Энергетическая и спиновая динамика носителей в полупроводниковых квантовых точках

• Автор: Игнатьев, Иван Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 319 с. : ил.

Оглавление
Введение

Положения, выносимые на защиту

ГЛАВА 1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ РЕЛАКСАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ В

КВАНТОВЫХ ТОЧКАХ

1Л. Введение

1.2. Энергетическая структура квантовых точек

1.3. Механизмы релаксации горячих носителей

1.4. Обзор экспериментальных и теоретических исследований

1.5. Объекты и методы исследований

1.5.1. Структуры с квантовыми точками
1.5.2. Экспериментальная техника
1.6. Спектры фотолюминесценции квантовых точек в электрическом
поле
1.7. Физический механизм формирования фононных резонансов
1.7.1 Фононно-ндуцированная релаксация носителей
1.7.2 Модель селективного тушения фотолюминесценции
1.8. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 2. РЕЛАКСАЦИЯ С УЧАСТИЕМ АКУСТИЧЕСКИХ ФОНОНОВ
И ОЖЕ-РЕЛАКСАЦИЯ
2.1. Акустические фононные резонансы
2.1.1. Кинетика фотолюминесценции
2.1.2. Фононные резонансы в кинетических данных
2.1.3. Природа эффективного взаимодействия с акустическими фононами
2.2. Оже-релаксация
2.2.1. Оже-процессы при мощном возбуждении
2.2.2. Оже-процессы в заряженных квантовых точках
2.2.3. Оже-процессы в электрическом поле

2.2.4. Оже-процессы, индуцированные электрическим током
2.3. Температурная зависимость динамики горячих носителей в квантовых точках
2.3.1. Кинетика фотолюминесценции
2.3.2. Феноменологические модели термостимулированной Релаксации
2.3.3. Модель “испарения” дырок
2.3.4. Долгоживущая компонента фотолюминесценции
2.3.5. Роль “испарения” электронов
2.3.6. Обсуждение результатов и выводы
2.3.7. Математическое обоснование
2.4. Заключение
2.5. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ УРОВНЕЙ И
СПИНОВОЙ ДИНАМИКИ НОСИТЕЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ КВАНТОВЫХ БИЕНИЙ
3.1. Введение
3.2. Квантовые биения уровней тонкой структуры в нейтральных квантовых точках 1пР
3.2.1. Условия эксперимента
3.2.2. Квантовые биения в продольном магнитном поле
3.2.3. Биения в наклонном магнитном поле
3.2.4. Температурная стабильность биений темных и светлых экситонных состояний
3.3. Трионные квантовые биения в однократно заряженных квантовых точках
3.3.1. Экспериментальные результаты
3.3.2. Зарядовое состояние квантовых точек
3.3.3. Тонкая структура уровней горячего триона

3.3.4. Оптические переходы и квантовые биения
3.3.5. Поведение биений в магнитном поле
3.4. Электронные и дырочные квантовые биения
3.4.1. Биения, обусловленные прецессией спина дырки
3.4.2. Биения, обусловленные прецессией электронного спина
3.5. Заключение
3.6. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 4. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ЭЛЕКТРОННОГО СПИНА В КВАНТОВЫХ ТОЧКАХ
4.1. Введение
4.2. Спектр и кинетика циркулярной поляризации люминесценции
4.3. Зависимость NCP от приложенного электрического смещения
4.4. Модель формирования NCP
4.5. Двух импульсные эксперименты (PL pump-probe)
4.6. Проверка модели ориентации спинов резидентных электронов
4.7. Спиновая поляризация в различных подансамблях квантовых точек
4.8. Моделирование кинетики поляризации люминесценции
4.9. Зависимость NCP от плотности мощности возбуждения
4.10. Температурная зависимость NCP
4.11. NCP в продольном магнитном поле
4.12. Заключение
4.13. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 5. ДОЛГОЖИВУЩАЯ СПИНОВАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ
В КВАНТОВЫХ ТОЧКАХ
5.1. Pump-probe эксперименты в микросекупдном диапазоне
5.2. Субмиллисекундная спиновая релаксация
5.3. Релаксация в продольном магнитном поле

20нм
А1Аз

КТ 5 нм
А1Аз

I ОэАб ваАз ОаА5 ваАБ
50 нм 50 нм 100 нм 100 нм шИ
700 мэВ
»260 мэВ
1130мэВ «130 мэВ

1520 мэВ
Рис. 1.4. Зонная диаграмма образца, содержащего квантовые точки ТпОаАя.
Для характеризации геометрических параметров и статистики квантовых точек в ансамбле нами использовались такие микроскопические методы как атомная силовая микроскопия (АБМ) и просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (Н11ТЕМ). Атомная силовая спектроскопии позволяет определять примерные размеры квантовых точек и их двумерную плотность (плотность точек в плоскости слоя). Для этого используются так называемые образцы-свидетели, которые выращиваются при тех же технологических условиях, что и рабочие образцы, но без верхнего буферного слоя. Пример двумерного изображения, полученного таким образом для структуры с квантовыми точками 1пР, приведен на рисунке 1.5.
Отсутствие верхнего буферного слоя может приводить к некоторому различию размерных параметров квантовых точек на образце-свидетеле по сравнению с рабочим образцом. Поэтому для определения размеров точек