Резонансно-туннельные явления в однобарьерных GaAs/AlAs/GaAs гетероструктурах

• Автор: Ханин, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 95 с. : ил

Резонансное туннелирование электронов через виртуальные интерференционные состояния, формирующиеся вследствие отражении от границы сильнолегированной области СаА границы СаА8. М . Введение

3. ДЭГми в однобарьерных гетероструктурах с б легированием Заключение

параметры различных физических объектов и систем, между которыми происходят туннельные переходы Последними наиболее интересными результатами использования метода резонанснотуннельной спектроскопии являются исследование особенностей плотности состояний под уровнем Ферми двумерною электронного газа и изучение пространственного распределения плотности вероятности волновых функций электронных состояний самооранизованных квантовых точек 8,9. Несмотря на широкомасштабные исследования резонанснотуннельных эффектов в ОаАзАЮаАэ гетероструктурах, влияние на транспорт электронов таких непременных атрибутов реальных структур, как границы с сильнолегированными областями ЦаЛи и донорные примеси в барьерном слое А1Аб, являющихся вероятными причинами формирования каналов резонансного туннелирования, до настоящего времени практически не изучалось.


Наиболее важными в этом отношении с технологической точки зрения являются гетероструктуры, состоящие из последовательности слоев ОаЛ и АЮаАв или ОаАзЛЮаАэ гетсроструктуры. Особое внимание к обнаружению и исследованиям резонанснотуннельных составляющих транспорта носителей заряда каналов резонансного туннелирования в ОаЛнАЮаЛ гетероструктурах обусловлено, в первую очередь, существенным, а часто и доминирующим, вкладом таких каналов в суммарный транспорт и возможностью практического использования явления резонансного туннелирования в качестве принципиальной основы функционирования перспективных электронных и оптоэлектронных приборов свсрхвысокочастотного диапазона. Суть эффекта резонансного туннелирования и его проявление в транспорте обычно качественно иллюстрируются на примере рассмотрения транспорта электронов в простейшей двух барьерной ОаАА1А резонанснотуннельной структуре, состоящей из нелегированной ОэАб квантовой ямы, заключенной между нелегированными А1 Ав барьерами, и сильнолегированных эмиттерной и коллекторной контактных областей, схематический профиль дна зоны проводимости которой вдоль направления роста изображен на рис. Рис. Схематические профили потенциала резонанснотуннельного диода при различных характерных напряжениях и его вольтамперная характеристика в соответствующем интервале напряжений. ЕрК на рис. ОТ дна зоны проводимости Ес до уровня Ферми Ер, образуя трехмерный электронный газ, изображенный на рис. Приложение внешнего напряжения к структуре приведет к понижению энергий состояний в ямс относительно энергий электронов в эмиттерном контакте. Рис. В области малых напряжений, когда дно нижней двумерной подзоны в яме уровень энергии основного состояния Ерк находится выше уровня Ферми Ер эмиттерного контакта, вероятность туннелирования электронов через двухбарьерную структуру, а, следовательно, и ток относительно малы, так как определяются произведением прозрачностей отдельных барьеров . Рост тока с напряжением обусловлен увеличением прозрачностей Тт. Тл . Напряжение, при котором дно нижней подзоны Ерк находится вблизи уровня Ферми Е эмиттера рис. Ерк, поскольку часть из них обладает продольной составляющей энергии Е Ерк. С этого момента ток через структуру резко возрастает, так как определяется преимущественно резонансным туннелированием электронов, в условиях которого вероятность туннелирования через структуру описывается отношением меньшей из двух прозрачностей к большей ТТи или 1УТ, и значительно превышает дорезонансное значение. Вероятность туннелирования через структуру в условиях резонанса может приближаться к единице в случае близости значений прозрачностей Ть и 1У Увеличение приложенного напряжения приведет к дальнейшему росту тока рис. ПОДЗОНЫ Ерк С ДНОМ ЗОНЫ проводимости Ес в эмиттере рис. Е, кх и ку и коэффициент прохождения резко уменьшается до нерезонансного значения, вызывая соответствующее уменьшение туннельного тока. Дальнейший рост тока рис. Ть и Тц с напряжением, как и в дорезонансной области. В результате, вследствие вклада резонансного туннелирования, вольтамперная характеристика двухбарьерной СхаАМАБ гетероструктуры обладает областью отрицательного дифференциального сопротивления, важной с точки зрения практических приложений. Возвращаясь к обоснованию актуальности темы данной диссертации, следует сказать, что второй причиной, побуждающей интерес к исследованиям резонансного туннелирования в гетероструктурах, является возможность получения новой информации о различных фундаментальных механизмах резонанснотуннельных переходов и свойствах материалов гетероструктур. Гак. X долинам зоны проводимости А1Аз, в СаАзАБ гегероструктурах нс только продемонстрировали существенную роль таких каналов в транспорте, но и дали новые сведения о механизмах ранее не исследовавшихся экспериментально туннельных переходов между электронными состояниями, принадлежащими различным Г и X долинам зоны проводимости, го есть о механизмах туннельных междолинных Г X переходов . Вдобавок, эти эксперименты позволили получить новые сведения о параметрах зонной структуры ранее мало изученного Л1А.