys. Rev. В 56, № 7, 3875-3884 (1997).

130. I.Mihalcescu, J.C.Vial, A.Bsiesy, F.Muller, R.Romestain, E.Martin, C.Delerue, M.Lannoo, and G.Allan "Saturation and voltage quenching of porous-silicon luminescence and the importance of the Auger effect", Phys. Rev. В 51, № 24, 17605-17613 (1995).

131. D.I.Chepic, A1 L.Efros, A.I.Ekimov, M.G.Ivanov, V.A.Kharchenko, I.A.Kudriavtsev and T.V.Yazeva "Auger ionization of semiconductor quantum drops in a glass matrix", J.Luminescence 47, 113-127(1990).

132. V.D.Egorov, H.X.Nguyen, R.Zimmermann, V.S.Dneprovskii, M Kaschke, D.S Khechinashvili "Mott transition in CdS revealed by picosecond nonlinear absorption measurements", Phys. Stat. Sol. (b) 159, № 1, 403 (1990).

133. H.Haug and S.W.Koch "Quantum Theory and Electronic Properties of Semiconductors', World Scientific, Singapore (1990).

134. P.N.Butcher and D.Cotter "The Elements of Nonlinear Optics", Cambridge University Press (1990).

135. V.S.Dneprovskii, V.I.Klimov, D.K.Okorokov, and Yu.V.Vandyshev "Strong optical nonlinearities and laser emission of semiconductor microcrystals", Solid State Commun. 81, № 3 ,227-230(1992).

136. Н.Н.Леденцов, В.М.Устинов, В.А.Щукин, П.С.Копьев, Ж.И.Алферов, Д.Бимберг «Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры (Обзор)», ФТТ 32, № 4,385-410 (1998).

137. М.М.Соболев, А.Р.Ковш, А.Ю.Егоров, А.Е.Жуков, М.В.Максимов, Н.Н.Леденцов «Нестационарная спектроскопия глубоких уровней в лазерных структурах InAs/GaAs с вертикально связанными квантовыми точками», 31, № 10, 1249-12571997).

138. A.V.Akimov and V.G.Shofman "Exciton and free carrier dynamics under conditions of impurity photoionization in epitaxial GaAs", J. Lumin. 53, № 1-6, 335-338 (1992).

139. Y.Masumoto "Persistent hole burning in semiconductor nanocrystals", J. Lumin. 70, № 16,386-399 (1996).

140. Y.Masumoto, TKawazoe, and T.Yamamoto "Observation of persistent spectral hole burning in CuBr quantum dots", Phys. Rev. В 52, № 7, 4688-4691 (1995)

141. Y.Masumoto, K.Kawabata, and T.Kawazoe "Quantum size effect and persistent hole burning of Cul nanocrystals", Phys. Rev. В 52, № 11, 7834-7837 (1995).

142. D.Kovalev, H.Heckler, B.Averboukh, M.Ben-Chorin, M.Schwartzkopff and F.Koch "Hole burning spectroscopy of porous silicon", Phys. Rev. В 57, № 7, 3741-3744 (1998).

143. S.G.Romanov, and C.M.Sotomayor Torres, in "Nanoscale Science and Technology", eds. N.Garia, M.Nieto-Vesperinas, H.Rohrer, Kluwer Acad. Publ., Dordrecht, The Netherlands, p. 225 (1997).

144. A.E.Ekimov and Al.L.Efros "Nonlinear optics of semiconductor doped glasses", Phys. Stat. Sol. (b) 150, № 2, 627-633 (1988).

145. S.Tsunekawa, Yu.A.Barnakov, V.V.Poborchii, S.M.Samoilovich, A.Kasuya, Y.Nishina «Characterization of precious opals: AFM and SEM observations, photonic band gap, and incorporation of CdS nano-particles", Microporous Materials, 8, 275-282, 1997.

146. V.Dneprovskii, E.Zhukov, V.Karavanskii, V.Poborchii, I.Salamatina "Nonlinear optical properties of semiconductor quantum wires", Superlatt. and Microstruct. 23, № 6, 12171221 (1998)

147. P.C.Searson, R.C.Cammarata, and C.L.Chien "Electrochemical Processing of Metallic Nanowire Arrays and Nanocomposites", J. Electronic Materials 24, № 8, 955-960 (1995).

148. D-F.Yue, G.Banerjee, A.E.Miller, S,Bandyopadhyay "Giant magnetoresistance in an electrochemically synthesized regimented array of nikel quantum dots", Superlatt. and Microstruct., 18, № 1, 1-5, 1995

149. Shoso Shingubara, Osamu Okuno, Yasuyuki Sayama, Hiroyuki Sakaue, and Takayuki Takahagi "Ordered two-dimensional nanowire array formation using self-organized nanoholes of anodically oxidized aliminum", Jpn. J. Appl. Phys.36, № 12B, 7791-7795 (1997).

150. Dongsheng Xu, Yajie Xu, Dapeng Chen, Guolin Guo, Linlin Gui, Youqi Tang "Preparation and characterization of CdS nanowire arrays by dc electrodeposit in porousanodic aluminum oxide templates", Chem. Phys. Lett. 325, 340-344, 2000.

151. D.Routkevitch, T.L.Haslett, L.Ryan, T.Bigioni, C.Douketis, M.Moskovits "Synthesis and resonance raman spectroscopy of CdS nano-wire arrays", Chem. Physcics 210, 343-352, 1996.

152. Dmitri Routkevitch, Terry Bigioni, MartinMoskovits and Jing Ming Xu "Electrochemical Fabrication of CdS nanowire arrays in porous anodic aluminum oxide", J. Phys. Chem. 100,14037-14047, 1996.

153. С.А.Гаврилов, В.В.Гусев, В.С.Днепровский, Е.А.Жуков, Е.А.Муляров, А.Н.Сырников, И.В.Яминский, "Оптические свойства экситонов в квантовых нитях полупроводник (CdS) диэлектрик", Письма в ЖЭТФ 70, № 3, 216-220 (1999).

154. Измерения были проведены А.И.Белогороховым (ГИРЕДМЕТ).

155. V.I.Klimov, P.Haring-Bolivar, H.Kurz, V.A.Karavanskii, "Optical nonlinearities and carrier trapping dynamics in CdS and CuxS nanocrystals", Superlatt. and Microstruct, 20, №3,395-404(1996).

156. T.Matsumoto, A.I.Belogorokhov, L.I.Belogorokhova, Y.Masumoto, and E.A.Zhukov "The effect of deuterium on the optical properties of free standing porous silicon layers", Nanotechnology: Science and Technology of nanostructures, 11, № 4, 340-347, 2000.

157. K.Chernoutsan, V.Dneprovskii, O.Shaligina, E.Zhukov "Time-Resolved Luminescence of Porous Si and InP", Phys.Stat.Sol. (a), 182, № 1, 347-352, 2000.

158. Образцы были приготовлены С.А.Гавриловым (МИЭТ, г.Зеленоград)

159. V.Klimov, P.Haring Bolivar, and H.Kurz "Ultrafast carrier dynamics in semiconductor quantum dots", Phys. Rev. В 53, № 3, 1463-1467 (1996).

160. T.Inokuma, T.Arai, M.Ishikava "Size effects on the temporal dynamics of edge emission in CdSe microcrystals embedded in a germanate glass matrix", Phys. Rev. В 42, № 17, p.l 1093-11098 (1990).

161. D.Von der Linde, and R.Lambrich "Direct measurements of hot-electron relaxation bypicosecond spectroscopy", Phys. Rev. Lett. 42, № 16, 1090-1093 (1979)

162. В Ф Гантмахер, И.БЛевинсон "Рассеяние носителей тока в металлах и полупроводниках", М.: Наука, 1984, с 352

163. J.Shah "Optical properties as a tool in hot-electron studies", Hot Electrons in Semiconductors. Physics and Devices, Edited by Balkan, Clarendon Press, Oxford, p.55-77 (1998).

164. C.V.Shank, R.LFork, R.F.Leheny, and J.Shah "Dynamics of photoexcited GaAs band-edge absorption with subpicosecond resolution", Phys. Rev. Lett., 42, № 1, 112-118 (1979).

165. S.Tanaka, H.Kobayashi, H.Sato, and H.Shionoya "Luminescence of high density electron-hole plasma in GaAs", J. Phys. Soc. Jpn., 49, № 1, 1051-1059 (1980)

166. J.Shah "Hot electrons and phonons under high intensity photoexcitation of semiconductors", J. Sol. St. El 21, № 1, 43-50 (1978)

167. S Das Sarma, J.K.Jain, and RJalabert "Effect of photon self-energy correction on hot-electron relaxation in two dimensional semiconductor system", Phys. Rev. В 37, № 9, 4560-4566 (1988a).

168. S.Das Sarma, J.K.Jain, and R. Jalabert "Hot-electron relaxation in GaAs quantum wells", Phys Rev. В 37, № 3, 1228-1230(1988).

169. S.Das Sarma, J.K.Jain, and RJalabert "Theory of hot-electron energy loss in polar semiconductors: role of plasmon phonon coupling", Phys. Rev. В 37, № 11, 6290-6296 (1988c).

170. K.Leo, W.W.Ruhle, and K.Ploog "Hot-carrier energy loss rates in GaAs/AlxGai.xAs quantum wells", Phys. Rev В 38, № 3, 1947-1957 (1988)

171. К Leo, W.W.Ruhle, H.J.Queisser, and K.Ploog "Reduced dimensionality of hot carriers relaxation in GaAs quantum wells", Phys. Rev В 37, № 12, 7121-7124 (1988).

172. K.Leo, W.W.Ruhle, H.J.Queisser, and K.Ploog "Hot carriers cooling in GaAs quantum wells", Applied Physics A (Solid and Surfaces) 45, № 1, 35-39 (1988)

173. M.C.Tatham, R.A.Taylor, J.F.Ryan, W.I.Wang, and C.T.Foxon "Energy relaxation m p-and n- GaAs quantum wells: confinement effects", Sol. St. Electron. 31, № 2,459-464 (1988).

174. J.F.Ryan and M.C.Tatham "Picosecond optical studies of 2D electrons -2D phonons dynamics", Sol St. Electron. 32, № 12, 1429-1435 (1989)

175. J.Shah, A.Pinczuk, A.C Gossard, and W.Wiegmann "Energy loss rates for hot electrons and holes in GaAs quantum wells", Phys. Rev. Lett. 54, № 18, 2045-2048 (1985).

176. J.F.Ryan "Ultrafast spectroscopy of low-dimensional structures", Hot Electrons in Semiconductors. Physics and Devices, Edited by Balkan, Clarendon Press, Oxford, p. 183-207(1998).

177. L.Rota, F.Rossi, P.Lugli, and E.Monlinari "Ultrafast relaxation of photoexcited carriers in semiconductor quantum wires: a Monte Carlo approach", Phys. Rev В 52, № 7, 5183-5201 (1995).

178. A.C.Maciel, C.Kiener, L.Rota, J.F.Ryan, U.Marti, D.Martin, F.Morier-Gemound, and F.K.Reinhart "Hot carriers relaxation in GaAs V-groove quantum wires", Appl. Phys. Lett. 66, №22, 3039-3041 (1995).

179. T.Inoshita and H.Sakaki "Electron relaxation in a quantum dot: significance of multiphonon processes", Phys. Rev. В 46, № 11, 7260-7263 (1992).

180. U.Bockelmann and G.Bastard "Phonon scattering and energy relaxation in two-, one-, and zero-dimensional electron gases", Phys. Rev. В 42, № 14, 8947-8951 (1990).

181. H.Benisty, C.M.Sotomayor-Torres, C.Weisbuch "Intrinsic mechanism for the poorluminescence properties of quantum-box systems", Phys. Rev. В 44, № 19, 10945-10948 (1991).

182. Al.L.Efros, V.A.Kharchenko, and M.Rosen "Breaking the phonon bottleneck in nanometer quantum dots: role of Auger-like processes", Sol. St. Comm. 93, № 4, p.281-284 (1995).

183. V.I.Klimov, D.W.McBranch "Femtosecond lP-to-15" electron relaxation in strongly confined semiconductor nanocrystals", Phys. Rev. Lett. 80, № 18, 4028-4031 (1998).

184. V.I.Klimov, A.A.Mikhailovsky, D.W.McBranch, C.A.Leatherdale, M.G.Bawendi "Quantization of multiparticle Auger rates in semiconductor quantum dots", Science 287, 1011-1013 (2000).

185. В.Н.Абакумов, В.И.Перель, И.Н.Яссиевич «Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках», С.-Петербург (1997), изд. «Петербургский институт ядерной физики им. Б.П.Константинова РАН»

186. С.А.Соловьев, И.НЛссиевич, В.М.Чистяков, ФТП 29, 1264 (1995).

187. K.Schmalz, I.N.Yassievich, H.Rucker, H.G.Grimmeiss, H.Frankenfeld, W.Mehr, H.J.Osten, P.Schley, and H.P.Zeindl "Characterization of Si/Sii.xGex/Si quantum wells by space-charge spectroscopy", Phys. Rev. В 50, № 19, 14287-14301 (1994).

188. D.Bertram, O.I.Micic, and A.J.Nozik "Excited-state spectroscopy of InP quantum dots", Phys.Rev. В 57, № 8, 4265-4268 (1998).

189. Ю.В.Вандышев, В.С.Днепровский, В.И.Климов, Д.К.Окороков «Лазерный эффект напереходах между уровнями размерного квантования в квантовых точках», Письма в ЖЭТФ 54, № 5-6, 441- 449 (1991).

190. S.Nakamura, R Rinamura, H.Umeya, A.Jia, M Kobayashi, A Yoshikawa, V.Shimotomai, Y.Kato, and K.Takahashi "Bright electroluminescence from CdS quantum dot LED structures", Electronics Letters 34, № 25, 2435-2436, 1998.

191. M.Kobayashi, S.Nakamura, K.Wakao, and A. Yoshikawa "Molecular beam epitaxy of CdS self-assembled quantum dots on ZnSe", J. Vac Sci. Technol. В 16, № 3, 1316-1320, 1998

192. M.Kobayashi, S.Nakamura, K.Kitamura, H.Umeya, A.Jia, A.Yoshikawa, V.Shimotomai, and Y.Kato "Luminescence properties of CdS quantum dots on ZnSe", J.Vac. Sci. Technol. В 17, № 5, 2005-2008, 1999.

193. N.Matsumura, H.Endo, and J.Saraie "Fabrication of ZnSe diodes with CdSe quantum-dot layers by molecular beam epitaxy", Phys Stat. Sol. (b) 229, № 2, 1039-1042, 2002.

194. D.Schikora, S.Schwedhelm, I.Kudryashov, KLischka, D.Litvinov, A.Rosenauer, D.Gerthsen, M Strassburg, A.Hoffmann, D.Bimberg "Investigations on the formation kinetics of CdSe quantum dots", J. Crystal Growth 214/215, 699-702, 2000

195. F.Flack, N.Samarth, V.Nikitin, P.A Crowell, J.Shin, D.D.Awschalom "Near-field optical spectroscopy of localized excitons in strained CdSe quantum dots", Phys Rev. В 54, № 24, R17312-R17315, 1996.

196. M.Rabe, M.Lowisch, and F.Henneberger "Self-assemled CdSe quantum dots formation by thermally activated surface reorganization", J.Crystal Growth 184/185, 248-253, 1998.

197. S.H.Xin, P.D.Wang, C.Kim, M Dobrowolska, J.L.Mers, and J.K Furdyna "Formation of self-assembling CdSe quantum dots on ZnSe by molecular beam epitaxy", Appl. Phys Lett. 69, №25, 3884-3886,1996.

198. H.-C.Ko, Y.Kawakami, Sr.Fujita, Sg.Fujita "New approach to the fabrication of CdSe/ZnSe quantum dots using a cleaved-edge overgrowth technique", J.Crystal Growth 184/185,283-287, 1998.

199. P.R.Kratzert, M.Rabe, and F. Henneberger "Self-organized formation of wide-band gap И-VI quantum dots. Termal activated surface re-organization versus 2D stabilization", Phys. Stat. Sol. (b) 224, № 1, 179-183, 2001.

200. M.Y.Shen, T.Goto, E.Kurtz, Z.Zhu, and T.Yao "Photoluminescence properties of single CdSe quantum dots in ZnSe obtained by self-organized growth", J.Phys.: Condans. Matter 10, № 10, L171-L176, 1998.

201. J.C.Kim, H.Rho, L.M.Smith, H.E.Jakcon, S.Lee, M.Dombrowska, and J.K.Furdyna "Temperature-dependent micro-photoluminescence of individual CdSe self-assembleg quantum dots", Appl. Phys. Lett. 75, № 2, 214-216, 1999.

202. H.Rho, L.M.Robinson, N.Mukolobwier, L.M.Smith, H.E.Jakcon, S Lee, M.Dombrowska, and J.K.Furdyna "Probing CdSe/ZnSe self-assembled quantum dots by cw and time-resolved photoluminescence", Physica E 11, № 2-3, 59-62, 2001.

203. H.Rho, L.M.Robinson, L.M.Smith, Howard E. Jakcon, S.Lee, M.Dombrowska, and J.K.Furdyna "Photons and exciton recombination in CdSe/ZnSe self-assembled quantum dots" Appl. Phys. Lett. 77, № 12, 1813-1815, 2000.

204. H.Rho, L.M Smith, H.E.Jakcon, S.Lee, M Dombrowska, and J.K.Furdyna "Interface phonons in CdSe/ZnSe self-assembled quantum dot structures", Phys. Stat. Sol. (b) 224, № l, 165-168,2001.

205. H.Rho, L.M.Smith, H.E.Jakcon, S.Lee, M.Dombrowska, and J.K.Furdyna "Raman scattering from CdSe/ZnSe self-assembled quntum dots structures", Phys. Rev. В 61, № 23, 15641-15644, 2000.

206. L.M Robinson, H.Rho, J.C.Kim, Howard E. Jakcon, L.M.Smith, S Lee, M.Dombrowska, and J.K.Furdyna "Quantum dot exciton dynamics through a nanoaperture evidence for two confined states", Phys. Rev. Lett. 83, № 14, 2797-2800, 1999.

207. L.M.Robinson, H.Rho, H.E.Jakcon, L.M.Smith, S.Lee, M.Dombrowska, and J.K.Furdyna "Using exciton dynamics to probe the internal structure of CdSe/ZnSe self-assembled quantum dots", Phys. Stat. Sol., (b) 221, 55-58, 2000.

208. П.С.Копьев, И.Н.Уральцев, Д.Р.Яковлев, А.В.Винокурова «Локализация квазидвумерных экситонов на островковых увеличениях ширины квантовой ямы», ФТТ 22, № з, 424-432 (1988).

209. A.Hundt, T.Flissikowski, M.Lowisch, М Rabe, and F.Henneberger "Excitation spectrum, relaxation and coherence of single self-assemled CdSe quantum dots" Phys. Stat. Sol. (b) 224, № 1, 159-163, 2001.

210. V.Tiirck, S.Rodt, O.Stier, R.Heitz, U.W.Pohl, R.Engelhardt, and D.Bimberg "Line broadening and localization mechanisms in CdSe/ZnSe quantum dots", J. Lumin. 87-89, 337-340, 2000.

211. F.Gindele, KHild, W.Langbein, U.Woggon, K.Leonardi, D.Hommel, T.Kiimmell, G.Bacher, and A.Forchel "Phonon interaction of single excitons in CdSe/ZnSe quantum dot structures", J. Lumin. 83-84, 305-308, 1999.

212. F.Gindele, K.Hild, W.Langbein, and U.Woggon "Phonon interaction of single excitons and biexcitons", Phys. Rev. В 60, № 46 R2157-R2160, 1999.

213. I.Yamakawa, M.Ichida, S.V.Sorokin, A.A.Toropov, A.N.Titkov, S.V.Ivanov, and A.Namakura "Cathodoluminescence and photoluminescence decay behaviors of CdSe dots embedded in ZnSe", J. Lumin. 87-89, 384-386,2000.

214. V.Tiirck, S.Rodt, R.Heitz, O.Stier, M.Strassburg, U.W.Pohl, and D.Bimberg "Charged Excitons and Biexcitons in Self-Organized CdSe Quantum Dots", Phys. Stat. Sol. (b) 224, № 1,217-221 (2001).

215. V.D.Kulakovskii, G.Bacher, R.Weigand, T.Kiimmell, A.Forchel, E.Borovitskaya, K.Leonardi, and D.Hommel "Fine structure of biexciton emission in symmetric and asymmetric CdSe/ZnSe simgle quantum dots", Phys. Rev. Lett. 82, № 8, 1780-1783, 1999.

216. Образцы для экспериментов были предоставлены В.П.Евтихиевым (Физико-техничекский институт им. А.Ф.Иоффе).

217. D.Litvinov, A.Rosenauer, D.Gerthsen, and H.Preis "Transmission electron microscopy investigation of CdSe/ZnSe quantum dot structures", Phys. Stat. Sol. (b) 229, № 1, 523527, 2002.

218. V.G.Litvinov, V.I.Kozlovsky, and Yu.G.Sadofyev "Deep-level transient spectroscopy and cathodoluminescence of CdSe/ZnSe QD structures grown on GaAs(lOO) by MBE", Phys. Stat. Sol. (b) 229, № 1,513-517, 2002.

219. D.Litvinov, D.Gerthsen, A.Rosenauer, H.Preis, E.Kurtz, and C. Klingshirn "Cd distribution and defects in single and multilayer CdSe/ZnSe quantum dot structures", Phys. Stat. Sol. (b) 224, № 1, 147-151, 2001.

220. L.Brus "Zero-dimentional "exciton" in semiconductor clusters", IEEE J. of Quantum Electron. QE-22, № 9, 1909-1914 (1986).

221. B.Ohnesorge, M.Albrecht, J.Oshinowo, A.Forchel,and Y.Arakawa "Rapid carrier relaxation in self-assembled InxGaix/GaAs quantum dots", Phys. Rev. В 54, № 16, 11532-11538,1996

222. P.W.M.Blom, C.Smit, J.E.M.Havercort, and J.H.Wolter "Carrier capture into a semiconductor quantum well", Phys. Rev. В 47, № 4, 2072-2088 (1993).

223. H.Heitz, M.Grundmann, N.N.Ledentsov, L.Eckey, M.Veit, D.Bimderg, V.M.Ustinov, A.Yu.Egorov, A.E.Zhukov, P.S.Kop'ev, and Zh.I.Alferov "Multiphonon-relaxation processes inself-organized InAs/GaAs quantum dots", Appl. Phys Lett. 68, № 3, 361363, 1996.

224. H.Heitz, M.Veit, N.N.Ledentsov, A Hoffmann, D.Bimderg, V.M.Ustinov, P.S.Kop'ev, and Zh.I.Alferov "Energy relaxation by multiphonon processes in InAs/GaAs quantum dots", Phys. Rev. В 56, 3 16,10435-10444,1997.

225. U.Bockelmann and T.Egeler "Electron relaxation in quantum dots by means of Auger processes", Phys. Rev. В 46, № 23, 15574-15577, 1992.

226. J.L.Pan "Ionization balance in semiconductor-dot lasers", Phys. Rev. В 48, № 4, 25362553, 1994.

227. Ю.В.Вандышев, В.С.Днепровский, В.И.Климов «Динамика нелинейных переходов и нелинейная восприимчивость полупроводниковых нанокристаллов (квантовых точек)», ЖЭТФ 101, №1, 270-283 (1992).

228. D .J.Norris, A.Sacra, C.B.Murray, and M.G.Bawendi "Measurement of the size dependent hole spectrum in CdSe quantum dots", Phys. Rev. Lett. 72, № 16, 2612-26151994)