Низкотемпературный транспорт в гетероструктурах на основе p-GaAs/Al0.5Ga0.5As при комбинированном воздействии освещения и одноосного сжатия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

на правах рукописи

ИЛЬЕВСКИЙ Артем Анатольевич

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ТРАНСПОРТ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ р-СаА$/А1Ф5Сяв5Аа ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ОСВЕЩЕНИЯ И ОДНООСНОГО СЖАТИЯ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва, 2006 г.

Работа выполнена на кафедре физики низких температур и сверхпроводимости физического факультета и факультете наук о материалах Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Минина Наталья Яковлевна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Юнович Александр Эммануилович

доктор физико-математических наук, профессор Бенеславский Сергей Дмитриевич

Ведущая организация: Институт общей физики РАН

Защита состоится 17 февраля 2006 г. в 1615 часов на заседании специализированного совета Д 501 002.05 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские горы, дом 1, строение 3, ГСП-2, МГУ, химический факультет, ауд. 446.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке физического факультета МГУ. Автореферат разослан 13 января 2006 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 501 002.05, кандидат химических наук

Еремина Е А

мъь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы В связи с появлением технологий (молекулярно-лучевая эпитаксия с применением модулированного и 8-легирования), позволяющих изготавливать эпитаксиальные структуры с точностью до моноатомных слоёв, закономерно возрос интерес к структурам на основе ОаАз/АГ^Са/.хАз. Такие гетероструктуры обладают замечательной особенностью: при большой разнице ширины запрещенных зон в ОаАв и А^Са^Ав они имеют очень близкие параметры решетки, а также упругие и термические коэффициенты. Это позволяет избежать значительных напряжений на границе раздела и нежелательных граничных состояний. На данный момент существуют образцы с очень высокой подвижностью двумерных (2 О) носителей порядка 106 см^В-с) при температурах жидкого гелия.

Поскольку гетероструктуры <ЭяАз/А1/}л1.хМ находят широкое применение в оптшлектронике, исследование их фотоэлектрических свойств является крайне важным. В настоящее время используются в основном гетероструктуры п-типа из-за более высокой подвижности 2Э электронов. Однако применение гетероструктур р-типа весьма перспективно для производства компактных детекторов инфракрасного диапазона. В то время как в гетероструктурах п-типа из-за квантово-механических правил отбора межзонных переходов нормально падающее излучение не поглощается, в структурах р-типа из-за квантово-механического смешивания состояний легких и тяжёлых дырок оптические переходы разрешены и для нормального падения света. Это обстоятельство существенно упрощает изготовление детекторов инфракрасного диапазона на материале р-типа, так как в этом случае не требуется создание на их поверхности специальной решетки, способствующей поглощению нормально падающего излучения.

Оптическое возбуждение выводит систему из состояния равновесия, а исследование переходных процессов может дать информацию о присутствии глубоких примесных центров. В полупроводниковых структурах и приборах на основе ваАв при определенных условиях наблюдаются эффекты захвата носителей, обусловленные наличием глубоких примесей и дефектов. Эффекты захвата существенно влияют на работу транзисторов, диодов и источников света на основе ваАв Так было показано, что глубокие донорные центры в n-.ALGay_.tAs вызывают гистерезис вольт-фарадных характеристик полевых транзисторов. Явления захвата на

РОС. ЫАЦНОНА,*' БИБЛИОТЕКА С Пет 3 ОЭ

'а—

глубокие уровни могут стать доминирующими при низких температурах В ОаЛэ они выражены ярче, чем в приборах на основе или ве, поскольку ОаАв является более широкозонным и, кроме того, бинарным полупроводником. Наиболее ярким проявлением эффектов захвата является связанная с глубокими ОХ-центрами задержанная фотопроводимость в ОаАв/АЬОа/^Ав^.

В большинстве случаев именно наличие глубоких центров того или иного типа придает полупроводнику (полупроводниковой структуре) желаемые или, наоборот, нежелательные свойства. Поэтому с изучением глубоких центров (их физико-химической природы, энергетической структуры, свойств и методов контролируемого введения) во многом связано решение основной задачи полупроводникового материаловедения - создание полупроводниковых материалов и приборов с заданными свойствами.

В гетероструктурах возникновение дефектов, часто являющихся глубокими ловушками, может быть связано именно с наличием гетерограницы Например, на границе двух материалов, имеющих сходную структуру, но отличающихся постоянными решеток, образуется сетка дислокаций, которые называются дислокациями несоответствия. Однако в случае ОаАз/АУЗа^Ая различие постоянных решеток материалов слишком мало для возникновения таких дислокаций в обычно используемых слоях до 200 нм. В гетероструктурах СаАв/А^Оа^Ав появление глубоких уровней может бьггь связано также с эффектами сегрегации и диффузии примеси. Наличие инвертированной гетерограницы в случае, когда слой СаАв напыляется методом молекулярно-лучевой эпитаксии на слой А^Са^Ав, также увеличивает вероятность появления различных дефектов.

На данный момент в отличие от материалов п-типа на основе (ЗаАв проблема глубоких уровней в материалах р-типа недостаточно хорошо изучена. Как это имеет место в случае глубоких ОХ-центров и ряда других глубоких ловушек, именно характер фотопроводимости часто отражает их наличие в исследуемом материале. Поэтому данная работа посвящена всестороннему исследованию и анализу гетероструктур ОаАз/А1о зОго^Аэ р-типа на предмет возможного существования вблизи гетерограницы глубоких уровней, наличием которых можно объяснить обнаруженные в настоящей работе явления: 1) термоактивированную отрицательную фотопроводимость в одиночных гетероструктурах ОаАвАМо зСао зАб р-типа,

существующую ниже 6 -s- 10 К; 2) отрицательную и положительную задержанную фотопроводимость в двойных гетероструктурах р-А1о sGao jAs/GaAs/Alo 5 Gao 5As

Актуальность диссертационной работы определятся тем, что она направлена на поиск моделей, объясняющих обнаруженные в ней новые эффекты низкотемпературной фотопроводимости с привлечением новейших представлений о глубоких центрах и кинетике захвата на них носителей заряда. С этой точки зрения она имеет как фундаментальное, так и важное прикладное значение, если учесть широкое использование гетероструктур на основе GaAs/Al^Ga^As в современной оптоэлектронике.

Пель работы В настоящей работе обнаружены новые явления термоактивированной отрицательной фотопроводимости и положительной задержанной фотопроводимости, существующих в области низких температур в гетероструктурах на основе GaAs/Al0 sGao sAs р-типа с акцепторной примесью Ве в активном слое. Целью работы явилось построение и обоснование модели наблюдаемых явлений, в основе которой предполагается наличие глубоких ловушек вблизи гетерограницы. Общая задача настоящей работы состояла во всестороннем исследовании транспортных свойств гетероструктур на основе p-GaAs/AIo 5 Gao sAs в условиях существования отрицательной и положительной фотопроводимости как при атмосферном давлении, так и при одноосном сжатии.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие конкретные задачи:

1) Исследование эффекта отрицательной фотопроводимости в p-GaAs/Al0 sGao ¡As при 1.5 К при освещении с переменной интенсивностью и различными длинами волн в красном и инфракрасном диапазонах.

2) Исследование температурных зависимостей сигнала Холла и сопротивления для определения концентрации и подвижности 2D дырок в квантовой яме в условиях существования отрицательной термоактивированной фотопроводимости у гетероструктур p-GaAs/Alo 3Gao jAs (освещение красным светодиодом с энергией фотона 1.96 эВ при температурах 1.5 - 10 К).

3) Изучение переходных процессов в p-GaAs/Al0 sGao 5As после выключения освещения: релаксации концентрации 2D дырок к темновому состоянию.

4) Исследование влияния одноосной деформации на все исследуемые

транспортные свойства у р-ОаАв/Мо ;Оао 5Ля в состоянии отрицательной фотопроводимости.

5) Исследование транспортных свойств Ю дырок в двойной гетероструктуре р-А1о збао 5А8/ОаА8/А10 ¡вао гАэ при освещении красным светодиодом в широком интервале температур 1.7 - 200 К.

6) Из анализа характерных особенностей концентрации и подвижности 20 дырок в условиях низкотемпературной фотопроводимости в исследуемых гетероструктурах создать адекватную модель наблюдаемых явлений

Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту. В настоящей работе исследованы транспортные свойства гетероструктур на основе р-ОаАв/Ак «вао 5 Ав при освещении в красном и инфракрасном диапазоне и температурах 1.5 -н 20 К как при атмосферном давлении, так и в условиях одноосного сжатия, а также изучены переходные процессы после выключения освещения Исследована также отрицательная и положительная задержанная фотопроводимость в двойных гетероструктурах р-А10 50ао дАэ/ОаАБЛМо 50ао 5 Ав в интервале температур 1.7 + 200 К.

В результате проведенных исследований в работе впервые:

1) Обнаружен термоактивационный характер отрицательной фотопроводимости в гетероструктурах р-ОаАя/А^ 5Оао 5А5, существующей ниже 6 К. Определена пороговая длина волны света Л = 750 нм, вызывающего явление отрицательной фотопроводимости.

2) Исследованы транспортные свойства (концентрация и подвижность) 20 дырок на гетерогранице р-ваАв/А^ гОао 5Аэ в условиях отрицательной термоактивационной фотопроводимости как при нормальном давлении, так и при одноосном сжатии до 4.6 кбар в интервале температур 1.5 -г 20 К. Обнаружено, что приложение одноосного сжатия сильно увеличивает эффект термоактивации.

3) Показано, что отрицательная термоактивационная фотопроводимость в гетероструктурах р-ОаАв/АЬ 5Сао 5Аз хорошо описывается в модели глубоких донороподобных центров с малой величиной термоактивационного барьера, расположенных в спейсере на расстоянии 10 + 50 нм от гетерограницы. Согласно проведенному анализу, такими глубокими центрами наиболее

вероятно являются диффундирующие из активного слоя межузельные атомы Ве,.

4) Из температурной зависимости концентрации 20 дырок в квантовой яме в условиях отрицательной фотопроводимости, определена величина термоактивационного барьера Ев - 3 ± 0.5 мэВ, препятствующего возврату неравновесного электрона на ионизованный глубокий донороподобный уровень. Показано, что переходный процесс из состояния отрицательной фотопроводимости также описывается в модели с глубокими донороподобными центрами, а величина Ев = 2 ± 0.3 мэВ практически совпадает со значением, определенным из температурной зависимости концентрации 2Б дырок.

5) Установлено, что в пределах ошибки эксперимента ±0.5 мэВ величина термоактивационного барьера не меняется при одноосном сжатии, тогда как сильное влияние последнего на термоактивационную отрицательную фотопроводимость связано с падением концентрации и подвижности 2Т) дырок.

6) Обнаружен эффект задержанной положительной фотопроводимости после освещения красным светодиодом при гелиевой температуре гетероструктуры р-А1о зОгЗо зАэ/ОаАз/А^ 5(тао 5Аб. Задержанная долгоживущая фотопроводимость, характерная для материалов п-типа, в гетероструктурах р-типа наблюдалась впервые. Исследована холловская концентрация 2Т) дьфок в этой структуре в интервале температур 1.7 + 200 К как под освещением, так и после его выключения. Предполагается, что данный эффект обусловлен электронными ловушками с термоактивационным барьером Ев = 22 ± 2 мэВ, расположенными вблизи инвертированной гетерограницы.

Практическая ценность работы Обнаружение и анализ термоактивациошюй низкотемпературной отрицательной фотопроводимости в гетероструктурах на основе р-СгаАя/А1/}а/^Аэ :Ве представляет не только фундаментальный, но и конкретный практический интерес для материаловедения. Показано, что это явление объясняется возникновением вблизи гетерограницы дефектов, которыми являются, скорее всего, диффундирующие из активного слоя атомы бериллия. Это ограничивает применение материалов СаАз/А^Са^Ав р-типа, легированных бериллием, в оптоэлектронике, если они используются при низких температурах, например, в космической

аппаратуре.

Апробация работы Результаты исследования, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на 10-й (HPSP X, Великобритания, Гилфорд, 2002) и 11-й (HPSP XI, США, Беркли, 2004) Международных конференциях по физике полупроводников при высоких давлениях; Конференции Европейского общества по физике высоких давлений (EHPRG'42 and COST Action D30 Meeting, Швейцария Лозанна, 2004); 4-ой Международной конференции «Наномитинг-2001»

(Белоруссия, Минск, 2001); Международном симпозиуме «Физика и технология наноструктур» (Санкт-Петербург, 2002); 33-м Всероссийском совещании по физике низких температур (Екатеринбург, 2003); 2-ой Международной конференции по материаловедению и физике конденсированного состояния (Молдова, Кишинев, 2004); Международной конференции студентов-физиков (Дания, Оденсе, 2003); на 3-й, 4-й и 6-й Всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкг - Петербург, 2001, 2002, 2004 гт ); Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Россия, Москва, 2003); 8-й (Екатеринбург 2002), 9-й (Красноярск, 2003) и 11-й (Екатеринбург 2005) Всероссийских научных конференциях студентов-физиков и молодых ученых.

Части данного исследования были отмечены премией 2-ой степени на 3-й Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Россия, Санкт - Петербург, 2001), а также дипломом 2-ой степени на 11-й Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Екатеринбург 2005).

Публикации Содержание работы опубликовано в 6-и статьях в отечественных и зарубежных научных журналах, список которых приведен в конце автореферата, а также в трудах 16 Всероссийских и Международных научных конференций.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Первая глава содержит литературный обзор по теме исследования, вторая глава - описание экспериментальных методик, применяемых в работе, а две последующие главы содержат оригинальные результаты, полученные автором. Объем диссертации 123 страницы, включая 72 рисунка, 3 таблицы, оглавление и список литературы из 122 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы задачи исследований и дан анализ научной новизны исследований, положешшх в основу диссертационной работы. Описывается структура диссертации

В первой главе представлен обзор литературы. Описана методика роста гетероструктур и обсуждаются причины возникновения различного рода дефектов в зависимости от условий роста. Рассмотрена структура энергетических зон и спектр 2Т) носителей заряда в гетероструктурах с одиночной и двойной гетерограницами на основе р-ОаАв/АуЗа/^Ав, обращается внимание на особую сложность спектра 20 дырок в треугольной квантовой яме, его анизотропию и непараболичность. Обсуждается модификация энергетического спектра носителей заряда при воздействии одноосного сжатия. Рассмотрены экспериментальные доказательства возникновения сильной анизотропии энергетического спектра 2Б дырок при приложении одноосного сжатия. Уделено внимание возникновению перехода металл-диэлектрик в 20 системах носителей заряда, и обсуждаются различные модели такого перехода.

Обобщены данные по различным механизмам рассеяния при низких температурах в модулирование легированных гетероструктурах: кулоновское рассеяние на легирующей примеси и на заряженных состояниях вблизи гетерограницы, рассеяние на акустическом деформационном потенциале, пьезоэлектрическое рассеяние и рассеяние на шероховатостях гетерограницы.

Рассмотрены результаты исследований эффектов фотопроводимости в гетероструктурах и объемных материалах на основе АГ^ау дАэ Уделено внимание описанию основных ловушек в п-А1/}а,.,А5 - ЭХ центрам и их поведению при приложении всестороннего сжатия Отмечена глубокая генетическая связь между эффектами захвата на глубокие уровни в гетероструктурах на основе ваАв и явлением фотопроводимости. Обсуждаются эффекты положительной (увеличение проводимости при освещении) и отрицательной (уменьшение проводимости при освещении) фотопроводимости в гетероструктурах и объемных материалах на основе А^ва^Ая п- и р-типа. Рассмотрены основные механизмы вышеупомянутых эффектов, такие как пространственное разделение носителей заряда и захват неравновесных носителей на глубокие уровни.

Во второй главе приводится описание экспериментальных методик, использованных в работе. Описаны установки для измерения температурных зависимостей сопротивления и коэффициента Холла в магнитных полях до 0.5 Т в диапазоне температур 1.5 К < Т < 300 К, а также система автоматической записи временных зависимостей сопротивления и сигнала Холла для изучения неравновесных процессов, индуцированных освещением. Рассмотрены принципы работы устройства для создания одноосного сжатия до 5 кбар. Описаны исследованные в работе гетероструктуры и используемые источники освещения.

В третьей главе представлены результаты исследования низкотемпературной отрицательной фотопроводимости (ОФП) при комбинированном воздействии освещения и одноосного сжатия в гетерострукгурах с одиночной гетерограницей р-ОаАя/М) 5Сга<) зАв.

Рис. 1 Температурные зависимости сопротивления при комбинированном воздействии освещения и одноосного сжатия. На вставке: светлые точки темновое состояние, черные точки - освещенное состояние (а) Р 0, (б)-Р = 2.1 кбар.

В гетерострукгурах р-ОаА5/А10 5Оао 5А8'Ве обнаружена сильная термоактивация отрицательной фотопроводимости, существующая при температурах ниже 6 К. При этом эффект термоактивации ОФП драматически возрастает при

приложении одноосного сжатия. Так, например, при фиксированной температуре 1 6 К под давлением Р = 4.4 кбар сопротивление образцов возрастает в 200 раз относительно темнового ненагруженного состояния. В то же время, температурная зависимость сопротивления Рхх(Т) в темновом состоянии (кривая 1 на рис. 1, вставки а, б) имеет явно металлический характер. Как хорошо видно на рис. 1 (вставки а, б), при температуре Т> 6 К зависимости Рхх(Т) в освещенном и темновом состоянии совпадают как под давлением, так и при Р - 0 - эффект ОФП исчезает

Рис. 2 Температурные зависимости концентрации (а) и подвижности (б) 2В дырок в освещенном состоянии при различных значениях одноосного сжатия (темные точки) На рис (а) сплошные линии результат численной подгонки, белые точки -значения концентрации в темповом состоянии. На рис. (б) штриховая линия -расчет в темновом состоянии при Р = О, сплошная и пунктирная линии - расчет для освещенного состояния при Р = 0 и Р = 3.4 кбар, соответственно.

Температурная зависимость концентрации Ю дырок р(Т) заметно слабее зависимости рхх(Т), и характер р(Т) одинаков при разных давлениях (рис. 2а) Температурная зависимость концентрации 2Б дырок в темновом состоянии практически отсутствует, что характерно для р-СаАв/АЦ-га^Аз в этой области температур. На основании данных гальваномагнитных эффектов была рассчитана термическая зависимость средней холловской подвижности ц(Т) (рис. 26), отличительной особенностью которой при освещении является наличие максимума при Т- 6 К, характеризующего переход в состояние термоакгивационной ОФП, и ее заметное падение при Т < 6 К в отличие от темновой ¡и(Т).

Рис. 3 Временная зависимость концентрации 20 дырок р в линейном (а) и логарифмическом (б) масштабе по времени при Р - 0. Верхней кривой соответствует температура Т = 4.2 К, нижней Т ~ 1.7 К. (в) Временная зависимость концентрации 2П дырок р при Р = 1.7 кбар. Верхней кривой соответствует температура Т = 3.2 К, нижней Т = 1.7 К.

Исследованы релаксационные процессы после выключения освещения при различных значениях температур и давлений (рис. 3). Видно, что после выключения освещения значение концентрация 20 дырок р релаксирует к темновому значению р = 3 1-Ю11 см"2. Приложение одноосного сжатия в целом не меняет характер релаксационного процесса (рис. Зв), а релаксации концентрации 20 дырок являются долговременными: возвращение к темновому значению не происходит за время эксперимента при самых низких значениях температур Т = 1.7 К (рис. За, в). Темп релаксаций значительно ускоряется с ростом температуры, так при Т ~ 4.2 К релаксационный процесс приводит к темновому значению уже примерно через 1 мин после выключения светодиода. Все наблюдаемые релаксационные процессы существенно неэкспоненциальны, и если представить зависимость р = р($ в логарифмическом масштабе по времени, то большая часть наблюдаемых релаксационных кривых демонстрирует линейный участок (рис. 36). Такой логарифмический характер релаксаций указывает, вообще говоря, на сложную кинетику захвата носителей заряда в квантовой яме.

Установлено, что освещение с длинами волн как в инфракрасной области (850 нм), так и в дальнем красном диапазоне (750 нм) не приводит к появлению отрицательной фотопроводимости вплоть до температуры 1 7 К, при которой это явление наиболее ярко выражено для более коротких волн 650 нм Этот результат позволяет утверждать, что пороговая энергия фотонов, вызывающих эффект отрицательной фотопроводимости, находится в диапазоне 1 96 - 1.65 эВ.

AlGaiAs

Be

V

глубокие дояороподобные ловушки

GaAs

НН1

Рис. 4 Зонная структура на гетерогранице р-СаАзШо ¡Оа0 ¡As.Be и (вставка) схематическое представление термоактивационного барьера,

иллюстрирующие эффект ОФП. НН1 -первый уровень размерного квантования 20 дырок. Штриховкой обозначены неравновесные носители заряда.

Используемое красное излучение с энергией кванта света hv = 1.96 эВ вызывает эффект ОФП, однако не может привести к прямому межзонному возбуждению электрон-дырочных пар в AlojGaosAs с шириной запрещенной зоны при гелиевых температурах Eq = 2.1 эВ. Однако вследствие разрыва зон на гетерогранице, который у потолка валентной зоны составляет около 0 25 эВ, возможны переходы с предполагаемых глубоких донороподобных ловушек (рис. 4), расположенных вблизи гетерограницы, и основное состояние которых располагается по энергии чуть ниже равновесного уровня Ферми E?F, и, соответственно, до освещения эти ловушки являются нейтральными. Электроны, возбужденные светом в зону проводимости Alo sGao sAs, под действием электрического поля на гетерогранице попадают в квантовую яму, где рекомбинируют с 2D дырками, что приводит к наблюдаемому падению концентрации последних и, соответственно, неравновесной

энергии Ферми (рис 4). Ионизованные состояния глубоких донороподобных ловушек в спейсере можно рассматривать как дырки, которые туннелируют обратно в квантовую яму, когда освещение выключено, участвуя таким образом в наблюдаемом релаксационном процессе.

Для учета эффекта термоактивации, вводится, как это принято в теории глубоких центров, барьер между основным состоянием глубокой ловушки П0 и возбужденным состоянием после освещения (вставка рис. 4). Только после того как неравновесный электрон справа от барьера будет захвачен на возбужденное состояние 0+ у гетерограницы, начальное состояние Оо будет восстановлено. Для этого электрону необходимо преодолеть эффективный барьер Ес~ Ев - Д величина которого меняется в зависимости от концентрации дырок в квантовой яме. Для метастабильного освещенного состояния принцип детального равновесия запишется:

«(ув.-и*)-—. (1)

т

где % - скорость оптической генерации, N00 - 20 концентрация глубоких ловушек, т -время захвата неравновесных электронов на уровень п = ра~р определяет число возбужденных центров и равно концентрации неравновесных электронов за барьером, если рл - тачальная концентрация 20 дырок в темноте. Величина барьера Ев отсчитываете» от равновесного уровня Ферми Е°р-. Исходя из соотношения (1), в рамках подхода, разработанного для анализа кинетических явлений в материалах АУЗа/.^Аз с ОХ-центрами, удается получить величину вышеупомянутого барьера £г = 3.0±0.5эВ.

Наряду с изучением эффекта термоактивации ОФП в режиме непрерывной подсветки, исследование переходных процессов после выключения освещения, в принципе, может уточнить выдвинутую выше модель. Анализ релаксационных кривых в рамках предложенной модели позволяет определить величину барьера Ев примерно 2 мэВ, что хорошо согласуется с высотой барьера Ев = 3 мэВ, полученной из статических измерений ОФП в режиме непрерывной подсветки.

Проведен анализ зависимости концентрации от температуры в состоянии ОФП, а также релаксационных процессов в условиях одноосного сжатия РФ 0. Однако одноосное сжатие приводит к увеличению анизотропии поверхности Ферми 20 дырок, таким образом, высота барьера Ев, полученная в рамках модели изотропного и

параболического закона дисперсии 20 дырок, является оценочной. Приложение одноосного сжатия не вызывает заметного изменения высоты барьера Ев.

Другая транспортная характеристика, определяющая эффект термоактивации ОФП, подвижность (рис. 26), сильно уменьшается при температурах ниже 6 К, особенно в условиях одноосного сжатия. Если известны концентрация и эффективные массы Ю дырок в квантовой яме для всех значений температуры в исследуемом интервале, возможно численно оценить вклад различных механизмов рассеяния в определяемую экспериментально усредненную подвижность ц. Согласно правилу Маттиссена:

где Mm, Мвь Ma, Mrs и Мре связаны, соответственно, с рассеянием на удаленных примесях (RI), фоновой примеси (BI), акустических фононах (А), шероховатостях гетерограницы (RS), пьезоэлектрическим рассеянием (РЕ) и рассеянием на ионизованных глубоких донороподобных ловушках (DDT).

Рис 5 Вклад различных механизмов рассеяния в обратную подвижность в состоянии термоактивированной ОФП для дырок т0 (а) и Шу (б) при Р = 0; (в, г) -эффективность рассеяния 1/мпот на ионизованных ловушках дырок с массами т0 и ТП1 соответственно при давлениях: 1 - Р = 0; 2 -Р = 2.1 кбар; 3-Р = 3.4 кбар.

Численный расчет вклада различных механизмов рассеяния в обратную подвижность был проведен для темнового и освещенного состояний как при Р = О,

О в

0.5

так и при одноосном сжатии во всем исследуемом интервале температур Расчеты демонстрируют важность вклада всех механизмов рассеяния в среднюю подвижность, а также хорошее согласие с экспериментальными данными (рис. 26) Были рассмотрены различные формы распределения ионизованных ловушек от активного слоя в спейсер, где удаленность фронта распределения от гетерограницы служила в качестве подгоночного параметра. Все расчетные зависимости на рис. 26 и 5 приведены для прямоугольного распределения ионизованных состояний глубоких донороподобных ловушек, края которого удалены от гетерограницы на 7 + 48 нм вглубь спейсера, и которое естественно рассматривать только как модельное. Показано, что рассеяние на ионизованных глубоких донороподобных ловушках является доминирующим механизмом рассеяния при низких температурах и значительно увеличивается при приложении одноосного сжатия.

В связи с тем, что согласно расчетам распределение глубоких донороподобных ловушек не начинается непосредственно с гетерограницы, а происходит со стороны активного слоя, можно предположить, что они возникают в результате хорошо известной диффузии из активного слоя акцепторной примеси Ве и возникновением глубоких уровней, образование которых связано с межузельным положением Ве,.

В четвертой главе представлены результаты исследования низкотемпературной фотопроводимости при освещении красным светодиодом двойной гетероструктуры р-А1о 5Оао 5Ая/ОаАз/А1о звао 5Аз, легированной примесью Ве в активном слое. От описанной выше одиночной гетероструктуры р-ОаАз/А1о 5^ао 5Аэ она отличается, прежде всего, наличием второй инвертированной гетерограницы.

Нами обнаружено, что при освещении красным светом при температурах жидкого гелия в указанных двойных гетероструктурах помимо отрицательной фотопроводимости (ОФП), характерной для одиночной гетероструктуры р-СаАз/А1о бОао 5Ав:Ве и описанной выше, имеет место также положительная задержанная фотопроводимость (ПЗФП), в которую система приходит после продолжительной релаксации, следующей после выключения освещения (рис. 6).

Рис. 6 Концентрация и подвижность 2В дырок в зависимости от времени при включении и после выключения красного светодиода; Т= 4.2 К.

\ [мин] 52 54 56

Температурные зависимости концентрации 20 дырок в квантовой яме, приведенные на рис. 7, исследованы для трех состояний образца. 1 - в темновом состоянии до включения диода, 2 - при непрерывном освещении с постоянной интенсивностью (ОФП), 3 - после выключения освещения и двух часов релаксации при 4.2 К (ПЗФП). Аналогичные зависимости сняты также при одноосном сжатии образца до давлений Р = 3.5 кбар. Особенностью приведенных на рис. 7 данных является то, что все три перечисленные состояния имеют свою температурную зависимость концентрации дырок в квантовой яме, однако при Т > 160 К все три зависимости р(Т) сливаются в одну, характерную для темновой температурной зависимости неосвещенного образца. Ниже значения концентрации, относящейся к конкретным кривым 1,2,3 на рис. 7, обозначены как р(1>, рт, р(3>.

Рис. 7 Температурные зависимости

>

концентрации 2Л дырок в квантовой яме в трех состояниях образца: 1 -темновое до освещения, 2 - под освещением, 3 - после выключения освещения и 2х часов релаксации в мо жидком гелии.

Оставаясь в рамках описанной выше модели существования вблизи гетерограниц глубоких донороподобных ловушек, которые ответственны' за ОФП в р-ОаАв/А^ 50ао 5Ав, мы предполагаем также существование вблизи инвертированной гетерограницы электронных ловушек, захватывающих возбужденные в процессе

освещения электроны и удерживающие их при достаточно низких температурах (рис 8) Тогда при низких температурах уменьшение концентрации 2Б дырок в квантовой яме за счет рекомбинации с электронами, возбужденными светом с глубоких донороподобных ловушек, происходит на фоне ее роста в результате захвата части электронов электронными ловушками на инвертированной границе (рис 8) В общем балансе зарядов в квантовой яме и вблизи нее это может привести к наблюдаемому при 4 2 К уменьшению под освещением концентрации 2Т> дырок и ее возрастанию после выключения освещения и завершения релаксации отрицательной фотопроводимости (рис. 6). Очевидно, что соотношение числа ловушек на обеих гетерограницах, их термоактивационных барьеров и исходной концентрации дырок в квантовой яме определяет величины ОФП и ПЗФП при 4.2 К. Так как число ловушек, возникающих в процессе роста, не контролируется в отличие от концентрации 20 дырок в квантовой яме, то относительные величины эффектов ОФП и ПЗФП могут изменяться от образца к образцу, что нами и наблюдалось. В силу симметрии прямоугольной квантовой ямы (рис. 8), глубокие донороподобные ловушки могут также существовать и вблизи инвертированной границы.

Считается, что равновесный уровень Ферми связанный со всей системой зарядов в образце, не изменяется при относительно небольшой вариации концентрации дырок в квантовой яме, тогда как неравновесная энергия Ферми ЕРр меняется в зависимости от освещения и температуры. Энергия 1?рррс соответствует максимальной концентрации дырок, когда релаксация ОФП уже завершена, а электронные ловушки вблизи инвертированной гетерограницы еще практически заполнены. Причем возврат на уровень О0 в эффекте ОФП происходит через возбужденное состояние Б+ путем захвата термически возбужденного из квантовой ямы электрона при переменном эффективном барьере Л (вставка на рис. 8). Этот процесс подробно описан в гл. 3. После выключения освещения и завершения (или почти завершения) релаксации ОФП концентрация и энергия Ферми 2Т> дырок в квантовой яме (рис 6, рис 8) оказываются больше темновой, достигая максимума на уровне Е^рррс (рис. 8, вставка), от которого отсчитывается полная величина термоакпшационного барьера Ев для возврата электронов в невозбужденные состояния Ц>. Дальнейший рост температуры приводит к выбросу электронов с электронных ловушек на инвертированной границе через активационный барьер

который сопровождается их опустошением, уменьшением концентрации 20 дырок и приходом системы к равновесному темновому состоянию при Т> 160 К (рис. 7, кривая 3).

о,

Е"

РРРС

электронные ловушки

О.

Ве

ОООООП п

Ве

, ПООООО_£°

глубокие донороподобные ловушки

N

Рис 8 Схематическое изображение процессов возбуждения светом электронов с глубоких донорных ловушек в квантовую яму и их частичного захвата электронными ловушками на инвертированной границе. На вставке схематическое представление барьера Ев. Область изменения неравновесной энергии Ферми дырок в квантовой яме заштрихована Ы- нормальная гетерограница, I- инвертированная гетерограница.

В сипу сказанного выше, все упомянутые ловушки взаимосвязаны также и в термоактивационных зависимостях р(Т) на рис.7. Однако в области самых низких температур процесс ОФП под освещением метастабилен, а переходный процесс после выключения освещения является релаксацией ОФП, и термоактивация с электронных ловушек на инвертированной границе практически отсутствует. Поэтому можно полагать, что под освещением (кривая 2 на рис. 7) до Т » 30 К (пересечение с темновой кривой 1) возврат 2Т) дырок в квантовую яму в эффекте ОФП определяется процессом захвата неравновесных электронов из квантовой ямы обратно на возбужденные глубокие донороподобные ловушки Г)+ с соответствующим термоактивационным барьером Ев (вставка на рис. 8).

Анализ эффекта термоактивации ОФП, детально описанный в предыдущей главе, позволил вычислить высоту барьера Ев - 6 ± 0.9 мэВ, препятствующего рекомбинации неравновесных электронов в квантовой яме с ионизованными глубокими донороподобными ловушками в эффекте ОФП, как и в случае структур с одиночной гетерограницей. Заметной зависимости высоты барьера Ев от одноосного сжатия обнаружено не было.

С другой стороны, зависимость р(Т), описывающую ПЗФП при ото1реве (рис. 7, кривая 3), имеет смысл анализировать выше Т = 60 К, когда процесс уменьшения концентрации 2В дырок в квантовой яме контролируется уже только возвратом электронов из ловушек на инвертированной границе. Величина термоактивационного барьера в явлении ПЗФП составляет ЕВ! = 22 ± 2 мэВ и с давлением не меняется. Строго говоря, процесс р(Т) на кривой 3 нестационарный, однако очень большая длительность измерения каждой точки позволила однозначно привести концентрацию в соответствие с температурой Слияние кривых 1, 2, 3 на рис 7 при Т > 160 К означает полное окончание термоакгивационных процессов ОФП и ПЗФП с ловушек на обеих гетерограницах.

Если высота барьера Ев отсчитывается от равновесного темнового уровня Ферми на рис. 8), она составляет Ев~ 2 мэВ. Это значение хорошо согласуется с величиной термоактивационного барьера Ев = 3 мэВ в р-ОаАв/А1о 50ао зАб из гл. 3, определенного именно таким способом, что подтверждает уже высказанное выше предположение об идентичности глубоких донороподобных ловушек в обеих структурах С другой стороны, различие барьеров Ев = 6 ± 0.9 мэВ нЕВ1 = 22±2 мэВ указывает на различную природу глубоких донороподобных ловушек и электронных ловушек, локализованных на инвертированной гетерогранице. Предполагается, что электронные ловушки на инвертированной гетерогранице связаны с различного рода комплексами, включающими вакансии мышьяка.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Впервые исследованы транспортные свойства (концентрация и подвижность) 2Б дырок на гетерогранице р-ОаАз/А1о зСао 5Аз, легированном акцепторной примесью Ве, в интервале температур 1.5 + 20 К при комбинированном воздействии освещения и одноосного сжатия.

2 Обнаружен термоактивационный характер низкотемпературной отрицательной фотопроводимости в гетероструктурах р-ОаАз/А10 5Оао 5Аз и показано, что она существует только ниже 6 К Установлено, что данное явление наблюдается при облучении красным светом с длиной волны 650 нм, однако не возникает, если длина волны света больше 750 нм. Показано, что одноосное сжатие до 4.6 кбар сильно увеличивает эффект термоактивации в гетероструктурах р-СаАз/А1о 50ао зАв.

3. Установлено, что эффект термоактивационной отрицательной фотопроводимости в р-ОгаАв/Ак 563« бАя хорошо описывается в рамках модели глубоких донороподобных ловушек вблизи гетерограницы, если введен термоактивационный барьер, препятствующий возврату возбужденной ловушки в основное состояние. Из температурной зависимости концентрации 20 дырок в квантовой яме в условиях отрицательной фотопроводимости определена величина термоактивациошгого барьера Ев = 3 0 ± 0.5 мэВ. В пределах точности эксперимента не обнаружено влияние одноосного сжатия на величину Ев.

4. Впервые изучены релаксационные процессы из состояния отрицательной фотопроводимости к темновому у 20 дырок в квантовой яме на гетерогранице р-ОаАз/А10 5Оа,) 5Ав после выключения освещения при различных температурах и давлениях и проведен их анализ. Установлено, что наблюдаемые релаксационные процессы также описываются в рамках выбранной модели термоактивационной отрицательной фотопроводимости с тсрмоактивационным барьером величиной Ев - 2.0 ± 0 3 мэВ, что хорошо согласуется с величиной Ев полученной из температурной зависимости концентрации 20 дырок.

5. Проведен расчет подвижности 20 дырок в квантовой яме на гетерогранице р-ОаАв/АЬ 5680 зАв в рамках выбранной модели с глубокими донороподобными ловушками и показано, что основным механизмом рассеяния в условиях отрицательной фотопроводимости является рассеяние на ионизованных светом глубоких ловушках, которые согласно расчету находятся в спсйсере на расстоянии 7 + 50 нм от гетерограницы и, предположительно, являются межузельными атомами Ве, диффундирующими из активного слоя. Установлено, что сильное влияние одноосного сжатия на термоакгивационную отрицательную фотопроводимость определяется не изменением термоакгивационного барьера, а температурной зависимостью подвижности 20 дырок вследствие рассеяния на ионизованных

ловушках и, в меньшей степени, барической зависимостью их концентрации

6 Низкотемпературная термоактивационная отрицательная фотопроводимость была обнаружена также в двойной гетероструктуре р-А10 sGao sAs/GaAs/Alo sGao 5As, легированной Be в активном слое. Исследована температурная зависимость холловской концентрации 2D дырок в этой структуре в интервале 1.7 4- 200 К как под освещением, так и после его выключения. В области температур 1.7 -ь 40 К из температурной зависимости концентрации 2D дырок под освещением определена энергия термоактивации отрицательной фотопроводимости 6 ± 0.9 мэВ, которая по аналогии с одиночной гетероструктурой p-GaAs/Alo sGao jAs определяется глубокими донороподобными ловушками на гетерограницах.

7 У вышеупомянутой гетероструктуры p-Alo ,Gao sAs/GaAs/Al0 sGao 3As с прямой и инвертированной гетерограницами обнаружено новое явление - возникновение задержанной положительной фотопроводимости после освещения красным светодиодом при гелиевой температуре Предполагается, что эффект положительной задержанной фотопроводимости связан с электронными ловушками, расположенными вблизи инвертированной гетерограницы. Из температурной зависимости концентрации дырок после выключения освещения в области 80 4-140 К определена энергия активации этих ловушек 22 ± 2 мэВ.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1) Kraak W., Minina N.Ya., Savin A.M., Ilievsky A.A., Berman I.V., Sorensen C.B. Persistent photoconductivity in p-type Alo sGao sAs/GaAs/Alo sGao sAs heterostmctures. Nanotechnology 12, pp.577-580 (2001)

2) Краак В., Минина Н.Я., Савин A.M., Ильевский А.А., Соренсен К.Б., Положительная задержанная фотопроводимость в двойных гетероструктурах Alo sGao sAs/GaAs/Alo 5Gao sAs р-типа. Письма в ЖТФ 28(12), сс. 85-90 (2002)

3) Kraak W., Minina N.Ya, Ilievsky A.A., Sorensen C.B., Berman IV. Thermoactivated conductivity in p-GaAs/Al0 jGao sAs below 5K under combined influence of illumination and uniaxial stress. Phys.Stat Sol (b) 235(2), pp 390-395 (2003)

4) Berman I V, Bogdanov E.V., Ilievsky A.A, Minina N.Ya, Kraak W. Pressure dependence of 2D hole mobility in thermoactivated photoconductivity effect

observed in p- GaAs/Al0 3Gao sAs heterostructures. Phys.Stat.Sol.(b) 241 (14), pp.3410-3415 (2004).

5) Н.Я. Минина, A.A Ильевский и В.Краак "Термоактивационная отрицательная фотопроводимость ниже 6 К в гетероструктурах p-GaAs/Alo sGao.s As; влияние одноосного сжатия". Письма в ЖЭТФ 92(10), 734-740(2005)

6) Н Б. Брандт, Е.В. Богданов, А.А. Ильевский, В. Краак, Н.Я. Минина "Низкотемпературная фотопроводимость в квантовой яме p-Alo sGao j As/GaAs/Alo sGao sAs с нормальной и инвертированной гетерограницами", Вестник Московского университета (принято в печать)

Тезисы докладов на конференциях:

1) Kraak W., Minina N.Ya., Savin A.M., Ilievsky A.A, Bemian I.V. Persistent photoconductivity in p-type Alo sGao sAs/GaAs/A« sGao sAs heterostructures. -Proceedings of 9th International Symposium «Nanostructures' Physics and Technology», St. Petersburg, Russia, June 18-22, 2001, pp. 499-501

2) Александров С С., Ильевский А.А., Минина Н.Я. Активационная проводимость в p-GaAs/Alo $Gao ;As при комбинированном воздействии освещения и одноосной деформации, - Третья всероссийская молодежная конференция по физике полупроводниковой опто- и наноэлекгронике. Тезисы докладов.Санкт-Петербург, 5-8 декабря 2001 г., с. 42

3) Minina N Ya, Savin A.M., Ilievsky A.A., Bogdanov E.V, Sorensen С В., Kraak W Negative and persistent positive photoconductivity in p-type Alo sGao 5As/GaAs/Alo sGao 5As. - Reviews and Short Notes to Nanomeeting-2001, Minsk, Belarus, May 22-25 2001, pp. 130-133

4) Ильевский А. А., Минина H Я. Проявление термоактивационной проводимости в гетероструктурах p-GaAs/Alo 5Gao sAs под освещением. - Восьмая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых Тезисы докладов, Екатеринбург, 29 марта - 4 апреля 2002 г., с. 186-187

5) Kraak W., Minina N.Ya., Savin AM., Ilievsky A.A., Sorensen C.B., Berman I.V Thermoactivated conductivity in p-GaAs/Alo sGao 5 As below 5 К under combined influence of illumination and uniaxial stress. - Tenth International Conference on High Pressure Semiconductor Physics. Great Britain, Guilford, August 5-8 2002, Abstracts, p. Th03

6) Ильевский А.А., Минина H Я Термоактивационная проводимость и глубокие уровни вблизи гетерограницы в p-GaAs/Al0 sGao ;As - Четвертая всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой ото- и наноэлектронике. Тезисы докладов Санкт-Петербург, 3-6 декабря 2002 г., с. 28

7) Краак В., Богданов ЕВ, Минина Н.Я., Ильевский А.А, Соренсен К.Б Фотоиндуцированная термоактивируемая проводимость в p-GaAs/Al0 5Gao 5-As ниже 5 К при одноосном сжатии - В сб • 33 Всероссийское совещание по физике низких температур Тезисы докладов секций S и N: "Сверхпроводимость" и "Наноструктуры и низкоразмерные системы".Екатеринбург, 17-20 июня 2003, с.226-227

8) Minina,N Ya, Ilievsky A A. Negative photoconductivity in p-GaAs/Alo sGao sAs below 5K under illumination and uniaxial stress. - International Conference for Physical Students Conference Handbook. Odence, Denmark. 7-14 of August 2003, pp.44-45

9) Ильевский A A, Минина Н.Я. «Отрицательная фотопроводимость в p-GaAs/Alo sGao sAs гетероструктурах при температурах ниже 5 К». Тезисы докладов секции «Материаловедение» международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, Россия, 15-18 апреля 2003г., часть 2, стр. 417

10)Ильевский А.А., Минина Н.Я. Долговременные релаксационные процессы в гетероструктурах p-GaAs/AlGaAs, индуцированные освещением при температуре ниже 5.5 К. - Девятая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. Сборник тезисов, Красноярск, 28 марта - 3 апреля 2003 г., т. 1, с. 163-164

11)Minina N.Ya., Bogdanov E.V., Savin A.M., Ilievsky A A., Polyanskiy A.V. Magnetic breakdown in 2D hole system at GaAs/Alo sGao sAs heterointerface. -Abstracts. 2nd Int. Conf on Materials Science and Condensed Matter Physics Chisinau. Moldova. September 21-26, 2004, p.217

12)Bogdanov E.V., Ilievsky A.A, Kraak W., Minina NYa. Photoconductivity in p-GaAs/Alo 5Gao 5AS and deep donor like states at «he heterointerface - Abstracts. 2nd Int. Conf. on Materials Science and Condensed Matter Physics. Chisinau

Moldova. September 21-26, 2004, p.223

13)Berman I.V., Bogdanov E V, Ilievsky A.A., Minina N Ya., Kraak W. Pressure dependence of 2D hole mobility in thermoactivated photoconductivity effect observed in p- GaAs/Alo sGao sAs heterostructures Abstracts of HPSP XI, August 25, 2004, Berkeley, USA, p. 84

14)Kraak W., Savin A.M, Minina N, Ilievskiy A. Transformation of 2D hole Fermi surface and magnetic breakdown in p- GaAs/Alo sGao 5 As heterostructures under uniaxial stress. - Abstractrs of EHPRG'42 and COST Acion D30 Meeting, Lausanne, Switzerland, September 1-4, 2004, p.53

15) Ильевский А.А., Минина H Я. О глубоких уровнях с малой величиной термоактивациониого барьера вблизи гетерограницы GaAs/AlGaAs. -ВНКСФ-10, Сборник тезисов, 1-7 апреля 2004, Москва, ч.1, сс.423-425.

16) Ильевский А.А., Зайцев АН, Минина Н.Я. Глубокие уровни в гетероструктурах p-Alo sGao sAs/GaAs/Alo sGao sAs. - Шестая Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Тезисы докладов. Санкт-Петербург, 6-10 декабря 2004 г., с.82.

Отпечатано в копицентре «СТ ПРИНТ» Москва, Ленинские горы, МГУ, 1 Гуманитарный корпус. www stprint ru e-mail: zakaz@stprint ru тел : 939-33-38 Тираж 100 экз Подписано в печать 12.01 2006 г.

п.

i »

i

I

I

í

aooGA

Введение

1. Гетероструктуры на основе GaAs/AUGa^As

1.1. Молекулярно-лучевая эпитаксия

1.2 Схема образования квантовых ям и энергетический спектр двумерных дырок в гетероструктурах на основе GaAs/AIo.5Gao.sAs

1.2.1. Образование квантовых ям в гетероструктурах p-GaAs/Alo.5Gao.5As и p-Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.jGao.5As

1.2.2 Спектр 2D дырок в гетероструктурах p-GaAs/Alo.sGao.sAs и p-Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As

1.2.3. Влияние одноосного сжатия на спектр 2D дырок

1.2.4. Экспериментальное подтверждение развития анизотропии спектра 2D дырок в p-GaAs/Alo.sGaasAs

В связи с появлением технологий (молекулярно-лучевая эпитаксия с применением модулированного и 5-легирования), позволяющих изготавливать эпитаксиальные структуры с точностью до моноатомных слоев, закономерно возрос интерес к структурам на основе GaAs/AlxGaj.xA.s. Такие гетероструктуры обладают замечательной особенностью: при большой разнице ширины запрещенных зон в GaAs и AlxGa;.xAs они имеют очень близкие параметры решетки, а также упругие и термические коэффициенты. Это позволяет избежать значительных напряжений на границе раздела и нежелательных граничных состояний. На данный момент существуют образцы с очень высокой подвижностью двумерных (2D) носителей порядка 106 см2/(В-с) при температурах жидкого гелия.

Поскольку гетероструктуры GaAs/AkGa^As находят широкое применение в оптоэлектронике, исследование их фотоэлектрических свойств является крайне важным. В настоящее время используются в основном гетероструктуры n-типа из-за более высокой подвижности 2D электронов. Однако I применение гетероструктур р-типа весьма перспективно для производства компактных детекторов инфракрасного диапазона. В то время как в гетероструктурах n-типа из-за квантово-механических правил отбора межзонных переходов нормально падающее излучение не поглощается [1, 2, 3], в структурах р-типа из-за квантово-механического смешивания состояний лёгких и тяжёлых дырок оптические переходы разрешены и для нормального падения света[4, 5]. Это обстоятельство существенно упрощает изготовление детекторов инфракрасного диапазона на материале р-типа [5], так как в этом случае не требуется изготовление на их поверхности специальной решетки, способствующей поглощению нормально падающего излучения.

Вообще говоря, оптическое возбуждение выводит систему из состояния равновесия, а исследование переходных процессов может дать информацию о присутствии глубоких примесных центров. В полупроводниковых структурах и приборах на основе GaAs при определенных условиях наблюдаются эффекты захвата носителей, обусловленные наличием глубоких примесей и дефектов.

Эффекты захвата проявляются во всех транзисторах, диодах и источниках света на основе GaAs. Было показано, что глубокие донорные центры в n-AlxGa;.xAs оказывают сильное влияние (вызывают гистерезис) на вольт-фарадные характеристики полевых транзисторов [6]. Явления захвата на глубокие уровни могут стать доминирующими при низких температурах. В GaAs они выражены ярче, чем в приборах на основе Si или Ge, поскольку GaAs является более широкозонным и, кроме того, бинарным полупроводником. Наиболее ярким проявлением эффектов захвата является связанная с глубокими DX-центрами задержанная фотопроводимость в GaAs/AJ^GajAs: Si.

В большинстве случаев именно наличие глубоких центров того или иного типа придает полупроводнику (полупроводниковой структуре) желаемые или, наоборот, нежелательные свойства. Поэтому с изучением глубоких центров (их физико-химической природы, энергетической структуры, свойств и методов контролируемого введения) во многом связано решение основной задачи полупроводникового материаловедения - создание полупроводниковых , материалов и приборов с заданными свойствами.

Оптические и транспортные свойства гетероструктур в значительной степени определяются наличием гетерограницы. В то время как методики эпитаксиального роста позволяют выращивать отдельные слои гетероструктуры практически без дефектов, на гетерогранице часто аккумулируются электронные и дырочные ловушки[7, 8]. Поверхностные состояния на гетерогранице или глубокие уровни, связанные с дефектами вблизи гетерограницы, привлекают внимание исследователей своим влиянием на характеристики устройств, изготовленных с применением гетероструктур[9, 10].

В гетероструктурах возникновение дефектов может быть связано именно с наличием гетерограницы. Например, на границе двух материалов, имеющих сходную структуру, но отличающихся постоянными решеток, образуется сетка дислокаций, которые называются дислокациями несоответствия. Однако в случае GaAs/AJ^Ga/.^As различие постоянных решеток материалов слишком мало для возникновения таких дислокаций в обычно используемых слоях до 200 нм [11, 12]. В гетероструктурах Al^Ga/.^As/GaAs появление глубоких уровней может быть связано также с эффектами сегрегации и диффузии примеси [13, 14]. Наличие инвертированной гетерограницы в случае, когда слой GaAs напыляется методом молекулярно-лучевой эпитаксии на слой A^Ga^As также увеличивает вероятность появления различных дефектов [15, 16].

На данный момент в отличие от материалов n-типа на основе GaAs проблема глубоких уровней в материалах р-типа недостаточно хорошо изучена. Как это имеет место в случае глубоких DX-центров и ряда других глубоких ловушек, именно характер фотопроводимости часто отражает их наличие в исследуемом материале. Поэтому данная работа посвящена всестороннему исследованию и анализу гетероструктур GaAsMJo.5Gao.5As р-типа на предмет возможного существования вблизи гетерограницы глубоких уровней, наличием которых можно объяснить обнаруженные в настоящей работе явления: 1) термоактивированную отрицательную фотопроводимость в одиночных гетероструктурах GaAsMJo.5Gao.5As р-типа, существующую ниже 6 - 10 К; 2) отрицательную и положительную задержанную фотопроводимость в двойных гетероструктурах p-Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As, которые также проявляются только в области температур ниже 100 К.

Актуальность диссертационной работы определятся тем, что поставленная в ней цель направлена на поиск моделей, объясняющих обнаруженные в ней новые эффекты низкотемпературной фотопроводимости с привлечением новейших представлений о глубоких центрах и кинетике захвата на них носителей заряда. С этой точки зрения она имеет как фундаментальное, так и важное прикладное значение, если учесть широкое использование гетероструктур на основе GaAs/Al^Ga 1 .хAs в современной оптоэлектронике.

Цель работы В настоящей работе обнаружены новые явления термоактивированной отрицательной фотопроводимости и положительной задержанной фотопроводимости, существующей в области низких температур в гетероструктурах на основе GaAs/Afo.sGao.sAs р-типа с акцепторной примесью Be в активном слое. Целью работы явилось построение и обоснование модели наблюдаемых явлений, в основе которой предполагается наличие глубоких ловушек вблизи гетерограницы. Общая задача настоящей работы состояла во всестороннем исследовании транспортных свойств гетероструктур на основе p-GaAs/Alo.sGao.sAs в условиях существования отрицательной и положительной фотопроводимости как при атмосферном давлении, так и при одноосном сжатии.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие конкретные задачи:

1) Исследование эффекта отрицательной фотопроводимости в p-GaAs/Alo.sGao.sAs при 1.7 К при освещении с переменной интенсивностью и различными длинами волн в красном и инфракрасном диапазонах.

2) Исследование температурных зависимостей сигнала Холла и сопротивления для определения концентрации и подвижности 2D дырок в квантовой яме в условиях существования отрицательной термоактивированной фотопроводимости у гетероструктур p-GaAs/Alo.sGao.sAs (освещение красным светодиодом с энергией фотона 1.96 эВ при температурах 1.7 -ИО К).

3) Изучение переходных процессов в p-GaAs/Alo.sGao.jAs после выключения освещения: релаксации концентрации 2D дырок к темновому состоянию.

4) Исследование влияния одноосной деформации на все исследуемые транспортные свойства у p-GaAs/Alo.jGao.sAs в состоянии отрицательной фотопроводимости.

5) Исследование транспортных свойств 2D дырок в двойной гетероструктуре p-Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As при освещении красным светодиодом в широком интервале температур 1.7 - 200 К.

6) Из анализа характерных особенностей концентрации и подвижности 2D дырок в условиях низкотемпературной фотопроводимости в исследуемых гетероструктурах создать адекватную модель наблюдаемых явлений.

Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту. В настоящей работе исследованы транспортные свойства гетероструктур на основе p-GaAs/Alo.5Gao.5As при освещении в красном и инфракрасном диапазоне и температурах 1.7 -г- 20 К как при атмосферном давлении, так и в условиях одноосного сжатия, а также изучены переходные процессы после выключения освещения. Исследована также отрицательная и положительная задержанная фотопроводимость в двойных гетероструктурах p-Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As в интервале температур 1.7 -s- 200 К.

В результате проведенных исследований в работе впервые:

1) Обнаружен термоактивационный характер отрицательной фотопроводимости в гетероструктурах p-GaAs/Alo.sGao.sAs, существующей ниже 6 К. Определена пороговая длина волны света Я = 750 нм, вызывающего явление отрицательной фотопроводимости.

2) Исследованы транспортные свойства (концентрация и подвижность) 2D дырок на гетерогранице p-GaAs/Alo.sGao.sAs в условиях отрицательной термоактивационной фотопроводимости как при нормальном давлении, так и при одноосном сжатии до 4.6 кбар в интервале температур 1.7-1-20 К. Обнаружено, что приложение одноосного сжатия сильно увеличивает эффект термоактивации.

3) Показано, что отрицательная термоактивационная фотопроводимость в гетероструктурах p-GaAs/Alo.5Gao.sAs хорошо описывается в модели глубоких донороподобных центров с малой величиной термоактивационного барьера, расположенных в спейсере на расстоянии 10 н- 50 нм от гетерограницы. Согласно проведенному анализу, такими глубокими центрами наиболее вероятно являются диффундирующие из активного слоя межузельные атомы Be;.

4) Из температурной зависимости концентрации 2D дырок в квантовой яме в условиях отрицательной фотопроводимости, определена величина термоактивационного барьера Ев = 3 ± 0.5 мэВ, препятствующего возврату неравновесного электрона на ионизованный глубокий донороподобный уровень. Показано, что переходный процесс из состояния отрицательной фотопроводимости также описывается в модели с глубокими донороподобными центрами, а величина Ев = 2 ± 0.3 мэВ практически совпадает со значением, определенным из температурной зависимости концентрации 2D дырок.

5) Установлено, что в пределах ошибки эксперимента ± 0.5 мэВ величина термоактивационного барьера не меняется при одноосном сжатии, тогда как сильное влияние последнего на термоактивационную отрицательную фотопроводимость связан с падением концентрации и подвижности 2D дырок.

6) Обнаружен эффект задержанной положительной фотопроводимости после освещения красным светодиодом при гелиевой температуре гетероструктуры p-Alo.jGao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As. Задержанная долгоживущая фотопроводимость, характерная для материалов n-типа, в гетероструктурах р-типа наблюдалась впервые. Исследована холловская концентрация 2D дырок в этой структуре в интервале температур 4.2 4- 200 К как под освещением, так и после его выключения. Предполагается, что данный эффект обусловлен электронными ловушками с термоактивационным барьером Ев = 22 ± 2 мэВ, расположенными вблизи инвертированной гетерограницы.

Практическая ценность работы Обнаружение и анализ термоактивационной низкотемпературной отрицательной фотопроводимости в гетероструктурах на основе p-GaAs/AlxGa;.xAs:Be представляет не только фундаментальный, но и конкретный практический интерес для материаловедения. Показано, что это явление объясняется возникновением вблизи гетерограницы дефектов, которыми являются, скорее всего, диффундирующие из активного слоя атомы бериллия. Это ограничивает применение материалов Ga As/AUGaу As р-типа, легированных бериллием, в оптоэлектронике, если они используются при низких температурах, например, в космической аппаратуре.

Апробация работы Результаты исследования, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на 10-й (HPSP X, Великобритания, Гилфорд, 2002) и 11-й (HPSP XI, США, Беркли, 2004) Международных конференциях по физике полупроводников при высоких давлениях; Конференции Европейского общества по физике высоких давлений (EHPRG'42 and COST Action D30 Meeting, Швейцария Лозанна, 2004); 4-ой Международной конференции «Наномитинг-2001» (Белоруссия, Минск, 2001); Международном симпозиуме «Физика и технология наноструктур» (Санкт-Петербург, 2002); 33-м Всероссийском совещании по физике низких температур (Екатеринбург, 2003); 2-ой Международной конференции по материаловедению и физике конденсированного состояния (Молдова, Кишинев, 2004); Международной конференции студентов-физиков (Дания, Оденсе,

2003); на 3-й, 4-й и 6-й Всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2001, 2002, 2004 гг.); Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Россия, Москва, 2003); 8-й (Екатеринбург 2002), 9-й (Красноярск, 2003) и 11-й (Екатеринбург 2005) Всероссийских научных конференциях студентов-физиков и молодых ученых.

Части данного исследования были отмечены премией 2-ой степени на 3-й Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Россия, Санкт - Петербург, 2001), а также дипломом 2-ой степени на 11-й Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Екатеринбург 2005).

Публикации Содержание работы опубликовано в 6-и статьях в отечественных и зарубежных научных журналах, а также в трудах 16 Всероссийских и Международных научных конференций.

Статьи в реферируемых журналах:

1) Kraak W., Minina N.Ya., Savin A.M., Ilievsky A.A., Berman I.V., Sorensen C.B. Persistent photoconductivity in p-type Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As heterostructures. Nanotechnology 12, pp.577-580 (2001)

2) Краак В., Минина Н.Я., Савин А.М., Ильевский А.А., Соренсен К.Б., Положительная задержанная фотопроводимость в двойных гетероструктурах Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As р-типа. Письма в ЖТФ 2Щ12), сс. 85-90 (2002)

3) Kraak W., Minina N.Ya., Ilievsky A.A., Sorensen C.B., Berman I.V. Thermoactivated conductivity in p-GaAs/Afo.sGao.sAs below 5K under combined influence of illumination and uniaxial stress. Phys.Stat.Sol.(b) 2350J, pp.390-395 (2003)

4) Berman I.V., Bogdanov E.V., Ilievsky A.A., Minina N.Ya., Kraak W. Pressure dependence of 2D hole mobility in thermoactivated photoconductivity effect observed in p- GaAs/Afo.sGaasAs heterostructures. Phys.Stat.Sol.(b) 2Щ14), pp.3410-3415 (2004).

5) Н.Я. Минина, А.А. Ильевский и В.Краак "Термоактивационная отрицательная фотопроводимость ниже 6 К в гетероструктурах p-GaAs/Alo.sGaojAs; влияние одноосного сжатия". Письма в ЖЭТФ 82(10), 734-740(2005)

6) Н.Б. Брандт, Е.В. Богданов, А.А. Ильевский, В. Краак, Н.Я. Минина "Низкотемпературная фотопроводимость в квантовой яме p-Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As с нормальной и инвертированной гетерограницами", Вестник Московского университета (принято в печать)

Тезисы докладов на конференциях:

1) Kraak W., Minina N.Ya., Savin A.M., Ilievsky A.A., Berman I.V. Persistent photoconductivity in p-type Alo.5Gao.5As/GaAs/Ao.5Gao.5As heterostructures. -Proceedings of 9th International Symposium «Nanostructures: Physics and Technology», St. Petersburg, Russia, June 18-22, 2001, pp. 499-501

2) Александров C.C., Ильевский A.A., Минина Н.Я. Активационная проводимость в p-GaAs/Alo.5Gao.5As при комбинированном воздействии освещения и одноосной деформации, - Третья всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Тезисы докладов.Санкт-Петербург, 5-8 декабря 2001 г., с. 42

3) Minina N.Ya., Savin А.М., Ilievsky A.A., Bogdanov E.V., Sorensen C.B., Kraak W. Negative and persistent positive photoconductivity in p-type Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As. - Reviews and Short Notes to Nanomeeting-2001, Minsk, Belarus, May 22-25 2001, pp. 130-133

4) Ильевский A.A., Минина Н.Я. Проявление термоактивационной проводимости в гетероструктурах p-GaAs/Alo.sGao.sAs под освещением. -Восьмая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. Тезисы докладов, Екатеринбург, 29 марта - 4 апреля 2002 г., с. 186-187

5) Kraak W., Minina N.Ya., Savin A.M., Ilievsky A.A., Sorensen C.B., Berman I.V. Thermoactivated conductivity in p-GaAs/Alo.sGaasAs below 5 К under combined influence of illumination and uniaxial stress. - Tenth International Conference on High Pressure Semiconductor Physics. Great Britain, Guilford,

August 5-8 2002, Abstracts, p. Th03

6) Ильевский A.A., Минина Н.Я. Термоактивационная проводимость и глубокие уровни вблизи гетерограницы в p-GaAs/Afo.sGao.sAs. -Четвертая всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Тезисы докладов. Санкт-Петербург, 3-6 декабря 2002 г., с. 28

7) Краак В., Богданов E.B., Минина Н.Я., Ильевский А.А., Соренсен К.Б. Фотоиндуцированная термоактивируемая проводимость в р-GaAs/Alo.5Gao.5As ниже 5 К при одноосном сжатии. - В сб.: 33 Всероссийское совещание по физике низких температур. Тезисы докладов секций S и N: "Сверхпроводимость" и "Наноструктуры и низкоразмерные системы".Екатеринбург, 17-20 июня 2003, с.226-227

8) Minina,N.Ya., Ilievsky А.А. Negative photoconductivity in p-GaAs/Alo.sGao.jAs below 5K under illumination and uniaxial stress. -International Conference for Physical Students. Conference Handbook. Odence, Denmark. 7-14 of August 2003, pp.44-45

9) Ильевский A.A., Минина Н.Я. «Отрицательная фотопроводимость в p-GaAs/Alo.sGao.sAs гетероструктурах при температурах ниже 5 К». Тезисы докладов секции «Материаловедение» международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», Москва, Россия, 15-18 апреля 2003г., часть 2, стр. 417

10) Ильевский А. А., Минина Н.Я. Долговременные релаксационные процессы в гетероструктурах p-GaAs/AlGaAs, индуцированные освещением при температуре ниже 5.5 К. - Девятая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых. Сборник тезисов, Красноярск, 28 марта - 3 апреля 2003 г., т. 1, с. 163-164

11) Minina N.Ya., Bogdanov E.V., Savin A.M., Ilievsky A.A., Polyanskiy A.V.

Magnetic breakdown in 2D hole system at GaAs/Alo.jGao.sAs heterointerface. i

- Abstracts. 2 Int. Conf. on Materials Science and Condensed Matter Physics. Chisinau. Moldova. September 21-26, 2004, p.217

12) Bogdanov E.V., Ilievsky A.A., Kraak W., Minina N.Ya. Photoconductivity in p- GaAs/Alo.jGaasAs and deep donor like states at the heterointerface. -Abstracts. 2nd Int. Conf. on Materials Science and Condensed Matter Physics. Chisinau. Moldova. September 21-26, 2004, p.223

13)Berman I.V., Bogdanov E.V., Ilievsky A.A., Minina N.Ya., Kraak W. Pressure dependence of 2D hole mobility in thermoactivated photoconductivity effect observed in p- GaAs/Alo.5Gao.5As heterostructures. Abstracts of HPSP XI, August 2-5, 2004, Berkeley, USA, p. 84

14) Kraak W., Savin A.M., Minina N., Ilievskiy A. Transformation of 2D hole Fermi surface and magnetic breakdown in p- GaAs/Alo.sGao.sAs heterostructures under uniaxial stress. - Abstractrs of EHPRG'42 and COST AcionD30 Meeting, Lausanne, Switzerland, September 1-4, 2004, p.53

15) Ильевский А.А., Минина Н.Я. О глубоких уровнях с малой величиной термоактивационного барьера вблизи гетерограницы GaAs/AlGaAs. -ВНКСФ-10, Сборник тезисов, 1-7 апреля 2004, Москва, ч.1, сс.423-425.

16) Ильевский А.А., Зайцев А.Н., Минина Н.Я. Глубокие уровни в гетероструктурах p-Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As. - Шестая Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Тезисы докладов. Санкт-Петербург, 6-10 декабря 2004 г., с.82.

Основные выводы и результаты

1. Впервые исследованы транспортные свойства (концентрация и подвижность) 2D дырок на гетерогранице p-GaAs/Alo.jGao.sAs, легированном акцепторной примесью Be, в интервале температур 1.7 -s- 20 К при комбинированном воздействии освещения и одноосного сжатия.

2. Обнаружен термоактивационный характер низкотемпературной отрицательной фотопроводимости в гетероструктурах p-GaAs/Alo.sGaasAs и показано, что она существует только ниже 6 К. Установлено, что данное явление наблюдается при облучении красным светом с длиной волны 650 нм, однако не возникает, если длина волны света больше 750 нм. Показано, что одноосное сжатие до 4.6 кбар сильно увеличивает эффект термоактивации в гетероструктурах p-GaAs/Alo.sGao.sAs.

3. Установлено, что эффект термоактивационной отрицательной фотопроводимости в р-Ga As/Alo. 5 Gao. 5 As хорошо описывается в рамках модели глубоких донороподобных ловушек вблизи гетерограницы, если введен термоактивационный барьер, препятствующий возврату возбужденной ловушки в основное состояние. Из температурной зависимости концентрации 2D дырок в квантовой яме в условиях отрицательной фотопроводимости определена величина термоактивационного барьера Ев- 3.0 ± 0.5мэВ. В пределах точности эксперимента не обнаружено влияние одноосного сжатия на величину Ев.

4. Впервые изучены релаксационные процессы из состояния отрицательной фотопроводимости к темновому у 2D дырок в квантовой яме на гетерогранице p-GaAs/Alo.sGao.sAs после выключения освещения при различных температурах и давлениях и проведен их анализ. Установлено, что наблюдаемые релаксационные процессы также описываются в рамках выбранной модели термоактивационной отрицательной фотопроводимости с термоактивационным барьером величиной Ев — 2.0 + 0.3 мэВ, что хорошо согласуется с величиной Ев полученной из температурной зависимости концентрации 2D дырок.

5. Проведен расчет подвижности 2D дырок в квантовой яме на гетерогранице p-GaAs/Alo.5Gao.jAs в рамках выбранной модели с глубокими донороподобными ловушками и показано, что основным механизмом рассеяния в условиях отрицательной фотопроводимости является рассеяние на ионизованных светом глубоких ловушках, которые согласно расчету находятся в спейсере на расстоянии 7 т 50 нм от гетерограницы и, предположительно, являются межузельными атомами Be, диффундирующими из активного слоя. Установлено, что сильное влияние одноосного сжатия на термоактивационную отрицательную фотопроводимость определяется не изменением термоактивационного барьера, а температурной зависимостью подвижности 2D дырок вследствие рассеяния на ионизованных ловушках и, в меньшей степени, барической зависимостью их концентрации.

6. Низкотемпературная термоактивационная отрицательная фотопроводимость была обнаружена также в двойной гетероструктуре p-Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.jAs, легированной Be в активном слое. Исследована температурная зависимость холловской концентрации 2D дырок в этой структуре в интервале 4.2 200 К как под освещением, так и после его выключения. В области температур 1.7 40 К из температурной зависимости концентрации 2D дырок под освещением определена энергия термоактивации отрицательной фотопроводимости 6 ± 0.9 мэВ, которая по аналогии с одиночной гетероструктурой p-GaAsMjo.5Gao.5As определяется глубокими донороподобными ловушками на гетерограницах.

7. У вышеупомянутой гетероструктуры p-Alo.5Gao.5As/GaAs/Alo.5Gao.5As с прямой и инвертированной гетерограницами обнаружено новое явление -возникновение задержанной положительной фотопроводимости после освещения красным светодиодом при гелиевой температуре. Предполагается, что эффект положительной задержанной фотопроводимости связан с электронными ловушками, расположенными вблизи инвертированной гетерограницы. Из температурной зависимости концентрации дырок после выключения освещения в области 80 ч- 140 К определена энергия активации этих ловушек 22 ± 2 мэВ.

1. B.F. Levine, R.J. Malik, J. Walker, K.K. Choi, C.G. Bethea, D.A. Kleinman, J.M. Vanderberg " Strong 8.2 |дш infrared intersubband absorption in doped GaAs/AlAs quantum well waveguides", Appl. Phys. Lett 50(5), 273-275(1987)

2. B.F. Levine, C.G. Bethea, G. Hasnain, J. Walker, R.J. Malik "High detectivity D* = l.OxlO10 cm (Hz)1/2AV GaAs/AlGaAs multiquantum well X = 8.3 im infrared detector." Appl. Phys. Lett. 53(5), 296-298(1988)

3. B.F. Levine, C.G. Bethea, G. Hasnain, V.O. Shen, E. Pelve, R.R. Abbott, S.J. Hsieh High sensitivity low dark current 10 цт GaAs quantum well infrared photodetectors, Appl. Phys. Lett. 56(9), 851-853 (1990)

4. B.F.Levine, S.D. Gunapala, J.M. Kuo, S.S. Pei, S. Hui Normal incidence hole intersubband obsorption long wavelength GaAs/AlxGai-xAs quantum well infrared photodetector, Appl. Phys. Lett. 59(15), p. 1864-1866(1991)

5. K.M.S.V. Bandara, B.F. Levine, J.M. Kuo " p-doped single-quantum-well infrared photodetector", Phys. Rev. В 48(11), p. 7999-8001(1993)

6. Fischer, R, Drummond, T.J., Kopp, W., Morkoc, H., Lee, K., Shur, M.S. "Instabilities in modulation doped field-effect transistors (MODFETS) at 77-K." Electronics Lett. 19, 789 791 (1983).

7. J.S Rimmer, B. Hamilton, P. Dawson, M. Missous amd A.R. Peaker " Correlation between optical spectroscopy and capacitance-voltage profile simulation applied to interface states in multilayer GaAs/AlGaAs heterostructures", J. Appl. Phys. 73, 5032 (1993)

8. R. Fischer, G. Peter, E.O. Gobel, M. Capizzi, A. Frova, A. Fischer and K. Ploog "Hydrogen passivation of interface defects in GaAs/AlAs short-period superlattices", Appl. Phys. Lett. 60, 2788 (1992)

9. S.R. McAfee, D.V. Lang, and W.T. Tsang " Observation of deep levels associated with the GaAs/AlxGaixAs interface grown by molecular beam epitaxy", Appl. Phys. Lett. 40, 520 (1982)

10. K. Xie, C.R. Wie, J.A. Varriano and G.W.Wicks "Interface traps and interface recombination in AlGaAs/GaAs quantum well laser diodes", Appl. Phys. Lett 60, 428 (1992)

11. B.C. Cooman and C.B. Carter "The accomodation of misfit at {100} heterojunctions in III-V compound semiconductors by gliding dissociateddislocations", Acta metall. 37, 2765(1989)

12. E.F. Fitzgerald, G.P. Watson, R.E. Proano, D.G. Ast, P.D. Kirchner, G.D. Pettit and J.M. Woodall "Nucleation mechanisms and the elimination of misfit dislocations at mismatched interfaces by reduction in growth ares", J.Appl. Phys. 65, 2220 (1989)

13. S. Yu, T.Y. Tan, U. Gosele "Diffusion mechanism of zinc and beryllium in gallium arsenide", J. Appl. Phys. 69(6), 3547-3565(1991)

14. P. Krispin and R.Hey " Electron and Hole Traps in AlAs p+-n Junctions Grown by MBE", Materials Science Forum vols. 143-147, 339-365 (1994)

15. P. Krispin, R. Hey and H. Kostial " Intrinsic origin and composition dependence of deep-level defects at the inverted GaAs/AlxGal-xAs interface grown by molecular-beam epitaxy", J. Appl. Phys 77,p.5773-5775(1995)

16. P. Krispin, R. Hey, H. Kostial and K.H. Ploog "Growth mode-related generation of electron traps at the inverted AlAs/GaAs interface", J. Appl. Phys 837, p. 1496(1998)

17. JI. Ченг, К. Плог. Молекулярно-лучевая эпитаксия, М. Мир (1989)

18. Е.Н.С. Parker, Technology and Physics of Molecular Beam Epitaxy, Ed. New York: Plenum, 1985

19. A.C. Gossard " Growth of microstructures by molecular beam epitaxy", IEEE J. of Quantum Electronics QE-22 (9), 1649 (1986)

20. J.H. Neave, B.A. Joyce, P.J. Dobson and N. Norton, Appl. Phys. A31 "Dynamics of film growth of gallium arsenide by MBE from RHEED observations", pp.l-8(1983)

21. J.M. van Hove, P.R. Pukite, and P. Cohen " The dependence of RHEED oscillations on MBE growth parameters", J. Vac. Sci. Technol. В 3, pp. 563-567 (1985)

22. P.M. Petroff, R.C. Miller, A.C. Gossard, and W. Wiegmann " Impurity trapping, interface structure, and luminescence of GaAs quantum wells grown by molecular beam epitaxy", Appl. Phys. Lett. 44, pp. 217-219(1984)

23. D.V. Lang, A.Y. Cho, A.C. Gossard, M. Uegems, and W. Wiegmann, " Study of electron traps in n-GaAs grown by molecular beam epitaxy" J. Appl. Phys. 47, 2558 (1976)

24. N. Chand, A.M. Sergent, J.P. van Ziel, and D.V. Lang, J. Vac Sci. Technol. "Reduction and origin of electron and hole traps in GaAs grown by molecular-beam epitaxy"B 7, 399 (1989)

25. Umar S. Qurashi, M. Zafar Iqbal, and N. Baber, T.G. Andersson "Effects of A1 doping on deep levels in MBE GaAs", J. Appl. Phys. 78(8), 5035(1995)

26. G.S. Spencer, J. Menendez, L.N. Pfeiffer, and K.W. West "Optical-phonon Raman-scattering study of short-period GaAs-AlAs superlattices: An examination of interface disorder", Phys. Rev. В 52, 8205(1995)

27. B.Jusserand and F. Mollot "Long range gallium segregation in the AlAs layers of GaAs/AlAs superlattices", Appl. Phys. Lett. 61, 423 (1992)

28. P.M. Young and H. Ehrenreich " Evidence for quantum well asymmetry in optical absorption", Appl. Phys. Lett. 61, 1069(1992)

29. W. Braun, A. Trampert, L. Daweritz, K. Ploog "Nouniform segregation of Ga at AlAs/GaAs heterointerfaces" Phys. Rev. В 55(3), p.1689-1695 (1997)

30. T. Achtnich, G. Burri,M. A. Py and M. Ilegems, "Secondary ion mass spectrometry study of oxygen accumulation at GaAs/AlGaAs interfaces grown by molecular beam epitaxy", Appl. Phys. Lett 50, 1730(1987)

31. T. Saku, Y. Horikoshi, and S. Tarucha " High-mobility inverted modulation-doped GaAs/AlGaAs heterostructures", Jpn. J. Appl. Phys., Part. 1 33, 4837 (1990)

32. N. Chand, S.N.G. Chu and M. Geva " Effects of substrate misorientation on incorporation of ambient oxygen and interfacial roughness in AlGaAs/GaAs heterostructures grown by molecular-beam epitaxy", Appl. Phys. Lett. 59, 2874 (1991)

33. O. Albrektsen and H. Salemink " Tunneling microscopy and spectroscopy on cross sections of molecular-beam-epitaxy-grown (Al)GaAs multilayers", J. Vac. Sci. Technol. В 9, 779 (1991)

34. H. Morkoc, T.J. Drummond, R. Fischer, and A.Y. Cho "Moderate mobility enhancement in single period AlxGaixAs/GaAs heterojunctions with GaAs on top", J. Appl. Phys 53, 3321 (1982)

35. Андо Т., Фаулер А., Стерн Ф., Электронные свойства двумерных систем. М. Мир 1982 (T.Ando, A. Fowler, F. Stern, "Electronic properties of two-dimensional systems", Review of Modern Physics, Vol.54, No.2, 1982)

36. T.Forchhammer, E. Veje, P Tidemand-Peterson "Experimental determination of the conduction-band offset at GaAs/AlxGai-xAs heterojunctions with the use of ballistic electrons", Phys. Rev. В 52(20), 14693(1995)

37. Wang Ren-zhi, Ke San-huang, Huang Mei-chun "Valence-band offset at AlxGai.xAs/GaAs: Applicaton of average-bond-energy theory in conjunction with thecluster expansion method", Phys. Rev. В 51(3), 1935(1995)

38. Т. Ando "Self-consistent results for a GaAs/AlGaAs heterojunction.", J. Of the Phys. Soc. Of Jap. 54, pp. 1528-1536 (1985)

39. U.Ekenberg, and M. Altarelli "Calculation of the hole subbands at the GaAs/AlxGai-xAs interface", Phys. Rev. В 30, pp. 3569-3572 (1984)

40. Колоколов К.И. "Анизотропия энергетического спектра и оптические переходы в гетероструктурах p-GaAs/Alo.sGao.jAs при одноосном сжатии". -Канд. Дисс., М., МГУ, 1999

41. F.J.Ohkawa and Y.Uemura "Hartree approximation for the electronic structure of a p-channel inversion layer of silicon MOS metal-oxide-semiconductor]", Prog. Theor. Phys., Suppl.57,164 (1975)

42. E.Bangert and G.Landwehr " Self-consistent calculations of electric subbands in p-type silicon inversion layers", Surf.Sci. 58, 138 (1976)

43. J.P. Eisenstein, H.L. Stormer, V. Narajanamurti, A.C. Gossard, W.Wiegmann "Effect of inversion symmetry on the band structure of semiconductor heterostructures", Phys.Rev.Letters 53, 2579, 1984;

44. H.L. Stormer, Z.L.Schlesinger, AChang, D.C.Tsui, A.C.Gossard and W.Wiegman "Energy structure and quantized Hall effect of two-dimensional holes". Phys.Rev.Lett.,1983, v.51, p.126

45. E.E. Mendez "Two-dimensional holes at high magnetic fields", Surf. Sci. 170, 561(1986)

46. O.P. Hansen, W.Kraak, N. Minina, J.S. Olsen, B. Saffian, and A.M. Savin " Effect of uniaxial compression on quantum Hall plateaus and Shubnikov~de Haas oscillations in p-type GaAs/AlxGai.xAs heterostructures", Phys. Stat. Sol (b) 198, 295 (1996)

47. Г.Л. Бир, Г.Е. Пикус. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках,- М. Наука, 1972

48. Е. Bangert, G. Landwehr "Self-consistent calculation of electric subbands in p-type GaAlAs-GaAs heterojuctions, Superlattices and Microstructures". 1(4), 363-367(1985)

49. Краак В., Савин А.М., Минина Н.Я.,. Ильевский А.А, А.А Полянский А.А, Письма в ЖЭТФ, 2004, т.80, в.5, сс.398-402

50. AM. Savin, С.В. Soerensen, О.Р. Hansen, N.Ya. Minina and M. Henini, Semicond. Sc. and Technol. 14, 632-636 (1999)

51. H.E. Алексеевский, Ю.П. Гайдуков и др., Электроны проводимости, Изд. «Наука», Москва 1984 г

52. Н.Е. Алексеевский, К.-Х. Бергель, В.И. Нижанковский, М. Глиньский, Г. Фукс, ЖЭТФ 73, 700 (1977)

53. Ju. Н. Kim, S.Y. Han, J.S. Brooks " Magnetic breakdown phenomenon in quasi-two-dimensional organic conductors: A quantum model inspired by a realistic band structure", Phys. Rev. В 60, 3213 (1999)

54. R.Dingle, H.L. Stormer, A.C. Gossard, and W. Wiegmann "Electron mobilities in modulation-doped semiconductor heterojunction superlattices.", Appl. Phys. Lett. 33, 665 (1978)

55. H.L. Stormer, A.C. Gossard and W. Wiegmann "Observation of intersubband scattering in a 2-dimensional electron system", Solid State Commun. 41, 707 (1982)

56. K.Lee, M.S. Shur, T.J.Drummond, H.Morkoc "Low field mobility of 2-d electron gas in modulation doped AlGaAs/GaAs layers" J.Appl. Phys. 54(11), p.6432 (1983)

57. W.Walukiewicz, HE.Ruda, J.Lagowski, H.C. Gatos "Electron mobility in modulation doped heterstructures" Phys.Rev.B, 30(8) p.4571(1984)

58. B.JI. Бонч-Бруевич, С.Г. Калашников, «Физика полупроводников», М. Наука, 1990

59. С1. В. Sorensen, Ph.D. Thesis, Nov. 1998, Mikroelektronik Centret, and Niels Bohr Institute f. AFG, MBE-Growth, Processing and Characterization of Low Dimensional GaAs/AlAs Heterostructures

60. P.J. Price "Two-dimensional electron transport in semiconductor layers. I. Phonon scattering", Annals of Physics (San Diego) 133, 217(1981)

61. D.C. Tsui, A.C. Gossard, G. Kaminsky, and W. Wiegmann "Transport properties of GaAs-AlxGaixAs heterojunction field-effect transistors", Appl. Phys. Lett. 39, 712 (1981)

62. J. Behrend, M. Wassermeier, W. Braun, P. Krispin and K.H. Ploog "Formation of GaAs/AlAs(001) interface studied by scanning tunneling microscopy". Phys. Rev. В 53, 9907 (1996)

63. H.C. Gatos, N.C. Lavine "Characteristics of the {111} surfaces of the Groups III-V intermetallic compounds", J. Electrochem. Soc. 107, 427(1960)

64. Y. Marcus, U. Meirav, H. Shtrikman, and B. Laikhtman "Anisotropic mobility and roughness scattering in a 2D electron gas", Semicond. Sci. Technol., 9, 1297 (1994)

65. Yang В., Cheng Y., Wang Z., Liang J., Liao Q., Lin L., Zhu Z., Xu B. and Li W. " Interface roughness scattering in GaAs-AlGaAs modulation-doped heterostructures", Appl. Phys. Lett. 65, 3329 (1994)

66. Y. Tokura, T. Saku, S. Tarucha and Y. Horikoshi "Anisotropic roughness scattering at a heterostructure interface", Phys. Rev. В 46, 15558 (1992)

67. S. Pollitt, M. Pepper and C. J. Adkins "The Anderson transition in silicon inversion layers", Surf. Sci. 58, 79 (1976)

68. E. Abrahams, P. W. Anderson, D. C. Licciardello, Т. V. Ramacrishman "Scaling theory of localization: Absence of quantum diffusion in two dimensions", Phys. Rev. Lett. 42, 637 (1979)

69. A. G. Aronov, P. A. Lee, B. L. Altshuler "Interaction effects in disordered Fermi systems in two dimensions", Phys. Rev Let. 44, 1288-1291(1980)

70. С. B. Duke "Zero-Bias Tunnel-Conductance Minima Due to the Excitation of Collective Modes in the Barrier", Phys. Letters 24A, 461 (1967).

71. E.M. Hamilton " Variable range hopping in a non-uniform density of states", Philos. Mag. 26, 1043 (1972)

72. M. Y. Simmons, A. R. Hamilton, M. Pepper, E. H. Linfield, P. D. Rose, D. A. Ritchie, A. K. Savchenko, and T. G. Griffiths "Metal-Insulator Transition at В = 0 in a Dilute Two Dimensional GaAs-AlGaAs Hole Gas", Phys. Rev. Let. 80, 1292 -1295 (1998)

73. E. Arnold " Conduction mechanisms in bandtails at the Si—SiC>2 interface", Surf. Sci. 58, 60(2002)

74. S. I. Khondaker, I. S. Shlimak, J. T. Nicholls, M. Pepper, and D. A. Ritchie, "Two-dimensional hopping conductivity in a delta-doped GaAs/AlxGai-xAs heterostructure" Phys.Rev. В 59, 4580-4585 (1999)ьss:

75. M.I. Nathan "Persistent photoconductivity in aluminum gallium arsenide/gallium arsenide modulation doped, layers and fi6ld effl£t transistors: a review", Solid State Electron. 29, 167 (1986)

76. A. Kastalsky and R. A. Kiehl " (AlGa)As/^aAs modulation-Doped Field-Effect Transistors", IEEE Trans. Electron Dev. ED-33, 414 (1986)

77. P.M. Mooney "Deep donor levels (DX-centers) in III-V semiconductors", J. Appl. Phys. 67, R1 (1990)

78. D.J Chadi and K.J. Chang "Energetics of DX-center formation in GaAs and AlxGai.xAs alloys", Phys. Rev. В 39,10063 (1989)

79. Ming-Fu Li "Modern semiconductor quantum physics", World Scientific, Singapore-New Jersey-London-Hong Kong (1994), 315

80. A.R.Peaker and F.Saleemi «Defect Energy Levels in AlGaAs» in Properties of Aluminium Gallium Arsenide, edited by S. Adachi, EMIS Datareview Series No. 7 (INSPEC, London, 1993), pp. 269-277

81. D.V. Lang, R.A. Logan, and L.C. Kimerling " "Observation of deep level energy shifts as a function of composition in AlxGai.xAs mixed crystals," Proceedings of the 13th International Conference on the Physics of Semiconductors, NETHERLANDS, 615 (1976).

82. M. Ilegems "Beryllium doping and diffusion in molecular-beam epitaxy of GaAs and AlxGaixAs", J. Appl. Phys. 48, 1278 (1977)

83. S. Jujita, S.M. Bedair, M.A. Littlejohn, and J.R. Hauser " Doping characteristics and electrical properties of Be-doped p-type AlxGal-xAs by liquid phase epitaxy", J. Appl. Phys. 51, 5438 (1980)

84. N. Chand, A.S. Jordan, and S.N.G. Chu " Residual oxygen levels in AlGaAs/GaAs quantum-well laser structures: Effects of Si and Be doping and substrate misorientation", Appl. Phys. Lett. 59, 3270 (1991)

85. L. Pavesi and M. Guzzi " Photoluminescence of AlxGaixAs alloys", J. Appl. Phys. 75, 4779(1994)

86. H.L. Stormer and W.-T. Tsang "Two-dimensional hole gas at a semicnoductor heterojunction interface, Appl. Phys. Lett" 36, 685 (1980)

87. Norihiko Kamata, Kikiio Kobayashi, Koichi Endo, Takeo Suzuki and Akira Misu " Growth Temperature Dependence of Disorderings in a Be-Doped GaAs/AlAs Multilayered Structure", Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 26, 1092(1987)

88. Masahiko Morita, Kikuo Kobayashi, Takeo Suzuki and Yoshimichi Okano "Photoluminescence from Highly Be-Doped AlGaAs Grown by MBE", Jpn. J. Appl. Phys Part 1 28, 553 (1989)

89. Seref Kalem and Gregory E. Stillman "Deep Acceptor Levels in Molecular Beam Epitaxial High Purity p-Type GaAs", Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 33, 6086 (1994)

90. J.C. Chen, Z.C. Huang, Bing Yang, H.K. Chen, Tao Yu, and Kun-Jing Lee "Effect of Se-doping on Deep Impurities in AlxGai-xAs Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition", J. Electron. Mater. 24, 1667(1995)

91. J. Szatkowski, Platczek-Popko, K. Sieranski, and O.P. Hansen, "Deep hole traps in Be-doped Alo.5Gao.5As layers grown by molecular beam epitaxy", J. App. Phys. 86(3), 1433 (1999)

92. RJ.Nelson «Long-lifetime photoconductivity effect in n-type GaAlAs», Appl. Phys. Lett. 31,351 (1977)

93. H.J.Queisser and D.E.Theodorou "Decay kinetics of persistent photoconductivity in semiconductors", Phys. Rev. В 33, 4027 (1986)

94. A. Kastalsky and J. С. M. Hwang " Study of persistent photoconductivity effect in n-type selectively doped AlGaAs/GaAs heterojunction", Solid State Commun. 51,317(1984)

95. L. Pfeiffer, E. F. Schubert, K.W. West and C.W. Magee " Si dopant migration and the AlGaAs/GaAs inverted interface", Appl. Phys. Lett., 58(20), p. 2258(1991)

96. H.J. Queisser and D.E. Theodorou " Hall-effect analysis of persistent photocurrents in n-GaAs layers", Phys. Rev. Lett., 43, 401(1979)

97. E.F. Schubert, J. Knecht and K. Ploog " Transient and persistent photoconductivity in n-AlxGal-xAs and selectively doped n-AlxGal-xAs/GaAs heterostructures", J. Phys. C: Solid State Phys. 18, L215-L221 (1985)

98. D.V.Lang " Deep-level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors", J. Appl. Phys. 45, 3023 (1974)

99. M. F. Li, W. Shan, P. Y. Yu, W. L. Hansen, E. R. Weber, and E. Bauser "Pressure dependence of the DX center in GaixAlxAs:Te in the vicinity of the Г-Х crossover", Appl. Phys. Lett. 53, 1195 (1988)

100. W. Shan, P. Y. Yu, M. F. Li, W. L. Hansen, and E. Bauser "Pressuredependence of the DX center in Gai.xAlxAs:Te", Phys. Rev. В 40, 7831 (1989)

101. N.S.Caswell, P.M.Mooney, S.L.Wright, and P.M.Solomon "Effect of the silicon doping concentration on the recombination kinetics of DX centers in Alo.35Gao.65As", Appl. Phys. Lett. 48, 1093 (1986)

102. P.M.Mooney, N.S.Caswell, and S.L.Wright "The capture barrier of the DX center in Si-doped AlxGaixAs", J. Appl. Phys. 62, 4786 (1987)

103. V. Mosser, S. Contreras, J. L. Robert, R. Piotrzkowski, W. Zawadzki, and J. F. Rochette «Negative charge state of the DX center in AlxGai.xAs:Si» , Phys. Rev. Lett. 66, 1737 (1991)

104. H. Pettersson and H. G. Grimmeiss, L. Powell, С. C. Button, J. S. Roberts, and P. I. Rockett " Persistent decrease of dark conductivity due to illumination in AlGaAs/GaAs modulation-doped heterostructures", J. Appl. Phys. 74, 5596(1993)

105. C.S. Chang, H.R. Fetterman, D. Ni, E.Sovero, B. Mathur and W.J. Ho "Negative photoconductivity in high electron mobility transistors", App. Phys. Lett. 51,2233(1987)

106. M.J. Chou, D.C. Tsui and G. Weimann "Negative photoconductivity of two-dimensional holes in GaAs/AlGaAs heterojunctions", Appl. Phys. Lett. 47, 609 (1985)

107. S. Juen, R.A. Hopfel and A.C. Gossard " "Negative photoconductivity due to carrier drag in GaAs/AlGaAs quantum wells" S, Appl. Phys. Lett. 54(21), 2097(1989)

108. R.A. Hopfel "Extremely high negative photoconductivity in p-modulation-doped GaAs quantum wells", Appl. Phys. Lett. 52, 801 (1988)

109. Петросян С.Г., Шик А.Я. ЖЭТФ «Контактные явления в низкоразмерном электронном газе», 1989, 96, стр.2229

110. Петросян С.Г., Шик А.Я. «Контактные явления в двумерном электронном газе» ФТП, 1989, 23, стр.1113

111. Кульбачинский В.А. Изменение энергетического спектра у висмута и сплавов висмут-сурьма при сильных деформациях типа одноосного сжатия и растяжения. Канд. Дисс., М., МГУ, 1978

112. O.P.Hansen, J.S. Olsen, W.Kraak, B.Saffian, N.Ya.Minina, and A.M.Savin "Spin splitting in a 2D hole system under uniaxial compression" Phys. Stat. Sol. (b) 198, 295 (1996)

113. O.P.Hansen, J.S.Olsen, W.Kraak, B.Saffian, N.Ya.Minina, and A.M.Savin, "Effect of uniaxial compression on quantum Hall plateaus and Shubnikov-de Haasoscillations in p-type GaAs/AlxGai.xAs heterostmctures" Phys.Rev.B 54, 1533 (1996)

114. Юнович А.Э. «Механизмы излучательной рекомбинации, обусловленные примесями в полупроводниковых соединениях AIIIBV и AIVBVI» диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. Москва, МГУ, 1988

115. Золина К.Г., Кудряшов В.Е., Туркин А.Н., Юнович А.Э. «Спектр электролюминесценции светодиодов на основе InGaN/AlGaN гетероструктур с квантовыми ямами», ФТП, 1997. том31, №9, стр.1055

116. R М Kusters, Т J В М Janssen, С J G М Langerak, J Singleton, JAAJ Perenboom, G А С Jones, D A Ritchie and J E F Frost, "A novel mechanism for parallel conduction in GaAs-(Ga,Al)As heterojunctions", Semicond. Sci. Technol. 7, 961(1992)

117. Savin A.M., Minina N.Y.a., Polyanskiy A.V., Sorensen C.B., Hansen O.P., Berman I.V. " Anisotropy of Two-Dimensional Electron and Hole Mobilities in (001) GaAs/AlxGai-xAs Heterostmctures Under Uniaxial Stress", High Pressure Research 22, 267 (2002)

118. E.F. Schubert, J.M. Kuo, R.F. Kofp, H.S. Luftman, L.C. Hopkins, and N.J. Sauer " Beryllium 8-doping of GaAs grown by molecular beam epitaxy", J. Appl. Phys. 67(4), 1969(1990)

119. J. Szatkowski, K. Sieranski, A. Hajdusianke, E. Placzeck-Popko "Deep hole traps in Be-doped Alo.2Gao.8As layers grown by molecular beam epitaxy" Physica В 340-342, 345 (2003)