Оптическая и магнитооптическая спектроскопия квантоворазмерных (In, Ga)As/GaAs гетероструктур

• Автор: Муманис Халид
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 189 с.

Содержание
Введение

Глава I. Напряженные гетеросистемы с квантовыми ямами (In,Ga)As/GaAs и их свойства

1.1. Напряженные гетеросистемы (In,Ga)As/GaAs, зонная структура и методы их изготовления

1.1.1. Методы изготовления напряженных гетероструктур (In,Ga) As/GaAs

1.1.2. Зонная структура InGaAs/GaAs

1.2. Диамагнитные экситоны в гетеросистеме (In,Ga)As/GaAs

1.3. Квантовые ямы и оптические свойства (In,Ga)As/GaAs

1.3.1. Квантовые ямы в (In, Ga) As/Ga As

1.3.2. Оптические свойства (In, Ga)As/GaAs

1.4. Эффект “кулоновской ямы” и эффекты деформации

1.4.1. Эффект “кулоновской ямы”
1.4.2. Эффекты деформации
Глава II. Техника экспериментального исследования
II. 1. Образцы квантово-размерных гетероструктур InGaAs/GaAs, применение рентгеновских измерений для определения их параметров и кристаллического совершенства
II. 1.1. Рентгенодифракционный метод исследования эпитаксиальных структур
II. 1.2. Результаты рентгеновских измерений
II. 1.3. Методика определения параметров квантово-размерных гетероструктур InGaAs/GaAs
11.2. Экспериментальная установка для исследования оптических и магнитооптических свойств при низких температурах
11.3. Методика обработки оптических и магнитооптических данных и расчета энергетических спектров
II.3.1. Получение спектров поглощения из спектров пропускания

II.3.2. Контурный анализ и обработка спектров на ЭВМ

Глава III. Экспериментальные результаты
III. 1. Спектры оптического поглощения InGaAs/GaAs в диапазоне составов х=0.ОЗ-нО.25 и в диапазоне толщин квантово-размерново слоя СЗ-ИОнм
111.2. Магнитооптическое поглощение в структурах InGaAs/GaAs
111.3. Веерные диаграммы экситонных переходов легкой и тяжелой дырок
Глава IV. Анализ результатов: тяжелые дырки. Циклотронная масса тяжелых дырок в системе InGaAs/GaAs
IV. 1. Модель бесконечно глубокой потенциальной ямы
IV.2. Массы подзон размерного квантования с учетом туннелирования легких дырок при деформации пленки в системе InGaAs/GaAs
IV.3. Уровни Ландау электронов и тяжелых дырок, расчет эффективных масс, энергетических зазоров
Глава V. Анализ результатов: легкие дырки. Эффект
“кулоновской ямы”
V.l. Экситонная структура спектров поглощения и магнитопоглощения в близи перехода тип I-тип II
V.2. Аномальное поведение экситонов на легких дырках и восстановление реальной формы "кулоновской ямы" в системе InGaAs/GaAs
V.2.1. Оценка ширины “кулоновской ямы”
V.2.2. Осцилляторные уровни кулоновской ямы
Заключение
Список литературы
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной науки и техники, требующей создания широкой номенклатуры полупроводниковых приборов с определенными параметрами, вызывает необходимость всестороннего изучения свойств полупроводниковых материалов. С другой стороны, успешное развитие теории твердого тела не может быть осуществлено без комплексного исследования зависимости этих свойств как от особенностей внутреннего строения веществ, так и от всевозможных внешних воздействий.
Среди основных методов изучения свойств полупроводниковых кристаллов одно из первых мест принадлежит оптическим методам. Оптические исследования с большой точностью позволяют определить многие параметры внутреннего строения кристаллов, качественные и количественные характеристики влияния на свойства полупроводников внешних полей и воздействий. Как показала практика подобных исследований, особенно плодотворными оказались низкотемпературные оптические методы.
Оптическая спектроскопия полупроводников, основанная на исследовании взаимодействия света с кристаллами, сыграла основную роль в развитии представлений о строении и уровнях энергии собственных состояний вещества. Методы оптической спектроскопии оказались незаменимыми при изучении края собственного поглощения полупроводников. Исследование энергетического положения спектральных линий и их формы дает важную информацию о структуре энергетических зон и энергетических состояний носителей тока в полупроводниках.
При обсуждении оптических, фотоэлектрических и других свойств кристаллов широко используется представление об экситонах. Изучение оптических спектров экситонов позволяет получать уникальную информацию об энергетической структуре кристаллов. Кроме того,

Обшей вид спектров поглощения имеет ступенчатый характер и отражает двумерную плотность состояний. Пики в начале каждой ступени спектра поглощения соответствуют экситонным состояниям в подзонах размерного квантования.
Ограничение движения носителей в направлении z приводит к возрастанию перекрытия волновых функций носителей в КЯ. Это приводит к увеличению вероятности образования экситона, увеличению его энергии связи и росту силы осциллятора экситонного перехода, а следовательно к уменьшению излучательного времени жизни.
Из выражения боровского радиуса в полупроводниках [30,31]
аБ = 100 А (1.3.8)

можно заключить, что волновая функция и уровни энергий экситона или примеси должны быть сильно модифицированы в квантовой яме, где толщина обычно порядка или меньше, чем Боровский диаметр 2аб- В предельном точном 2D [32] случае, где Ь«аБ, можно получить обычный 2D ридберг R.2d—4Rid Для бесконечно глубокой ямы [33]. Уровни энергии [34 3oJ даются выражением
L/(«-l/2)2) (1.3.9)
Для конечной толщины, энергия связи экситона вычисляется вариационным методом.