Динамика неравновесных носителей заряда в наноструктурах GaAs/AlGaAs с мелкими квантовыми ямами

• Автор: Кочиев, Михаил Валериевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Экситоны и трионы в квантовых ямах (литературный
обзор)
1.1. Основные сведения об экситонах
1.2. Экситоны в квантовых ямах
1.2.1. Кинетика формирования экситонов в квантовых ямах
1.2.2. Релаксация экситонов
1.2.3. Тепловая эмиссия носителей заряда из квантовых

1.3. Заряженные трехчастичные экситонные комплексы (трионы)
1.3.1. Динамика экситон-трионной системы
1.3.2. Рекомбинационное излучение трионов
2 Методика экспериментов
2.1. Исследованные структуры
2.2. Установки для исследования быстропротекающих процессов
2.3. Методика экспериментов
3 Динамика люминесценции экситонов и трионов в мелких квантовых ямах
3.1. Спектры и кинетика экситонной и трионной люминесценции надбарьерном возбуждении
3.2. Динамика экситонной и трионной люминесценции при двухцветном возбуждении импульсами внутриямной и надбарьерной накачки

3.3. Зависимость интенсивности трионной люминесценции от
частоты повторения возбуждающих импульсов
4 Температурное тушение экситонной люминесценции наноструктуры с мелкими квантовыми ямами
4.1. Спектры экситонной фотолюминесценции
4.2. Кинетика экситонной фотолюминесценции
4.3. Энергия активации тепловой эмиссии носителей заряда
из квантовых ям
4.4. Анализ кинетики неравновесных носителей заряда в мелких квантовых ямах
Заключение
Список публикаций
Литература

Введение
В 1931 году Френкелем [1] впервые были сформулированы основы теории экситонов — бестоковых возбужденных состояний электронной системы диэлектрического кристалла. В полупроводниках образуются экситоны большого радиуса (экситоны Ванье-Мотта [2,3]), в которых электрон и дырка связаны силой кулоновского взаимодействия. Такие экситоны можно рассматривать как нейтральные квазиатомы, подобные атому водорода, с той разницей, что массы протона и электрона заменяются на эффективные массы дырки и электрона, кулоновское взаимодействие между которыми ослаблено поляризацией кристалла. Открытие в 1952 г. Гроссом и Каррыевым [4,5] водородоподобной серии в спектре поглощения кристалла закиси меди явилось первым экспериментальным доказательством существования экситонных состояний в полупроводниковых кристаллах и послужило началом широких исследований экситонов в конденсированных средах.
В конце 60-х годов резко возрос интерес к исследованиям межча-стичных взаимодействий в экситонных системах высокой плотности, которые стало возможным создавать и изучать благодаря появившейся возможности использовать лазерное излучение для возбуждения кристаллов. В полупроводниках были экспериментально обнаружены экситонные молекулы (биэкситоны), ранее предсказанные Лампертом [6] и Москаленко [7], многочастичные экситонно-примесные комплексы, конденсация экситонов в электронно-дырочную жидкость, представления о возможности существования и основных свойствах которой были сформулированы Келдышем [8], а также целый ряд других явлений.
Следующий подъем в исследовании экситонных эффектов начался в 80-х годах благодаря развитию высоких технологий и, прежде всего, молекулярно-пучковой эпитаксии, которое привело к появлению

каналы рекомбинации играют малую роль при низких температурах. В образцах с двумя КЯ но температурной зависимости интенсивности ФЛ наблюдался перезахват выброшенных из мелкой КЯ носителей заряда в более глубокую яму.
В [56] найдено время рассеяния в непрерывный спектр 1/Го порядка 0,3 -г 5 пс (см. (1.10)). Энергии активации тепловой эмиссии носителей заряда, полученные в этой работе, значительно меньше, чем электрон-дырочная энергия локализации, и хорошо совпадают с энергиями локализации одного (менее связанного) типа носителей заряда, что соответствует униполярной модели. Автроы считают, что ионизация экситонов идет достаточно эффективно, и экситоны находятся в термодинамическом равновесии со свободными носителями заряда [55,59,60,72].
В работе [58] исследовались три набора образцов: с КЯ ГпСаАэ различной ширины; с одиночной КЯ и дополнительными барьерными слоями АЮаАэ, ограничивающими структуру; одной КЯ с более широкими дополнительными ямами-ловушками и с дополнительными барьерами. Из исследования спектров возбуждения авторы делают вывод, что тепловое равновесие устанавливается очень быстро по сравнению с временем рекомбинации.
Из исследования спектров ФЛ при различных температурах для КЯ с различной глубиной залегания основного уровня размерного квантования ясно видно, что чем больше энергия локализации носителей заряда, тем при больших температурах наблюдается тушение ФЛ. Также показано, что в структурах без дополнительных барьерных слоев интенсивность барьерной ФЛ незначительна при любых температурах. Это означает, что носители заряда, выбрасываемые из КЯ, либо захватываются обратно, либо гибнут безызлучательно на поверхности образца или на границе с подложкой. При наличии дополнительных барьерных слоев носители заряда не могут уйти за пределы гетеро-