Исследование процессов оптической ориентации и деполяризации электронов при вертикальном транспорте в полупроводниковых гетероструктурах

• Автор: Рощанский, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 173 с. : ил

Оглавление
Оглавление
Введение

1. Литературный обзор

1.1. Поляризация. Определение, основные понятия, связанные с поляризацией

1.2. Механизм оптической ориентации в полупроводниковых кристаллах группы А3В5

1.3. Оптическое выстраивание импульсов электронов в полупроводниках типа арсенида галлия

1.3.1. Спектр горячей фотолюминесценции

1.3.2. Оптическая ориентация электронов по спину и циркулярная поляризация ГФЛ..

1.4. Спиновая релаксация носителей при оптической ориентации в полупроводниках

1.4.1. Зонная структура, механизмы рассеяния и электронно-дырочный обмен в прямозонных кристаллах А3В
1.4.2. Механизм спиновой релаксации Эллиота и Яффета
1.4.3. Механизм спиновой релаксации Дьяконова - Переля
1.4.4. Механизм спиновой релаксации Бира-Аронова-Пикуса
1.4.5. Сравнение эффективности различных механизмов спиновой релаксации
1.4.6. Результаты экспериментальных исследований скорости спиновой релаксации свободных носителей в кристаллах А3В
1.4.7. Зависимость скорости спиновой релаксации от концентрации акцепторов
1.5. Создание отрицательного электронного сродства
1.6. Эмиссия поляризованных электронов из тонких напряжённых плёнок
1.7. Эмиссия поляризованных электронов из сверхрешеток
Глава 2. Экспериментальная установка
2.1. Конструкция вакуумной установки
2.2. Система сверхвысоковакуумной откачки
2.3. Оптическая система

2.4. Детектор Мотта
2.5. Компьютерное управление
2.5.1. Измерение спектра лампы
2.5.2. Измерение квантового выхода
2.5.3. Измерение поляризации
Глава 3. Исследование процессов спиновой релаксации при вертикальном транспорте в тонких ненапряжённых слоях арсенида галлия
3.1. Структура образцов
3.2. Экспериментальные данные
3.2.1. Образец толщиной 70 нм
3.2.2. Образец толщиной 100 нм
3.2.3. Образец толщиной 150 нм
3.2.4. Образец толщиной 300 нм
3.3. Анализ экспериментальных данных
Глава 4. Эмиссия поляризованных электронов из АНпСаАз/СаАя и АИпСаАэ/АЮаАз сверхрешёток
4.1. Эмиссия поляризованных электронов из АЦпСаАз/СаАв сверхрешёток с различной чётностью числа атомных слоев
4.1.1. Структура образцов
4.1.2. Экспериментальные результаты и их анализ
4.2. Эмиссия поляризованных электронов из АПпОаАв/АЮаА.ч сверхрешёток
4.2.1. Образец с содержанием алюминия х = 0.
4.2.2. Образец с содержанием алюминия х = 0.
4.2.3. Образец с содержанием алюминия х = 0.
4.2.4. Образец с содержанием алюминия х = 0.
4.3. Исследование эффекта ограничения заряда эмиссии
Глава 5. Эмиссия поляризованных электронов из сбалансированных по напряжению сверхрешёток
5.1. Компенсированные сверхрешётки У58 и 1¥6, проверка идеи компенсации напряжения

5.2. Компенсированные сверхрешётки с увеличенным напряжением в слоях /IInGaAs..
5.3. Компенсированные сверхрешётки с оптимизированным составом слоев
Заключение
Список используемой литературы

энергии. Имеются два вклада в D. Первый из них связан с короткодействующим обменным взаимодействием электрона и дырки на одном узле. Для кристаллов А3В5 этот вклад можно записать в виде
D^A^J.a), (1.4.18)
где Ди - обменное расщепление состояний с полными моментами J = 1 (Г15) и J = 2 (в экситоне Г, х Г8). В (1.4.18) опущен анизотропный вклад в Dex, пропорциональный ^TjfcT,,

который приводит к расщеплению терма с J = 2 на Г12 и Г25. Обычно, константа при нём мала по сравнению с Д„ .
Второй вклад в D связан с дальнодействующим анигиляционным взаимодействием:
„.»л«
m 8 к
здесь Р0| - матричный элемент оператора импульса между начальным состоянием (основное состояние кристалла) и конечным, соответствующим возбуждению электроннодырочной пары с импульсом hk в состояние i. Если эта пара образована электроном в состоянии 1 и дыркой в состоянии п, то Р0“1п = (Кп | Ра 11), где К - оператор инверсии
времени. Это дальнодейетвующее взаимодействие приводит к расщеплению оптически активного состояния экситона на продольное и поперечное. При рассеянии благодаря спин-орбитальному расщеплению валентной зоны гамильтониан (1.4.19), как и (1.4.18), допускает переходы с переворотом спина электрона и дырки.
1.4.2. Механизм спиновой релаксации Эллиота и Яффета.
Как указывалось во введении к данному разделу, смешивание волновых функций электронов с противоположным спином делает возможным переворот спина при рассеянии одновременно с изменением импульса. Впервые указанный механизм спиновой релаксации рассматривался Эллиотом [31] и Яфетом [32]. В последующих работах Павлова и Фирсова [33], Абакумова и Яссиевич [34] и Шазалвьеля [35] проводились подробные расчёты скорости спиновой релаксации при различных механизмах рассеяния. Ниже приводятся результаты расчётов времени спиновой релаксации, обусловленной механизмом ЭЯ для кристаллов А3В5 при рассеянии на оптических и акустических фононах.