Влияние кулоновского взаимодействия на энергетический спектр и оптические свойства примесных комплексов A+ +e и A+2+e в квазинульмерных структурах

• Автор: Левашов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 202 с. : ил.

Глава 1. Оптические свойства Л+ - и А2 - центров в квазинульмерных структурах
1.1 Введение
1.2Энергетический спектр А* - центра в сферически - симметричной
квантовой точке
1.3 Коэффициент примесного поглощения в квазинульмерной структуре с А* - центрами
1,40собенности энергетического спектра Л ! - центра в сферически
симметричной квантовой точке
1.5 Коэффициент примесного поглощения в квазинульмерной структуре
с А+г - центрами
Выводы к главе
Глава 2. Оптические свойства примесных комплексов А+ + е и А2+е в структурах с квантовыми точками
2.1 Введение
2.2Влияние кулоновского взаимодействия на энергетический спектр
комплексов А+ +е и А* +е в сферически - симметричной квантовой
точке
2.3Кулоновские эффекты в спектрах примесного поглощения света в квазинульмерных структурах с примесными комплексами А+ + е

Выводы к главе
Глава 3. Фотодиэлектрический эффект, связанный с возбуждением комплексов А+ +е в квазинульмерных структурах
3.1 Введение
3.2Дихроизм поглощения при фотовозбуждении комплексов А* +е в
квазинульмерной структуре
3.3 Поляризационная зависимость фото диэлектрического эффекта в
квазинульмерной структуре с примесными комплексами А+ + е
Выводы к главе
Заключение
Приложение
Список авторских публикаций по теме диссертации
Библиографический список использованной литературы
К настоящему времени хорошо известно, что в условиях низких температур нейтральные донорные и акцепторные примеси могут захватывать соответственно электрон или дырку, образуя заряженные состояния, так называемые £Г- и А*- центры. В объемном материале типа С а Аз их энергия связи составляет доли мэВ, однако она значительно возрастает в двухмерных и нульмерных структурах по сравнению с трехмерными, что облегчает их исследование в этом случае. Вместе с тем в нульмерных и двухмерных структурах легко получить стационарные О - и А*- центры методом, так называемого двойного селективного легирования [1] при котором осуществляется одновременно легирование в квантовые точки (КТ) или ямы и в соответствующие барьеры, разделяющие их в полупроводниковой структуре. В частности, исследованию отрицательно заряженных мелких доноров, /Г- центров, в квантовых ямах (КЯ) типа СаАв/АЮаАя к настоящему времени посвящено уже значительное количество работ [2,3]. Что касается соответствующих состояний мелких акцепторов А+, то их исследование ограничивалось до недавнего времени лишь некоторыми теоретическими работами [4]. Однако недавно были экспериментально обнаружены А+- центры в КЯ типа СаАз/АЮаАз шириной 15 нм и проведено первое их предварительное исследование. С помощью измерений эффекта Холла [5] и низкотемпературного прыжкового транспорта по А* - зоне [6] были определены энергетическое положение и боровский радиус А* - центров. Существенным дополнением к определению природы А+- центров является анализ их люминесцентных свойств. Так в работе [7] были исследованы спектры фотолюминесценции в КЯр - типа СаЛз/ЛЮаАз содержащих А*- центры, которые были получены методом двойного селективного легирования мелкой акцепторной примесью бериллия.
В последней работе исследовалась структура множества ям СаА$/Ао3Са07 Аз, выращенные методом молекулярно - пучковой эпитаксии. Исследование основано на сравнение картин люминесценции, полученных от структур с шириной ям 15 нм и от структур с шириной ям 9 нм, причем в каждом случае легировались либо только ямы (ямы содержали только А0 - центры), либо как ямы, так и барьеры (ямы содержали только А+ - центры). В результате проведенных исследований была обнаружена новая линия люминесценции, связанная с излучательными переходами на /Г - центры. Ее энергетическое положение однозначно определяется энергетическим положением А*- центра и сильно зависит от ширины КЯ в случае, когда размер ям сопоставим с радиусом локализации дырок на А+- центрах, иными словами А+- центр является обычным многозарядным центром, подобно компенсированной меди в германии [8]. При этом в состоянии близком к равновесию, в оптических свойствах этого центра участвует только верхний уровень. В случае 15 нм ям этот уровень отстоит от края валентной зоны на 7-8 мэВ, как это было определено ранее из холловских измерений. Поэтому основной уровень примеси, отстоящий от края валентной зоны на 30 мэВ, проявиться не может. (Основной уровень примеси может проявиться при достаточно больших уровнях возбуждения вследствие захвата неравновесных электронов А+- центрами).
Как было показано в работе [5], энергия связи А*- центров в квантовых ямах вследствие ограничения интерфейсов становится больше, чем в объеме, и должна увеличиваться при уменьшении ширины ямы в определенных пределах. Таким образом, можно ожидать, что в КЯ шириной 9 нм энергия связи будет еще больше чем в ямах шириной 15 нм. На рис 1 представлены спектры фотолюминесценции структур с шириной ям 15 и 9 нм соответственно. Кривой 1 на графиках представлен спектр фотолюминесценции структур, содержащих А0- центры и соответственно кривой 2 спектр фотолюминесценции структур содержащих А+- центры.

Принимая во внимание, что [70]
1(2/+1)(/- ЯІ )! , , ч
Р /—г—ІЧ-—^1 1 (соэ в) е~т 9,
4тт(Г+т')
(1.3.24)
(1.3.25)

а„, ■
(1.3.26)
(1, при т> 0,
[(-1)т , при т! < 0,
а также используя теорему сложения для функций Лежандра
I (1~тI
Р1{соъо)) = Р1(со5в)Р1(со?,9а) + 2^-^ ~Р1 (со50)Р, (соэ6^)соэ[т(<^с> — )], (1.3.27)
т=1 (/ +Ш)
и учитывая рекуррентные соотношения между сферическими функциями [70]
со 5вг;'(в,<р) = АУМт{в,(р) + В¥1_1т{в,(р), (1.3.28)
(1.3.29)
(1.3.30)
А(1,т)
(/+1-т)(/ + 1 + т)
I (2/ + 1)(2/ + 3) ’
(1 + т)(1-т)
I (2/ +1)(2/—1)
3(/,т) = <
для угловой части матричного элемента получим
{<Ю у; [в,<р) ^(А(/, т) Умо + В(/, я») Л.,,„к) + 2ат.ат£
^ I 1| ~^т^(с°5^ )е~'""р С05бР[" (соъд )і[',І(с05^а)со5[/н(^-^а)]
(1.3.31)
у 47г(Г + |ш'|)!
Интегрируя последнее соотношение по углу <р, и учитывая условия ортогональности сферических функций, будем иметь
4л2/ + П у хД,!'”1(с05б')
(2/Ч|)(Г - т' К.
4тг(/Ч от'|)!
(^асоів)+ІД4Гі(с059) (2/ + 1) ,+і1 ; (2/ + 1) , а ’
е,т>Д;т( соевых
X соз [да (р - )] с/П = [л (/, 0) 8,. м + В (/, 0) 8Г1_Х ] Р, (соэ 0Ц) +