Оптические переходы, туннельные и баллистические эффекты в полупроводниковых наноструктурах

• Автор: Алешкин, Владимир Яковлевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 61 с. : ил.; 20х14 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. ТУННЕЛЬНЫЕ И ДИПОЛЬНЫЕ МЕЖПОДЗОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ ДЫРОК
1.1. Межподзонное туннелирование дырок в электрическом поле
1.2. Туннелирование дырок через гетеробарьер
1.3. Межподзонные дипольные переходы дырок в квантовых ямах
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КВАНТОВЫХ ЯМ И МАССИВОВ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК ВОЛЬТ-ФАРАДНЫМ МЕТОДОМ
2.1. Вольт-фарадные характеристики контакта Шоттки к структуре с квантовой ямой
2.2. Исследование многослойных структур с квантовыми ямами
2.3. Структуры с флуктуациями
2.4. Исследование глубоких состояний в б-слое методом адмиттанс -спектроскопии
3. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ, ДРОБОВОЙ ШУМ И ИНВЕРСИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ТРАНСПОРТЕ В НАНО-МЕТРОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ С ТУННЕЛЬНО-ПРОЗРАЧНЫМИ БАРЬЕРАМИ
3.1. Токовые неустойчивости и дробовой шум в структуре с одиночным барьером
3.2. Отрицательная дифференциальная проводимость 1У-типа при квазибаллисти-ческом транспорте в структуре с одиночным барьером
3.3. Электронный транспорт и дробовой шум в резонансно-туннельном диоде: роль принципа Паули и кулоновских корреляций
4.1. Инверсия межподзонной населенности в резонансно-туннельном диоде 36 ■ РАЗОГРЕВ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА, ИНВЕРСНЫЕ НАСЕЛЕННОСТИ ПОДЗОН ВОЗМОЖНОСТЬ ГЕНЕРАЦИИ СРЕДНЕГО ИК ИЗЛУЧЕНИЯ В КВАНТО-, 4Х ЯМАХ ПРИ ПРОДОЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ
. Исследование функции распределения горячих дырок
4.2. Инверсия электронной населенности подзон при латеральном транспорте в туннельно-связанных квантовых ямах
4.3. Инверсия при междолинном переносе, Г-Х лазер
4.4. Генерация разностной частоты в полупроводниковом лазере с квантовыми ямами
5. ЗОННАЯ СТРУКТУРА И ОПТИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДЬ! В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ СеБІЛЗе И БеЗі/Зі
5.1. Спектры электронов и дырок
5.2. Правила отбора для оптических переходов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Введение, актуальность темы диссертации
С развитием технологии роста гетероструктур нанометровых размеров, появилась необходимость в исследовании их свойств и осмыслении возможностей практического (приборного) применения. Сравнимость характерных размеров таких систем с длиной волны де-Бройля электронов ведет к важной роли квантовых эффектов во внутризонной динамике электронов. Наиболее ярко эти эффекты проявляются в размерном квантовании спектра электрона и туннельном прохождении его через потенциальные барьеры. Кроме того, в таких структурах часто длина свободного пробега оказывается порядка или больше характерных длин структуры, так что появляется возможность баллистического (т.е. без рассеяния) движения электронов. Фактически это означает, что характер электронного движения в такого рода гетероструктурах может существенно отличаться от того, который имеет место в объемных материалах. Яркими доказательствами тому служит квантовый эффект Холла и квантование проводимости одномерных каналов.
Благодаря квантовым эффектам открываются возможности конструирования систем с необходимыми электронными свойствами и создания на их основе новых твердотельных приборов. К настоящему времени уже созданы резонансно-туннельный диод, каскадный и фонтанный лазеры, фотоприемники на квантовых ямах и квантовых точках и другие приборы на нанометровых гетерострукНа рисунке 4.12 показаны зависимости от г действительной части показателя преломления и Ну2 для разностной моды. Из рисунка видно, что возбуждаемая разностная мода является основной. Отметим, что если бы дня возбуждения разностной моды использовалась основная мода на частоте е>2 и мода первого порядка на частоте <вь тогда сторонние ток на разностной частоте был бы антисимметричной функцией от г. В этом случае было бы возможно возбуждение разностной моды только нечетного порядка.
Таким образом, предложенная конструкция полупроводникового ияжекци-ондаго лазера позволяет получить мощности порядка десяти милливатт в 10 мкм диапазоне длин волн. Отметим, что для снижения порогового тока и увеличения коэффициента полезного действия можно на боковые зеркала лазера нанести многослойные диэлектрические покрытия, увеличивающие коэффициент отражения для коротковолновых мод.
5. ЗОННАЯ СТРУКТУРА И ОПТИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДЫ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ GeSi/Ce И GeSi/Si [A29-A34J.
В этом разделе рассматривается энергетический спектр электронов в зоне проводимости и валентной и правила отбора для межзонных переходов в гетеро-струкгурах Gei.xSix/Ge, выращенных на плоскости (Ш), и гетероструктурах Ge,.xSix/Si, выращенных на плоскости (001). Предполагается, что структуры выращены псевдоморфно на недеформированном буфере GeySii_y (0<у<1). Поскольку Gei.„Six - многодолинный материал, то в зависимости от состава, деформации и толщины слоев дно зоны проводимости может располагаться в разных долинах либо твердого раствора, либо Ge(Si). В пункте 5.1 проведена классификация строения зоны проводимости в этих гетероструктурах для всех возможных х и у и рассмотрены спектры дырок в квантовых ямах. В пункте 5.2 исследуются правила отбора для межзонных дипольных переходов электронов в этих гетеро-структурах.
5.1. Спектры электронов и дырок
Гетеростругруры Ge,.xSix/Ge и GexSi,.x/Si яшіяются напряженными, поскольку постоянные решетки Ge и Si отличаются примерно на 4%. Потенциальными ямами дтя дырок в этих гегероструктурах служат слои с наибольшим содержанием Ge. Потенциальные ямы для электронов различных долин в зависимости от состава и деформации могут располагаться как в слоях твердого рас-