Оптические свойства резонансных состояний мелких доноров в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами и объемных полупроводниках

• Автор: Гавриленко, Людмила Владимировна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение
Глава 1. Состояния мелких доноров в объемных полупроводниках и квантовых ямах теоретические и экспериментальные исследования обзор литературы

1.1 Мелкие доноры в объемных полупроводниках.

1.2 Состояния мелких доноров в гетероструктурах с квантовыми ямами. Резонансные состояния

1.2.1 Модели расчета состояний мелких доноров в КЯ ОаАзАЮаАя.

1.2.2 Симметрия донорных состояний в КЯ

1.2.3 Резонансные состояния мелких доноров в КЯ

1.2.4 Математические методы, применяемые для описания состояний мелких доноров в КЯ

1.2.5 Экспериментальные исследования резонансных состояний

1.3 Инверсия населенностей между резонансным и локализованным состоянием.
1.4 Резонанс Фано в спектре фототока легированных полупроводников. Глава 2. Резонансные состояния мелких доноров в гетероструктурах с квантовыми ямами ОаА5А1хСа1.хА8.
2.1. Метод расчета состояний мелких доноров в КЯ СаА5А1хСа.хАз
2.2. Волновые функции и спектр энергии мелких доноров в КЯ.
2.3. Рассеяние электронов в резонансном состоянии полярными оптическими фононами.
2.4. Дипольные переходы электронов.
2.5. Расчет состояний мелких доноров в квантовых ямах в магнитном поле
методом разложения по плоским волнам.
2.5.1. Метод расчета состояний мелких доноров в КЯ в магнитном
2.5.2. Результаты расчетов состояний мелких доноров в КЯ в
магнитном поле.
Глава 3. Моделирование латерального электронного транспорта в условиях примесного пробоя в КЯ.
3.1. Модель расчета
3.2. Ударная ионизация.
3.3. Ожсзахват электронов на уровни мелких доноров
3.4. Захват электронов в донорное состояние при испускании фононов
3.5. Результаты моделирования примесного пробоя.
Глава 4. Резонансы Фано в спектре фототока объемных полупроводников ваАз и 1пР и в гетерострукурах СаАзЛЮаЛз с КЯ, легированных мелкими донорами.
4.1 Модель примесного поглощения света с участием электронфононного взаимодействия
4.2 Расчет резонанса Фано в спектре фототока для водородоподобного донора .
4.2.1. Сравнение теории и эксперимента для лваЛз и 1пР.
4.3 Резонансы Фано в квантовых ямах, легированных мелкими донорами
Заключение
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Список публикаций автора по теме диссертации .
Список цитированной литературы


Необходимым условием для существования инверсии населенности между дном первой подзоны и 1б уровнем является существенно неравновесная функции распределения. Электроны, достигшие в электрическом поле энергии оптического фонона, эффективно рассеиваются и возвращаются на дно первой подзоны, в результате вероятность заполнения состояний на дне первой подзоны почти в два раза больше, чем в равновесной ситуации, когда функцией распределения электронов является максвелловская. В малых электрических полях функция распределения почти равновесная и инверсии населенностей нет. В сильных электрических полях функция распределения будет сглаживаться и расширяться, т. РО-фонона. Так как частота переходов электронов из первой подзоны в 1я состояние с испусканием оптических фононов достаточно велика и не зависит от концентрации доноров, частота ударной ионизации пропорциональна концентрации примеси, а частота Оже-захвата -квадрату концентрации, существует некоторый интервал концентраций, где возникает инверсия населенности. Следует отметить, что при концентрациях А^>п см'2 не справедливо предположение о том, что наличие доноряых состояний не влияет на форму функции распределения электронов в первой подзоне. Поэтому в использованной модели область инверсии не ограничена по концентрации примеси сверху. В четвертой главе развита теория, описывающая резонансы Фано в спектре фототока в полупроводниках и в гетсроструктурах с КЯ, легированных мелкими донорами. В первой части четвертой главы рассматривается примесное поглощение света с частотой близкой к частоте РО-фонона, сопровождаемое либо дипольным переходом электрона из основного примесного состояния в континуум, либо более сложным переходом из примесного состояния в континуум, а затем с испусканием оптического фонона переходом в примесное состояние (в основное или в возбужденное). В результате второго перехода возникает резонансное состояние "электрон+фонон", когда электрон локализован около атома примеси, но в системе имеется еще оптический фонон. Сложение амплитуд матричных элементов ("интерференция") этих двух переходов может приводить к асимметричным пикам в спектре поглощения. Фано []. С помощью теории возмущений первого и второго порядка была вычислена вероятность поглощения фотона с энергией близкой к энергии РО-фонона. Следует отметить, что для получения вероятности поглощения света нигде не использован явный вид оператора кинетической энергии, поэтому полученное выражение для вероятности поглощения можно применять также для описания полупроводников, легированных акцепторами и полупроводников с анизотропным законом дисперсии в зоне проводимости. Во втором параграфе четвертой главы, с помощью общих формул, полученных в предыдущем параграфе, вычислена вероятность поглощения фотона с энергией близкой к энергии РО-фонона в я-СаАз. Для вычислений использовались волновые функции локализованных и делокализованных состояний атома водорода. При сравнении вычисленного и измеренного спектров примесного фототока в области энергии РО фонона в п-ваАБ продемонстрировано хорошее согласие. В третьем параграфе исследовано изменение формы пика резонанса Фано при переходе от объемного материала к К Я. Для вычисления вероятности поглощения света в качестве волновых функций начального, конечного и промежуточных состояний были выбраны собственные функции локализованных и делокализованных состояний двумерного атома водорода. Сравниваются вычисленные спектры фототока в очень узкой КЯ ( А) и в объемном и-ваЛз. Несмотря на то, что теория, развитая в этом параграфе, лишь качественно описывает резонанс Фано в реальной КЯ конечной ширины, получен интересный результат, состоящий в том, что в КЯ пик резонанса становится в несколько раз шире и меньше по амплитуде. Причина значительного увеличения ширины пика заключается в более жестком электрон-фононном взаимодействии в КЯ. Имеющиеся экспериментальные результаты для пика резонанса Фано в КЯ представляют промежуточный случай между объемным материалом и ультра двумерным случаем и качественно подтверждают теоретические выводы. В Заключении сформулированы результаты работы.