Субмиллиметровая спектроскопия двумерных полупроводниковых структур в сильном магнитном поле

• Автор: Сучалкин, Сергей Дорианович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ:
Введение
I.Обзор литературы
1.1 Циклотронный резонанс в двумерных системах
1.2 Фотопроводимость двумерного электронного газа в магнитном поле
II.Осцилляции Шубникова-де-ГааЗа (ОШГ) и эффект отрицательной "замороженной" фотопроводимости
2.1 Измерения и характеристики образцов
2.2 Эффект отрицательной "замороженной" фотопроводимости
III.Циклотронный резонанс в 1пАз/Са8Ь/А13Ь квантовых ямах
3.1 Методика эксперимента
3.2 Структуры с "тонкими" (<10А) А1БЬ барьерами
3.3 Структуры со "средними" (20-100А) А1ЭЬ барьерами
3.4 Структуры с "широкими" (>300А) А13Ь барьерами
3.5 ЦР в 1пАз квантовых ямах в наклонных магнитных полях
IV. Фотопроводимость двумерного электронного газа (2ЦЭГ) в магнитном поле
4.1 Введение
4 .2 Методика эксперимента
4 .3 Фотопроводимость 2БЭГ при слабых токах смещения
4 .4 Фотопроводимость 2БЭГ при сильных токах смещения
Заключение
Благодарности
Список публикаций
Литература

Введение
Полупроводниковые структуры пониженной размерности являются одним из наиболее интересных и перспективных направлений в современной физике полупроводников. Кроме многочисленных приборных применений, к которым относятся инжекционные гетеролазеры, светодиоды, фотоприемники а также резонанснотуннельные приборы, двумерные системы носителей заряда, реализованные на основе полупроводниковых гетероструктур представляют собой удобный объект для изучения фундаментальных закономерностей строения твердого тела а так же особенностей взаимодействия носителей в двумерных системах. Открытие в 1981г квантового эффекта Холла (КЭХ)[K.von Klitzing, 1980] положило начало новому направлению в физике двумерных систем а так же стимулировало обнаружение эффектов ( дробный квантовый эффект Холла (ДКЭХ) [D. Tsui, H. Stornier, A.Gossard, 1982], обусловленных особенностями основного состояния кулоновски связанных двумерных систем в сильном магнитном поле. Субмиллиметровая спектроскопия в сильном магнитном поле, к наиболее развитым направлениям которой относится циклотронный резонанс (ЦР) является, наряду с фотолюминесценцией одним из наиболее мощных экспериментальных методов исследования двумерных систем. Спектры циклотронного поглощения несут информацию об эффективной массе и концентрации и особенностях энергетического спектра носителей заряда, а также о времени релаксации импульса и длине корреляции хаотического рассеивающего потенциала. Исследования циклотронного
поглощения в квантовых ямах 1пАБ/ЗаЗЬ проводятся в различных исследовательских группах уже около 20 лет [39-46,59-63,65]. Интерес исследователей обусловлен возможностью сосуществования в данных структурах пространственно -разделенных систем электронов и дырок и связанными с этим перспективами наблюдения целого ряда теоретически предсказанных физических явлений. Несмотря на то, что опубликованные экспериментальные данные весьма обширны, до сих пор нет единого мнения об особенностях спектров циклотронного поглощения в данной системе.
Фотопроводимость двумерных систем в сильном магнитном поле весьма перспективный экспериментальный метод для исследования механизмов протекания тока и энергетической релаксации носителей в условиях КЭХ. Однако, данная техника получила гораздо меньше развитие по сравнению с ЦР в силу ряда факторов, затрудняющих создание "чистой" экспериментальной ситуации, таких как высокая чувствительность сигнала к разогреву образца зондирующим излучением а так же трудность интерпретации результатов, связанная с тем, что большинство экспериментов проводятся при фиксированной частоте излучения и развертке магнитного поля образца [68-72].
Целью настоящей работы является с одной стороны применение хорошо развитой техники ЦР для исследования двумерных электронно-дырочных систем в квантовых ямах СаЗЬ-1пАБ, с другой - развитие экспериментальной методики фотопроводимости в сильном магнитном поле и ее использование для исследования фотоэффекта в режиме КЭХ в гетероструктурах А1СаАз/ЦаАз.
Оставшиеся электроны будут двигаться к поверхности структуры, где могут захватываться ионизированными поверхностными состояниями или глубокими центрами в ОаБЬ. Т.к. эффективная масса тяжелых дырок в баЗЬ на порядок больше эффективной массы электронов в 1пАз, то максимальную толщину барьера при которой возможна рекомбинация неравновесных дырок с электронами в яме можно оценить из характерной туннельной длины электронов из 1пАб в А13Ь:
где и0-Е - эффективная высота барьера. Используя данные, приведенные в работах [52,53], можно принять и0-Е ~ 1.2 эВ, тогда 1 ~ 10А, т.е. 20А барьер будет достаточно эффективно
препятствовать рекомбинации фотовозбужденных дырок из СаАэ и электронов в квантовой яме. Зависимость величины эффекта от толщины А1БЬ барьеров подтверждает описанный механизм. Описанный ранее механизм ОЗФП, связанный с захватом электронов на ионизированные глубокие центры в А13Ь также имеет место, однако вклад его весьма мал: предполагая все глубокие донорные состояния в барьерах задействованными, при их концентрации ~ 1016 ст~3 даже ЮОА барьеры могут обеспечить уменьшение концентрации всего на Ю10 см-2, в то время как в образце 2 с бА барьерами наблюдаемый эффект ~ в 10 раз сильнее.
3.Циклотронный резонанс (ЦР) в ТпАэ/АЛ-ЭЬ/баЗЬ квантовых ямах. 3.1.Методика эксперимента
Для исследования спектров ЦР были использованы две экспериментальные методики. Первая заключается в проведении
(19)