Циклотронный резонанс в двумерном электронном газе в GaAs-GaAlAs одиночном гетеропереходе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМТ1Я НАШ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА_____________

На правах рукописи

ДРЕМИН Алексей Анатольевич

УДК 621.315.592.

ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС В ДВУМЕРНОМ ЭЛЕКТРОННОМ ГАЗЕ В СаАз-ваАЛАв ОДИНОЧНОМ ГЕТЕРОПЕРЕХОДЕ

Специальность 01.04.07 - фтяка твердого тела '

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата фнэико-матеыатнческпх паут

Черноголовка 1992

Работа выполнена в Институте сводки твердого тела РАБ-

Научный руководитель: доктор физико-математических наук В.Б.Тимофеев

■ Официальные оппоненты. '

доктор физико-математических наук Ю. А.Бычков кандидат физико-математических наук С.И.Дорожкин

Ведущая организация:

Институт проблей технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН

Защита состоится т2£" 1992 г. в & часов на засек*-

нив специализированного совета Д.003.12.01 при Институте фяаат твердого тела Р.л Н по адресу: 142432, Московская область, Ногвн-скей р-н, Черноголовка, ЙФТГ РАН ,

С диссертацией можно ознакомиться в бвбджотеке ИФТТ РАН-

Автореферат разослан ” 2£," 1992 г.

Ученый Секретарь •

специализированногосовета -

. дожтор . • ' '

^йаошсо-иатш&тическЕХ наук ■ В.Д.Кулаковсий

. . 'ilOL-Jl

•>;эои mi.>k.x!l‘ чаш:л .)diu> хоягоасои юлвносасі ннниі: юі

-поф шілліу -Ш/£7ЭУ = ііп.ні.іііи іюііііосї,іоі.'.'іійі кгя оіто:ки<Ііча ;; \u>j,;k и.йшциыф.К чхш.-окк]ш> оічьчіц галчкіиіц кі:

-■ні j;; biiiunioLMOiiії.ийоік; ч •ноінкГі\..і.ч піііп:;іхіі;':і!:о:і

и іикш тохзин 'ііі’іі .1 о ^.нпкопцсе эоцх.жэ ш.£

іц)! :.о(іічіі jtun д:і ;*с o:tr них и ;;отГі> аі.-ігі:f ик;;іі",.н1л

і.,ч лі чи.; і;»їл u.d >и иккГоіс.иіои л'лїіі.і ';. • »*•.і їгюилоіі і ;пі! -і'.".; 1 - \; і ■ і 'П .'71г:;, іл.'иЧчі 1(({')Р ■ t .■ = :<- 11 ні;, •; І іоглл j]

' ;:т і'и.і;,;чр : и і." <\> •.. л' j . ■ t ; f г іл-'І.'і ч

. ■ ■ ;i,: iV’-.-i” •' т ч : '.М ’1 гг"', ■: і f- 'пег 'И]

' .. і. я;;!!.;.'С’

>__< : '::У.і. il t: • ' 1 . І 1 ; ' >. < - ; t • ' ' . і і і ' 4 1: 1 ’г v> < >ІТ і >' І'

, . . . V і t1 і і І і! - -і і і. J І: . . . ’ ; і : .' ' :•' , ;: ! І' і! * 1 > <.' -! I j

i-.L'h.......>>., .1... і-'Г'.Ь-■< , ; ' і. : ' • 1

- .м іКі-' ' 1 ! . , ’ . І ■ ‘ ‘ і

..і ні> Liii.u 1 ... . Л ' ' І,'., /і • (.■ .''• -7.

. 'і. і.и ....і ;■ : - . _

- ■ ,-н ! и ' . 1.1 І л Л :оій ■ < .4 і.'. t \ і I'.jI- .- . .д! •< >

* ' і 'J ' . . І . ч . . »1 1 ' - ‘ - - і І І ' • - > ... і І І.... ‘ ! 11 ' 1 і • ‘ t 1 > ■ Г ' < ! \ 1.

.і ,. і1.................................і. : :т. ’г. -

- ‘.і;-і '.'<і.. .Г. . ' \ \.і. * і: і ; і ’ " і ./і < ^ і ’’п: І.

•'і.’.ии.'іи.і.і і':1 ■ -і -:; j

-.ijn.d-V J. ..’J’ .d..;.. . 1. д.' і ■--і '<!■ і -її ■■ > ■-і J’ '■ і;

' Іі ічіч. :І ^Піїм.-І. Jf.ij.JL-чіі ІГі.а1; .Г J ■ І ‘ - і); і 1 ‘ і. ■ : О ' XU41-L

......■ .: :.і іі- ■ ..лі;’ і і;...' і іїЇ'* ” -■ ■- .*

....і І ... і. і’-інилЬ Ji.xa'/i'''!. t! гм.іііі\і 'i.’ijj і.;іиі:.ч: >:;и іяшііг: і - і:: ;;і;ик<1и пніїііг i.i.m =<J і *.-> і га'їиолииіПмНкії/ Сі ни u ніч

...і.)!!.; )!-■(, t <"!(,') Ч ' 14 («)1 Ч 1.ЭС: ГИГ И.Ї.ТЛ \ ’

К пастоящуыу времени в- заруСелШідх іауіщш центрах выполнено большое1 чіісло работ, связанных с ДР в структурах на основе Ш-\; полупроводников. Подробно изучены эффекты, связанные с иевараболлчис'стью золы нроводгшоелд, резмапаши злелтроя-фоііошш.м юаимодрйстввсм. Интенсивно лсплсяуется дтерферен-11ия циклотронного и .иел:іюдзонпнх резонансов, .гшгшше случай-.■ його ирішссшго ротешшала на шепр циклотронного рсзоланса. Прк зш имеются довольно сходные данные а процессах энергетической ролаксашш электронов. остаются пееэъясиеяпшга рлсілеи-лсшія ля и-:ц циклотронного резонанса. наОл’одасдыс в и&клсшпш .чагинтіллі' ноле.

Циклотронный резонанс, как л мапгпохраиешр пше методы, чувствителен лишь £• саойствам -леїародов, ■инхаяяихях.ся вблизи поверхности Ферми. вместе с гол, хорошо ішестио, что пзучгшю магяитодюмшіссшшіиш 2Х> электронного г£.ча позволяет прямым способом определять одночастинную плотность состояний г, глубине под поверхностью Форми, включая измерения энергетических расщеплений между заполненными подуровнями. В условиях насыщения ЦР могут происходить изменения в спектре магнитолю-Ї.ШНЄСЦЄ1ЩЗШ. На этом основан метод оптического детектирования циклотронного резонанса (ОДЦР), который сочетает в се...То достоинства двух экспериментальных методов и при этом практически не был до настоящего временя изучен и пе применялся ранее для* исследования 20 электронных систем. .

Цель работы. Основной задачей диссертационной работы являлось: 1) разработка метода оптического детектирования циклотронного резонанса, 2) исследование процессов энергетической релаксации 2В электронного газа в одиночном гетеропереходе СаАв-СгАІАк методом ОДЦР в перпендикулярном и наклонном магнитном ноле, 3) изучение особенностей в спектре циклотронного резонанса в наклонном, магнитном поле (расщепление ліпши циклотронного резонанса).

тгг:іщзпп. 1) В пястоцпеу рзооге р',чрпОота?; тгміт.іп згс-перпмектл лыпій мптод лятоктлрмчлиш* !’>' "'•іюпітпіш т чт-''--іігніш лт-лпш!тп1‘..‘птиыл. свойств л«\-мі>ригіго электрошт''го г<*па '5 резонансном магнитном шле. Впервые зарепютрпропіп спглп.-; ОДЦР в 20 электронном і аз? одиночного гоїероперехода п еуСїмітл-лішетрово:.' дігалазопе. Нзупеш.і уедлітпя ?озшшіоветі!Г сигнала ОЯЦР, опрегн лепь» сспОсшіостп истота ;г(* очавноігик» со станларт-піл.ш метопами реглетр.шип іто пит.гопг«ч;!гг» міпфпяолиопой мощности. Газвпгый пстод гіозтіплїід определить соотношение времен зл'тгтроппоЛ релаксации внутри іг за*жяу лодзонамп. 2) Іїсследова-і;.ч новая моді в спгхтрз І!Г в гг.гкл"пг:ом магнитном поло, предло-і.гопелт,. обьясичтолтнЕ . е во.’їгл"-г«в№їїс.

Пдучпая п пріктичсзна^г-іості, результат оа. Провеяеїтїде а раоого пситідоватія д;ч іт і;ову;о иг фо/шапло о физически?: явде-пил:;, происходящих л 20 сі/стсмах. Одииочпке. гетеропереходы Салг-СаАДЛа, їіг.у :аемыг '■ диссертации. • составляют основу со-времшрой мпиро\,:с!іт'ю.'ї.-’і:п. іІТредЯиВіснгки гтссперимоптальпнн м^год о'П'.рьтв.к-т ідлидс м)?.мо:^огг:г\пс!:легдаанн2 зтих структур, расширял возмолелог гл осплчсской спокт.росі.сшш и тралтшоїшого пшілотропяого резонанса. Кроме того метод ОДЦР являєте; утт!г-персальннм И МОЛ-'Т быть применен для детектирования другт~ магіштішх резонансов п оптическичкжачл -пеиых 20 элоктрошты: системах. -

Апробация раО'оты. Огненные результаты ддссерташгонпоії работы доложены на Российско-Германском симпозиуме “Высокотемпературная сверхпроводимость и штзкоразмерные электронные си-' стемы” (ФРГ. Штуттгарт - Мюнхен, 1992). докладывались на научных семинарах в ИФТТ РАН. Основные результаты исследований опубликованы в 5 статьях п ледулогх научных журналах.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и сппска цитируемой литературы.

КРАТКОЕ ШДЕІ'ЖАШіь лЖ/СЕі'ТлШШ

]];; гвр-учщп дана обшая хараі;іг-]ікстпгі'. работы, обоепошша актуальность ломы диссертации, сформгллропьча гн'ль, научная новизна и наивные ргн-льтатц, ш гноснмы-’ пн защиту а поясняется с груктура диссертации.

Перина глава пргдставласг соб.чі кратки» литературный обзор работ, посвященных циклотронному резонансу н 2Р злектрошшк СИСТе.'.ІНХ. В ЭТОЙ ГЛіШІ. приведены ОСИС.ШШЄ СІ1ЄДЄШІ.Ї об особенностях ппеогстнческого спектра двумерного электронного га і а ь перпендикулярном магнитном попе її о влняшш на ного параллельной компоненти магнитного ноля л межзлсктрішного іпаимоден-стішк. Рассматривается влияние ла спектр ЦР концентрации олек-г-роїшн, непараГюлнчксістн золи проводимости, примесных потенциален, температуры, энергии кванта СЕЧ поля. Значительное место в обзоре уделено влиянию размерного кватовашія п кулопонсквго взаимодействия ка ЦР л наклонном магнитном иоле ц пнтерфереп-шш медаюдзошшго и циклотронного резонансов.

Вторад глава посвящена описанию спектроскопических методик с помощью котор^іх выполнялась работа, таких как магшпопгглу-щение и субмпллиыотролом диапазоне, мапштолюминесцепция и метол оптического детектирования ЦР.

Метод ОДЦР основан на изменении спектра излучатсльной рекомбинации двумерных электронов в резонансном магнитном поле. С помощью кварцевого световода оптическое излучение совмещалось с фокусированным субмиллиметровым пупком в одной точке на образце. В результате кроме обычного поглощения субмилли-ыетроього нзлученич от магнитного поля н спектра люминесценции л фиксированном магнитном поле и эксперименте могли регистрироваться дифференциальные спектры люминесценции (т.е. изменения, вызванные резонансной циклотронной накачкой), а также собственно спектр ОДЦР - зависим; ■■•ті. о і магиктного поля иитонстнисги диффореяшшгьж >й люмпен л- ;гг регистрируемой

на определенной длине, волны излучени" (обычно соответствующей одному из уровней Ландау).

В качестве источника излучения п субмиллиметровой области спектра использовалась лазерная система фирмы Edinburgh Instruments Ltd.

Третья глава посвящена оптическому детектированию циклотронного резонанса в одиночном гетеропереходе GaAs-GaAlAs в перпендикулярно!, и иаклочном магнитных: полях. Использовался образец, содержащий одиночный гетеропереход GaAs-AljGaj-iAs (х — 0,3) со спенсером :п пелегнропанного GaAlAs л слоем GaAlAs п-тяпа, доноры из которого поставляют электроны в двумерный канал. На расстоянии 3(Ю А от гетероперехода в GaAs находился тонкий слой (б-слой) селективпо легированного акцепторами (Be) GaAs с концентрацией Be 2 х Л10 см-2. При освещении гетероперехода IleNe лазером в GaAs создаются неравновесные дыр,..и, при этом фотовозбуждепные электроны уменьшают степень ионизации доноров в GaAlAs. В результате {. ^комбинации с неравновесными дырками уменьшается концентрация электронов в двумерном канале. Изменение мощности оптической накачки позволяло варьировать плотпость двумерных электронов в широком диапазоне (п,=2,5... 5,5 х 10й см-2). В спектре люминесценции доминируют линии рекомбинации двумерных электронов с дырками, связанными па акцепторах 6-слоя. ■ • ,

В первой части главы рассмотрен случай, когда образец ориентирован перпендикулярно магнитному полю. В исследуемом диапазоне магнитных полей и спектрах люмвпесценции наблюдались линии, соответствующие уровням Ландау основной размерно-кваню-ванной подзоны (0,0) и (0,1) (при максимальной мощности оптической накачки - только линия (0,0)) и нижайшему уровню вышележащей подзоны (1,0) Волновые фугчции 2/3-электронов из вышележащей подзоны более протяженны в направлении, Перпендикулярном интерфейсу, чем ВОЛЕОВЫе функции электронов основной

подзоны. Поэтому интеграл перекрытая с волновыми функция^::» дырок, локализованных на акцепторах, больше и вероятность рекомбинации (т.е. интенсивность люминесценции) 21?-электрошя< с дырками, локализ она ппыпл на <5-слое акцепторов, оказывается существенно более высокой для электродов го иоэб> жданной подзоны, /км из основной. Плотность состоянии ла уровне Ландау в ноле б Т составляет ! .45 X 10й см-5, поэтому из сравнения ннгеисшшо-стл линий полностью заселенного .уровня (0,0) л (1,0) следует, что концентрация электронов на уровне (1,0) была значительно меньше 10шсм-г. .

Сигнал ОДЦР был обнаружен в тех же магнитных полях, что и ЦР, и фор:.(а лшшн ОДЦР как функция магнитного поля примерно совпадает с формой линии ЦР по магнитолэглощеншо. Спектральная зависимость ОДЩР показывает, что циклотронная нахаяка приводит к значительному усилению лишш (1,0) верхней подзоны (до 5 раз) к уменьшению интенсивности лннны (0.0) и (0,1), причем изменения г лилиях (0,0) н (0,1) происходят, в основном, па фиолетовом краю. Особенно заметно это на спектрах с низкой мощностью оптической накачхп (около 20 мкВт), где сигнал ОДЦР полностью Отсутствует на красном фроитс этих линий. Следует отменить,’что насыщение ЦР не приводит к возгоранию линии (0,2), хотя это нижайший пустой уровень Ландау, на который при ЦР непосредственно пере:содгт электроны. С другой стороны, амплитуда сигнала ОДЦР для линии (0,0) и (0,1) пропорциональна их интенсивности, хотя эти уровни находятся на существенно разном расстоянии >Т уровня Ферми, и повышение электродной температуры в ЦР должно до-ралзому влиять на их интенсивность. Это заставляет сделать вывод, что си; тал .ОДЦР полностью обусловлен изменением числа электронов на уровне (1,0). < '

Механизм возникновения: сигнала ОДЦР выглядя’г следующим образом. Резонансное циклотронное излучение забрасывает электроны на незаселенный уровень (0,2) (пли (0,1)), который находпт-

ея иышс- уровня (1:0). Вромл жшпд эае .-«•рплоз ил этом 'уровне

о 1спь мало (меньше 10"э с), поэт му заистпой тислелпости этого уровня создать г.ч удается. С верхнего уровня Ландау электроны релагхируют на лиденпе, часть их переходит л а уровень (1,0) пор::-; ней подзолы. Внсмя хашга на уровне (1,0) «иазывпетея достаточно ддштып. чюби создать на нем запетнуп населенность. Ирл это:!, с одной стороны, увеличение числа электронов л верхней подзоне приводит1 к изменению распределения глргдл л .г-цагрпплетш, что меняет «Ьч.рму самисоглпсо; .иного поталпипла. Из-за этого тшиса-ются; уропни основной нэдзоны, и лпнтн? в спектре люминесценции смешяются п красную сторону (эффект, аналогичный леполярлза-цноппому сдвигу ллнлн поглощения ирп переходе между ра.мерно квантованными подзолами). С другой, стороны, из-за большой скорости ренемОнпаштл электродов верхней подзоны возрастание се заселенности уменьшает число дырок в 6-слое, пз-за чего снижаете.-: интенсивность лилий (0,0) н (0,1).

Правильность этой, интерпретации подтверждает следуюшгш факт. Для лпшш с> бмлллн.мотрслэго излучения Ьи’с — 7.0 мэВ лгч мощности оптической накачки около 20 мкВт искажается форма липни ОДЦР: часть линии со стороны малых магнитным нолей оказывается как бы “отрезанной”. Появление сигнала ОДЦР, как показало изучение половой зависимости спектрой люминесценции, связано с пересечением уровней (0.2) 1т_(1,01. Когда слабозаселсп-пый уровень Ландау (0,2) находится гаже (1,0), переход неравновесных электронов с уровня (0,2) п верхнюю подзону невозможен, и сигнал ОДЦР отсутствует. После пересечения (0.2) и (1,0) появля-стсл возможность перехода неравновесных .электронов в верхнюю лодзону, и возникает, сигнал ОДЦР. Шпрппа перехода в спектрах ОДЦР соответствует температуре.

Предложенный механизм подразумевает, что уровень (1,0) является “бутылочным горлом” и процессе релаксации горячих электронов. Механизм энергетической релаксации электронов из возбу-

ждмшой подзоны до сих пор не изучен. Можно предполагать, что мсжподзонная релаксация должна сопровождаться на /еканием соответствующего по энергии и импульсу фонона и поэтому оказывается замедленной по сравнению с внутртюдзонной релаксацией электронов. .

Во второй части главы рассмотрел случай наклонного магнитного поля. В наклонном магнитном поле компонента поля, параллельная поверхности гетероперехода, смешивает состояния различных размерно квантованных подзон. Из сопоставления спектров ЦР и ОДЦР при разных углах наклона образца па лазерной лишга Ьыс=и.<л\ мэВ. било обнаружено, что, если в перпендикулярном ноле положения линий ЦР и ОДЦР хорошо совпадают, то при углах наклона больше 20° максимум линии ОДЦР смещен относительно ЦР и сторону больших полей, и при дальнейшем увеличении наклона это расхождение резко увеличивается. При уменьшении мощности накачки и соответстсеиыом увеличении концентрации электронов ваше 3.5 х 10“ см"'2 расхождение в положении линий ЦР и ОДЦР исчезает. ••

' Линии ЦР в наклонном поле в образцах, легироваиых Вс, относительно 'шиА окие, это позволяет наблюдать влияние циклотронной накачки на спектр люминесценции н довольно широком диапазоне магнитных полей. В спектральной зависимости сигнала ОДЦР 1м(ш) со стороны низких полей воспроизводится картина, аналогичная случаю перпендикулярного поля: под воздействием микроволновой накачки возрастает линия (1,0) л уменьшается интенсивность линий (О/1) и (0,1). При увеличении магнитного поля особенность в области линии (0,1) меняет знак и сливается с линией (1,0); затем мы наблюдаем только уменьшение интенсивности в районе линии (0,0) II возрастание около линии (0,1). Линия верхней подзоны (1,0) с увеличением магнитного поля уменьшается по интенсивности и исчезает. В спектре остаются только линии основной подзоны (0,0) и (0,1). В тех случаях, когда максим.ум линии ОДЦР сильно не

совпадает с положением ЦР, он наблюдается в таком магнитном .юле, где отсутствует особенность, связанная с линией (1,0) п зазл-спмости 1\г(и>).

В силу того, что зависимость расстояния между дзулга пижкй-шшш уровнями Ландау от .мапштнош ноля заметно отклоняется от лииеыюй, можно сделать вывод, что л иоле выше! 4.5 Т существенным СТіШОШІТСЯ шрсмі'шлиакиз подзон. В отсутствие НЛП при слабом псрсмсогппашш сосі окине о верхней подзоне яллястся самым долгоживущим, и цпклот]данная накачка приводит к заметному увеличению населенности этого уровня. Это позволяет установить положение уровня (1,0) и после его исчезновения из спектра люминесценции. Но как только происходит даже небольшое; подмешивание состояния от нижайшей подзоны, скорость ухода электронов из первой подзоны л нулевую заметно вырастает, так что линия, і літветствующая первой подзоне н проявляющаяся рапек при чиклптроныол накачке более не наблюдается. •

В этих условиях роль аккумулирующего электроны уровня играет уровень (0.1), гак как в циклотронная пакачка приводит к увеличению сигнала з этой области спектра. Макгимумы или минимумы сигнала ОДЦР и этом режиме не совпадают с максимумами линий люминесценции, что свидетельствует ') значительном дедо-ляризационяом сдвиге уровней при переходе элехтрочов с ишкнего уровня на верхний. Из-за перемешивания подзон размеры золновых функций на разных уровнях отличаются, поэтому переходы электронов между уровнями приводят к изменению самосогласованного потенциала, определяющего форму квантовой »хы. Причем при наклоне образца более 30° если диапазон магнитного поля, в котором у;ке произошла смела режима релаксации, попадает на хвост лкпші ІІР, максимум'сигнала ОДЦР, регпстриру емый на нижайшей лп-шга основной подзоны (0,0), смешается шгешк» в эту область, что а приводит к большому расхождения; хіежду положеппягш лятга. Эффективное!? воздействия ЦР па. спектр лкншнесценцтг в зтісг

• ітпппнпх полях пасто ько упеличшзаегся. что сигнал ОДІДР на хьссте ллшііі макет превосходить сигнал и максимуме лшшп ЦР. Таким образом в обычном режиме, харпх;терком для перпеядш.у-лярного магнитного полк, заполнение доліол-сішуіиего неравновесного урошг (1,П) происходит непрямым образом через вышележащий ураізі:нь Ландау основной подзолы (0,2), тогда как в пооои редшме населенность слабо заполненного уровня (0,1) увеличивается нспосредсгпепно за счет прихода электронов с ровня (0.0). Все ішшіпп.іожсішог, заставляет предположить! гпо прп аодмегшшашш состояния (1,0) к состоянию (У,1) удлиняются время релаксации їла уропііе (0.1).

В заключение, настоящей главы отмечается, что метод оптического детектирования циклотронного резонанса в двумерном элек-трошп,..! газе является универсальным мптолом, позшдяюцпш получать информацию пи только о шшлоіро;шой массе, но и.о процессах лнергетпческой рслаксашш электронов ь пределах одной подзоны размерного квантования ч между подзонами. В перчанднку-лярвом магнитном тіоле зависимость пптепснавостп сигнала ОДЦР совпадает с кривой резонансного поглощения еубмплламетрового высшая, т.е. с обычным ПР. Причем не имеет значения какая аз .зі” чйі и спсктре рекомбинационного ипяучеппя: будет использовала ила детектирования ЦР. В аахлгегаом магнитном пола не-реметянванпе волновых фушецяй состояний из различных подзон і соотьетстиующий адгЕкрос< чнг уровней Ландау приводит к траве-•фориаіаш,(гпек:ті|)аірскомбіщацііоїіяого излучения, модулированной циклотронной иакачкоД, что обусловлено шмекешіямн времен ро лккск^лз кексу уровнями различных.подзол. Дпния люмішесцон «заз/соотастствующаяіщжгйшсму уровню основной подзоны, менш всего подверженному влпяшш параллельной і-омноінятн магнат иого поля, наиболее адекватно отражает величину слияния ЦР н; шсктр рекшбпваїшониого голучешія. При боЛыанх углах ігаклол; май Нптногс поля положения: ЦР и ОДЦР не совпадают. Эгосвязлт

<• тс.'г, чт« для слгяала ОДЦР важна не толысо форма лшшп лпгло- • ілсизи с\ 'чиллямстрадюго излучения, которал спрелеткт ехорость Пірі'ХОДН ЭЛОЯТриПСВ ЛП ЛерхЛіі" уроСІП! Іірл шіклотрсишґг ПЛЇ'іТ-КС, по '! пути нх энергетической релг.ксааші .зо того, как ярогСР'Ілет 7іх рссомГ’Чігашія с фото'юзбуждсішьпш зирхамп. Поскаль*;." г:!а*іпії гочїлі нерсссчснгп уровней значительно їіспяіггсл счтіс-теш'є лр<ї* мен рел-чксашпі ззучрч н между подзонами, разнила в с.м>рпст.іх релаксация хгсктрсров, дазишл возможность вголх>дрчая сйл'-г*». ОДЦР, стакозптея фактором, определяющем ею ферму я "?;тол.е-ппе л магнитном поле.

Четвертая глава диссертацисндон работы .чссвг.тепя гггслелг в:і-. нию спектра ЦР в одиночном гете]>оііере>годе СиЛб-СпЛІА* я наклонном магнптшм поле при максимальных злектрсіпшх ісснцен-трацкях

Большая часть пзмереялы била проделана ла образа?, А'оторг.,тй. предстлз.пд лз сгПя гетеропереход СаАз-СаЛІЛ^, іга рпссто.тгттпі 500 А от которого была расположена сссрхрегаеткгі АІЛя-СпА . огразячипадшм області) распространения свободных зогіїтєлгіі. С другой сторопы от гетероперехода располагались спенсер из чистого СаЛІЛя толінішої! 200 А п 500 Д слсй легиропалиого кремтгаем СаЛІЛв, поверх которого был пыраплед 10П .4 слой Є а Аз. Концентрация двугерпьг' электродов ті, менялась о злвпстгостп ст зассст-кп от З х 10п до б х 10!1 с\Г2. Для оптической накачкп попользовались гелпй-нееямшй лазер (Л~5'Г28 -*1) и полупроводниковый лалер, охлаждг.емілп до температуры жпдкого азота (А=^772Г) л). Не’Че лазер внзь.дает болге «чіяьное уменьшение л„ чем отлупроводінг* ь'сзыГ; лазер, т.к. излучение полупропадтшкового лазера по частото находится ниже края мкязолного поглощения СаАІАз. Поэтому для лзмереппя пра высоких п., пспользоп» лг я шлудролодшпсоліліі лазер, прп м^пьшпх п* - НеНе Прлмепештая гжеперлмзпталъчая методика позволяла одновременно регистрировать маглнтопогдощенпе п маг-шчто лхх>. тп} то с №Чї її і п( і. Концентрация злектроіюа определялась по

.период1}- шуСникозсклх о лшллкций проводимости образца в обратном магнитном иоле.

До значении угла наклона магнитного поля 0 = 40° положение Ш‘ приблизительно следует зависимости cos'11), что соответствует “чисто двумерно#’ модели. При значениях<3 = 42°...52° было обнаружено авлпнкс, свидетельствующее о пересе^о-нии циклотронной моды с другой модой в спскгш: элемечтари—х возбуждений. Сначала со стороны больших магнитных полей появляется вторая линия, интенсивность которой при увеличении угла возрастает, в то время как линия поглощения со стор'иш меньших полей постепенно исчезает. Этот эффект невозможно объяснить просто в терминах, антякроссинга уровней первой и нулевой подзон. Поскольку уровень (1,0) при увеличении магнитного поля движется приблизительно параллельно уровню (0,0). ч лазерном эксперименте в топке шюресхук.ппя дави ITT* должка. исчезать, наблюдение двух линий оздаотрементго невозможно. ■

Для прояснения природы этого расщепления изучалась зависимость, спектра поглощения от тотшкЕтградда электровоз. Оказа-лосъ, что при при углах наклона около 49° дублетная структура возникает как бы в результате расщепления исходной линии, и наиболее четкое разрешение дуолега имеет место при значении фактора заполнения около 5. При меньтием угле наклона магнитного поля вторая линия появляется со «тороиы больших полей, тогда как при большем угле •• со стороны меньших шлей.

Раздвоение линии ЦР в наклонном ооле видно на нескольких ‘близких субмиллииетр^вых лазерных линиях, поэтому была построена зависимость энергии иайяюдаеиых в поглощении мол от магнитного поля при разных углах иаклова, которая сопоставлялась со спектрами люиинесцевиян, полученными * тех же условиях. ■

$з этого рассмотрений следует, -чтораздвоение линии ИР иабяю-деедад! в магнитном поле выше то^кя пересечения уровней Ландау

исінчин :і н мі.!]!П‘,і','>:;і!інмі р пмсрні.кплаті..<;іярї.гх гилп'щ. На л.пер-ииіІ линіііі ,‘і^.=:О.СО :,пП р.ісіц- и.■ ч;і•• лишчі по рлчренгл.'Тсч. при

'.•ІН'РПІИ (БІЛЬШІ' ї.'і М;]> і.ііі'іЧ.І1Мі/(.’7їі .ДкріШІ '.»Г ЛиЛЛ І1Л.'- Г ІірЛІ-.ПЬ

чеплі иаралдедыю. В дальших .м«г м;гі них ш>л>:х рі>сн:га.к'!ііч' нл-блюда;1 і\-л н Силі іипа длаяп'іО'іе уг.Тім*. Попал : :,л н;!7і пл:и: л ;-л!..д мид.і при увеличі ніш угла полімяслх-і (і' гк.[ычч шп;л>Г; ла гом нпСі подлетел (,о"у ак стг-о^анпр дчгх ллнчч пришли'".: г.’лмі') рампой ин пчк'икіісстн, прії д.члі-мі.Г'гчі-';япличгпшт н;*,г.-ч чительияя мода уходмт ті сторону гїл-л-кнд ?и»'ргяй н печо-мет. Лу^летяая сі рухтура Ц? їй- п.іПлкстлпгі, тт:г •.•ора-чг*:?, ^ которых отеутс гиует сл щестагнгое 'і^їичлімчііїї* перв'-'й доч^-пы.

П]Ш НИЗКОЙ п„ її. СОПТВОТеТЕСШІ!». МеПЬ.ЧІСМ ІфИЖИМЯ?>Ц:ЄМ '■Лі'л-ТрПЧССКОМ ПОЛС П спектрі' ЛІРМНИГСШЧИНШ }ТпГ>Л}!)ЛЛК>ТГЯ ЛИІПГії г.гех

заполненных уривш и Ландау. В наклонном магнитном поле-даются пересечения урмшя першій шщх'лн (1,0) с уростіяїг? нулевой подчоны (0,2) и (0.1), п точках псресечення пиле;.; алтикросеинг, т.е. отгалкитілшп' урочной. состой пя котормх чг'ремрчп'тчпотсч тп-за .чзаттдеГгстшгя с компонентом маї ни нкто пила. параллельной поверхности оГіріпци. Характерно, что лптчкроспшг урмней ратных под-нлі наблюдается п спектрах л:оминесненннч о ?;тп.ч виді: только в том случае, когда на уровне (1.0) имеетсл члмотил.я населенность. '

При увеличении », ц яршкнмгаогцего электрического тіоля глубина ями для электронов увеличивается, ут-лн'чиїаетсл расщепление между подтнами, и относительная интенсивность линий нулевой подзоны уменьшается. Линии, (чютгк-'ттчуюшпе уровням (0,2) и (ОД) отчетливо наблюдаются только в районе ннтикроепшта. По спектрам люминегценшт можно оценить энергию отталкнванші уровней !,ри антикросоннге. Для нсрссеченигг (1.0) с уровт»см (0.2) рлс>понлг?ше довольно быстро возрастает с увеличением угла от

1.? мчВ при !/=-10° до 2.2 млВ п])и 0—52°.

ІЬч\леломтсльіши аналич спектров люминесценции почала.і, ччо

і і!

. энергия расщеилец;;я лиш;:: ЦР ьла^пелыга мепыпе энергии р;н щешюши уровней Ландау и точна «хереесченш: подзон, и схема ог.<. щепления циклотронных яаийй не соотьстствз'ог модели невзаихч действующих электретов.

Корреляций поиедошш'спсиСраЩ5 со ьцачсавсм 'фактора запс: непия свидетельствует о том. \го наблюдаемое явление связано электрон - элсктраавъш •изапмодействаел. Не снореш 'Кипп вт» имодсйствие электронов не мезкет влиять на ииклотроиньш рсгн надс, одыако, в -реальных полупроводниковых ^ >/ктура:с пекчт рыс условия зеоремц КиШ, могут быть нарушены. 'Спектрь; лк ШМ1СШЩП Еоказьшагат, что >в «ахлонпол тпштнем ноле уровп Ландау смешаются из-за взатгодсйствпя■рчзле'чиых подзон г. иер< стают быть зквшшег&шполш;. Т-дош оОртом варушастся условс теоремы Кона об идсятп'июстн цпклутро'лшх частот всех Электр' нов.

В этих условиях согласно теорпл (ЫасВопак’. КнПш, 1989) пр факторе превышающем 2, могут появляться доголш

гельнкгс :ййШ 'в скскг'ро П.Р. ©йчнслснпо спектра элементарны возбуждений с помощью одномодошш модели Фейнмана, модиф! цированыоп для двумерных члектронов в сильном магнитном по: покачало, что в этой систем? "’.местся оптически активная пш:.Ч' тргнная мода, частота которой раша усредненной циклотроинг частоте всех электронов, епипопал полна, даютая вклад только слабый мапштодиполышс переходы, и так называемая кубичегкч мода. Эта мод;] соответствует циклотронный’ колебаниям злектр! нов с ])азной массой в противогазе, и за счет к'.’донопско! о пишм< действия смешена относительно циклотронной моды. Для кубнч1 ■<!кой моды возможно только трехфотояное поглощение, то ес.гь ( '«клад в спектр поглощения должен быть крайне слабым, однак «если частота кубической моды близка к циклотронной частоте, 1 взаимодействие эти:; мод приведет к их отталкиванию и перекал чзаетатеилы осциллятора из циклотронной моды и кубическую.

Кеди слеяоппть колцешпп! ада,ц*.!олсйст0уу>пт.ч мпгшгтопдаг.лоя-'ллх мод. то „тоноліг.гп'льл;: я кода при меньгаих углгпс гті;л«~ггя по .■тплі'єтгя нп:';е основой іпіклотроіпоїі іюдк, при урелн'кї.ч’Т! угла « уіи'лігтлплі “іїтсггїт-і імтссргселяга игсчду уропнямн (1.Ш л (0;2'\ перемешается тэт глк-рпаї зптпе Ш’. При чті;\л;г"? іт:;’тг*'л м:-.т-литоп.'мзшна ггіетугт .’рнггнкдть.что по ттага.іодеГггттгя упагт?у-

Г:;т ллсктрпяы 1П ]!Ж!'Ї ПОДЗОЛ. Н ЧП> Гу іЯг.г'Т,} <г> •>,ГЛЯ7ГГ!ЇТ ". \Т!. ’Г

~блтн топки тгсрссечегял меишсздігахггся, гг'г> уєл)>;клґ!..г лгї.-ту по сиатшішю с тон, которая была рассмотрела з тє<Ултр-п* !ім)( элемент кулоиоргкоготгчшплдейсгаля. ол ргл’.мйїопхпЗ р.ттос ть /Нергпіг шіклотроішоіі II КУбШССКОГі МОД1Л вктасляется 'З роу-ЛУГЛ-то сложного распита, к тому же «еизпесшо, кг.к бтіоргдг.х, Т'їго* рьш всегда имеется о реальных образцах, вллзет на его з?:пгтглу. !’с<* зто не позволит ла да яя*і й момент тгропеггл холігірстл-гнге? срачітто результатов эксперимент с сушїстлугішм: тегрттг'г.

В Зйканшйййн сформулированы осноснме результату, жгтуїсл-шіе в работа. .

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ .

1. Впервые осуществлено детектирование' циклотронного резо-

нанса но спектру пзлучательгой рекомбипашш 20 электронного газа одиночного гетероперехода ОаАя-СаЛЬЛ.ч в еубмиллішетровом диапазоне. .

2. Показано что сигнал ОДЦР связан с возбуждением электронов в гкрпую квантованную подзону. При этом скорость межпод-зоннол энергетически’ релаксации плектронов оказывается замедленной но срашшшю с процессами внутрнподзонной релаксации и нзлучаюдыюй рекомбинация электронов.

■ 3. Исследовано влияние наклонного магнитного поля па спектр

ОДЦР. Паралтедызня компонента матЕїпного поля видоизменяет спектр ОДЦР, в результате положение п форма липпл оптически детектируемого резонанса не соппадгсг со спектром мпгпитопогло-шения. .

-1. Оонар.ужона іьм і; еш’кгро ЦГ яг.умершяо :иск-> ного газа «лил »чш>го гетгрогі''р<:::олл GaAs-GaAlAs ь j.oi;.">n . .

■ магнитном Гкої- при максимальны:; электронных кпита-н; t■;) пi;r- v г прсллк-м'па мо.’ч лі., объясняющая ее wmiiKtfojtrnur.

І1уі>.тіії-<!.ііїГ,. ОіТ.лілш" материалы д)гт:рїаншт ';аул“иілігчілі: ■; сл«' ік-т;ітпу>'\ риСАгал:

1. А. А. Др>'мш;. .'v. В. Малгицлш. Ііпгслотраші;'" 'і--';, чл\їгі р-л-

Jjоіз г, їм млгнитллм імі: і) гетеро; k.'i.c'xcv... (АЛ -^А.ЧЛ'.

j;;op;v>ro ii\m, і-.еі Зі!, г.. 1, стр. ЗОЭ-ЗИ. 19Г0

2. A. A. Биллі;;, А. Л'. Second і'и-її-- і): СU АгіітЬ' гл,

'if GaA:-Сі.'; AlA.s hr і. г ч: in tilled ииь'ч'Лр fiї г:. L'■ Ь'лл

C<'!i;nvjiii(:.«ti')i!.s, Vol TLA'1. .12. pp. 1П53-■ 0 о 0, і [•{) t.

С. !I. іуГі;>рп), А. Л. Др.'::і'н. Кл'гішшг, II, її, Кггуп:-

їлш, А. Б. М;лл;;і:лпі, М. і'. Т.тт-.л-чі. Оптиліч-т:'.;'; ц'/: ігп•

Ніпель і роа!!<і! K!;j;:bv а п і січ р ларсдась- GaAs-GaA і лл. ’ Іч-тліа г

ЖЭТ*!. тим L 7. op. ,?0! ЗО і. 1991.

I. А. А. Ьп n hi. A. Y. Ma!ya\ Un. Optic ally d;:t crh'd i: \ <.) >;-ч : с ...

Пі.пі с ii: lilted iiia-rin;: i'' f.-.dd i'i GaAs-Gii.-ll.V; hcu.rojinict i-*n. Шіи.гла p. ЖА .!Ф, том лС\ ім in. 2. пр. 1KJ-1J7. 1902.

і). A. A. Dicjiiiu, A. V. Maha-.-km. Euii|jv spvt'Umu о! (\\ч>-піі.ц-пА-otud electrons and do-.ibk'i siriuUue of сусіоі'лч; line iu Ga.-V'-G;: \! Iiotcj .ijiii;: tii)u iu tilled sudd. Solid :Aі СолпллпАч' і1;1! ■

1902

23.0S.I992r. Заіс. 547 Обьёк In.л. Tup ; 50зкз. Типография І1ХФЧ РАН