Туннельная спектроскопия двумерной электронной системы приповерхностного дельта-легированного слоя в GaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

КОТЕЛЬНИКОВ Игорь Николаевич

ТУННЕЛЬНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ДВУМЕРНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ПРИПОВЕРХНОСТНОГО ДЕЛЬТА-ЛЕГИРОВАННОГО СЛОЯ В ваАз

01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

□□3167257

Москва-2008

Работа выполнена в Институте радиотехники и электроники РАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Долгополов Валерий Тимофеевич

доктор физико-математических наук Каган Мирон Соломонович

доктор физико-математических наук, профессор Кульбачинский Владимир Анатольевич

Ведущая организация: Физический институт им П Н Лебедева РАН

Защита состоится 16 мая 2008 г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 002 231 01 при Институте радиотехники и электроники РАН по адресу 125009, Москва ГСП-9, ул Моховая, 11, корп. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН

Автореферат разослан апреля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук,

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Экспериментальная информация о размерно-квантованных состояниях в полупроводниковых структурах извлекается, в основном, из оптических и магнитотранспортных измерений Однако в последние годы на первый план в этой области выдвинулась туннельная спектроскопия Метод туннельной спектроскопии [1] позволяет изучать не только заполненные, как в магнитотранспорте, но и пустые энергетические уровни Кроме того, он обладает достаточно высоким разрешением, сравнимым с оптическими методами исследования, и позволяет определять положения особенностей в туннельных спектрах с точностью до нескольких сотен микровольт уже при гелиевых температурах Это дает возможность надежно регистрировать и изучать тонкие эффекты, связанные с межчастичными взаимодействиями Возрождение интереса к туннельным экспериментам связано с появлением молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), как метода получения полупроводниковых структур, в том числе на основе СаАэ, с очень высоким качеством гетерограниц и высокоточным профилем легирования [2] Предельные возможности легирования в МЛЭ реализует технология дельта-легирования (8-легирования) [3,4] В этой технологии замещение атомов основной решетки атомами легирующей примеси можно осуществить при остановке роста и делать это, в идеале, в пределах только одной кристаллической плоскости, в которой проводится 5-легирование В результате, вблизи этой плоскости в ваАБ возникает У-образная потенциальная яма для электронов (при легировании Б1, например), которые удерживаются зарядом доноров вблизи 5-легированного слоя

Приближение плоскости легирования к поверхности ваАз приводит к сильной асимметрии потенциального профиля квантовой ямы 5-слоя В направлении от 8-слоя к границе кристалла потенциал растет почти линейно с координатой на величину ~1 эВ В сторону объема СаАБ (при типичном остаточном легировании объема акцепторами с концентрацией

около 10й см"3) потенциал увеличивается с координатой, достигая области плоских зон на глубине около 1000 нм При этом изменение потенциальной энергии составляет величину порядка ширины запрещенной зоны (15 эВ). Нанесение металла на поверхность ОаАэ дает возможность управлять величиной электрического поля между 5-слоем и металлом и, следовательно, изменять асимметрию потенциала вблизи 6-слоя, а также концентрацию 20 электронов в нем Соответственно, распределение электронной плотности в перпендикулярном плоскости легирования направлении также существенно меняется с напряжением на металлическом электроде (затворе) Это может усилить зависимость проводимости 2Т) канала от потенциала затвора Такие особенности транспорта в двумерной электронной системе (ДЭС) приповерхностных 8-слоев показывают перспективность их использования в качестве канала полевых транзисторов

Когда расстояние между 8-слоем и металлом достигает десятков нанометров, между ними возникают переходы свободных носителей за счет туннельного эффекта. Кроме того, близость 6-слоя к поверхности кристалла, сопровождающаяся переходом части свободных носителей на поверхностные состояния, создает условия для локализации [5] носителей в квантовой яме Благодаря этому обстоятельству в 5-легированных слоях удалось наблюдать переход от слабой локализации к сильной с понижением температуры [6] Высокое качество гетерограницы АШаАэ, получаемой методом МЛЭ [7], открывает новую возможность использования приповерхностного 5-слоя С помощью изготовленного на его основе туннельного перехода АУб-ОаАБ можно исследовать эффекты плотности состояний и электрон-фононного взаимодействия в ДЭС полупроводникового электрода методами туннельной спектроскопии

Для полярного ОаАз взаимодействие между электроном в зоне проводимости и ЬО-фононами не слишком слабое и хорошо описывается

гамильтонианом Фрелиха. Движение электрона вызывает поляризацию решетки, и во многих случаях следует учитывать, что электрон, окруженный "фононной шубой", ведет себя как квазичастица или полярон [8, 9] Туннельная система А1/5-ОаАз представляется наиболее перспективной для наблюдения резонансных особенностей, связанных с поляронным взаимодействием между уровнями [10] Дело в том, что расстояния между подзонами в З-ОаАэ оказываются близки к энергии 8ш=36 5 мэВ продольных оптических фононов Положения уровней в двумерном канале структуры А1/5-ОаАз можно менять за счет внешних воздействий, подстраивая межподзонную энергию в резонанс с еш В результате взаимодействия электронов с ЬО-фононами меняется также и время электрон-фононного рассеяния для состояний, отстоящих от поверхности Ферми в ДЭС на величину гш [9, 11] Кроме того, на процесс туннелирования электронов существенно влияют эффекты неупругого взаимодействия с ЬО-фононами [1] Экспериментально такие поляронные эффекты в туннельных системах с ДЭС не изучались, хотя их исследование имеет фундаментальное значение для физики низкоразмерных структур и, в частности, для развития поляронной теории многоэлектронных систем [11]

Таким образом, туннельная структура АУб-ОаАв выглядит чрезвычайно привлекательным объектом для изучения ДЭС 8-слоя и межчастичных эффектов в ней Однако до появления работ автора она не была реализована как туннельная система, пригодная для туннельно-спектроскопических исследований при гелиевых температурах

Целями работы являются:

- получение высококачественных туннельных структур А1/5-ОаА5 с двумерной электронной системой в б-легированном (81) слое ОаАэ и с металлическим затвором (А1), который изготавливается в камере молекулярно- лучевой эпитаксии,

-получение экспериментальной информации о спектре размерно-квантованных состояний в ДЭС приповерхностного 5-слоя в ваА^ в условиях внешних воздействий (температуры, давления, магнитного поля и излучения), а также влияния на этот спектр межчастичных взаимодействий электрон-электронного и электрон-фононного;

- исследование многочастичных особенностей в туннельных спектрах, связанных как с неупругими процессами при туннелировании, так и с изменением плотности состояний в ДЭС 5-слоя,

-изучение магнитотранспорта в приповерхностных одиночных и двойных 5-слоях,

-исследование фотоотклика структур А1/6-СаАз на импульсное лазерное излучение субмиллиметрового диапазона

Научная новизна работы связана, прежде всего, с созданием методом МЛЭ высококачественной туннельной структуры А1/5-ОаА$ для изучения ДЭС, плотность которой можно менять в широких пределах Качество такой структуры было проверено экспериментально в данной работе Во-первых, проверка осуществлена путем сравнения спектра размерно-квантованных состояний в полупроводниковом электроде с результатами самосогласованных расчетов Это было сделано в условиях, когда основные параметры структуры (высота барьера на границе АШаАэ, расстояние между этой границей и 5-слоем, а также концентрация примесей в нем и в ОаАэ) были измерены независимыми методами Во-вторых, качество структуры проверено путем наблюдения щели в квазичастичном спектре алюминиевого электрода структуры ниже температуры Тс=1 1 К сверхпроводящего перехода в А1, что признано одним из основных критериев качества туннельных структур с барьером Шоттки

В структуре А1/5-ОаА$ квантовая яма с двумерным электронным газом создается только за счет 8-легирования ОаАэ на значительном, по

сравнению с системой АЮаАз/ОаАэ, удалении от гетерограницы Самосогласованный потенциальный профиль такой квантовой ямы должен зависеть от параметров самой ДЭС, в частности, от ее плотности и квазичастичного спектра. Кроме того, внешние воздействия влияют не только на электроны в 5-слое, но и на параметры ваАБ (зарядовое состояние остаточных примесей, параметры зонной структуры), которые тоже могут менять форму квантовой ямы 5-слоя Это приводит к повышенной чувствительности туннельных характеристик ко всем этим факторам

Благодаря указанному обстоятельству удалось наблюдать ряд новых эффектов методом туннельной спектроскопии Обнаружен эффект замороженной туннельной фотопроводимости, проявляющийся как сгущение спектра пустых уровней в 8-слое после облучения структуры Кроме того, был обнаружен резонансный межподзонный полярон в ДЭС по наблюдению пиннинга и расталкивания уровней при их диамагнитном сдвиге Причем этот эффект удалось наблюдать благодаря близости межподзонных энергий Ец в 8-слое полярного ОаАз к энергии Ею оптических фононов В условиях, когда Еи>8ьо, удалось обнаружить эффект отражения электронов на пороге эмиссии ЬО-фононов при туннелировании в ДЭС и впервые наблюдать переход от отражения к обычному неупругому туннелированию с участием ЬО-фононов. Было показано, что туннельная плотность состояний на поверхности Ферми ДЭС значительно уменьшается вблизи перехода проводящего канала приповерхностного 8-слоя в диэлектрическое состояние Это было достигнуто как путем изменения технологических параметров структур, так и за счет стимулированного давлением перехода металл-диэлектрик в области 8-легирования

Практическая ценность работы связана с использованием приповерхностных 8-легированных слоев в канале полевого транзистора

Перспективность их применения в таком качестве показали выполненные автором измерения и анализ магнитотранспортных характеристик одиночных и двойных 6-слоев, изготовленных вблизи границы Al/GaAs. Было показано, что в асимметричной потенциальной яме приповерхностного 5-слоя наблюдается значительный рост подвижности при увеличении концентрации 2D электронов как за счет напряжения на затворе структуры Ai/8-GaAs, так и при введении второго слоя 8-легирования Изготовленный на основе этих исследований полевой транзистор с пятью 5-легированными слоями в подзатворной области GaAs позволил обеспечить более эффективное управление проводимостью канала, чем транзистор на основе одиночного 5-слоя Положения, выносимые на защиту

1 Разработка технологии получения высококачественных туннельных структур Al/8-легированный GaAs, при которой А1-электрод выращивается m situ в камере молекулярно-лучевой эпитаксии.

2 Исследование изменений спектра незаполненных 21>подзон в 8-слое туннельной структуры Al/8-легированный GaAs после ее засветки излучением видимого или инфракрасного диапазонов и установление связи изменений в спектре с параметрами областей пространственного заряда вблизи 8-слоя

3 Обнаружение межподзонного полярона в приповерхностном 5-слое GaAs, проявляющегося в туннельных спектрах в условиях, когда разность энергий заполненной и пустой 21>подзон оказывается кратной энергии LO-фонона.

4 Обнаружение эффекта отражения электронов при туннелировании в двумерную электронную систему, связанного с включением в процесс туннелирования новой 2В-подзоны, расстояние от которой до заполненной подзоны превышает энергию LO-фонона

5 Экспериментальное доказательство связи собственно-энергетического поляронного эффекта при туннелировании из двумерной электронной системы с величиной отношения энергии Ферми к энергии ЬО-фонона

6. Обнаружение формирования мягкой щели в туннельной плотности состояний на поверхности Ферми двумерной электронной системы вблизи перехода проводящего канала 5-слоя в диэлектрическое состояние

7. Обнаружение роста подвижности 2Х) электронов в приповерхностном б-слое при увеличении их концентрации за счет изменения потенциала на А1-затворе.

8 Обнаружение эффекта возрастания туннельного сопротивления структуры А1/8-легированный ваЛв под действием импульсного лазерного излучения субмиллиметрового диапазона.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается воспроизводимостью данных на большом числе образцов и их признанием научной общественностью Часть обнаруженных эффектов количественно согласуются с результатами расчетов на основе общепринятых моделей Часть полученных экспериментальных данных пока имеют лишь качественное согласие с имеющимися теоретическими представлениями

Личный вклад автора. Автором диссертации разработана технология изготовления туннельных структур АУб-ОаАв в камере молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) Оптимизация технологических режимов при изготовлении конкретных образцов 6-легированных туннельных структур методом МЛЭ проводилась автором с 1989 по 2003 гт совместно с сотрудниками отдела В.Г Мокерова (ИРЭ РАН) Б К Медведевым, Ю В Федоровым, А С Бугаевым и А В Гуком.

Все основные экспериментальные результаты на туннельных структурах А1/8-ОаАз были получены автором или при его непосредственном участии Это касается также постановки научных задач

и интерпретации полученных результатов Эксперименты при гидростатических давлениях были проведены при участии автора сотрудниками лаборатории Е М. Дижура в ИФВД РАН Эксперименты по измерению фотоотклика структур на импульсное лазерное излучение субмилииметрового диапазона были выполнены совместно с С.Д Ганичевым в Регенсбургском университете (Германия)

Автор являлся руководителем грантов РФФИ (с 2000 по 2006 it ) и грантов Миннауки (совместно с В Г Мокеровым, 1989-1992 гг ), в которых получены основные результаты диссертации Часть результатов была получена автором в рамках грантов РФФИ (руководитель А Я Шульман, 1994-1999 гг), в которых автор участвовал в качестве ответственного исполнителя

Апробация результатов работы. Основные результаты докладывались на 1-ой Всесоюзной конференции по физическим основам твердотельной электроники (Ленинград, 1989); Всесоюзной научной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках" (Ташкент, 1989), 5-ой Международной конференции по сверхрешеткам и микроструктурам (Берлин, ГДР, 1990), 11 и 12-ой Всесоюзных конференциях по физике полупроводников (Кишинев, 1988 г. и Киев, 1990 г); 18-ом Советско-Японском Симпозиуме по электронике "General Electronics" (Токио, Япония, 1991), 19 - 21,24 - 26 и 28-ой Международных конференциях по физике полупроводников (Варшава, ПНР, 1988, Салоники, Греция, 1990, Пекин, КНР, 1992, Иерусалим, Израиль, 1998, Осака, Япония, 2000, Эдинбург, Шотландия, Великобритания, 2002; Вена, Австрия, 2006), Международных симпозиумах по исследованиям полупроводниковых приборов (ISDRS-93 и ISDRS-95, Шарлоттсвилль, Вирджиния, США, 1993 и 1995); 7-мом Европейском рабочем совещании по молекулярно-лучевой эпитаксии (7th EURO-MBE, Палаццо делле Фесте-Бардонеччия, Италия, 1993), 1 - 7-ой Российских конференциях по физике полупроводников (Н Новгород, 1993, Зеленогорск, 1996, Москва,

1997, Новосибирск, 1999; Н Новгород, 2001 г, С-Петербург, 2003, Москва, 2005), 1 и 3-ей Международных конференциях по физике низкоразмерных структур (Черноголовка, Московская обл, 1993 и 2001), 20-ой Международной конференции по инфракрасным и миллиметровым волнам (Орландо, США, 1995), 12 и 15-ой международных конференциях по высоким магнитным полям в физике полупроводников (Варсбург, Германия, 1996 и Оксфорд, Великобритания, 2002), 7, 9- 14 Международных симпозиумах "Наноструктуры физика и технология" (Nanostractures Physics and Technology), С -Петербург, Россия, 1999; 2001 -2006 гг); 9-ой Международной конференции по высоким давлениям в физике полупроводников (ICHPPS,Саппоро, Япония, 2000), Совещании "Нанофотоника" (Н Новгород, 2001), 2-ой Азиатской конференции по исследованиям в области высоких давлений (ACHPR-2, Нара, Япония, 2004), 16-ой Международной конференции по электронным свойствам двумерных систем (EP2DS-16, Альбукерк, США, 2005), Международной объединенной конференции по развитию исследований при высоких давлениях (AIRAPT-EHPRG, Карлсруэ, Германия, 2005); а также неоднократно обсуждались на семинарах в ИФВД РАН, ФИ им ПН Лебедева РАН, ИПТМ РАН, ФТИ им. АФ Иоффе РАН, ИРЭ РАН, Курчатовском научном центре

Основные результаты опубликованы в 42 научных трудах, в том числе в 24 статьях в реферируемых отечественных (17) и зарубежных (7) журналах, а также в сборниках трудов (18) отечественных и международных конференций и симпозиумов Перечень этих публикаций приведен в конце диссертации. В этот список не включены некоторые тезисы докладов, опубликованные в сборниках тезисов конференций и семинаров, где проходила апробацию данная работа

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, 9 Глав и Заключения Работа изложена на 217 страницах,

содержит 56 рисунков, 6 таблиц и список литературы, включающий 119 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во Введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются основные цели работы, изложены ее научная новизна и практическая ценность, описана структура диссертационной работы и приводятся основные положения, выносимые на защиту

Глава 1 содержит обзор современного состояния исследований эффектов электрон-фононного взаимодействия в полупроводниковых структурах на основе GaAs

Глава 2 посвящена описанию технологии изготовления туннельных переходов методом МЛЭ и характеристикам образцов, изучавшихся в диссертационной работе Технология совершенствовалась в течение нескольких лет с целью получения высококачественной туннельной структуры Al/6-GaAs, в которой расстояние Zg между А1 и 8-слоем составляло 20 нм Для этого, после измерения туннельных спектров выращенных структур при гелиевых температурах, в технологические режимы роста вносились изменения, которые позволили добиться получения границы раздела Al/(100)GaAs высокого качества При этом выращивание алюминиевого затвора in situ обеспечило однородность гетероперехода Al/(100)GaAs и получение монокристаллического алюминиевого слоя с минимально возможными напряжениями на границе с GaAs. Приведены параметры слоев в выращенных структурах Описаны технологические этапы получения образцов туннельных структур с различной конфигурацией затворов. Здесь же описаны методики и приведены результаты независимых измерений высоты потенциального барьера на границе Al/GaAs (специально выращенные методом МЛЭ образцы Al/n-GaAs) Приведены туннельные характеристики образцов, которые исследовались в диссертационной работе

Ъу рт

Рис 1 Зонная диаграмма туннельной структуры А1/8-0аАз

В Главе 3 описаны методические особенности измерений туннельных спектров, их анализа и обработки. Зонная диаграмма выращенной туннельной структуры (^=20 нм, самосогласованный расчет для Т=4.2 К в приближении Хартри) приведена на Рис 1 Почти линейный характер потенциального барьера между 5-слоем и металлом позволил получить качественные выражения для анализа туннельных характеристик структур А1/8-ОаАз на основе одномерной модели треугольного потенциального барьера между проводящим 5-слоем и металлическим электродом Выражения для туннельной проводимости ст при и=0 и ее логарифмической производной с1(1пст)/ё11 при е11»0, оказались функциями только двух параметров- высоты барьера Фэ и расстояния между алюминием и 8-слоем Эти выражения позволяли осуществлять

предварительный анализ туннельных характеристик образцов без привлечения самосогласованных расчетов

Измерения туннельных спектров проводились на переменном токе путем одновременной регистрации сигналов на 1-ой и 2-ой гармониках частоты модулирующего сигнала Отдельные эксперименты были выполнены на постоянном токе В этом случае первая и вторая производные вольтамперной характеристики получались путем численного дифференцирования исходных данных Обсуждаются методы получения из измеряемых данных величин логарифмической производной туннельной проводимости по напряжению II на структуре (туннельных спектров) и энергетического спектра уровней в ДЭС 8-слоя Экспериментальные зависимости проводимости и ее логарифмической производной по напряжению смещения и приведены на Рис 2 для одного из образцов (Т=4 2 К) На рисунке четко видны ступеньки в туннельной проводимости, соответствующие пересечениям уровня Ферми металла уровней размерного квантования в ДЭС 6-слоя Согласно качественным представлениям, туннельная проводимость с=с11/с1и перехода с ДЭС в одном из электродов есть сумма туннельных проводимостей сг^Ц) из всех подзон Е„ дающих вклад в туннельный ток Здесь а](11) ос рц^Е^ЦР^Е^еЩ где р^ = (т/тгй2)0(Ер-еи-Е1) - двумерная плотность состояний, а ^ - прозрачность барьера, Ер - уровень Ферми в ДЭС, а т - эффективная масса Это позволяет определять из измеренных туннельных спектров 8=(ёст/ёи)/ст положения 2Б-подзон, которые отвечают положениям минимумов в туннельном спектре 8(11), приведенном на Рис 2 Здесь видны девять пустых 20-подзон (ЕР=0<Е1) и одна заполненная (Ер >Е0) Энергию Ферми ЕР0=Ер-Е0=20 мэВ в заполненной подзоне ДЭС можно определить из туннельного спектра Измеренные туннельные спектры демонстрируют хорошее согласие с результатами самосогласованных расчетов. На спектре, показанном

на Рис 2 видны также многочастичные особенности линии ЬО-фононов при еи=±8ш (ФЛ) и аномалия при нулевом смещении (АНС)

от, мкСм 1 ю

Z, мкм 8,1/В

Рис 2 Зонная диаграмма А1/5-ОаАя (левая панель), результаты измерений проводимости сг (кривая 2) и туннельного спектра (йа/дЛ)/а (кривая 1)

В этой же главе описан метод выделения многочастичных особенностей (АНС и ФЛ) в туннельных спектрах из фона и процедура получения из экспериментальных данных величин, характеризующих туннельную плотность состояний на поверхности Ферми (АНС) и взаимодействие электронов с Ш-фононами (РисЗ, нижняя кривая -¡гйАБсЮ^Аа/с) На вставке к РисЗ приведен результат измерения туннельной плотности состояний в алюминиевом электроде при температуре Т=0 33 К, которая ниже критической температуры Тс=1 1 К сверхпроводящего перехода в А1-электроде

и,тУ

Рис 3 Выделение многочастичных особенностей из фона Sьkg в

туннельных спектрах

В Главе 4 описаны магннтотранспортные измерения в приповерхностных 5-легированных слоях. Для структуры с одиночным приповерхностным 5-слоем, выращенном на расстоянии 22 нм от границы АШаАэ, получены зависимости холловских данных и осцилляций Шубникова-де-Гааза от напряжения V на А1-затворе Показано, что концентрации электронов в подзонах, полученные из туннельных спектров, хорошо согласуются с результатами магнитотранспортных измерений Анализ зависимостей подвижностей ^ в заполненных подзонах ДЭС от V с использованием экспериментальных данных и самосогласованных расчетов обнаружил эффект двукратного возрастания подвижности в возбужденной подзоне Е] с ростом напряжения V (Рис 4) Такое поведение подвижности обусловлено асимметрией потенциального профиля, характерной для приповерхностного 5-слоя, и объясняется совместным действием эффектов экранирования и усиления

пространственного разделения подвижных носителей и ионизованных примесей в 5-слое

Рис 4 Зависимости подвижностей //, в подзонах приповерхностного &слоя от напряжения Уна алюминиевом затворе

В этой же Главе приведены результаты магнитотранспортных измерений и (выполненные В А Кокиным) расчеты волновых функций и заполнений уровней для структуры с двумя 8-слоями В этой структуре 5-слои выращивались на расстояниях 20 и 50 нм от поверхности ОаАэ Показано, что в этом случае вклад в проводимость электронов возбужденных подзон оказывается выше, чем для одиночного 6-слоя Это связано с распределением электронной плотности в возбужденных подзонах вне областей 5-легированных слоев, что подтверждается результатами самосогласованных расчетов соответствующих волновых

функций Возрастание подвижности электронов с ростом плотности ДЭС в структурах с приповерхностным 8-легированием и металлическим затвором, а также увеличение вклада в проводимость канала высоко лежащих 2Б-подзон свидетельствуют о возможности более эффективного управления проводимостью канала полевого транзистора с несколькими 8-слоями по сравнению с каналом на основе одиночного 8-слоя.

В Главе 5 описан эффект замороженной туннельной фотопроводимости (ЗТФП), обнаруженный в туннельных спектрах структур А1/5-ОаАз при Т=4 2 К (Рис 5)

X_I. I___ ., I . ,1_I___L

u, mv

Рис 5 Туннельные спектры S и проводимости а до (dark) и после подсветки структуры Al/S-GaAs при Т=4 2 К

Показано, что основные изменения после подсветки образцов происходят в положениях Е, пустых подзон, которые сгущаются к основному (заполненному) состоянию Причем, энергетические положения этих уровней меняются на десятки мэВ Величина сдвига АЕ, этих подзон зависит от времени подсветки t и достигает насыщения при t > ts При этом новые положения подзон сохраняются после подсветки в течение многих

часов при поддержании образца при гелиевой температуре Возрастание энергии Ферми в основном (заполненном) состоянии после засветки до насыщения ЗТФП в наших образцах не превышало 10% Важно отметить, что абсолютные величины туннельной проводимости структур почти не зависели от 1;, демонстрируя тем самьм слабое влияние подсветки на форму туннельного барьера между А1 и ваАБ Было обнаружено, что на характеристики эффекта влияют конфигурация слабо прозрачного алюминиевого затвора структуры АУб-ваАз (толщина слоя А1 - 80 нм) и энергия кванта излучения Ьу Показано, что время насыщения 1;5 эффекта ЗТФП зависит от размеров затвора для межзонной подсветки При Ъ\<Е& качественные характеристики ЗТФП сохраняются, однако уменьшается величина эффекта и пропадает зависимость от размеров затвора Обнаружилось также, что «темновой» туннельный спектр почти полностью восстанавливается, когда предварительно засвеченная структура нагревается до температуры выше 45 К При этом незначительные изменения положений подзон (равномерный сдвиг подзон с АЕ, ~1 мэВ) сохраняются до температур -120 К

Приводятся результаты самосогласованных расчетов туннельных спектров (М Н. Фейгинов) в режиме ЗТФП и обсуждаются возможные механизмы эффекта Анализ описанных особенностей ЗТФП показал, что при межзонной подсветке ) в наблюдаемый эффект дают вклад

такие процессы в эпитаксиальном слое ваАз, расположенном под 5-слоем, как межзонные переходы электронов с последующим накоплением положительного заряда в глубине полупроводника и фотоионизация глубоких центров в эпитаксиальном слое и/или подложке При Ьу<Ев сдвиг подзон связан только с последним процессом Оба этих процесса приводят к уширению потенциального профиля приповерхностного 8-слоя в сторону объема ОаАз, оставляя неизменным потенциальный барьер между 8-слоем и А1-электродом Это вызывает наблюдаемое «сгущение» пустых уровней

(эффект ЗТФП), которое при магнитотранспортных измерениях по 8-слою не проявляется Следует отметить, что обнаруженное при межзонной засветке возрастание времени насыщения ЗТФП на 4-5 порядков при диаметрах затвора ~100 мкм по сравнению затворами 10 мкм ширины оказалось связанным с малой прозрачностью (10"5) алюминиевого слоя для такого излучения Малая величина прозрачности приводила к значительному ослаблению излучения с Ьу>Ев в подзатворной области структуры, поскольку глубина поглощения такого излучения в ОаАз составляет единицы микрон, и оно могло проникать в подзатворную область, только проходя через алюминиевый электрод структуры

Обнаруженный эффект ЗТФП был использован в работе для подстройки уровней в 5-легированном слое в резонанс с энергией Ш-фононов, что позволило исследовать эффекты электрон-фононного взаимодействия при туннелировании

Глава 6 посвящена исследованиям диамагнитного сдвига уровней и наблюдениям резонансных поляронных эффектов в приповерхностном 8-слое. Использование продольного 8-слою магнитного поля ВЦ позволяет изменять межподзонные расстояния за счет эффекта диамагнитного сдвига уровней, величина АЕ, которого в отсутствии поляронных эффектов пропорциональна <Дг,>В||2, где <Дг,> - ширина волновой функции ¡-состояния На основе известных формул, описывающих величину диамагнитного сдвига АЕ, уровней ДЭС в области малых полей, проведено сравнение экспериментальных данных с расчетом ширин волновых функций 2В-подзон Экспериментально получены линейные зависимости АЕ,(В|'|2), наклоны которых возрастают с увеличением номера подзоны в отсутствие поляронного межподзонного взаимодействия Обсуждаются наблюдаемые отклонения зависимостей ДЕ,(В||2) от теоретических оценок Приведены зависимости энергетических положений подзон от ВЦ2 для туннельных структур, в которых проявляется эффекты связывания

состояний за счет взаимодействия с Ш-фононами (Рис 6) Показано, что, в случае, когда разность энергий между заполненным и пустым уровнями Б,, оказывается кратной величине энергии ЬО-фонона еш, наблюдаются характерные для резонансного поляронного взаимодействия пиннинг и расталкивание термов. Такое поведение при подстройке энергетических уровней за счет продольного магнитного поля наблюдалось впервые в данной работе Обнаружить такое межподзонное поляронное состояние в ДЭС удалось благодаря особенностям спектра подзон в приповерхностном 5-слое, где расстояния между последним заполненным и первым пустым уровнями оказалось близко к энергии ЬО-фонона в СаАэ

40

I

м" 20

Т = 1бК ¿9а11 • • * # •

V

V ■ ■■ ЯЧ,'

Е, ....... .....

М

Е„ ж аА ....... Ч'Ьо

20 О

I

Щ--20 -40 -60

----Е) (и= -36 5 тУ)

---- Е,+(4=+36 5 тУ)

| 5 Т |7Т

0 50 100 150 200 250

вДт2

О 10 20 30 40 50 60 В; О")

Рис 6 Зависимость энергий 20-подзон Е, от магнитного поля В\\, параллельного 8-слою, для двух образцов в условиях взаимодействия термов

Проведенные эксперименты показали, что поляронное взаимодействие приводит к значительной трансформации квазичастичного спектра ДЭС при взаимодействии с Ш-фононами даже в условиях, когда константа

этого взаимодействия а<1 (а=0.07 для ОаАз), а концентрация 20 электронов достаточно велика (п2с^Ю12 см'2).

В Главе 7 анализируется поведение линий ЬОфононов в туннельных спектрах ДЭС 8-слоя Здесь обсуждаются наблюдаемые формы фононных линий (ФЛ) в туннельных спектрах структур с 30 и 20 СаАв-электродом Показано, что в Зй случае ФЛ не зависят от концентрации электронов в п-ОаАв. В структурах с 8-легированием в ОаАБ-электроде, фононные линии существенно изменяются в зависимости от плотности ДЭС и энергетических положений 2В-уровней

"ш

Е1Р (шеУ)

Рис 7 Зависимость амплитуды ступеньки Ло*=Ас/а е туннельной проводимости от величины Егр — Еу- Ер—расстояние от дна пустой подзоны до уровня Ферми в ДЭС

Анализ наиболее простой ситуации в туннельной структуре А1/5-0аА$, когда в ДЭС 8-слоя заполнена одна подзона, позволил выявить

22

основную причину трансформации фононных линий в туннельных спектрах В эксперименте удалось реализовать переход от туннелирования на пороге эмиссии ЬО-фонона из металлического электрода в свободные состояния заполненной подзоны к туннелированию в две подзоны за счет включения (после подсветки образца) в этот процесс второго (пустого) уровня (см Рис 7 и Рис 8, а также, процедуру получения величины Аа*=Аа/а из туннельных спектров на Рис.3). Показано, что при туннелировании в две подзоны туннельная проводимость при достижении порога уменьшается (Аст*<0), что отвечает отражению электронов туннелирующих в ДЭС За счет изменения положения пустой подзоны можно было наблюдать переход от роста проводимости за порогом (обычное неупругое туннелирование) к отражению электронов Обсуждаются возможные механизмы наблюдаемого эффекта отражения на основе ранее предложенной модели Алпельбаума-Бринкмана [12] В этой модели появление отрицательной ступеньки в туннельной проводимости связывается с процессами релаксации электронов при испускании ЬО-фононов в полупроводниковом электроде ЗВ туннельного перехода

Рис 8 Модельный рисунок, демонстрирующий процессы туннелирования в одну и две 20-подзоны

е

в

В нашем случае релаксацию обеспечивают межподзонные переходы с испусканием ЬО-фононов поскольку Ею > еш

Приведены также экспериментальные данные для образцов с различными расстояниями Еу между уровнями и плотностями в ДЭС. Показано, что качественные проявления эффекта отражения видны и в этих случаях

Обсуждаются поляронные особенности в собственной энергии электрона, взаимодействующего с ЬО-фононами в ОаАэ, при энергиях ЕР-еь0 Модель, описывающая такие эффекты (провал в туннельной проводимости для Ер-еш)> была предложена в пионерских работах Махана (см, также, более поздние обзоры [9] и [11]) В отличие от туннельных переходов с барьером Шоттки металл/п-ОаАк, в ДЭС 8-слоя сравнительно легко обеспечить условие Ер<Еьо, когда поляронные особенности должны исчезать [9] Показано, что в этом случае фононная особенность, связанная с сингулярностью в собственной энергии, действительно не наблюдается Таким образом, на исследованных в работе туннельных структурах А1/8-ОаАв получено экспериментальное доказательство связи поляронных особенностей в законе дисперсии электронов с величиной энергии Ферми а двумерной электронной системе

В Главе 8 описаны исследования эффектов туннельной плотности состояний на поверхности Ферми Показано, что даже при металлическом характере проводимости в б-ОаАэ квантование электронного спектра в потенциальной яме 5-слоя приводит к зависимости АНС от межчастичных взаимодействий в ДЭС Обсуждается возможная связь АНС с эффектом слабой локализации, когда время сбоя фазы тф может быть обусловлено межэлектронными столкновениями [5] в ДЭС §-слоя В образцах А1/б-ОаАз параметр (кр1) оказывается порядка 10 и может быть легко уменьшен до величины ~1 за счет уменьшения плотности ДЭС

В качестве эксперимента, позволяющего изменять плотность ДЭС в одной туннельной структуре, представлены результаты туннельно-спектроскопических исследований структуры А1/5-ОаАз в условиях гидростатического давления. Показано, что влияние давления на туннельный спектр ДЭС не сводится только к изменению высоты потенциального барьера на границе А1/ОаАБ за счет роста ширины запрещенной зоны с давлением При достижении критического давления Рс=15 кбар плотность ДЭС начинает быстро уменьшаться с ростом давления из-за захвата свободных носителей из б-слоя на уровень БХ центров В результате характер проводимости в 5-слое при Р>РС меняется

Металлическая проводимость сменяется прыжковой проводимостью по локализованным состояниям в потенциальной яме 8-слоя. Это приводит к значительному росту амплитуды АНС, что можно связать с уменьшением плотности состояний Др/'ры^ ~ Аст/'ст на поверхности Ферми ДЭС (см. Рис 9, а также РисЗ, иллюстрирующий получение величины относительной туннельной проводимости вблизи уровня Ферми ДЭС) В качестве меры электронной плотности ДЭС для данных, приведенных на Рис 9, была использована величина Еор=Ео-Ер Ее модуль равен энергии Ферми ДЭС и пропорционален концентрации электронов п2о, когда ¡Еор| превышает полуширину уровня АЕо (>5 мэВ) в туннельном спектре При ¡ЕОР]<ДЕо уровень Ферми оказывается вблизи дна подзоны Ео и прямая пропорциональность между |Е0г1 и Пгъ нарушается, хотя уменьшение этой величины продолжает отражать падение п2В При Еор<0 уровень Ферми ДЭС попадает в область локализованных состояний Проводимость по 5-слою становится прыжковой и температурный коэффициент сопротивления (ДВЖ)/ДТ возрастает (по модулю) на несколько порядков, что свидетельствует о переходе к режиму сильной локализации (экспоненциальная зависимость проводимости от температуры) в приповерхностном б-слое Переход от слабой локализации к сильной в

«глубоких» 8-легированных слоях в ваАв ранее наблюдался в транспортных измерениях [6]. Как следует из Рис 9, именно в области Еор<0 наблюдается усиление провала в туннельной плотности состояний, что свидетельствует о проявлении мягкой кулоновской щели на поверхности Ферми ДЭС

Такую же картину демонстрируют данные измерений, полученные при Р=0 на семи образцах, в которых уменьшение плотности ДЭС и приближение к диэлектрическому состоянию достигалось за счет изменения технологических параметров структур Показано, что в этом случае также наблюдается нарастание провала в туннельной плотности состояний при прохождении дна нижайшей подзоны Е0 через уровень Ферми, как и в экспериментах при гидростатических давлениях

ватрЬэ

▲ 2

★ 3

3(Р)

.а. -0.2---*-4-

м м

а

<

□ 4(*)

О 5 (*)

Р - ргезБиге * - Шиттайоп

........

\

.¡1^Р=20кбар__

та

=10

12

д

'20

=ю""0

-60

-40

ОБ

-20

20

(мВ)

Рис 9 Зависимость глубины провала в туннельной плотности состояний на уровне Ферми от величины Е0р

Максимальная относительная глубина этого провала в туннельной плотности состояний Ар/рьк? достигала величины 30% для самой низкой плотности ДЭС (<10псм"2) Следует отметить, что наблюдение сверхпроводящей щели в алюминиевом электроде (Рис.3) свидетельствует не только о высоком качестве туннельных переходов, но и о возможности исследования в структурах Al/5-GaAs эффектов туннельной плотности состояний

В Главе 9 рассматривается фоторезистивный отклик туннельных переходов на импульсное излучение субмиллиметрового (СБММ) лазера с оптической накачкой Исследовался фотоотклик 5-легированных структур на излучение с длинами волн 90 и 250 мкм Длительность импульса СБММ излучения была порядка 100 не Импульсный сигнал, пропорциональный изменению сопротивления образца под действием лазерного излучения, падающего со стороны подложки, измерялся в стандартной схеме измерения фотоотклика при сопротивлении нагрузки R.=50 Ом или 275 0м

Был обнаружен быстрый фотоотклик, воспроизводящий структуру лазерного импульса Импульсный фотоотклик, измеренный при температуре 77 К для трех напряжений смещения Ugd на туннельной структуре Al/5-GaAs, показан на Рис 10.

Здесь же приведена зависимость сопротивления Rgd структуры от Ugd. При нулевом смещении (Ugd = 0) наблюдалась знакопеременная фото-э.д с, что свидетельствует о перераспределении свободных зарядов между 5-слоем и металлическим затвором под действием лазерного импульса аналогично случаю переходов с барьером Шоттки на основе объемно-легированного GaAs.

При Ug(i* 0 фотосигнал изменял знак при изменении знака напряжения смещения, выявляя тем самым, что облучение приводит к изменению сопротивления структуры В области смещений, где основная часть напряжения падала на туннельном переходе, сопротивление

возрастало под действием излучения Следовательно, знак фоторезистивного эффекта однозначно указывает на нетепловую природу фотоотклика туннельного перехода А1/5-ОаАз.

При больших смещениях на исследуемой структуре, когда величина И^а определяется проводимостью по каналу, знак фоторезистивного эффекта отвечает уменьшению сопротивления и, следовательно, может быть связан с разогревом ДЭС лазерным излучением Измерения показали идентичность фотооткликов структур А1/8-СаАз при больших смещениях и структур б-ОаАв без затвора Результаты этих исследований подтвердили предположение о разогреве ДЭС за счет поглощения излучения свободными носителями

ЦдА V

Рис 10 Отклик туннельной структуры на импульсное лазерное излучение субмиллиметрового диапазона при различных смещениях на структуре А1/8-ОаА5

Специальные эксперименты показали, что резистивный туннельный фотоотклик формируется на границах затвора в структуре Al/5-GaAs (в области протекания тока через структуру) и обусловлен перпендикулярной этой границе компонентой электрического поля световой волны. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что действие излучения на туннельное сопротивление структуры AI/5-GaAs обусловлено перпендикулярной к S-слою и затвору компонентой электрического поля ближней зоны, возникающей вблизи края затвора при дифракции нормально падающей электромагнитной волны При этом переменное поле, направленное вдоль туннельного тока, приводит к росту туннельного сопротивления под действием излучения

В Заключении сформулированы основные результаты работы

1 Разработана технология и изготовлены высококачественные туннельные структуры Al/5-GaAs в камере молекулярно-лучевой эпитаксии с алюминиевым затвором, выращенным in situ Впервые получены образцы туннельных переходов на основе приповерхностного 8-легированного слоя в GaAs, позволяющие изучать эффекты плотности состояний и многочастичных взаимодействий в ДЭС методом туннельной спектроскопии при гелиевых температурах Качество туннельных структур подтверждено экспериментами на большом количестве образцов с площадью туннельного перехода от 1 до 10"2мм2 и наблюдением сверхпроводящей щели в А1-электроде

2 Исследован эффект замороженной туннельной фотопроводимости (ЗТФП) в структурах Al/8-GaAs. Показано, что эффект проявляется в туннельных спектрах как сгущение пустых уровней в 8-слое к основному состоянию после подсветки излучением видимого и инфракрасного диапазонов Изменения положений пустых подзон составляет десятки миллиэлектронвольт и связаны с увеличением ширины потенциальной ямы б-слоя после подсветки При межзонной подсветке (hv>Eg) в наблюдаемый

29

эффект дают вклад как межзонные переходы электронов с последующим накоплением положительного заряда в глубине полупроводника, так и фотоионизация глубоких центров в эпитаксиальном слое и/или подложке. При /п><2% сдвиг подзон связан только с последним процессом При этом влияние ВХ центров становиться заметным только при температурах выше критической температуры 45 К для эффекта ЗТФП

3 Обнаружен резонансный межподзонный полярон в ДЭС в структуре А1/5-ОаАБ Эффект наблюдается в условиях, когда разность энергий заполненного и пустого уровней оказывается кратной энергии ЬО-фонона в ОаАэ, и проявляется как пиннинг и расталкивание соответствующих термов при диамагнитном сдвиге уровней

4 Обнаружено отражение электронов (уменьшение туннельной проводимости) при туннелировании в ДЭС на пороге эмиссии ЬО-фононов Экспериментально показано, что наблюдаемый эффект связан с включением в процесс туннелирования новой подзоны ДЭС при выполнении условия Еч>вьо> где Еу - энергетический зазор между этой подзоной и нижележащим (заполненным) уровнем

5 Впервые экспериментально доказано, что собственно-энергетические поляронные эффекты в законе дисперсии электронов проявляются в туннельных спектрах при туннелировании из ДЭС только в случае, когда энергия Ферми г{- заполненной подзоны превышает энергию ЬО-фонона Бш При ер<8ш наблюдаются только процессы неупругого туннелирования с участием фононов

6 Обнаружено значительное (до 30% при 4 2 К) уменьшение туннельной плотности состояний на поверхности Ферми ДЭС вблизи перехода проводящего канала приповерхностного 6-слоя в диэлектрическое состояние Обеднение 2В канала с ДЭС в этих экспериментах достигалось как путем изменения технологических параметров структур, так и за счет гидростатического давления.

7 Обнаружен значительный рост подвижности в ДЭС асимметричной потенциальной ямы 8-слоя при увеличении концентрации 2D электронов с изменением напряжения на затворе структуры Al/5-GaAs или при введении дополнительного 6-легированного слоя Показано, что наблюдаемое возрастание подвижности связано с пространственным удалением подвижных носителей в возбужденных подзонах от слоя заряженных доноров Этот результат был использован для создания эффективного полевого транзистора на приповерхностных 6-легированных слоях в GaAs.

8 Обнаружен эффект возрастания туннельного сопротивления структуры Al/8-GaAs под действием мощного импульсного лазерного излучения субмиллиметрового диапазона Показано, что в условиях слабой прозрачности металлического затвора эффект формируется на его границах и зависит от поляризации излучения Показано также, что обнаруженный эффект не связан с разогревом электронов в ДЭС, который наблюдается в части структуры, свободной от металлического затвора

Список основных публикаций автора по теме диссертации:

А1 Котельников И.Н., Шульман АЯ, Чиркова ЕГ, Чепиков ДК, Определение параметров области изгиба зон в переходах n-GaAs/метэлл по туннельным вольтамперным характеристикам // ФТП, Т 21, в 10 , с 1854-1862 (1987)

А2. Kotel'nikov I.N, Shul'man A Ya, Effects of electron-electron and electron-phonon interactions on tunneling spectra of quasi-classical barrier systems // Proc of 19th Intern, conf on the physics of semiconductors, Volume 1, Ed • W Zawadzki, Warsaw, Poland, August 15-19,1988, pp 681-684 A3. Анохина С.П., Котельников И.Н., Медведев БК, Мокеров В Г., Туннельная проводимость структур на основе GaAs с дельта-легированными слоями // 1-я Всесоюзная конференция то физическим

основам твердотельной электроники, Тезисы докладов, Ленинград, 25-29 сентября 1989 г, Т А, с 79-80.

А4 Ганичев С Д, Глух К Ю , Котельников И Н, Мордовец Н А., Шульман АЯ, Ярошецкий ИД, Точечный быстродействующий фотоприемник лазерного субмиллиметрового излучения//Письма в ЖТФ, Т 15, вып 8, с. 8-10 (1989)

А5. Shul'man AYa, Kotel'mkov IN, Voronovsky AN., Dizhur EM, Itskevich E S, Effects of DX-center occupation and band structure change on tunneling current in self-consistent Shottky-bamer n-GaAs/Au junctions // Proc. of 20th Intern conf on the physics of semiconductors, Volume 2, Thessaloniki, Greece, August 6-10,1990, World Scientific Publishing, Editors by E.M.Anastasakis and J D Joannopoulos, pp. 1242-1245

A6 Gulyaev Yu V., Medvedev В К, Mokerov V.G, Kotel'mkov IN., Rzhanov YuA., Molecular beam epitaxy of delta-doped GaAs and GaAs/AlGaAs heterostructure for electronic devices and integrated circuits // Proc of 18th USSR-Japan Electronics symposium on "General Electronics", Dec 12-13, 1991, Tokyo, Japan, pp 221-236, Tokai University General Res Organization

A7 Дижур E.M., Вороновский A H, Ицкевич E С., Котельников И H, Шульман А Я, Осцилляции туннельной проводимости перехода n-GaAs/Au с барьером Шоттки // ЖЭТФ, Т 102, в 5(11), с 1553-1562 (1992)

А8 Котельников ИН, Кокин В.А, Медведев Б К, Мокеров В.Г, Ржанов Ю.А., Анохина С П, Характеристики и особенности проводимости приповерхностных дельта-легированных слоев GaAs при изменении концентрации двумерных электронов // ФТП, Т 26, в 8, с. 1462-1470 (1992).

А9 Ганичев С Д., Глух К Ю , Котельников И Н., Мордовец Н А, Шульман АЯ, Ярошецкий ИД, Туннелирование при плазменном отражении

излучения в переходах металл-полупроводник с самосогласованным барьером Шоттки // ЖЭТФ, Т. 102, с 907-924 (1992)

А10 Dizhur ЕМ., Voronovsku A.N, Itskevich Е S., Shul'man A.Ya, Kotel'nikov IN., Oscillations on tunneling conductance of Schottky-barrier n-GaAs/Au junctions // High Pressure Researches, V. 9-10, No 1-2, pp 370-373

(1992)

A11 Котельников И H, Рылик А С , Шульман А Я , Магнитоосцилляции и анизотропия аномалии при нулевом смещении в туннельных переходах n-GaAs/Au в квантующем магнитном поле // Письма в ЖЭТФ, Т 58, в 10, с 831-835 (1993)

А12. Kotel'mkov IN., Kokrn V.A, Medvedev В К, Mokerov V.G , Rzhanov Yu.A, Additional opportunities for control of two-dimensional channel coductance m delta-layer structures // Proc 1993 Semiconductor Device Reserch Symposium, Charlottesville, Virginia, USA, December 1- 3, 1993, Y.l, pp.217-220

A13. Мокеров В.Г., Медведев БК, Котельников ИН, Федоров ЮВ, Влияние состояния поверхности GaAs перед осаждением Si на процесс дельта-легирования // Доклады Академии Наук, Т 332, No 5, с 575-577

(1993)

А14 Котельников ИН, Шульман А Я, Мод ДК., Порталь Ж-К, Туннелирование в квантующем магнитном поле и многочастичные особенности в туннельных спектрах переходов с барьером Шоттки // Письма в ЖЭТФ, Т 60, в 12, с 849-853 (1994).

А15 Котельников ИН., Шульман АЯ, Варванин НА, Ганичев С.Д., Майерхофер Б, Преттл В, Фоторезистивный эффект в туннельных переходах дельта-легированный GaAs/металл // Письма в ЖЭТФ, Т 62, в 1, с 48-53 (1995)

А16. Kotel'mkov IN., Shul'man A.Ya, Mordovets N A., Gamchev, S D., Pretti W, Effect of Pulsed FIR Laser Radiation on Tunnel and Channel Resistance

of Delta-Doped GaAs // Physics of Low-Dimensional Structures, V 12, pp 133-140 (1995)

A17 Kotel'nikov IN, Shul'man AYa, Mordovets NA, Ganichev SD, Mayerhofer B , Prettl W , Effect of pulsed FIR laser radiation on tunnel and channel resistance of delta-doped GaAs // Proceedings of Int Semic Dev Res. Symp (ISDRS-95), Charlottesville, US A, 1995, V. l,pp 99-102 A18 Kotel'nikov I.N, Shul'man AYa, Ganichev S.D., Varvanin NA,, Mayerhofer B , Prettl W, Heating of Two-Dimensional Electron Gas and LO Phonons in Delta-Doped GaAs by Far-Infrared Radiation // Sol State Comm, V 97, No 10, pp 827-832(1996) A19 Ganichev S.D, Kotel'nikov IN, Shul'man A.Ya, Mordovets N A., Prettl W, Response of tunnel Schottky-barrier junctions to radiation pressure of FIR laser radiation // Int Journal of IR and MM Waves, V. 17, No 8, pp 13531364 (1996)

A20 Shul'man AYa, Kotel'nikov IN, Magnetoresistance and Zero-Bias Anomaly m Tunnel Schottky-Barrier Junctions at Quantizing Magnetic Fields // Proc. of 12th Int Conf on High Magnetic Fields m Semiconductors, WeP-76, Aug. 1996, Wurzburg, Germany, High Magnetic Field m the Physics of Semiconductors II, World Scientific Publ, Singapore, 1997, pp 461-464 A21 Shul'man A Ya., Kotel'nikov IN., Ganichev S D, Dizhur E M, Zepezauer E, Prettl W., Effect of electron heating and radiation pressure on tunneling across Schottky barrier due to giant near field of FIR laser radiation // Physica B,V 272, pp 442-447(1999) A22 Kotel'nikov IN, Volkov V A, Intersubband resonant polaron m near-surface delta-doped GaAs // Proc of 7th Intern Symposium "Nanostructures. Physics and Technology", TP-07p, St Petersburg, Russia, June 14-18, 1999, pp. 272-275.

A23 Shul'man A Ya, Kotel'nikov IN, Ganichev S D, Dizhur E M, Prettl W., Ormont A B , Fedorov Yu V, Zepezauer E, Near-Zone Field Effect of FIR

Laser Radiation on Tunnel Current through the Schottky Barrier under Plasma Reflection Condition 11 Physica Status Solidi (a), V.175, pp 289-296 (1999) A24 Котельников И H, Кокин В.А , Федоров Ю В , Гук А В , Талбаев Д Т, Межподзонные резонансные поляроны в туннельных переходах Al/delta-GaAs//Письма в ЖЭТФ,Т 71, в 9, с 564-569(2000) А25 Котельников И Н, Дижур С Е, Туннельная спектроскопия 2D подзон дельта-слоя в режиме замороженной туннельной фотопроводимости // Материалы совещания "Нанофотоника", Нижний Новгород 26-29 марта 2001 г, Институт физики микроструктур РАН, с 236-239 А26 Котельников И Н, Дижур С.Е., Межподзонный резонансный полярон в приповерхностном дельта-легированном слое GaAs // Материалы совещания "Нанофотоника", Нижний Новгород 26-29 марта 2001 г, Институт физики микроструктур РАН, с 159-162 А27 Шульман А Я, Котельников И Н, Варванин Н.А, Миргородская Е Н., Туннельная спектроскопия обменно-корреляционного взаимодействия электронов в барьере Шоттки в квантующем магнитном поле переходы n-GaAs/Me//Письма в ЖЭТФ, Т 73, вып 9-10, с 643-648 (2001)

А28. KoteMkov IN., Dizhur S Е , Persistent 2D states of 6-layer quantum well and resonant polaron m 5-GaAs/Al structures // Proceedings of 9th International Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, Russia, June 17-22,2001, pp 286-289 A29 Dizhur E M, Shulman A Ya, Kotelmkov IN, Voronovsky A N, Pressure dependence of the barrier height m tunnel n-GaAs/Au junctions H Phys stat sol. (b), V. 223, pp 129-137 (2001) A30. Dizhur SE, Kotel'mkov IN, Kokm VA, Shtrom FV, 2D-subband spectra variations under persistent tunnelling photoconductivity condition m tunnel delta-GaAs/Al structures // Physics of Low-Dimensional Structures, V 11/12, pp 233-244(2001).

A31 Kotel'nikov IN, Dizhur S E., Shtrom F V, Many-body lines in tunneling spectra of Al/8-GaAs junctions near resonant polaron threshold // Proceedings of 10th International Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, Russia, June 17-21,2002, pp 323-326 A32 Dizhur E M, Voronovsky A N, Kotelnikov IN, Dizhur S.E, Feigmov M.N., Experimental study of pressure influence on tunnel transport into 2DEG //Phys Stat Sol (b),V 235, No 2, pp 531-535(2003). A33. Kotel'nikov IN , Dizhur E M, Voronovsky A.N., Dizhur S E., Kokm V A Feigmov MN., Tunneling spectroscopy of near-surface delta-layer in GaAs at high pressure // Proceedings of the 11th International Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, Russia, June 23-28, 2003, pp 117-118

A34 Kotel'mkov I.N, Dizhur S E., Polaron singularities m tunnelling spectra of high density 2D electron system m delta-layer // Proceedings of 12th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", St Petersburg, Russia, June 21-25,2004, pp 366-367. A35. Дижур E.M., Вороновский A.H, Федоров А В , Котельников И Н, Дижур С Е, Переход приповерхностного б-слоя туннельной структуры Al/5(Si)-GaAs в диэлектрическое состояние под давлением // Письма в ЖЭТФ, Т 80, № 6, с 489-492 (2004) А36 Котельников И Н, Дижур С.Е , Рассеяние с участием LO-фононов при туннелировании в двумерную электронную систему дельта-слоя // Письма в ЖЭТФ, Т 81,Вып 9, с 574-577(2005) A3 7. Kotel'nikov IN, Dizhur S Е, Mordovets N.A, Decrease of tunnelling conductance near LO-phonon emission threshold in Al/delta-GaAs junctions // Proceedings of 13th International Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, Russia, June 20-25, 2005, pp.171-172 A38 Dizhur E.M, Voronovsky A N, Fedorov A V, Kotel'nikov IN, Dizhur S E, Pressure Induced Transition of 2DEG m 5-doped GaAs to Insulating State // Proceedings of 13th International Symposium "Nanostructures

Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 20-25, 2005, pp 409410.

A39 Дижур C.E, Котельников И H, Дижур Е М, Отражение электронов при туннелировании и межподзонный резонансный полярон в двумерной электронной системе дельта-слоя в GaAs // Радиотехника и электроника, Т 51, №5, с 625-632 (2006)

А40 Котельников ИН, Дижур СЕ, Фейгинов ME, Мордовец НМ, Влияние энергии фотонов и температуры на эффект замороженной туннельной фотопроводимости структур Al/delta-GaAs // ФТП, Т. 40, Вып.7, с 839-845 (2006)

А41 Kotel'mkov IN, Dizhur ЕМ., Voronovsky AN, Dizhur SE, Tunnel density of states at the Fermi level m the two-dimensional electron system of the delta-doped layer m GaAs // Proceedings of 14th International Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St Petersburg, Russia, June 2630,2006, pp 352-353

A42 Kotel'mkov IN, Dizhur EM, Voronovsky AN, Dizhur SE., Tunnel density of states at the Fermi level m the two-dimensional electron system // Abstracts of International Conference of the Physics of Semiconductors, July 24-28,2006, Vienna, Austria, WeA2h 4, p 185

Цитированная литература.

1 Wolf, E L Principles of Electron Tunneling Spectroscopy /EL Wolf -Oxford Oxford Umv Press, 1985 -576p

2 Молекулярно-дучевая эпитаксия и гетероструктуры / Под редакцией JI Ченга, К Плога, перевод с английского под ред. Ж И Алферова Москва

Мир, 1989 -582 с

3. Шик А.Я, Полупроводниковые структуры с дельта-слоями / А Я Шик // ФТП 1992 - Т 26, Вып 7 - С 1161-1181

4 Delta Doping of Semiconductors / Ed by E.F Schubert - Cambridge Cambridge University Press, 1996 - 616 p

5 Altshuler, B.I Electron-electron interaction m desordered conductors / В I. Altshuler, A.G Aronov // in Electron-electron mterection in desordered systems Eds AL Efros, M. Pollak - North-Holland Elsevier Science Publishers В V, 1985.- Chapter 1, P 1-153.

6 Khavin, Yu Strong localization of electrons in quasi-one-dimensional conductors / Yu. Khavin, M Gershenson, A Bogdanov // Phys. Rev В - V 58, No 12-P 8009 8019

7 Pilkmgton, S J The growth of epitaxial aluminium on As containing compound semiconductors / S J Pilkington, M Missons // Journal of Crystal Growth -1999 -V. 196 -P 1-12

8 Пекар, С И Исследования по электронной теории кристаллов /СИ Пекар - М • Гостехиздат, 1951 - 256 с

9 Аппель, Дж Поляроны / Дж Аппель // в книге «Поляроны», перевод с английского, под редакцией Ю А Фирсова - Москва Наука - 1975 -С 13-204.

10. Левинсон, И Б. Пороговые явления и связанные состояния в поляронной проблеме / И Б Левинсон, Э И Рашба // УФН - 1973 - Т. 111, Выл 4 - С 683-718

11. Mahan, GD. Many-particle physics / G D Mahan - New York Kluwer, 2000.-Ch 7, Sec 7.3

12. Appelbaum, J A Interface effects m normal metal tunneling / J. A. Appelbaum, W F Brmkman//Phys Rev В.-1970 -V 2-P 907-915

Подписано в печать 27 03 2008 Печать трафаретная

Заказ № 214 Тираж 100 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш, 36 (495) 975-78-56, (499) 788-78-56 www autoreferat ru

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Эффекты поляронного взаимодействия в двумерных электронных системах на основе GaAs (Обзор)

1.1. Поляроны в полупроводниках.

1.2. Резонансное поляронное взаимодействие.

1.3. Линии LO-фононов в туннельных спектрах переходов на основе GaAs

Глава 2. Изготовление туннельных переходов методом МЛЭ и характеристики образцов.

2.1. Технология МЛЭ изготовления туннельной структуры Al/5-GaAs

2.2. Основные параметры туннельных структур Al/5-GaAs

Глава 3. Методические особенности измерений туннельных спектров, их анализа и обработки.

3.1. Формулы для анализа туннельных характеристик структур

Al/5-GaAs.

3.2. Методики измерения туннельных спектров, определение положений уровней в ДЭС и сравнение с расчетом.

3.3. Выделение многочастичных особенностей в туннельных спектрах

3.4. Туннельная плотность состояний в области сверхпроводящей щели в алюминиевом электроде структуры Al/5-GaAs.

Глава 4. Магнитотранспортные измерения в приповерхностных

5-легированных слоях

4.1. Структуры приповерхностными 5-слоями

4.2. Зависимость подвижности в заполненых подзонах ДЭС от напряжения на металлическом затворе

4.3. Структура с двумя 8-слоями

4.4. Выводы

Глава 5. Эффект замороженной туннельной фотопроводимости

5.1. Основные проявления эффекта ЗТФП при температуре 4.2К

5.2. Влияние геометрии затворов и энергии кванта излучения на эффект ЗТФП

5.3. Температурная граница эффекта ЗТФП

5.4. Заключительные замечания и выводы

Глава 6. Диамагнитный сдвиг уровней и резонансные поляронные эффекты в приповерхностном 8-слое

6.1. Зависимость туннельных спектров от продольного 5-слою магнитного поля

6.2. Резонансные поляроны в приповерхностном 5-слое

6.3. Выводы

Глава 7. Линии LO-фононов в туннельных спектрах ДЭС

7.1. Линии LO-фононов в туннельных спектрах структур

Al/GaAs с 3D и 2D электродом в GaAs

7.2. Эффект отражения электронов при туннелировании в ДЭС на пороге эмисии LO-фонона

7.3. Зависимость эффекта отражения от плотности ДЭС

7.4. Поляронные особенности в собственной энергии электрона в ДЭС

7.5. Выводы

Глава 8. Туннельная плотность состояний на поверхности Ферми в ДЭС 5легированного слоя GaAs

8.1. Вводные замечания

8.2. Туннельно-спектроскопические исследования ДЭС 5-слоя при гидростатических давлениях

8.3. Зависимость туннельной плотности состояний на поверхности

Ферми от концентрации электронов в ДЭС

8.4. Зависимость аномалии при нулевом смещении в туннельных спектрах от магнитного поля для структур с &f£>

8.5. Выводы

Глава 9. Отклик туннельных структур на импульсное излучение субмиллиметрового лазера с оптической накачкой

9.1. Вводные замечания

9.2. Отклик структур Al/5-GaAs на излучение с длинами волн

90 и 250 мкм

9.3. Фотоотклик структур с двойным (разрезным) затвором

9.4. Выводы

Актуальность темы.

Экспериментальная информация о размерно-квантованных состояниях в полупроводниковых структурах извлекается, в основном, из оптических и магнитотранспортных измерений. Однако в последние годы на первый план в этой области выдвинулась туннельная спектроскопия. Метод туннельной спектроскопии [1] позволяет изучать не только заполненные, как в магнитотранспорте, но и пустые состояния. Кроме того, он обладает достаточно высоким разрешением, сравнимым с оптическими методами исследования, и позволяет определять положения особенностей в туннельных спектрах с точностью до нескольких сотен микровольт уже при гелиевых температурах. Это дает возможность надежно регистрировать и изучать тонкие эффекты, связанные с межчастичными взаимодействиями. Возрождение интереса к туннельным экспериментам связано с появлением молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), как метода получения полупроводниковых структур, прежде всего на основе GaAs, с очень высоким качеством гетерограниц и высокоточным профилем легирования [2]. Предельные возможности легирования в МЛЭ реализует технология дельта-легирования (5-легирования) [3,4]. В этой технологии замещение атомов основной решётки атомами легирующей примеси можно осуществить при остановке роста и делать это, в идеале, в пределах только одной кристаллической плоскости, в которой проводится 5-легирование. В результате, вблизи этой плоскости в GaAs возникает V-образная потенциальная яма для электронов (при легировании Si, например), которые удерживаются зарядом доноров вблизи 5-легированного слоя.

Приближение плоскости легирования к поверхности GaAs приводит к сильной асимметрии потенциального профиля квантовой ямы 5-слоя. В направлении от 5-слоя к границе кристалла потенциал растет почти линейно с координатой на величину ~1 эВ. В сторону объема GaAs (при типичном остаточном легировании объема акцепторами с концентрацией около 1015 см"3) потенциал увеличивается с координатой, достигая области плоских зон на глубине около 1000 нм. При этом изменение потенциальной энергии составляет величину порядка ширины запрещенной зоны (1.5 эВ). Нанесение металла на поверхность GaAs дает возможность управлять величиной электрического поля между 5-слоем и металлом и, следовательно, изменять асимметрию потенциала вблизи 5-слоя, а также концентрацию 2D электронов в нем. Соответственно, распределение электронной плотности в перпендикулярном плоскости легирования направлении также существенно меняется с напряжением на металлическом электроде (затворе). Это может усилить зависимость проводимости 2D канала от потенциала затвора. Такие особенности транспорта в двумерной электронной системе (ДЭС) приповерхностных 5-слоев показывают перспективность их использования в качестве канала полевых транзисторов.

Когда расстояние между 5-слоем и металлом достигает десятков нанометров, между ними возникают переходы свободных носителей за счёт туннельного эффекта. Кроме того, близость 5-слоя к поверхности кристалла, сопровождающаяся переходом части свободных носителей на поверхностные состояния, создает условия для локализации [5] носителей в квантовой яме. Благодаря этому обстоятельству в 5-легированных слоях удалось наблюдать переход от слабой локализации к сильной с понижением температуры [6].

Высокое качество гетерограницы Al/GaAs, получаемой методом МЛЭ [7], открывает новую возможность использования приповерхностного 5-слоя. С помощью изготовленного на его основе туннельного перехода Al/8-GaAs можно исследовать эффекты плотности состояний и электрон-фононного взаимодействия в ДЭС полупроводникового электрода методами туннельной спектроскопии.

Для полярного GaAs взаимодействие между электроном в зоне проводимости и LO-фононами не слишком слабое и хорошо описывается гамильтонианом Фрёлиха. Движение электрона вызывает поляризацию решетки, и во многих случаях следует учитывать, что электрон, окруженный "фононной шубой", ведет себя как квазичастица или полярон [8, 9]. Туннельная система Al/5-GaAs представляется наиболее перспективной для наблюдения резонансных особенностей, связанных с поляронным взаимодействием между уровнями [10]. Дело в том, что расстояния между подзонами в S-GaAs оказываются близки к энергии £lo=36.5 мэВ продольных оптических фононов. Положения уровней в двумерном канале структуры Al/5-GaAs можно менять за счёт внешних воздействий, подстраивая межподзонную энергию в резонанс с slo- В результате взаимодействия электронов с LO-фононами меняется также и время электрон-фононного рассеяния для состояний, отстоящих от поверхности Ферми в ДЭС на величину sLo [9, 11]. Кроме того, на процесс туннелирования электронов существенно влияют эффекты неупругого взаимодействия с LO-фононами [1]. Экспериментально такие поляронные эффекты в туннельных системах с ДЭС не изучались, хотя их исследование имеет фундаментальное значение для физики низкоразмерных структур и, в частности, для развития поляронной теории многоэлектронных систем [11].

Таким образом, туннельная структура Al/5-GaAs выглядит чрезвычайно привлекательным объектом для изучения ДЭС 8-слоя и межчастичных эффектов в ней. Однако до появления работ автора она не была реализована как туннельная система, пригодная для туннельно-спеьсгроскопических исследований при гелиевых температурах.

Целями работы являются:

- получение высококачественных туннельных структур Al/5-GaAs с двумерной электронной системой в 8-легированном (Si) слое GaAs и с металлическим затвором (А1), который изготавливается в камере молекулярно-лучевой эпитаксии;

- получение экспериментальной информации о спектре размерно-квантованных состояний в ДЭС приповерхностного 5-слоя в GaAs в условиях внешних воздействий (температуры, давления, магнитного поля и излучения), а также влияния на этот спектр межчастичных взаимодействий: электрон-электронного и электрон-фононного;

- исследование многочастичных особенностей в туннельных спектрах, связанных как с неупругими процессами при туннелировании, так и с изменением плотности состояний в ДЭС 5-слоя;

- изучение магнитотранспорта в приповерхностных одиночных и двойных 5-слоях;

- исследование фотоотклика структур Al/8-GaAs на импульсное лазерное излучение субмиллиметрового диапазона.

Научная новизна работы связана, прежде всего, с созданием методом МЛЭ высококачественной туннельной структуры Al/8-GaAs для изучения ДЭС, плотность которой можно менять в широких пределах. Качество такой структуры было проверено экспериментально в данной работе. Во-первых, проверка осуществлена путем сравнения спектра размерно-квантованных состояний в полупроводниковом электроде с результатами самосогласованных расчетов. Это было сделано в условиях, когда основные параметры структуры (высота барьера на границе Al/GaAs, расстояние между этой границей и 8-слоем, а также концентрация примесей в нем и в GaAs) были измерены независимыми методами. Во-вторых, качество структуры Al/8-GaAs проверено путем наблюдения щели в квазичастичном спектре алюминиевого электрода ниже температуры Тс= 1.1 К сверхпроводящего перехода в А1, что признано одним из основных критериев качества туннельных структур с барьером Шоттки.

В структуре Al/5-GaAs квантовая яма с двумерным электронным газом создается только за счет 5-легирования GaAs на значительном, по сравнению с системой AlGaAs/GaAs, удалении от гетерограницы. Самосогласованный потенциальный профиль такой квантовой ямы должен зависеть от параметров самой ДЭС, в частности, от ее плотности и квазичастичного спектра. Кроме того, внешние воздействия влияют не только на электроны в 5-слое, но и на параметры GaAs (зарядовое состояние остаточных примесей, параметры зонной структуры), которые тоже могут менять форму квантовой ямы 5-слоя. Это приводит к повышенной чувствительности туннельных характеристик ко всем этим факторам.

Благодаря указанному обстоятельству удалось наблюдать ряд новых эффектов методом туннельной спектроскопии. Обнаружен эффект замороженной туннельной фотопроводимости, проявляющийся как сгущение спектра пустых уровней в 8-слое к основному (заполненному) состоянию после облучения структуры. Кроме того, был обнаружен резонансный межподзонный полярон в ДЭС по наблюдению пиннинга и расталкивания уровней при их диамагнитном сдвиге. Причем этот эффект удалось наблюдать благодаря близости межподзонных энергий в 8-слое полярного GaAs к энергии sL0 оптических фононов. В условиях, когда удалось обнаружить эффект отражения электронов на пороге эмиссии LO-фононов при туннелировании в ДЭС и впервые наблюдать переход от отражения к обычному неупругому туннелированию с участием LO-фононов. Было показано, что туннельная плотность состояний на поверхности Ферми ДЭС значительно уменьшается вблизи перехода проводящего канала приповерхностного 8-слоя в диэлектрическое состояние. Это было достигнуто как путем изменения технологических параметров структур, так и за счет стимулированного давлением перехода металл-диэлектрик в области 8-легирования. Практическая ценность работы связана с использованием приповерхностных 8-легированных слоев в канале полевого транзистора. Перспективность их применения в таком качестве показали выполненные автором измерения и анализ магнитотранспортных характеристик одиночных и двойных 8-слоев, изготовленных вблизи границы Al/GaAs. Было показано, что в асимметричной потенциальной яме приповерхностного 5-слоя наблюдается значительный рост подвижности при увеличении концентрации 2D электронов как за счет напряжения на затворе структуры Al/5-GaAs, так и при введении второго слоя 5-легирования. Изготовленный на основе этих исследований полевой транзистор с пятью 8-легированными слоями в подзатворной области GaAs позволил обеспечить более эффективное управление проводимостью канала, чем транзистор на основе одиночного 5-слоя.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

1. Разработка технологии получения высококачественных туннельных структур Al/5-легированный GaAs, при которой А1-электрод выращивается in situ в камере молекулярно-лучевой эпитаксии.

2. Исследование изменений спектра незаполненных 20-подзон в 5-слое туннельной структуры Al/5-легированный GaAs после ее засветки излучением видимого или инфракрасного диапазонов и установление связи изменений в спектре с параметрами областей пространственного заряда вблизи 5-слоя.

3. Обнаружение межподзонного полярона в приповерхностном 5-слое GaAs, проявляющегося в туннельных спектрах в условиях, когда разность энергий заполненной и пустой 2Б-подзон оказывается кратной энергии LO-фонона.

4. Обнаружение эффекта отражения электронов при туннелировании в двумерную электронную систему, связанного с включением в процесс туннелирования новой 2Б-подзоны, расстояние от которой до заполненной подзоны превышает энергию LO-фонона.

5. Экспериментальное доказательство связи собственно-энергетического поляронного эффекта при туннелировании из двумерной электронной системы с величиной отношения энергии Ферми к энергии LO-фонона.

6. Обнаружение формирования мягкой щели в туннельной плотности состояний на поверхности Ферми двумерной электронной системы вблизи перехода проводящего канала 5-слоя в диэлектрическое состояние.

7. Обнаружение роста подвижности 2D электронов в приповерхностном б-слое при увеличении их концентрации за счет изменения потенциала на А1-затворе.

8. Обнаружение эффекта возрастания туннельного сопротивления структуры Al/5-легированный GaAs под действием импульсного лазерного излучения субмиллиметрового диапазона.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается воспроизводимостью данных на большом числе образцов и их признанием научной общественностью. Часть обнаруженных эффектов количественно согласуются с результатами расчетов на основе общепринятых моделей. Часть полученных экспериментальных данных пока имеют лишь качественное согласие с имеющимися теоретическими представлениями.

Личный вклад автора.

Автором диссертации разработана технология изготовления туннельных структур Al/5-GaAs в камере молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Оптимизация технологических режимов при изготовлении конкретных образцов 5-легированных туннельных структур методом МЛЭ проводилась автором с 1989 по 2003 гг. совместно с сотрудниками отдела В.Г. Мокерова (ИРЭ РАН) Б.К. Медведевым, Ю.В. Федоровым, А.С. Бугаевым и А.В. Гуком.

Все основные экспериментальные результаты на туннельных структурах A1/S-GaAs были получены автором или при его непосредственном участии. Это касается также постановки научных задач и интерпретации полученных результатов. Эксперименты при гидростатических давлениях были проведены при участии автора сотрудниками лаборатории Е.М. Дижура в ИФВД РАН. Эксперименты по измерению фотоотклика структур на импульсное лазерное излучение субмиллиметрового диапазона были выполнены совместно с С.Д. Ганичевым в Регенсбургском университете (Германия).

Автор являлся руководителем грантов РФФИ (с 2000 по 2006 гг.) и грантов Миннауки (совместно с В.Г. Мокеровым, 1989-1992 гг.), в которых получены основные результаты диссертации. Часть результатов была получена автором в рамках грантов РФФИ (руководитель А .Я. Шульман, 1994-1999 гг.), в которых автор участвовал в качестве ответственного исполнителя.

Апробация результатов.

Основные результаты докладывались на 1-ой Всесоюзной конференции по физическим основам твердотельной электроники (Ленинград, 1989); Всесоюзной научной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках" (Ташкент, 1989); 5-ой Международной конференции по сверхрешеткам и микроструктурам (Берлин, ГДР, 1990); 11 и 12-ой Всесоюзных конференциях по физике полупроводников (Кишинев,1988 г. и Киев, 1990 г.); 18-ом Советско-Японском Симпозиуме по электронике "General Electronics" (Токио, Япония, 1991); 19, 20, 21, 24, 25, 26 и 28-ой Международных конференциях по физике полупроводников (Варшава, ПОТ, 1988; Салоники, Греция, 1990; Пекин, КНР, 1992; Иерусалим, Израиль, 1998; Осака, Япония, 2000; Эдинбург, Шотландия,

Великобритания, 2002; Вена, Австрия, 2006); Международных симпозиумах по исследованиям полупроводниковых приборов (ISDRS-93 и ISDRS-95, Шарлотгсвилль, Вирджиния, США, 1993 и 1995); 7-мом Европейском рабочем совещании по молекулярно-лучевой эпитаксии (7th EURO-MBE, Палаццо делле Фесте-Бардонеччия, Италия, 1993); 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7-ой Российских конференциях по физике полупроводников (Н. Новгород, 1993; Зеленогорск, 1996; Москва, 1997; Новосибирск, 1999; Н. Новгород, 2001 г.; С.-Петербург, 2003; Москва, 2005); 1 и 3-ей Международных конференциях по физике низкоразмерных структур (Черноголовка, Московская обл., 1993 и 2001); 20-ой Международной конференции по инфракрасным и миллиметровым волнам (Орландо, США, 1995); 12 и 15-ой международных конференциях по высоким магнитным полям в физике полупроводников (Варсбург, Германия, 1996 и Оксфорд, Великобритания, 2002); 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14-ом Международных симпозиумах "Наноструктуры: физика и технология" (Nanostructures: Physics and Technology), С.-Петербург, Россия, 1999; 2001; 2002; 2003; 2004; 2005; 2006 гг.); 9-ой Международной конференции по высоким давлениям в физике полупроводников (ICHPPS,Саппоро, Япония, 2000); Совещании "Нанофотоника" (Н.Новгород, 2001); 2-ой Азиатской конференции по исследованиям в области высоких давлений (ACHPR-2, Нара, Япония, 2004); 16-ой Международной конференции по электронным свойствам двумерных систем (EP2DS-16, Альбукерк, США, 2005); Международной объединенной конференции по развитию исследований при высоких давлениях (AIRAPT-EHPRG, Карлсруэ, Германия, 2005); а также неоднократно обсуждались на семинарах в ИФВД

РАН, ФИ им. П.Н. Лебедева РАН, ИПТМ РАН, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, ИРЭ РАН, Курчатовском научном центре.

Основные результаты опубликованы в 42 научных трудах, в том числе в 24 статьях в реферируемых отечественных (17) и зарубежных (7) журналах, а также в сборниках трудов (18) отечественных и международных конференций и симпозиумов. Перечень этих публикаций приведен в конце диссертации. В этот список не включены некоторые тезисы докладов, опубликованные в сборниках тезисов конференций и семинаров, где проходила апробацию данная работа.

Структура и содержание работы.

Диссертация состоит из Введения, 9 глав и Заключения.

9.4. Выводы.

В туннельных структурах Al/6-GaAs с непрозрачным алюминиевым затвором обнаружен фоторезистивный отклик повторяющий форму импульса (длительность 100 не) субмиллиметрового лазера с оптической накачкой. Показано, что при больших положительных смещениях на структуре, когда ее сопротивление обусловлено сопротивлением канала с S-слоем, отклик связан с разогревом 2D электронного газа в свободной от затвора части канала. В области напряжений смещения, где сопротивление структуры определяется прозрачностью туннельного барьера между алюминиевым затвором и S-слоем, наблюдаемый фотоотклик соответствует возрастанию туннельного сопротивления под действием излучения. Показано, что туннельный фотоотклик формируется на границах непрозрачного алюминиевого затвора в условиях, когда компонента электрического поля электромагнитной волны оказывается перпендикулярной границе А1-затвора. Обнаружено значительное усиление туннельного фотоотклика в структуре с разрезным затвором. Исследования на структурах такого типа позволили выдвинуть предположение о связи наблюдаемого туннельного фоторезистивного отклика с неоднородным распределением туннельного тока вблизи края затвора при отрицательных смещениях («обедняющих» канал с S-слоем) на структуре.

Заключение.

Перечислим основные результаты работы:

1. Разработана технология изготовления высококачественных туннельных структур Al/5-легированный GaAs в камере молекулярно-лучевой эпитаксии с алюминиевым затвором, выращенным in situ. Качество структур подтверждено в экспериментах по туннельной спектроскопии при гелиевых температурах на большом количестве образцов с площадью туннельного перехода от 1 до

2 2

10" мм и наблюдением сверхпроводящей щели в А1-электроде при Т<1.1 К. Показано, что туннельные спектры структур Al/5-GaAs хорошо согласуются с результатами самосогласованных расчетов, в которых были использованы параметры, полученные из независимых измерений. Продемонстрированы возможности использования полученных образцов туннельных переходов на основе приповерхностного 5-легированного слоя в GaAs для изучения эффекты плотности состояний и многочастичных взаимодействий в ДЭС методом туннельной спектроскопии.

2. При гелиевых температурах обнаружены сильные изменения (десятки миллиэлектронвольт) в спектре пустых состояний в приповерхностном 5-слое после подсветки излучением видимого и инфракрасного диапазонов. При этом пустые уровни сгущались к основному (заполненному) состоянию -замороженная туннельная фотопроводимость (ЗТФП). Метод туннельной спектроскопии позволил проследить в режиме ЗТФП как за заполненными, так и за пустыми уровнями в 5-легированном слое. Это позволило, с помощью туннельной структуры Al/5-GaAs, проконтролировать изменения потенциального профиля вблизи приповерхностного 5-слоя как со стороны объема GaAs, так и со стороны металлического затвора. Показано, что излучение с hv больше или меньше расширяет потенциальную яму только со стороны объема GaAs, вызывая "сгущение" уровней (эффект ЗТФП). При межзонной подсветке (hv>Eg) в наблюдаемый эффект дают вклад процессы фотовозбуждения в GaAs: (i) межзонные переходы электронов с последующим накоплением положительного заряда в глубине полупроводника и (ii) ионизация глубоких центров в эпитаксиальном слое и/или подложке. При hv<Eg сдвиг подзон связан только с последним процессом. Обнаружено, что влияние DX центров становиться заметным только при температурах выше критической температуры Гс=45 К для эффекта ЗТФП.

3. Обнаружен резонансный межподзонный 2D полярон в ДЭС 5-легированного GaAs. Эффект наблюдается в условиях, когда разность энергий заполненного и пустого уровней оказывается кратной энергии LO-фонона в GaAs, и проявляется как пиннинг и расталкивание соответствующих термов при диамагнитном сдвиге уровней.

4. Обнаружено отражение электронов при туннелировании в ДЭС на пороге эмиссии LO-фононов. Экспериментально доказано, что наблюдаемый эффект связан с включением в процесс туннелирования новой подзоны ДЭС при выполнении условия E^.^Elo, где E^.i - расстояние между этой подзоной и ниже лежащим (заполненным) уровнем, а . eLo - энергия LO-фонона.

5. Экспериментально доказано, что собственно-энергетические поляронные эффекты в законе дисперсии электронов проявляются в туннельных спектрах при туннелировании из ДЭС только в случае, когда энергия Ферми ЕР заполненной подзоны превышает энергию LO-фонона eLo- При ЕР<еш наблюдаются только процессы неупругого туннелирования с участием фононов.

6. Обнаружено уменьшение туннельной плотности состояний на поверхности Ферми ДЭС вблизи перехода проводящего канала приповерхностного 8-слоя в диэлектрическое состояние. Уменьшение плотности ДЭС в этих экспериментах достигалось как путем изменения технологических параметров структур, так и за счет стимулированного давлением перехода металл-диэлектрик в области 8-легирования.

7. Обнаружен значительный рост подвижности в ДЭС асимметричной потенциальной ямы 8-слоя при увеличении концентрации 2Б-электронов с изменением напряжения на затворе структуры AI/8-GaAs или при введении дополнительного 8-легированного слоя. Показано, что наблюдаемое возрастание подвижности связано с пространственным удалением подвижных носителей в возбужденных подзонах от слоя заряженных доноров. Этот результат был использован для создания эффективного полевого транзистора на приповерхностных 8-легированных слоях в GaAs.

8. Обнаружен эффект возрастания туннельного сопротивления структуры А1/8-GaAs под действием мощного импульсного лазерного излучения субмиллиметрового диапазона. Показано, что в условиях слабой прозрачности металлического затвора эффект формируется на его границах и зависит от поляризации излучения. Показано также, что обнаруженный эффект не связан с разогревом электронов в ДЭС, который наблюдается в части структуры, свободной от металлического затвора.

В заключение хочу поблагодарить тех, кто способствовал появлению этой работы. В.Г. Мокерова, который активно поддержал меня в стремлении изготовить туннельные структуры с 5-легированием по технологии МЛЭ и предоставил мне возможность осуществить это в своем технологическом отделе. Особая благодарность - технологам Ю.В. Федорову, Б.К. Медведеву, В.А. Гуку и А.С. Бугаеву, без которых эта работа не была бы выполнена. Они растили образцы в камере МЛЭ и помогали найти оптимальные режимы роста для получения высококачественных структур Al/5-GaAs. А.Я. Шульмана - под его руководством я начал заниматься туннельными измерениями. Я признателен ему за многочисленные интересные обсуждения результатов экспериментов, ценные замечания и постоянную поддержку в работе. Е.М. Дижуру и С.Д. Ганичеву я благодарен за совместную экспериментальную работу на уникальных установках и очень полезные научные (и не только) беседы. Н.А. Мордовца, С.Е. Дижура, моих коллег, экспериментаторов и соавторов, чью помощь в проведении измерений трудно переоценить. Я признателен своим коллегам по 18 отделу ИРЭ С.Н. Артеменко, В.А. Волкову и С.В. Зайцеву-Зотову за научную поддержку, а также критику и помощь на разных этапах этой работы. Многие научные проблемы были разрешены благодаря сотрудничеству с теоретиками М.Е. Фейгиновым и В.А. Кокиным. Я благодарю всех сотрудников лаборатории 183 ИРЭ РАН, которые способствовали успешному выполнению этой работы. Особо я признателен моей жене и сыну за помощь при подготовке и оформлении диссертации.

1. А1. Котельников И.Н., Шульман А .Я., Чиркова Е.Г, Чепиков Д.К., Определение параметров области изгиба зон в переходах n-GaAs/метэлл по туннельным вольтамперным характеристикам // ФТП, Т. 21, в. 10., с. 1854-1862 (1987).

2. А4. Ганичев С.Д., Глух К.Ю., Котельников И.Н., Мордовец Н.А., Шульман А .Я., Ярошецкий И.Д., Точечный быстродействующий фотоприемник лазерного субмиллиметрового излучения // Письма в ЖТФ, Т. 15, вып. 8, с. 8-10 (1989).

3. A7. Дижур E.M., Вороновский A.H., Ицкевич E.C., Котельников И.Н., Шульман А.Я., Осцилляции туннельной проводимости перехода n-GaAs/Au с барьером Шоттки//ЖЭТФ, Т. 102, в.5(11), с. 1553-1562 (1992).

4. А9. Ганичев С.Д., Глух К.Ю., Котельников И.Н., Мордовец Н.А., Шульман А.Я., Ярошецкий И.Д., Туннелирование при плазменном отражении излучения в переходах металл-полупроводник с самосогласованным барьером Шоттки // ЖЭТФ, Т. 102, с. 907-924 (1992).

5. А10. Dizhur Е.М., Voronovskii A.N., Itskevich Е. S., Shul'man A.Ya., Kotel'nikov I.N., Oscillations on tunneling conductance of Schottky-barrier n-GaAs/Au junctions // High Pressure Researches, V. 9-10, No 1-2, pp. 370-373 (1992).

6. All. Котельников И.Н., Рылик A.C., Шульман А .Я., Магнитоосцилляции и анизотропия аномалии при нулевом смещении в туннельных переходах п-GaAs/Au в квантующем магнитном поле // Письма в ЖЭТФ, Т. 58, в. 10, с. 831835 (1993).

7. A13. Мокеров В.Г., Медведев Б.К., Котельников И.Н., Федоров Ю.В., Влияние состояния поверхности GaAs перед осаждением Si на процесс дельта-легирования // Доклады Академии Наук, Т. 332, No 5, с. 575-577 (1993).

8. А14. Котельников И.Н., Шульман А.Я., Мод Д.К., Порталь Ж.-К., Туннелирование в квантующем магнитном поле и многочастичные особенности в туннельных спектрах переходов с барьером Шоттки // Письма в ЖЭТФ, Т. 60, в. 12, с. 849-853 (1994).

9. А15. Котельников И.Н., Шульман А.Я., Варванин Н.А., Ганичев С.Д., Майерхофер Б., Преттл В., Фоторезистивный эффект в туннельных переходах дельта-легированный GaAs/метэлл // Письма в ЖЭТФ, Т. 62, в. 1, с. 48-53 (1995).

10. А16. Kotel'nikov I.N., Shul'man A.Ya., Mordovets N.A., Ganichev, S.D., Prettl W., Effect of Pulsed FIR Laser Radiation on Tunnel and Channel Resistance of Delta-Doped GaAs //Physics of Low-Dimensional Structures, V. 12, pp. 133-140 (1995).

11. A18. Kotel'nikov I.N., Shul'man A.Ya., Ganichev S.D., Varvanin N.A., Mayerhofer В., Prettl W., Heating of Two-Dimensional Electron Gas and LO Phononsin Delta-Doped GaAs by Far-Infrared Radiation // Sol. State Comm., V. 97, No. 10, pp. 827-832 (1996).

12. A19. C.D. Ganichev, Kotel'nikov I.N., Shul'man A.Ya., N.A. Mordovets, Prettl W., Response of tunnel Schottky-barrier junctions to radiation pressure of FIR laser radiation // Int. Journal of IR and MM Waves, V. 17, No. 8, pp. 1353-1364 (1996).

13. A22. Kotel'nikov I.N., Volkov V.A., Intersubband resonant polaron in near-surface delta-doped GaAs // Proc. of 7th Intern. Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", TP-07p, St.Petersburg, Russia, June 14-18, 1999, pp. 272-275.

14. A24. Котельников И.Н., Кокин B.A., Федоров Ю.В., Гук А.В., Талбаев Д.Т., Межподзонные резонансные поляроны в туннельных переходах Al/delta-GaAs И Письма в ЖЭТФ, Т. 71, в. 9, с. 564-569 (2000).

15. А26. И.Н. Котельников, С.Е. Дижур, Межподзонный резонансный полярон в приповерхностном дельта-легированном слое GaAs // Материалы совещания "Нанофотоника", Нижний Новгород 26-29 марта 2001 г., Институт физики микроструктур РАН, с. 159-162.

16. A29. E.M. Dizhur, A.Ya. Shulman, I.N. Kotelnikov, and A.N. Voronovsky, Pressure dependence of the barrier height in tunnel n-GaAs/Au junctions // Phys. stat. sol. (b), V. 223, pp. 129-137 (2001).

17. A30. S.E.Dizhur, I.N.Kotel'nikov, V.A.Kokin, and F.V.Shtrom, 2D-subband spectra variations under persistent tunnelling photoconductivity condition in tunnel delta-GaAs/Al structures // Physics of Low-Dimensional Structures, V 11/12, pp. 233-244(2001).

18. A32. E. M. Dizhur, A. N. Voronovsky, I. N. Kotelnikov, S. E. Dizhur, and M. N. Feiginov, Experimental study of pressure influence on tunnel transport into 2DEG // Phys. Stat. Sol. (b), V. 235, No 2, pp. 531-535 (2003).

19. A35. Е.М.Дижур, А.Н.Вороновский, А.В.Федоров, И.Н.Котельников, С.Е.Дижур, Переход приповерхностного 5-слоя туннельной структуры Al/5(Si)-GaAs в диэлектрическое состояние под давлением // Письма в ЖЭТФ, Т. 80, № 6, с. 489-492 (2004).

20. А36. И.Н. Котельников, С.Е. Дижур, Рассеяние с участием LO-фононов при туннелировании в двумерную электронную систему дельта-слоя // Письма в ЖЭТФ, Т. 81, Вып. 9, с. 574-577 (2005).

21. A39. С.Е.Дижур, И.Н.Котельников, E.M. Дижур, Отражение электронов при туннелировании и межподзонный резонансный полярон в двумерной электронной системе дельта-слоя в GaAs // Радиотехника и электроника, Т. 51, №5, с. 625-632 (2006).

22. А40. И.Н.Котельников, С.Е.Дижур, М.Е.Фейгинов, Н.М. Мордовец, Влияние энергии фотонов и температуры на эффект замороженной туннельной фотопроводимости структур Al/delta-GaAs // ФТП, Т.40, Вып.7, с. 839-845 (2006).

23. Wolf, E.L. Principles of Electron Tunneling Spectroscopy / Wolf E.L. Oxford : Oxford Univ. Press, 1985.-576 p.

24. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры / под ред. JL Ченга, К.Плога; пер. с англ. под ред. Ж.И. Алферова. М.: Мир, 1989. 582 с.

25. Шик, А.Я. Полупроводниковые структуры с дельта-слоями / А.Я. Шик // ФТП. -1992. Т.26, Вып.7. С.1161-1181.

26. Delta Doping of Semiconductors / Ed. by E.F. Schubert Cambridge: Cambridge University Press, 1996. - 616 p.

27. Khavin, Yu. Strong localization of electrons in quasi-one-dimensional conductors / Yu. Khavin, M. Gershenson, A. Bogdanov // Phys. Rev. В.- 1998.-V. 58. P. 8009-8019.

28. Pilkington, S.J. The growth of epitaxial aluminium on As containing compound semiconductors / S.J. Pilkington, M. Missons // Journal of Crystal Growth. 1999. - 196. -P. 1-12.

29. Пекар, С.И. Исследования no электронной теории кристаллов / С.И Пекар. — М. : Гостехиздат, 1951. 256 с.

30. Аппель, Дж. Поляроны / Дж. Аппель // в книге «Поляроны»; пер. с англ.; под ред. Ю. А. Фирсова М.: Наука. - 1975. - С. 13-204.

31. Левинсон, И.Б. Пороговые явления и связанные состояния в поляронной проблеме / И.Б. Левинсон И.Б., Э.И. Рашба // УФН. 1973. - Т. 111, Вып.4 - С. 683-718.

32. Mahan G.D. Many-particle physics / G.D. Mahan New York. : Kluwer, 2000. - Ch.7, Sec.7.3.

33. Ландау, Л.Д. Собрание трудов. В 2 т. Т.1. О движении электронов в кристаллической решетке / Л.Д. Ландау. М. : Наука, 1969. - С. 90-91.

34. Frolich, Н. Electrons in lattice fields / H. Frolich //Advances in Physics. 1954. - V. 3, Noll.-P. 325-361.

35. Polarons / J.T. Devreese Wiley-VCH Publishers, 1996, P. 383-409 - (Encyclopedia of Applied Physics. V. 14).

36. Xiaoguang, Wu. Exact and approximate results for ground-state of a Frohlich polaron in two dimensions / Wu Xiaoguang, F.M. Peeters, J.T. Devreese // Phys. Rev. B. 1985. - V. 31,№6.-P. 3420-3426.

37. Petrou, A. Magnetospectroscopy of confined semiconductor systems / A. Petrou, B.D. McCombe //Landau Level Spectroscopy; Edited by G. Landwehr and E.I. Rashba. -Elsevier Science Publishers B.V., 1991. Chapter 12.

38. Cheng, J.-P. Magnetopolaron effect on shallow donors in GaAs / J.-P. Cheng, B.D. McCombe, J.M. Shi, F.M. Peeters, J.T. Devreese // Phys. Rev. B. 1993. - V. 48, №4. - P. 7910-7914.

39. Silva- Valencia, J. Impurity-related optical-absorption spectra in GaAs-Gal-xAlxAs superlattices with an in-plane magnetic field / J. Silva- Valencia, N. Porras-Montenegro // Phys. Rev. В 1998. - V. 58, №4 - P. 2094-2101.

40. Hai, G.D. Interface effect on magnetopolarons in GaAs/AlxGal-xAs quantum wells at high magnetic fields / G.D. Hai, F.M. Peters, N. Studart, Y.J. Wang, B.D. McCombe // Phys. Rev. В 1998. - V. 58, №12 - P. 7822-7828.

41. Hameau. Strong electron-phonon coupling regime in quantum dots: evidence for everlasting resonant polaron / S. Hameau, Y. Guldner, O. Verzelen, R. Ferreira, G. Bastard et al. // Phys. Rev. Lett. 1999. - V. 83 - P. 4152-4155.

42. Wu, X.G. Blocking of the polaron effect spin-split cyclotron resonance in two-dimensional electron gas / X.G. Wu, F.M. Peters, Y.J. Wang, B.D. McCombe // Phys. Rev. Lett. 2000. - V84, №21 - P. 4934-4937.

43. Poulter, A J.L. Magneto infrared absorption in high electron density GaAs quantum wells / A.J.L. Poulter, J. Zeman, D.K. Maude, M. Potemski, G. Martinez et al. // Phys. Rev. Lett. 2001. - V86, №2 - P. 336-339.

44. Hameau, S. Far-infrared magnetospectroscopy of polaron states in self-assembled InAs/GaAs quantum dots / S. Hameau, J.N. Isaia, Y. Guldner, E. Deleporte, O. Verzelen, R. Ferreira, G. Bastard et al. // Phys. Rev. В 2002. - V65 - P. 085316-10.

45. Lorke, A. Many-particle ground states and exitations in nanometer-size quantum structures / A. Lorke, R.J. Luyken // Physica В 1998. - V 256-258 - P. 424-430.

46. Liu, H. C. Intersubband Raman Laser / H. C. Liu, Iva W. Cheung, A. J. SpringThorpe, C. Dharma-wardana, Z. R. Wasilewski, D. J. Lockwood, G. C. // Aers Appl. Phys. Lett. -2001. -V.78- P. 3580-3582.

47. Klimin, S.N. Cyclotron resonance of an interacting polaron gas in quantum well: magnetoplasmon-phonon mixing / S.N. Klimin, J.T. Devreese // Phys.Rev. В 2003. - V. 68 - P. 245303-8.

48. Faugeras, C. Frohlich mass in GaAs-based structures / C. Faugeras, G Martinez, A. Riedel, R. Hey, К J. Freidland, Yu. Bychkov // Phys.Rev. Lett.- 2004. V. 92, №10 - P. 107403-4.

49. Klimin, S.N. Comments on "Frohlich mass in GaAs-based structures" / S.N. Klimin, J.T. Devreese // Phys. Rev. Lett. 2005. - V. 94, P. 230701.

50. Faugeras, C. A Reply to the Comment by S. N. Klimin and J. T. Devreese / C. Faugeras, G Martinez, Yu. Bychkov // Phys. Rev. Lett. 2005. - V. 94 - P. 239702.

51. Boebinger, G.S. Direct observation of two-dimensional magnetopolarons in a resonant tunnel junction / G.S. Boebinger, A.F.J. Levi, S. Schmitt-Rink, A. Passner, N.L. Pfeiffer, R.W. West // Phys. Rev. Lett. 1990. - V. 65, №2 - P. 235-238.

52. Peeters, F.M. Energy levels of two- and three-dimensional polarons in a magnetic field / F.M. Peeters, J.T. Devreese // Phys. Rev. B, 1985. - V. 31 - P. 3689-3695.

53. Hayden, R.K. Polaron pinning effects in superlattices at high electric and magnetic fields / R.K. Hayden. A. Nogaret, L. Eaves, N. Miura, M. Henini // Physica В 1998. - V. 256-258 -P. 540-543.

54. Hyldgaard, P. Resonant tunneling with an electron-phonon interaction / P. Hyldgaard, S. Hershfield, J.H. Devies, J.W. // Wilkins Annals of Physics 1994. - V. 236 - P. 1-42.

55. Махан, Г.Д. Многочастичная теория туннелирования // Туннельные явления в твердых телах / под ред. Э. Бурштейна, С. Лундквиста, пер. с англ. под ред. В.И. Переля М. : Мир, 1973. - Гл. 22.

56. Conley, J.W. Tunneling Spectroscopy in GaAs / J.W. Conley, G.D. Mahan // Phys. Rev. -1967. -V. 161 P. 681-695.

57. Appelbaum, J.A. Interface effects in normal metal tunneling / J.A. Appelbaum, W.F. Brinkman // Phys. Rev. B. 1970. - V. 2 - P. 907-915.

58. Tsui, D. C. Tunneling study of hole-TO-phonon interaction in GaAs and GaSb / D. C. Tsui // Phys. Rev В 1974. - V. 9, №2 - P. 487-494.

59. Tsui, D.C. Evidence for hole-to-phonon interaction from tunneling measurements in GaAs-Pb junctions / D.C. Tsui // Phys. Rev. Lett. 1968. - V. 12, №14 - P. 994-996.

60. Guetin, P. Tunneling spectroscopy and band structure effects in n-GaSb under pressure / P. Guetin, G. Schreder // Phys.Rev В 1972. - V. 6 - P. 3816-3835.

61. Combescot, R. Tunnelling in metal-semiconductor contacts: II. Influence of the electron-phonon interaction / R. Combescot, G. Schreder // J. Phys. С 1974. - V. 7 - P. 13181336.

62. Wolf, E.L. Nonsuperconducting electron tunneling spectroscopy / E.L. Wolf // Solid state physics London : Academic press, 1975. - V30, P. 2-93.

63. Hirakawa, K. Electron-phonon interaction in GaAs/AlxGaAsi.x/GaAs single-barrier heterojunction diodes / K. Hirakawa, H. Sakaki, T. Ikoma // Surface science 1990. - V. 239-P. 161-164.

64. Котельников, И.Н. Туннелирование в переходах метапл-подупроводник с самосогласованным барьером Шоттки. Теория и эксперимент на n-GaAs/Au / И.Н. Котельников, И.Л. Бейнихес, А.Я. Шульман // ФТТ 1985. - Т. 27, №2 - С. 401-415.

65. A.Y. Cho, A.Y. Single-crystal-aluminum Schottky-barrier diodes prepared by MBE on GaAs / A.Y. Cho, P.D. Dernier // J. Appl. Phys. 1978. - V. 49, No 2 - P. 3328-3332.

66. Ludeke, R. Molecular beam epitaxy of alternating metal-semiconductor films / R. Ludeke, L.L. Chang, L. Esaki // Appl. Phys. Lett. 1973. - V. 23 - P. 201-203.

67. Oh J.E. Epitaxial growth and characterization of GaAs/Al/GaAs heterostructures / J.E. Oh, P.K. Bhattacharya, J. Singh, W. Dos Passos, R. Clarke, N. Mestres, R. Merlin, К. H. Chang, R. Gibala //Surface Science 1990. - V. 228.- P. 16-19.

68. Sands, T. Stable and epitaxial metal/III-V semiconductor heterostructure, / T. Sands, C. J. Palmstrom, J. P. Harbison, V. G. Keramidas, N. Tabatabaie, T. L. Cheeks, R. Ramesh, Y. Silberberg // Material Science Reports 1990. - V. 5 - P. 99-170.

69. Barret, С. On the dependence of Schottky barrier Height and interface states upon initial semiconductor surface parameters in GaAs{001}/Al junctions / C. Barret, J. Massies // J. Vac. Sci Technol. В 1983. -V. 1, №3 - P. 819-824.

70. Wang, W.I. The dependence of A1 Schottky barrier height on surface conditions of GaAs and AlAs grown by molecular beam epitaxy / W.I. Wang // J. Vac. Sci Technol. В 1983. -V. 1, №3 - P. 574-580.

71. Shen, Т. H. Control of semiconductor interface barrier by delta-doping / Т. H. Shen, M. Elliott, R. H. Williams, D. A. Woolf, D. I. Westwood, A. C. Ford // Applied Surface Science 1992. - V. 56-58 - P. 749-755.

72. Бахтизин, Р.З. Атомные структуры на поверхности GaAs(lOO), выращенной методами молекулярно-лучевой эпитаксии / Р.З. Бахтизин, Т. Сакурай, Т. Хашицуме, К.-К. Щуе //УФН 1997. - Т. 167, №11-С. 1227-1241.

73. Котельников, И.Н. Туннелирование в переходах металл-полупроводник с самосогласованным барьером Шоттки. Теория и эксперимент на n-GaAs/Au / И.Н. Котельников, И.Л. Бейнихес, А.Я. Шульман // ФТТ 1985. - Т. 27 - С. 407-415.

74. Дж. Лэмб, Р.К. Джаклевик, Молекулярные возбуждения в барьерах. II // в книге «Туннельные явления в твердых телах», под редакцией Э. Бурштейна и С. Лундквиста, перевод с английского под редакцией В.И. Переля, М: Мир, 1973, Гл. 17.

75. Zachau, M. Schottky-barrier tunneling spectroscopy for the electronic subbands of a 8-doping layer / M. Zachau, F. Koch, K. Ploog, P. Roentgen, H. Beneking // Solid State Commun- 1986. V. 59, №8 - P. 591-594.

76. Feiginov M. Negative differential conductance in the tunnel Schottky contact with two-dimensional channel / M.N. Feiginov // Appl. Phys. Lett. 2002. - V. 81, No 5 - P. 930932.

77. Дижур, E.M. Туннельная спектроскопия на постоянном токе и цифровой метод анализа экспериментальных данных / Е.М. Дижур, А.В. Федоров // ПТЭ -2005. Т. 4 - С. 38-42.

78. Ploog, К. Fundamental studies and device application of delta -doping in GaAs layers and in AlxGai.xAs/GaAs heterostructures / K. Ploog, M. Hauser, F. Fisher // Applied Physics A (Solids and Surfaces) 1988. - V. 45 - P. 233-244.

79. Zrenner, A., Electron subband structure of a 5(z)-doping layer in n-GaAs / A. Zrenner, H. Reisinger, F. Koch, K. Ploog // Proc. 17-th International Conf. of Phys. Semicond. San Francisco 1984 -Springer Verlag (New-York) P.325-328.

80. Zrenner, A. Subband physics for a "realistic" 5-doping layer / A. Zrenner, F. Koch, K. Ploog // Surface Science 1988. -V. 196 - P. 671-676.

81. Zrenner, A. Side by side existence of the quantum Hall effect and the magnetic field induced metal insulater transition / A. Zrenner, F. Koch, J. Leotin, M. Goiran, K. Ploog // Semicond. Sci. and Technol. 1988 - V. 3, Nol 1 - P. 1132-1135.

82. Qiu-yi, Ye. Mobility enhancement by regular positioning of donor impurities / Ye Qiu-yi, A. Zrenner, F. Koch, H. Sigg, D. Heitmann, K. Ploog // Surface Science 1990. - V. 228 -P. 453-455.

83. Schubert, E.F. The 5-doped field-effect transistor / E.F. Schubert, K. Ploog // Japan Journ. Appl. Phys. 1985. -V. 24, № 8 - P. L608-L610.

84. Zrenner, A. Elektronische eigenschaften von dotierschichten in GaAs / A. Zrenner / Doctoral Dissertation, Technische Universitat, Munchen, 1987. 99 p.

85. Stormer, H.L. Observation of intersubband scattering in a 2-dimensional electron system / H.L. Stormer, A.C. Gossard, W. Wiegmann // Solid State Commun. 1982. - V. 41, №10 -P. 707-709.

86. Fletcher, R. Evidence of a mobility edge in the second subband of an Alo 33Gao 67As-GaAs heterojunction / R. Fletcher, E. Zaremba, M. D'lorio, C.T. Foxon, J.J. Harris // Phys.Rev.B. -V. 38, №11 P. 7866-7869.

87. Mori, S. Electronic Properties of a Semiconductor Superlattice II. Low Temperature Mobility Perpendicular to the Superlattice / S. Mori, T. Ando // Journ. Phys. Soc. Japan -1980. V. 48, №3 - P. 865-873.

88. Mesrin, O. Theory of single delta-layer / O. Mesrin, A. Shik // Superlattices and Microstructures. 1991. -V. 10, №1 - P. 107-112.

89. Hai G.-Q. Multisubband electron transport in 5-doped semiconductor systems / G.-Q. Hai, N. Studart, F.M. Peeters // Phys. Rev. B. 1995 - V. 52, No 11 - P. 8363-8371.

90. Arscott, S. Observation of persistent photoconductivity in delta-doped GaAs. / S. Arscott, M. Missous, L. Dobaczewski // Semicond. Sci. Technol. 1992. - V. 7 - P. 620-623.

91. Chen, C.Y. Persistent photoconductivity in Si delta-doped GaAs at low doping concentration / C.Y. Chen, Tineke Thio, K.L. Wang, K.W. Alt, P.C. Sharma // Appl. Phys. Lett. 1998. - V. 73 - P. 3235-3237.

92. Blakemore, J.S. Semiconducting and other major properties of gallium arsenide / J.S. Blakemore // J. Appl. Phys. 1982. -V. 53 - R123-R181.

93. Таблицы физических величин / под ред. акад. И.К. Кикоина М. : Атомиздат, 1976.-С. 305.

94. Лифшиц, Е.М, Теоретическая физика : в 10 т. Т. X. Физическая кинетика / Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский М.: Физматлит, 2002 - С. 451.

95. Kulbachinskii, V.A. Persistent photoconductivity in quantum dot layers in InAs/GaAs structures / V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, V.G. Kytin, V.A. Rogozin, P.V. Gurin, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov // Phys. Stat. Sol. (c) 2003. - V. 0(4) - P. 1297-1300.

96. Soltanovich, O.A. Study of depth distribution of metastable hydrogen-related defects in n-type GaAs / O.A. Soltanovich, E.B. Yakimov, V.A. Kagadei and L.M. Romas // Physica В 2001.-V. 308-310-P. 827-830.

97. Chadi, D.J. Arsenic-antisite defect in GaAs: Multiplicity of charge and spin states / D.J. Chadi // Phys. Rev. В 2003. - V. 68 - P. 193204-193208.

98. Mitchel, W.C. Photocurrent transients in semi-insulating GaAs, effects of EL2 and other defects / W.C. Mitchel, J. Jimenez // J. Appl. Phys. 1994. - V. 75(6) - P. 3060-3070.

99. Stern, F. Properties of semiconductor surface inversion layers in the electric quantum limit / F. Stern and W.E. Howard // Phys. Rev. 1967. - V. 163 - P. 816-833.

100. Tsui, D.C. Effect of a parallel magnetic field on surface quantization / D.C. Tsui // Solid St. Comm. 1971. -V. 9 -P. 1789-1792.

101. D.C. Tsui, Electron-tunneling studies of quantized surface accumulation layer //Phys. Rev. B, V4, No 12, 4438-4449 (1971).

102. Zrenner, A. Electronic subbands of delta-doping layer in GaAs in a parallel magnetic field / A. Zrenner, H. Reisinger, F. Koch, K. Ploog, J. C. Maan // Phys. Rev. В 1986. - V. 33 -P. 5607-5610.

103. Demmerle, W. Tunneling spectroscopy in barrier separated two-dimensional electron-gas systems / W. Demmerle, J. Smoliner, G. Berthold, E. Gornic, G. Weimann, W. Schlapp // Phys. Rev. B. 1991.- V. 44. No 7 - P. 3090-3104.

104. Fromhold, T.M. Effect of a transverse magnetic field on tunneling in single and double-barrier structures / T.M. Fromhold, F.W. Sheard, G.A. Toombs // Surface Science 1990. -V. 228. - P. 437-440.

105. Андо, Т. Электронные свойства двумерных систем / Андо Т., Фаулер А., Стерн Ф; пер. с англ. под ред. Ю.В. Щмарцева М.: Мир, 1985. - 416 с.

106. Maude, D.K. Studies of the DX center using hydrostatic pressure / D.K. Maude, J.C. Portal, R. Murray, T.J. Foster, L. Dmowski et al. // Solid State Phenomena 1989. - V. 10-P. 121-144.

107. Zrenner, A., Saturation of the free-electron concentration in 5-doped GaAs: the DX center in two dimensions / A. Zrenner, F. Koch, R.L. Williams, R.A. Stradling, K. Ploog, G. Weimann // Semiconductor Science and Technology 1988. - V. 3 - P. 1203-1209.

108. Maude, D.K. Investigation of DX center in heavily doped n-type GaAs / D.K. Maude, J.C. Portal, L. Dmowski, T. Foster, L. Eaves et al. // Phys. Rev. Lett. 1987. - V. 59, No 7-P. 815-818.

109. Efros, A.L. Coulomb gap and low-temperature conductivity of disordered systems / A.L. Efros, B.I. Shklovskii // J. Phys. C. 1975 - V. 8 - P. L49-L51.

110. Baranovskii, S.D. Coulomb gap in disordered systems: computer simulation/ S.D. Baranovskii, A.L. Efros, B.L. Gelmont, B.I. Schklovskii // J. Phys. С 1979. - V. 12 - P. 1023-1034.

111. Дубровский, Ю.В. Нулевые аномалии в структурах с одиночными гетеробарьерами / Ю.В. Дубровский, Ю.Н. Ханин, Т.Г. Андерсон, У. Генсер, Д.К. Мауд, Ж.К. Портал // ЖЭТФ 1996 - Т. 109, вып. 3 - С. 868-875.

112. Minkov, G.M. Magnetic field dependent zero-bias diffusive anomaly in Pb-oxide-n-InAs structures: coexistence of 2D and 3D states / G.M. Minkov, A.V. Germanenko, S.A. Negachev , O.E. Rut, Eugene V. Sukhorukov // Physica В 1998 - V. 256-258 - P. 523526.

113. Sukhorukov, E.V. Anizatropy of zero-bias diffusive anomalies for different orientasion of external magnetic field / E.V. Sukhorukov, A.V. Khaetskii // Phys. Rev. В 1997 - V. 56, No 3-P. 1456-1460.

114. Ashoori, R.C. Equilibrium tunneling from the two-dimensional electron gas in GaAs: evidence for magnetic-field-induced energy gap / R.C. Ashoori, J.A. Lebens, N.P. Bigelow, R.H. Silsbee // Phys. Rev. Lett. 1990 - V. 64, No 6 - P. 681-684.

115. Ashoori, R.C. Energy gaps of the two-dimensional electron gas explored with equilibrium tunneling spectroscopy / R.C. Ashoori, J.A. Lebens, N.P. Bigelow, R.H. Silsbee // Phys. Rev. В 1993 - V. 48, No 9 - P. 4616-4628.

116. Eisenstien, J.P. Coulomb barrier to tunneling between parallel two-dimesional electronsystems / J.P. Eisenstien, L.N. Pfeiffer, K.W. West // Phys. Rev. Lett. 1992 - V. 69, No 26-P. 3804-3807.

117. Chan, H.B. Universal linear density of states for tunneling into the two-dimensional electron gas in magnetic field / H.B. Chan, P.I. Glicofridis, R.C. Ashoori, M.R. Melloch // Phys. Rev. Lett. 1997 - V. 79, No 15 - P. 2867-2870.

118. Dolgopolov, V.T. Electron correlations and Coulomb gap in two-dimensional electron gas in high magnetic field / V.T. Dolgopolov, H. Drexler, W. Hansen, J.P. Kotthaus // Phys. Rev. В 1995-V. 51, No 12-P. 7958-7961.

119. Deviatov, E.V. Tunneling measurements of Coulomb gap in two-dimensional electron system in a quantizing magnetic field / E.V. Deviatov, A.A. Shashkin, V.T. Dolgopolov, W. Hansen, M. Holland // Phys. Rev. В 2000 - V. 61, No 4 - P. 2939-2944.

120. Ganichev, S.D. Intense terahertz excitation of semiconductors / S.D. Ganichev, W. Prettl Oxford University Press, 2006. C. 148-160.

121. Shah, Jagdeep. Energy-Loss Rates for Hot Electrons and Holes in GaAs Quantum Wells / Jagdeep Shah, A. Pinczuk, A. C. Gossard, W. Wiegmann // Phys. Rev. Lett. 1985. - V. 54 - P. 2045-2048.

122. Yang, С. H. Hot-Electron Relaxation in GaAs Quantum Wells / С. H. Yang, Jean M. Carlson-Swindle, S. A. Lyon, J. M. Worlock // Phys. Rev. Lett. 1985. - V. 55 - P. 23592361.

123. Das Sarma, S. Effect of phonon self-energy correction on hot-electron relaxation in two-dimensional semiconductor systems / S. Das Sarma, J.K. Jain, R. Jalabert // Phys. Rev. В — 1988.-V. 37-P. 4560-4566.

124. Ridley, B.K. Hot electrons in low-dimensional structures / B.K. Ridley // Rep. Prog. Phys. 1991. - V. 54 - P. 169-256.