Теоретическое исследование зонной структуры и оптических и кинетических свойств квазиодномерных электронных систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

« ^ГЧЭ-ПМЭ-ЗЦ-Ь ЬЧ <№8П№31ГЬ ЪЩиЩЧ1РПНЭЗПКЬ

ьръгчиы* «пьви^Ш/ <иита.ишчгь

ггз ОД

ШЪргГшрифртфШршцшО 2 9 /\8Г 2.3И

■ечш^имюиФ шлзгчгьизкь -щииииго-ьрг» о-пвмг^цч, ШППЬЗЧ.Ш5№ ЬЧ 0<Ч8№№ИЪ ПЬ «ЩЗМЫЭ-ЗПКЬЪЬРЬ

вьииииъ ПШПМГъииЬРШчО-ЗПЫ.

4.04.10 - «4{1ишЬшдпр1)11^СЬр[1 и ц^ЫрпрЭДйЬр}! ф^чЭДш» йшийшз}шт1р.|ш11р ЗФфЦшйшрМшиф^шЦшй «фттвдтМЬр!! рЬЦСшйпф ^тш1}шИ шит^бшйр Ьицдйшй штЬОш^пширриО

иъигцц-м*

ЬРЬЧиЪ-2000

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РА ЕРЕВАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Агасян Мгер Мартиросович

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОННОЙ СТРУКТУРЫ И ОПТИЧЕСКИХ И КИНЕТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КВАЗИОДНОМЕРНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01. 04. 10 - "Физика полупроводников и диэлектриков"

ЕРЕВАН- 2000

ЦтЬСифшипу^шС рЬйшС Ишитшт^Ь]. Ь ЬришС}1 щЬшш^шй Ьш&щишршСшиЗ

О-^шшЦшй цЫ}Ш1{шр'

|5шр. ч1ип. цп1}тпр, щрпфЬипр

11. и. ^фрш^пщшВ

'Чш^итСшЦшС рйвд^ифтиСЬр' йшр. ч^ш. цпЦшпр, ицтфЬипр

и. 4. 'ЧЬтрпириВ,

Йшр. цпЦшпр, щрпфЬипр ■4. П-. ЦДОшщшб

Чпш^шшшр (цлкрЗш^ЬрщтррШ' « 0-1Ш П-Ш11]тф11ф11и1)11 и

^ЫрпрпОЭДш^ ¡Шиифиишп

'Чи^тириСтррШр тЬг^ ЦпШЬОш 2000р. б» Л Плфм^ Лийр /З0-^

ЬрЬшО^ и|Ьшш1)шО ЬшйицишршО}! 049 ¿шиОи^тшЦшС {ипрЬрф й[1ишпи5: <шидЫГ 375049, ЬрЬшб, и. ишСт^шй 1

итЬйш[ипипщшО[11}шрЬф Ь СгшОпршйш]. qpшI}шpшGnll5:

«Д> А ги ^¡ьи^г. 2000р.

ШииОи^тш^шй {ипрЬрг111 д^шшЦшй ршртпщшр'

ф!^. ишр. qJ^ш. рЬ^бшдт, цпдЬйт Ч. "1. -еициШрищиШ

Тема диссертации утверждена в Ереванском государственном университете

Научный руководитель: доктор физ. мат. наук, профессор

А. А. Киракосян

Официальные оппоненты:

доктор физ. мат. наук, профессор С. Г. Петросян,

доктор физ. мат. наук, профессор Г. Р. Минасян,

Ведущая организация:

Институт радиофизики и электроники НАН РА

Защита состоится 4 ЬО^Л-1%• 2000 г. в /3°°часов на заседании

специализированного совета 049 Ереванского государственного университета по адресу: 375049, Ереван, ул. А. Манукяна 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЕГУ.

Автореферат разослан

Ы-ЬрКЛ,_ 1999 г.

Ученый секретарь специализированного совет.

? -^кандидат физ. мат. наук,

.-доцент В. П. Калантарян

13 03

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Современное состояние физики полупроводниковых низкоразмерных электронных систем характеризуется уникальным сочетанием фундаментальных научных исследований в области теории и научного эксперимента, новых технологий для создания различных полупроводниковых гетероструктур с точностью, сравнимой с атомными размерами и непосредственным применением таких структур в разнообразных функциональных устройствах и приборах современной микро- и наноэлектроники.

Исследования в области физики низкоразмерных систем обеспечили существенные достижения в решении важнейшей проблемы физики твердого тела и физики полупроводников, а именно: создание веществ с заданными физическими свойствами.

Возможность управления зонной структурой полупроводника посредством изменения геометрических размеров образца в одном, двух и трех направлениях - явление размерного квантования - предоставляет широкие возможности для создания систем с физическими характеристиками, отсутствующими у массивных образцов одних и тех же полупроводниковых веществ. Сочетание размерного квантования со внешними факторами воздействия на систему, в первую очередь, внешнего магнитного поля и обусловленного им магнитного квантования, позволяет управлять самой размерностью системы в процессе функционирования данной наноструктуры.

Исследования свойств двумерных (2Б) электронных систем вскоре привели к открытию новых физических особенностей этих систем, таких как ступенчатый характер коэффициента оптического поглощения, сильный экситонный резонанс, наблюдаемый даже при комнатных температурах, большая оптическая нелинейность, квантово-размерный эффект Штарка [1].

Эти открытия привели к созданию различных новых оптических приборов: лазеров на квантовых ямах, высокоскоростных оптических модуляторов, оптических переключателей, оптических бистабильных приборов и т.д. [2,3].

Сегодня можно констатировать, что лазеры и модуляторы на квантовых ямах стали наиболее удобными и широко применяемыми приборами в оптических системах передачи и хранения информации.

После теоретических работ [4] и [5] были развернуты интенсивные теоретические и экспериментальные исследования одномерных (Ш) электронных систем. Созданные на основе полупроводниковых гетероструктур с Ш электронным газом различные приборы многими показателями превосходят свои 20-аналоги [6].

Интенсивные исследования систем с трехмерным квантованием-квантовых точек, были развернуты после открытия явления самоорганизации в полупроводниковых системах [6]. Были реализованы идеальные гетероструктуры с квантовыми точками с высоким квантовым выходом излучательной рекомбинации и высокой однородностью по размерам [6]. Уже созданы инжекционные лазеры на квантовых точках, которые демонстрируют низкие значения пороговой плотности тока и рекордную температурную стабильность при низких температурах [7].

В настоящее время, после трех десятилетий исследования двумерных электронных систем, мы входим в мир одно- и нульмерной физики и приборов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

1. Теоретическое исследование зонной структуры полупроводниковой проволоки круглого сечения с покрытием из полупроводника с большей, чем у вещества проволоки шириной запрещенной зоны, в рамках модели ступенчатой бесконечно глубокой потенциальной ямы-СБЯ.

2. Изучение примесных состояний в полупроводниковой проволоке с покрытием как при отсутствии, так и при наличии магнитного поля, направленного вдоль оси проволоки.

3. Изучение поглощения монохроматического излучения в размерно квантованной полупроводниковой проволоке с покрытием, с учетом сложной зонной структуры ее валентной зоны.

4. Исследование электрон-фононного рассеяния в квантовых проволоках с произвольной формой поперечного сечения при взаимодействии электронов с деформационными, пьезоэлектрическими акустическими и полярными оптическими объемными фононами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Представлена новая теоретическая модель для описания кванто-вомеханических состояний носителей заряда в СБЯ. Выявлена зависимость квантовых уровней энергии от характеристик системы: радиуса проволоки, толщины покрывающего слоя, концентрации сплава, значений эффективных масс носителей заряда, а также от величины направленного вдоль оси проволоки магнитного поля. Найдены аналитические выражения для волновых функций носителей.

2. Впервые решена задача об определении энергии связи примесного центра в рамках модели СБЯ. Получено общее аналитическое выражение для энергии связи, учитывающее как наличие пространственной ограниченности системы, так и ее диэлектрическую неоднородность. Задача решена также при наличии магнитного поля, направленного вдоль оси системы. Выявлено существенное влияние диэлектрической постоянной окружающей проволоку с покрытием среды на энергию связи примесного центра.

3. Проведен расчет энергетических подзон валентной зоны предложенной модельной системы. В рамках метода эффективного гамильтониана Кейна записана система диффернциальных уравнений для компонент волновых функций. Выведены законы дисперсии для легких

и тяжелых дырок, с учетом различия эффективных масс в проволоке и в покрытии, и явные аналитические выражения для компонент волновых функций.

4. Впервые исследовано оптическое поглощение в проволоке с покрытием с учетом конкретной зонной структуры как зоны проводимости, так и валентной зоны. Найдено аналитическое выражение для коэффициента поглощения для межзонных разрешенных переходов и на его основе идентифицированы оптические переходы между различными энергетическими состояниями. Обнаружены межзонные оптические переходы, запрещенные в случае проволоки без покрытия в неограниченной среде. Показано, что поглощение в проволоке с покрытием существенно зависит от поляризации падающего на систему излучения, что указывает на сильное перемешивание состояний валентной зоны.

5. Развита теория для мощности энергетических потерь электрона и темпа релаксации электронной температуры в квантовой проволоке произвольного сечения при рассеянии электронов на деформационных, пьезоэлектрических акустических и полярных оптических фононах. Исследована зависимость мощности энергетических потерь в цилиндрической проволоке круглого сечения и в проволоке с ограничивающими параболическими потенциалами в магнитном поле, перпендикулярном оси проволоки, от параметров задачи.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Полученные в диссертации теоретические результаты представляют самостоятельный интерес с точки зрения теории низкоразмерных полупроводниковых систем. Они могут быть использованы для трактовки имеющихся экспериментальных данных и постановки новых экспериментов, направленных на углубление представлений о физических свойствах низкоразмерных систем. Некоторые из полученных результатов могут служить физической основой конструирования новых функциональных элементов и приборов твердотельной электроники на базе низкоразмерных полупроводниковых

структур, а также могут быть использованы при улучшении характеристик уже действующих приборов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Теоретическая модель для описания размерно квантованной полупроводниковой проволоки с покрывающим слоем из полупроводника с большей, чем у проволоки, шириной запрещенной зоны — модель ступенчатой бесконечно глубокой потенциальной ямы — СБЯ. Изменение радиуса проволоки, толщины покрывающего слоя, высоты потенциального барьера между проволокой и покрытием путем изменения концентрации сплава или вещества покрывающего слоя позволяет перестраивать энергетический спектр и волновые функции носителей заряда в указанной наноструктуре.

2. Усиление неоднородности рассматриваемой наносистемы, обусловленное уменьшением значений диэлектрической постоянной покрытия и окружающей среды, а также уменьшением отношения радиусов проволоки и покрытия, всегда приводят к увеличению энергии связи примесного центра, расположенного на оси симметрии наносистемы.

3. Уменьшение толщины покрытия приводит к усилению оптического поглощения, при этом практически не влияя на его поляризационную зависимость.

4. Посредством изменения формы поперечного сечения квантовой проволоки можно контролировать мощность энергетических потерь пробного электрона и темп релаксации электронной температуры при рассеянии электронов на деформационных, пьезоэлектрических акустических и полярных оптических фононах.

5. С помощью магнитного поля, направленного перпендикулярно к оси проволоки, можно подавлять испускание полярных оптических фононов в квантовой проволоке с параболическим ограничивающим потенциалом, путем смещения порога испускания.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на семинарах кафедры физики твердого тела ЕГУ и докладывались на II Национальной конференции по полупроводниковой микроэлектронике (Дилижан, 1999), международных конференциях "Мелкие примеси в полупроводниках" (Монпелье, Франция, 1998), "Рассеяние фононов в твердых телах" (Ланкастер, Великобритания, Фонон-98), "Евроконференция на тему Нанонаука для Нанотехники" (Антверпен, Бельгия, 1999).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 8 работ, список которых приводится в конце автореферата.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 150 наименований, Общий объем работы 105 страниц, включая 30 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрена задача определения энергетического спектра и волновых функций электрона и дырки в размерно квантованной полупроводниковой проволоке круглого сечения, покрытой слоем другого полупроводника с большей, чем у проволоки, шириной запрещенной зоны. Предполагается, что на внешней границе покрывающего слоя потенциал бесконечен (СБЯ). Исследовано также влияние магнитного поля, направленного вдоль оси проволоки, на электронные состояния в СБЯ.

В §1 дан обзор литературы по вопросам, рассмотренным в этой главе.

В §2 рассмотрено влияние покрывающего слоя на состояния электрона в СБЯ, при учете различия эффективных масс электрона в проволоке (ш,) и в покрывающем слое (т2). На рис. 1,а представлена зависимость энергетических уровней s„0 от радиуса проволоки Л, при фиксированном радиусе покрытия Д2 = 150 А для полупроводникового

соединения СаА5-Оа0ЬА1а>Аз. На рис. 1,6 представлена та же зависимость для соединения Щ8{/])-СЖ (И2 =100А). В каждой паре кривых верхняя (прерывистая) соответствует предположению т1=т2. Из. рис. 1 очевидно, что с увеличением различия эффективных масс в проволоке и в покрытии усиливаются осцилляции для состояний

вне ямы, а также более четко проявляются минимумы в области Д, < Я2. С увеличением номера подзоны увеличивается глубина минимумов и осцилляций надбарьерных состояний, что связано с вероятностью нахождения электрона в барьерном слое.

(а) . (б)

Рис. 1. График зависимости энергетических уровней от радиуса проволоки Я, для СБЯ из СоЛ:!-Ся06/</04Л1 с Д2=150А (а) и из Яг=100А(б). Преры-

вистые кривые соответствуют предположению т1 = тг, пунктирно-точечная кривая представляет высоту потенциального барьера.

В §3 рассмотрено влияние магнитного поля на электронные состояния в СБЯ. Как и следовало ожидать, с увеличением напряженности магнитного поля, т.е., с уменьшением размеров области локализации электрона, влияние покрывающего слоя и различия эффективных масс уменьшается.

В §4 методом огибающей функции, с учетом различия эффективных масс дырок исследованы дырочные состояния Г, валентной зоны в СБЯ из СаА5-ОаюА103Аз. Найдены волновые функции, и получено уравнение для определения собственных значений энергии дырок. Предложен метод учета различия эффективных масс дырок. Из численных расчетов, проведенных для СБЯ из СаАз-вОщА^^Ах и /н0 53Са047Л.$ - 1пР, следует, что наличие покрывающего слоя и учет различия эффективных масс дырок приводит к тем же особенностям, что и для зоны проводимости. В [21] приведены данные по измерению фотолюминесценции в проволоке с прямоугольным сечением (¿,=40 А, Ьу = 50А), где первому максимуму кривой с полушириной 7.7мэВ соответствует значение энергии е, =1.63383 эВ. Расчеты для проволоки с Я , = к =25.2А при К 2=2К ] показывают, что прямым переходам

электронов из верхнего уровня валентной зоны в зону проводимости соответствует значение энергии, превышающее е1 на величину 10.4мэВ, что находится в хорошем соответствии с экспериментом.

Вторая глава диссертационной работы посвящена исследованию примесных состояний в СБЯ как в отсутствии, так и при наличии однородного магнитного поля, направленного вдоль оси проволоки. Численные расчеты проведены для СБЯ из (ЗаАя-Са^А^Ая.

В §1 дан обзор литературы по вопросам примесных состояний в квазиодномерных системах.

В §2 вариационным методом вычислен^ энергия связи еь водородо-подобной примеси, находящейся на оси проволоки в СБЯ. Исследовано поведение энергии связи примеси в зависимости от параметров задачи. Получено, что энергия связи примеси увеличивается с уменьшением радиусов проволоки и покрывающего слоя, и с увеличением концентрации х сплава А!.

В §3 рассмотрено влияние магнитного поля В, направленного вдоль оси проволоки, на примесные состояния в СБЯ. Наличие магнитного поля приводит к увеличению энергии связи, при этом скорость роста, в зависимости от В, больше при больших радиусах проволоки и слоя, и малых значениях концентрации х. Учет различия эффективных масс электрона в проволоке и в покрывающем слое приводит к уменьшению энергии связи. Из расчетов следует, что даже при В = 40 Т неточность, вносимая приближением тг и т,, такая же, как и при В = 0.

В §4 рассчитана энергия взаимодействия двух зарядов в СБЯ с учетом различия диэлектрических постоянных (ДП) проволоки (), покрытия [х2) и окружающей среды (). Получено аналитическое выражение для потенциала примесного центра, находящегося на оси

V.

Рис. 2. График зависимость энергии связи примесного центра от радиуса проволоки (= ав, Х\ = 13,18, ав я Е„- эффективный боровский радиус и эффективная ридберговская энергия в проволоке).

В §5 рассмотрено влияние диэлектрической неоднородности рассматриваемой системы на энергию связи примеси в СБЯ как в отсутствии, так и при наличии магнитного поля, направленного вдоль оси

и

проволоки. Ввиду малых поперечных размеров системы, поле примеси сосредоточено вне проволоки и, в основном, в окружающей систему среде, поэтому изменение ДП среды существенным образом влияет на энергию связи. При увеличении радиуса проволоки влияние различий ДП на энергию связи уменьшается, а минимумы при Л, <,И2, связанные с различием эффективных масс, сглаживаются (чем больше неоднородность, тем сильнее сглажены минимумы).

Исследована также зависимость еь от радиуса покрытия К2. Для фиксированного значения Я, еь (Л,, Л2) имеет максимум при й, = К2 и затем резко падает, стремясь к значению при Я2 -»°о. Кривые, соответствующие большим значениям х, а также большим значениям Хг и Хг (при фиксированном х) убывают сравнительно медленно. При учете различия ДП энергия связи больше в СБЯ, чем в проволоке в неограниченной среде, однако последняя система более чувствительна к неоднородностям. Наличие магнитного поля приводит к росту энергии связи, при этом скорость роста в зависимости от магнитного поля увеличивается как с уменьшением концентрации сплава, так и с уменьшением ДП покрытия и окружающей среды.

Третья глава посвящена исследованию оптических и кинетических свойств полупроводниковых квантовых проволок.

В §1 дан обзор литературы по вопросам кинетических и оптических свойств квазиодномерных электронных систем.

В §2 рассмотрено поглощение света в размерно квантованной полупроводниковой проволоке круглого сечения, обусловленное непрямыми межзонными переходами носителей заряда (НЗ) при рассеянии на заряженных примесных центрах. Получено, что для рассматриваемого механизма непрямых переходов различием диэлектрических постоянных проволоки и среды можно пренебречь. В зависимости от квантовых состояний (в рамках модели двух невырожденных зон) смещение максимума вероятности распределения электронов в сторону

оси проволоки приводит к увеличению парциального коэффициента поглощения, поскольку усиливается взаимодействие электрона с расположенными на оси проволоки примесными центрами. Из сравнения парциальных коэффициентов непрямого фононного (в случае рассеяния НЗ на акустических объемных фононах) и примесного поглощений для переходов из области максимума валентной зоны в основное состояние зоны проводимости следует, что примесный механизм непрямого поглощения начинает превалировать над фононным при температурах Т<Тъ*Ъ1К (оценки проведены для проволоки из Се с Я = 100А и пь = 104см~'). С уменьшением радиуса проволоки Т0 смещается в сторону высоких температур.

В §3 исследованы оптические переходы НЗ из вырожденных подзон валентной зоны в зону проводимости в СБЯ. В дипольном приближении, основываясь на результатах исследований электронных и дырочных состояний в СБЯ (первая глава), проведен расчет коэффициента поглощения (КП) и получены зависимости от радиусов проволоки и покрывающего слоя, а также от частоты и поляризации падающего на проволоку излучения. Для СБЯ из О^-Са01А10УА5 величина КП существенным образом зависит от радиуса покрывающего слоя (с уменьшением радиуса покрывающего слоя КП растет). А из оценок квадрата оптического матричного элемента следует, что, в отличие от случая проволоки с конечным барьером, в СБЯ оптические переходы из нечетных состояний в зону проводимости не запрещены, Ввиду того, что перемешивание состояний тяжелых и легких дырок в квантовых проволоках приводит к существенной зависимости КП от угла поляризации, исследована зависимость отношения интенсивностей пиков КП для переходов (1, М2\ ->(1,0)с и (1, 3/2\ -»(1,0)с от угла поляризации в для различных значений радиуса проволоки. Полученные кривые симметричны относительно точки максимума в = п / 2 и монотонно убывают до нулевого значения при 0 = 0 и в = ж. Согласно численным оценкам, с

увеличением радиуса проволоки и толщины покрытия, максимумы при в = п / 2 уменьшаются. Такое же поведение КП было наблюдено экспериментально [8,9]. Хотя нами экситонные эффекты не были учтены, полученные результаты находятся в полном качественном соответствии с теоретическими данными, полученными для Т- и V-образных, а также для прямоугольных квантовых проволок ([7-11]). Такое соответствие может быть результатом симметрии кулоновского взаимодействия, если предположить, что экситонные состояния формируются изотропным перемешиванием оптически анизотропных электронных и дырочных состояний [11].

В §4 развита теория для мощности энергетических потерь пробного электрона и темпа релаксации электронной температуры в квантовых проволоках с произвольной формой поперечного сечения при рассеянии НЗ на деформационных, пьезоэлектрических акустических и полярных оптических фононах. Выражения мощности энергетических потерь представлены с помощью средних кернелов, зависящих только от вида волновой функции электрона в плоскости поперечного квантования, т.е. только от формы поперечного сечения проволоки. Полученные общие выражения применены при расчетах темпа релаксации энергии при межзонных и внутризонных переходах НЗ в параболических квантовых проволоках. При наличии магнитного поля, нормального к оси проволоки, рассчитана мощность испускания оптических фононов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В рамках метода эффективной массы найдены энергетические уровни и волновая функция электрона в СБЯ. Учет различия эффективной массы в проволоке и в покрывающем слое приводит к понижению уровней энергий. Согласно численным расчетам, пренебрежение различием эффективных масс электрона приводит к существенным количественным ошибкам, особенно для наносистем, в которых соотношение масс >1.5. Наличие покрывающего слоя приводит к немонотонной зависимости энерге-

тических уровней от радиуса проволоки. Такое поведение уровней энергии в зависимости от радиуса проволоки, при значениях, близких к радиусу покрывающего слоя, есть результат двух конкурирующих факторов: увеличения ширины ямы, приводящего к понижению уровней, и увеличения массы в области барьера, приводящего к их повышению. Наличие магнитного поля, направленного вдоль оси проволоки, приводит к повышению уровней энергии и к уменьшению роли различия эффективных масс при значениях внешнего магнитного поля, превышающих характерное значение В0 =т^е3с/х2Ьг.

В рамках метода огибающей функции исследованы дырочные состояния валентной зоны в СБЯ. Найдены волновые функции и получено уравнение для определения собственных значений энергии. Наличие покрывающего слоя и учет различия эффективных масс дырок приводит к тем же особенностям, что и для зоны проводимости.

2. Показано, что учет различия эффективной массы дырки в проволоке и в покрывающем слое (учитываемом на основе условия сохранения плотности потока) приводит к результатам, более близким к экспериментальным данным.

3. Вариационным методом вычислена энергия связи водородопо-добной примеси, находящейся на оси проволоки в СБЯ из Оа{_хА1хА5. Наличие магнитного поля (В > В0) приводит к увеличению энергии связи. Энергия связи увеличивается с уменьшением радиусов проволоки и покрывающего слоя, при этом скорость роста, в зависимости от В, больше при больших радиусах. С уменьшением концентрации сплава энергия связи уменьшается, при этом скорость роста, в зависимости от В, больше при малых значениях концентрации, Пренебрежение различием эффективной массы электрона в проволоке и в покрывающем

слое приводит к повышению энергии связи на величину, которая при значениях £<40Т практически не зависит от В.

4. Получено аналитическое выражение для энергии кулоновского взаимодействия двух зарядов в СБЯ с учетом различия диэлектрических постоянных проволоки, покрытия и окружающей среды.

5. Показано, что учет влияния различия диэлектрической неоднородности системы на энергию связи примеси, находящейся на оси СБЯ из СаА$-Са^хА1%А$, как в отсутствии, так и при наличии продольного однородного магнитного поля приводит к усилению связи электрона с водородоподобным центром. Влияние различия ДП усиливается с ростом неоднородности системы, связанной как с увеличением концентрации сплава, так и с уменьшением ДП покрытия и окружающей среды. Наличие магнитного поля приводит к росту энергии связи, при этом скорость роста в зависимости от магнитного поля увеличивается как с уменьшением концентрации сплава, так и с уменьшением ДП покрытия и окружающей среды.

6. Показано, что в рамках модели двух невырожденных параболических зон, при расчете коэффициента поглощения света в размерно квантованной полупроводниковой проволоке круглого сечения, обусловленного непрямыми межзонными переходами носителей заряда при рассеянии на заряженных примесных центрах, различием диэлектрических постоянных проволоки и среды можно пренебречь. В зависимости от квантовых состояний, смещение максимума вероятности распределения электрона в сторону оси проволоки приводит к увеличению парциального коэффициента поглощения, поскольку усиливается взаимодействие электрона с расположенными на оси проволоки примесными центрами. Из численных расчетов, проведенных для переходов из потолка валентной зоны в непрямой минимум зоны проводи-

мости, следует, что фононный механизм непрямого поглощения (при рассеянии НЗ на акустических объемных фононах) начинает превалировать над примесным при температурах Т>Т0я37К. С уменьшением радиуса проволоки Т0 смещается в сторону высоких температур.

7. На основе расчета коэффициента поглощения в СБЯ при прямых межзонных переходах НЗ показано, что величина КП растет с уменьшением радиуса покрывающего слоя. Из численных расчетов следует, что, в отличие от случая проволоки в неограниченной среде, в СБЯ оптические переходы из нечетных состояний валентной зоны в зону проводимости не запрещены. Перемешивание состояний тяжелых и легких дырок в квантовых проволоках приводит к существенной зависимости КП от угла поляризации. Из численных оценок зависимости отношения интенсивностей пиков КП для переходов (1,1/2)г->(1,0)с и (1, Ъ/2\ —> (1,0)с от угла поляризации следует, что с увеличением радиуса проволоки и толщины покрытия, максимумы при в- л /2 уменьшаются.

8. Развита теория для расчета мощности энергетических потерь пробного электрона и темпа релаксации электронной температуры в квантовых проволоках, при рассеянии на деформационных, пьезоэлектрических акустических и полярных оптических фононах без учета квантования фононного спектра. Построенная на базе основных характеристик квазиодномерного движения теория позволяет применить полученные результаты к квантовым проволокам с произвольным сечением.

9. Показано, что при межподзонных и внутризонных переходах НЗ в параболических квантовых проволоках мощность энергетических потерь полярных оптических фононов слабо зависит от начальной энергии электрона, тогда как от ограничивающего потенциа-

ла и квантовых чисел зависимость значимая. Из расчетов следует, что мощность энергетических потерь имеет сингулярности при значениях энергий, соответствующих порогу испускания оптического фонона, что является прямым следствием сингулярности плотности состояний одномерной системы. Под влиянием магнитного поля, нормального к оси проволоки, значение порога с увеличением магнитного поля смещается немонотонно.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Bastard G. Wave mechanics applied to semiconductor hcterostructures, Les Ulis, Editions de Physique, 1988.

2. Mitin V.V., Kochelap V.A., Stroscio M.A. Quantum heterostructures, microelectronics and optoelectronics. Cambridge University Press, 1999.

3. Glaude W., Borge V. Quantum semiconductor structures (fundamentals and applications). Academic press, San Diego, N.Y., Boston, London, Sydney, Tokyo, Toronto, 1993.

4. Sakaki H. Scattering suppression and high-mobility effect of size-quantized electrons in ultrafine semiconductor wire structures. Jap. Journ. Appl. Phys. 19, pp. L735-L738 (1980).

5. Arakawa Y., Sakaki H. Multidimensional quantum well laser and temperature dependence of its threshold current. Appl. Phys. Lett. 40, pp. 939-941 (1982).

6. Леденцов H.H., Устинов B.M., Щукин B.A., Копьев П.С., Алферов Ж.И., Бимберг Д. Гетероструктуры с квантовыми точками: свойства, лазеры. Обзор. ФТП 32, с. 385-410, 1998.

7. Kirstaedter N., Schmidt O.G., Ledentsow N.N., Bimberg D., Ustinow V.M., Egorov A.Yu., Zhukov A.E., Maximov M.V., Kopev P.S., Alferov Zh.I. Gain and differential gain of single layer InAs/GaAs quantum dot injection lasers. Appl. Phys. Lett., 69, pp. 1226-1228, 1996.

8. Tsuchiya M., Gaines J.M., Yan R.H., Simes R.J., Holtz P.O., Coldren L.A., Petroff P.M. Optical anisotropy in a quantum-well-wire array with two-dimensional quantum confinement. Phys. Rev. Lett., 62, pp. 466-469 (1989).

9. Vouillos F., Oberli D.Y., Dupertuis M.-A., Gustafsson A., Reinhardt F., Kapon E. Effect of lateral confinement on valence-band mixing and polarization anisotropy in quantum wires. Phys. Rev. В 57, pp. 12378-12387 (1998).

10. Sogowa Т., Ando H., Ando S., Kanbe H. Interband optical transition spectra in GaAs quantum wires with rectangular cross sections. Phys. Rev. В 56, pp. 1958-1966 (1997).

11. Goldoni G., Rossi F., Molinavi E., Fasolino A. Band structure and optical anisotropy in V-shaped and T-shaped semiconductor quantum wires. Phys. Rev. В 55, pp. 71107123 (1997).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. М.М. Агасян, А.А. Киракосян. Поглощение света в размерно квантованной проволоке при непрямых межзонных переходах: рассеяние на заряженных примесных центрах. Известия НАН Армении, Физика, т. 33, №4, с. 182-186, 1998.

2. М.М. Агасян, АА. Киракосян. Состояния электрона в размерно-квантованной полупроводниковой проволоке с покрытием. Известия НАН Армении, Физика, т. 34, №1, с. 17-23, 1999.

3. М.М. Агасян, А.А. Киракосян. Состояния электрона в ступенчатой бесконечно глубокой потенциальной яме в магнитном поле. Известия НАН Армении, Физика, т. 34, №3, с. 154-161, 1999.

4. М.М. Агасян. Энергия связи водородоподобной примеси в ступенчатой глубокой потенциальной яме в магнитном поле. Полупроводниковая микроэлектроника, Мат. II нац. конф., Дилижан 1999, с. 12-15.

5. М.М. Aghasyan, А.А. Kirakosyan. The binding energy of a hydrogenic impurity in a quantum wire with coating. 8th International Conf. on Shallow-Level Centers in Semiconductors, Montpellier, France, 1998, p.22.

6. S.M. Badalyan, M.M. Aghasyan, G.W. Bryant. Electron-phonon relaxation in quantum wires in a quantizing magnetic field. 9th Inter. Conf. on Phonon Scattering in Cond. Matter, Lancaster, UK, Phonon-98, 1998, p. 178.

7. M.M. Aghasyan, S.M. Badalyan, G.W. Bryant. Electron-phonon scattering in quantum wires exposed to a magnetic field normal to the wire axis. Second Euroconference on Nanoscience for Nanotechnology", Antwerp, Belgium, 1999, p.56.

8. M.M. Агасян, А.А. Киракосян. Влияние различия диэлектрических постоянных на энергию связи примеси в размерно квантованной полупроводниковой проволоке с покрытием. Известия НАН Армении, Физика, т. 35, №2, с.74-84, 2000.

ШФПоичьр

U2tuuimujÛ£Q GilhPLluJá t óiuáljiujpnil, 2P2ujüujj[iG hiumnLjpnii, ¿шфш.|-Qnpbü рфийтшдфиб l|[iuiuhuirinpri¿UJjhG Liuprnú [figpuiljhpGbpfi qnmfiiul|ujü ^шптдфибр^, fiü^mhu QiuU оицгфЦшЦшй ni Ц^СЬшЬЦшЦшй huiuiljnipjni.üübpfi niunLÚümuhpnLpjmüp:

UuiiugilbL Ьй hbuiUjmL hliúGuiljiuG iuprnnLGßGbpQ.

1. llprçjiuûujpujp qiuQqiliuô|i L U)mpnLpfi¿ $ni.Gl|ghiuQbpti únmi^nprupjiuúp прпгфид Ьй t|bljuipnüh U funnn¿fi uJLhpuijhü фгийЦдЬшйЬрп U tübpq[nul)ujü йшЦшрг^ш^ОЬро: Lmpfi шпшйдрпЦ гифц^шй úujqGfiumljmG qu^infi mqqbgm-pjujtîp t|bljinpnGfi tûbpqfiiuljujG úujliiuprjujljGbpp pujpápuiGruú Ьй, (lulj [шрпиЗ U óuj¿>ljni.jpnLíi t|bl)uipnG)i luprçjniGiupujp qiuGqitujöh inuippbpiupjiuG i)bpp фпрршйпиЗ t:

2. Luiph, ómól)nijpti Ii 2Р2ШЩШ1ЛПГ1 útismiluijpfi гф^ЫцлршЦшй huiuwuiwniG-ûbph (^Я) muippbpnipjuiû Ишг^штЗшйр uinuigilbi t 4Ьр|_т0ш^шй lupmuihuij-wnipjruû bpljni. ^дешфпрфий úuiuG|il(bp[i l<ni.[nüjmG ффиодЬдш^шй щп-mbüghuJLfi Ьшйшр L qpui üfipngnil ijuipfiujgfinü bqiuGujljnii hui2iltiwá t [lupfi lurcuuGgpfiG qinüilnq gpuióüuiGúuiü furnnürnpr^ti Цшщ^п tübpqfiujj|i ^ш^и^шбт-pjniûQ ^-übpli uiiuppbpnLpjruG|ig U ómól(nLjph 2шпшф1Ь9: Upmiuphû útuqú|i-иш^шй гцигиф uunl)uijiupjiuùp fuiunGnLpqfi ЦинцЬ tûbpqfiiuû шбпиЗ t, püq npruú шб[1 uipujqrupjnLÜn, Ijuifuiluiö úuiqü|iuujl|iuü гцигифд úbóujüruú t Ьшйшйпц,-ijujóph IjnGgbûmpuigfiujjti Ii óiuól|nLjpti m 2Р2шщштпг1 úfigujijujjph ^-übpfi uuuppbpni.pjni.GQ фпЕршдйЬ^и:

3. ишшдЦшб t ¿шфицйпрЬй рЦшйтшдфиб, 2Р2шйшфй ИшшпцрпЦ. l||iuuihuj-qnp^mj|iü |ШРЬ 1цшййшй qnpámLjgh (44) hiuúrnp ujpinujhmjinnipjni.G, bpp Ljigpmljfipûbpp дрфшЗ Ьй [ишпОтргцифй IjbûmpnGGbpfi Црш: ПшпиЗйинфрЦшб t [lupfi L útigiuiliujpfi ^-ûbpfi luqrjbgnipjniÛQ M^fi Црш U grujg t шрЦшб, пр rurihl ujGgnLCiûbpfi qba|pnn5 ujjû ljujpb[h t шйшЬиЬ[:

4. öuiöl|rujpnil рфийтшфй [шрпиЗ nirtfiri ú(igqnin^^ü luügniúübpfi qbujpmú, úhóriLpjnLÜü txutqbu t óuióljni.jpti гшпшфг^д (áuióljnLjp|i 2шпшЦ^Ь фпрршдпи5|1д ^О-й iu6niú t) U inijufi pLhnmgniútig:

5. Quupqaigiluiô t inbunLpjnLÜ l^iuiiuijujliuiG hiüinnijpnil pi^mGmuijfiQ циргий фпр0йш^шй ti_bL|tnpnüfi U t|bl)mpnûuijfiû gbpi5iuuui[i6ujûti tGbpq|iiul{UJÜ Цп-pnLumûbpti hqnprupjujG nb|ujßuujghujjfi hiutfiup' дрйшй шшррЬр úb[uujG[iqi3-Gbpfi rjbiqgnnJ: SbumpjnLGn (фршпфиб t щшршрп[ш1)шй opbüpnij uiuhúuiQiu-фш^Цшб piluiGimujfiG [шр|1 hujúuip, |шр[1 шпшйдр^й niriquihuijiug úuiqG|iuiu-l^uiû qui2mfi umljujjni.pjiuü U puigujljujjnLpjiuü qbiqpbpniú:

U2fuujmiuGpruù ишшд^шб hfiúGwl^uiQ шр^]тОрйЬрр Ьш|3ш1цш1лши[иш-Gmú Ьй hujuiüfi фпрййш^шй фшишЬр^й: