WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |
5) было получено для mX =(0.2 ± 0.02)m0, совпадающей с обычно используемой величиной поперечной эффективной массы в X-долинах AlAs mt = 0.19m0.

Циклотронное движение электронов при наличии B z происходит в плоскости xy. Для электронов, находящихся в состояниях Xz, циклотронному движению в k-пространстве соответствует круговое движение по поверхности эллипсоидов постоянной энергии Xz.

Вследствие этого циклотронная масса, соответствующая состояниям Xz -уровней Ландау, есть поперечная эффек тивная масса mt в X-долинах. Однако электроны, находящиеся в состояниях Xxy, описывают в k-пространстве эллиптические орбиты по поверхностям эллипсоидов постоянной энергии Xx и Xy. Поэтому для состояний Xxy-уровней Ландау циклотронная масса дается выра жением (mt m)1/2 0.5m0. Таким образом, определенl ное нами значение циклотронной массы m mt подX Рис. 5. Экспериментальные зависимости dI/dV = f (V ) при тверждает идентификацию особенностей на зависимости T = 1.5 K в интервале магнитных полей B I от 0 до 14 Тл.

dI/dV = f (V ) в магнитном поле B I (рис. 5) как На вставке — положения пиков проводимости при различных следствие переходов -Xz между уровнями Ландау.

значениях B.

Вдобавок этот результат является еще одним подтверждением того, что особенность C на рис. 3 обусловлена резонансными переходами -Xz 1, как было установлено ранее на основании самосогласованных расчетов при под уровнем Ферми аккумуляционного слоя находятся B = 0. Следует, наконец, отметить, что определенное лишь два уровня Ландау с номерами n = 0, 1. Кроме то нами значение mt отличается от полученного в рабого, изначально предполагалось, что наблюдаемая структе [2] из анализа магнитотуннелирования -Xz между тура резонансных особенностей обусловлена переходауровнями Ландау. Противоречивые значения поперечми через состояния Xz 1-уровней Ландау, поскольку, как продемонстрировано в [2], проявление переходов -Xxy ной эффективной массы mt сообщаются также во многих из упоминавшихся во введении работах последнего между уровнями Ландау на транспортных характеристипериода.

ках осложняется менее явной („замытой“ из-за уширения уровней) структурой Xxy-уровней Ландау вследствие того, что величина циклотронной массы, соответству3. Тонкая структура „донорных ющей Xxy-уровням Ландау, значительно превосходит резонансов“ как проявление величину циклотронной массы для Xz -уровней Ландау.

туннельных переходов В результате было определено, что наиболее яркие осочерез состояния доноров, бенности на зависимости dI/dV = f (V ) при B > 5Тл, обозначенные на рис. 5 стрелками, соответствуют перерасположенных в различных ходам между - и Xz 1-состояниями уровней Ландау со атомных слоях „барьера“ AlAs следующими наборами индексов (n, nX): (2, 2), (1, 1), (0, 0). Затем была произведена подгонка предполагаВ предыдущем разделе мы сообщили о наблюдении емых расчетных резонансных напряжений, определявособенностей транспортных характеристик однобарьершихся с помощью выражения (1), к экспериментальным ных гетероструктур GaAs/AlAs/GaAs, вызванных резоданным с использованием в качестве подгоночного пара- нансно-туннельными переходами через донорные состометра циклотронной массы m. Подгонка производилась яния Si, связанные с долинами Xxy и Xz в тонком слое X последовательно для каждого набора особенностей при AlAs, и об определении энергий связи таких состояний.

фиксированном магнитном поле, что позволяло полагать Здесь же сообщается об обнаружении дополнительзначение E -X одинаковым в уравнениях (1) для всех ной тонкой структуры вышеупомянутых особенностей особенностей набора. Кроме того, величина также транспортных характеристик (донорных резонансов), полагалась одинаковой в каждом упомянутом случае, обусловленной туннельными переходами через состоячто проверялось с помощью самосогласованных расче- ния доноров Si, находящихся в различных возможных Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Резонансное -X-туннелирование в однобарьерных гетероструктурах GaAs/AlAs/GaAs положениях (в направлении роста z ) в слое AlAs, т. е. в различных атомных слоях AlAs, и обладающих вследствие этого, как показано в [15], различными значениями энергии связи.

Прежде тонкая структура донорных резонансов наблюдалась при исследовании туннелирования через структуры с квантовой ямой в GaAs, центральные слои которой были легированы донорными примесями [28,29].

Однако в этом случае тонкая структура оказывалась отражением мезоскопических флуктуаций проводимости, обусловленных статистическими флуктуациями квазинепрерывной плотности локализованных состояний доноров. Причиной же последних являлись значительные флуктуации электростатического потенциала в области квантовой ямы, индуцированные заряженными примесями, хаотически расположенными в обедненной области легированного коллекторного контакта. Энергии донорных состояний в квантовой яме GaAs, таким образом, преимущественно определялись в этой ситуации не зависимостью энергии связи от положения донора, а случайными флуктуациями электростатического потенциала в области ямы и оказывались в результате также Рис. 6. Экспериментальные зависимости d2I/dV = f (V ) в случайными.

области донорных резонансов Xxy и Xz при B = 0 и B = 6Тл, Теоретические расчеты показали, что зависимость T = 1.5K.

энергии связи водородоподобных доноров от их положения в слое AlAs значительно сильнее аналогичной зависимости для доноров в слое GaAs [15,30,31]. Так, представлена на рис. 6. Крупномасштабные особенности разница энергий связи в центре и на краю слоя AlAs характеристики d2I/dV = f (V ) на рис. 6 соответствутолщиной 5 нм (как в нашем случае) и, следовательно, ют, как показано нами ранее, резонансному туннелиразница энергий связи доноров, находящихся в соседних рованию через группы донорных состояний, связанных атомных слоях, практически на порядок превосходят с Xxy- и Xz -долинами AlAs, в целом. Отдельные же соответствующие значения для слоя GaAs равной толособенности тонкой структуры отвечают туннельным щины. Вследствие этого возможные случайные флукD переходам через однотипные (Xxy или XzD) состояния дотуации электростатического потенциала уже не могут норов, расположенных в различных атомных слоях AlAs.

оказывать определяющего влияния на энергии донорных Тонкая структура донорных резонансов наблюдалась и в состояний в слое AlAs. Это позволило нам зарегистриотсутствие магнитного поля, однако она становилась все ровать тонкую структуру донорных резонансов, отболее явной по мере его увеличения. Следует отметить, дельные составляющие которой отвечают резонансному что изменения количества отдельных особенностей, сотуннелированию через однотипные состояния доноров, ставляющих тонкую структуру, с ростом магнитного расположенных в различных атомных слоях „барьера“ поля практически не наблюдалось. Рост амплитуд осоAlAs. Эволюция тонкой структуры в сильном магнитном бенностей тонкой структуры с магнитным полем может поле, параллельном направлению тока, наблюдавшаяся быть обусловлен следующими двумя обстоятельствами.

нами, также объясняется в рамках представлений о Во-первых, приложение магнитного поля приводит к туннелировании через состояния доноров, находящихся добавочной локализации донорных состояний (увеличев различных позициях в слое AlAs, предполагающих в нию их энергий связи) и, как следствие, к уменьшению соответствии с теорией [15,21] наличие существенных уширений соответствующих энергетических уровней.

зависимостей энергии связи доноров от их положения и от магнитного поля, и в результате является незави- Во-вторых, значение плотности состояний на уровне симым подтверждением интерпретации тонкой структу- Ферми в аккумуляционном слое, имеющее определяюры. Таким образом, в данном разделе демонстрирует- щее влияние на амплитуды резонансных особенностей, в присутствии магнитного поля (в случае близости ся возможность измерения разницы значений энергии к уровню Ферми очередного уровня Ландау) может связи доноров, расположенных в соседних атомных слоях „барьера“ AlAs, с помощью метода резонансно- существенно превосходить соответствующее бесполевое туннельной спектроскопии. значение. Таким образом, можно сказать, что магнитДополнительная тонкая структура донорных резонан- ное поле только лишь проявляет тонкую структуру, сов в параллельном току магнитном поле B = 6Тл и не изменяя ее природу по существу. При B > 10 Тл в отсутствие магнитного поля при температуре 1.5 K тонкая структура становится хорошо заметной даже на Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 444 Ю.Н. Ханин, Е.Е. Вдовин, Ю.В. Дубровский напряжениях, соответствующих туннелированию через донорные XzD-состояния, этот уровень Ландау находится еще на некотором удалении от уровня Ферми и плотность состояний на уровне Ферми соответственно относительно мала. С увеличением магнитного поля ситуация с амплитудами особенностей тонкой структуры донорных резонансов Xxy и Xz меняется, естественно, на прямо противоположную. Тонкая структура оказывалась специфичной, но точно воспроизводимой для каждого образца, даже после термоциклирования. Кроме того, она является в достаточной мере регулярной (рис. 6), и средний период составляет около 15 мВ, что соответствует, с учетом полученного из самосогласованных вычислений значения коэффициента пропорциональности между относительным изменением энергий донорных состояний и приложенным напряжением, разнице энергий 1.2 мэВ.

Повышение температуры до 20 K (kT 1.25 мэВ) приводит, как видно из рис. 8, к существенному подавлению большинства особенностей тонкой структуры вследствие температурного уширения функции распределения Ферми в аккумуляционном слое, и при T = 30 K тонкая структура практически полностью исчезает. Понижение температуры от 4.2 до 0.3 K (рис. 7) приводило к увеличению амплитуд особенностей тонкой структуры, разрешению одной дополнительной особенности при V 0.48 В и проявлению еще более тонкой структуры (субструктуры) отдельных особенностей. Таким образом, количество особенностей тонкой структуры остается практически неизменным в интервале температур от 0.3 до 20 K. Это указывает на то, что в данном интерРис. 7. a — экспериментальные характеристики dI/dV = f (V ) в области донорного резонанса Xxy в параллельном току магнитном поле B = 14 Тл при температурах 0.и 4.2 K; b — характеристики dI/dV = f (V ) за вычетом монотонной компоненты.

зависимостях dI/dV = f (V ) (рис. 7 для B = 14 Тл). Отметим, что относительно большие амплитуды особенностей тонкой структуры низкоэнергетического донорного резонанса Xxy на рис. 6 обусловлены лишь тем обстоятельством, что при B = 6Тл (и близких значениях B) в интервале напряжений, соответствующих совпадению с уровнем Ферми в аккумуляционном слое донорных состояний, туннелирование через которые проявляется как тонкая структура донорного резонанса Xxy, уровень Ландау с номером n = 2 находится вблизи уровня ФерРис. 8. Экспериментальные зависимости d2I/dV = f (V ) в ми и, следовательно, плотность состояний на уровне области донорного резонанса Xxy в параллельном току магФерми относительно велика. При более же высоких нитном поле B = 6 Тл в интервале температур от 4.2 до 30 K.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Резонансное -X-туннелирование в однобарьерных гетероструктурах GaAs/AlAs/GaAs вале температур наименьшая разница энергий донорных ры Si в слое AlAs толщиной 5 нм могут располагаться состояний превышает kT. в 20 различных атомных слоях. Разница энергий связи Далее, рассмотрим наши экспериментальные данные доноров Xxy, расположенных в центре и на границе более подробно в связи с существованием двух альтер- слоя AlAs для нашего случая составляет 35 мэВ [15].

нативных возможных причин появления тонкой струк- Поэтому среднее различие соответствующих донорных туры. Во-первых, причиной появления тонкой структу- уровней должно быть приблизительно равным 1.65 мэВ.

ры резонансов могут оказаться, как продемонстриро- Средняя разность напряжений между соседними особенвали исследования - -туннелирования в двухбарьер- ностями наблюдавшейся нами тонкой структуры составных гетероструктурах GaAs/AlAs, шероховатости ин- ляла 15 мВ, что соответствует разности энергий 1.2 мэВ терфейсов [32]. Однако энергия связи донора в AlAs и находится в хорошем согласии с предыдущей оценкой.

обладает более сильной зависимостью от положения Как уже отмечалось выше, с увеличением температуры донора в слое, нежели от толщины самого слоя [15]. от 0.3 до 20 K амплитуды особенностей тонкой струкТак, например, изменение толщины слоя AlAs в 5 нм туры значительно подавляются. Количество и внешний на два монослоя (типичное значение шероховатости вид особенностей при этом, однако, остаются практичегетероповерхностей при молекулярно-лучевой эпитак- ски неизменными. Дальнейшее повышение температуры сии) приводит к изменению энергий связи централь- от 20 до 30 K приводит к полному исчезновению тонкой D ных доноров Xxy и XzD на 4 и 2 мэВ соответственно. структуры. Такая эволюция тонкой структуры с ростом Наблюдавшееся в эксперименте различие же энергий температуры обусловлена, по нашему мнению, темпесвязи доноров, расположенных в центре (середине) слоя ратурным уширением функции распределения Ферми AlAs толщиной 5 нм и на его границе, составляет в аккумуляционном слое и является, таким образом, D приблизительно 30 и 20 мэВ для доноров Xxy и XzD дополнительным подтверждением предлагаемой нами соответственно. Поэтому мы полагаем, что шерохова- интерпретации тонкой структуры. Мы полагаем, что в тости интерфейсов не могут быть причиной тонкой условиях нашего эксперимента случайные флуктуации структуры в нашей ситуации. Во-вторых, присутствие электростатического потенциала приводят лишь к добадоноров в квантовой яме структуры GaAs/AlAs может вочному неоднородному уширению состояний доноров, приводить к мезоскопическим флуктуациям дифферен- расположенных в различных атомных слоях.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.