WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

циальной проводимости, обусловленным статистически- Модификация транспортных характеристик наших обми флуктуациями квазинепрерывной плотности локали- разцов в магнитном поле B I оказалась достаточно зованных донорных состояний [28,29]. Такие флуктуа- сложной, поскольку обусловливалась отчасти квантоции проявляют себя как тонкая структура донорных ванием Ландау в аккумуляционном слое, а отчасти резонансов. Как амплитуды, так и количество наблю- изменением тонкой структуры. Поэтому для выявледавшихся флуктуаций проводимости (или их типичный ния влияния магнитного поля на тонкую структуру период по напряжению) одновременно уменьшались с мы произвели детальные исследования транспорта при ростом температуры от 0.5 до 4.2 K, при которой флук- больших значениях магнитного поля (B > 12 Тл), когда туации практически исчезали. Для объяснения таких под уровнем Ферми аккумуляционного слоя (в интемпературных зависимостей авторы использовали мо- тервале напряжений, соответствующих донорному редифицированную теорию мезоскопических флуктуаций зонансу Xxy) находится только один уровень Ландау, Ларкина-Матвеева [33]. Донорные состояния в AlAs движение которого с ростом B может вызвать только (в отличие от донорных состояний в GaAs) оказываются монотонные изменения параметров аккумуляционного значительно сильнее локализованными, и энергии связи слоя и, следовательно, приводить лишь к монотонным доноров Si, находящихся в соседних атомных слоях, смещениям резонансных особенностей. Как видно из в AlAs различаются существенно больше (почти на рис. 9, a, представляющего тонкую структуру донорного порядок), чемв GaAs [15]. Поэтому случайные флуктуа- резонанса Xxy в интервале B I от 12.75 до 14 Тл при ции электростатического потенциала оказывают гораздо T = 0.4 K, с ростом магнитного поля она смещается в меньшее влияние на спектр донорных состояний в AlAs. сторону меньших напряжений. Зависимость положений В результате спектр донорных состояний в слое AlAs максимумов экспериментальной кривой от величины B определяется преимущественно зависимостью энергии представлена на рис. 9, b. Пики тонкой структуры в связи от положения донора. Как регулярность рас- диапазоне напряжений от 300 до 500 мВ, в области положения особенностей наблюдавшейся нами тонкой донорного резонанса Xxy, движутся при увеличении B структуры, так и совпадение количества наблюдавших- со скоростями от 8 до 20 мВ/Тл, и скорость их движения ся особенностей с количеством возможных положений при этом является монотонно возрастающей функцией доноров Si в слое AlAs толщиной 5 нм подтверждают напряжения (рис. 9, b). Произведенные нами самосогланесущественность влияния флуктуаций электростатиче- сованные вычисления показали, что в рассматриваемом ского потенциала на спектр донорных состояний в AlAs интервале напряжений (300-500 мВ) отношение прив нашей экспериментальной ситуации. Тонкая структура ложенного напряжения к падению напряжения в слое донорного резонанса Xxy (так же, как и резонанса Xz ) AlAs изменяется очень слабо, от 12 до 12.7, и не состояла в среднем из 22 особенностей, тогда как доно- может заметно влиять на движение резонансных пиков Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 446 Ю.Н. Ханин, Е.Е. Вдовин, Ю.В. Дубровский существенную зависимость энергии связи X-доноров от их положения в слое AlAs, предсказанную теоретически [15].

4. Заключение Сформулируем результаты описанных выше исследований транспорта через однобарьерные гетероструктуры GaAs/AlAs/GaAs. Итак, нами были обнаружены особенности транспортных характеристик, однозначно идентифицированные как проявления резонансного туннелирования -X через квазиограниченные X-состояния и через различные донорные XD-состояния в слое AlAs.

Идентификация производилась на основании самосогласованных вычислений напряжений, соответствующих порогам резонансных переходов, с привлечением результатов анализа осцилляций Шубникова-де-Гааза в данных структурах. Результаты идентификации продемонстрировали, что энергии донорных XD-состояний преимущественно определяются пространственным ограничением в слое AlAs (шириной квантовой ямы), влияющим на энергии состояний Xxy и Xz и на величиD ны энергий связи донорных состояний Xxy и XzD, а также наличием в слое AlAs двухосного напряжения, приводящего к расщеплению долин Xxy и Xz. Эти же Рис. 9. a — экспериментальные характеристики результаты позволили нам впрямую определить энергии dI/dV = f (V ) в области донорного резонанса Xxy при D связи „центральных“ донорных состояний Xxy и XzD как T = 0.4 K в параллельном току магнитном поле от 12.D EB(Xxy) 70 мэВ и EB(XzD) 50 мэВ соответственно.

до 14 Тл; b — положения пиков тонкой структуры при Анализ эволюции структуры резонансных особенностей, различных значениях магнитного поля.

обусловленных туннельными переходами между - и X-уровнями Ландау, с изменением магнитного поля позволил определить величины поперечной эффективной с изменением B. Кроме того, было показано, что в массы mt в X-долинах AlAs и подтвердил результат рассматриваемых интервалах напряжения и магнитного идентификации основного низкоэнергетического резополя изменения параметров аккумуляционного слоя, нанса на транспортных характеристиках в отсутствие вызванные движением уровней Ландау, также незначимагнитного поля как проявление туннельных переходов тельны и не могут быть причиной столь существенного -Xz 1. Нами также обнаружена дополнительная тонкая различия скоростей движения пиков, которое наблюструктура донорных резонансов на экспериментальных дается экспериментально. Поэтому мы полагаем, что транспортных характеристиках, вызванная резонансным такое различие скоростей связано с тем, что энергии туннелированием электронов через состояния доноров, связи в меньшей степени локализованных состояний расположенных в различных атомных слоях „барьера“ доноров, расположенных вблизи края слоя AlAs, знаAlAs (в направлении роста) и обладающих вследствие чительно сильнее зависят от B, чем энергии связи боэтого различными энергиями связи. Исследования повелее локализованных состояний доноров, расположенных дения тонкой структуры в магнитном поле B I подоколо середины слоя в соответствии с теоретическими твердили наличие существенных зависимостей энергии работами [15,27]. Отметим для ясности, что низкоэнергесвязи донорных X-состояний от положения в слое AlAs тические особенности тонкой структуры соответствуют и от магнитного поля, предсказанных теоретически.

туннельным переходам через состояния доноров, нахоВ результате продемонстрирована возможность резодящихся вблизи середины слоя AlAs. Таким образом, нансно-туннельной спектроскопии состояний доноров, поведение тонкой структуры при изменении магнитного расположенных в соседних атомных слоях „барьера“ поля является независимым экспериментальным подAlAs, и измерения разницы их энергий связи.

тверждением того, что отдельные особенности тонкой структуры обусловлены резонансным туннелированием Авторы благодарны Т.Г. Андерссону за предоставленчерез состояния доноров, расположенных в различных ные гетероструктуры и проф. В.А. Тулину и К.С. Новоатомных слоях AlAs. Кроме того, оно подтверждает селову за плодотворные обсуждения и интерес к работе.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Резонансное -X-туннелирование в однобарьерных гетероструктурах GaAs/AlAs/GaAs Работа выполнена при частичной финансовой под- [27] I.P. Roche, G.P. Whittington, P.C. Main, L. Eaves, F.W. Sheard, G. Wunner, K.E. Singer. J. Phys.: Condens. Matter., 2, держке РФФИ, программы ФТНС и INTAS (01-2362).

(1990).

[28] P. McDonnell, T.J. Foster, P.C. Main, L. Eaves, N. Mori, J.W. Sakai, M. Henini, G. Hill. Sol. St. Electron., 40, Список литературы (1996).

[29] P.C. Main, T.J. Foster, P. McDonnell, L. Eaves, M.J. Gompertz, [1] E.E. Mendez, W.I. Wang, E. Calleja, C.E.T. Goncalves da Silva.

N. Mori, J.W. Sakai, M. Henini, G. Hill. Phys. Rev. B, 62, Appl. Phys. Lett., 50 (18), 1263 (1987).

16 721 (2000).

[2] J.J. Finley, R.J. Teissier, M.S. Skolnick, J.W. Cockburn, [30] R.L. Greene, K.K. Bajaj. Sol. St. Commun., 45, 825 (1983).

R. Grey, G. Hill, M.A. Pate. Phys. Rev. B, 54, 5251 (1996).

[31] L.E. Oliveira. Phys. Rev. B, 38, 10 641 (1988).

[3] R.J. Teissier, J.J. Finley, M.S. Skolnick, J.W. Cockburn, [32] Y.C. Kang, M. Suhara, K. Furuya et al. Jap. J. Appl. Phys., 34, J.-L. Pelouard, R. Grey, G. Hill, M.A. Pate, R. Planel. Phys.

4417 (1995).

Rev. B, 54, 8329 (1996).

[33] А.И. Ларкин, К.А. Матвеев. ЖЭТФ, 93 (3), 1030 (1987).

[4] J.M. Smith, P.C. Klipstein, R. Grey, G. Hill. Phys. Rev. B, 58, 4708 (1998). Редактор Т.А. Полянская [5] J.M. Smith, P.C. Klipstein, R. Grey, G. Hill. Phys. Rev. B, 57, 1740 (1998).

Resonant -X tunneling in singlebarrier [6] H.W. van Kesteren, E.C. Cosman, P. Dawson, K.J. Moore, GaAs/AlAs/GaAs heterostructures C.T. Foxon. Phys. Rev. B, 39, 13 426 (1989).

[7] E.R. Glaser, T.A. Kennedy, B. Molnar, R.S. Sillmon, Yu.N. Khanin, E.E. Vdovin, Yu.V. Dubrovskii M.G. Spencer, M. Mizuta, T.F. Kuech. Phys. Rev. B, 43, 14 Institute of Microelectronics Technology and High (1991).

Purity Materials, Russian Academy of Sciences, [8] K. Maezawa, T. Mizutani, S. Yamada. J. Appl. Phys., 71, 142432 Chernogolovka, Russia (1992).

[9] S. Yamada, K. Maezawa, W.T. Yuen, R.A. Stradling. Phys.

Rev. B, 49, 2189 (1994).

Abstract

We report on the electrical transport and magneto[10] D. Scalbert, J. Cernogora, C. Benoit a la Guillaume, transport study of GaAs/AlAs/GaAs, the single-barrier heterostrucM. Maaref, F.F. Charfi, R. Planel. Sol. St. Commun., 70, tures incorporating unintentional donors in the barrier. The (1989).

transport characteristics exhibited features corresponding to the [11] D. Landheer, H.C. Liu, M. Buchanan, R. Stoner. Appl. Phys.

resonant tunneling of electrons between the states of different Lett., 54, 1784 (1989).

effective mass derived from the zone center ( in GaAs) and [12] P. Lefebvre, B. Gil, H. Mathieu, R. Planel. Phys. Rev. B, 40, the zone boundary (X in AlAs) points of the Brillouin zone.

7802 (1989).

Resonant tunneling was observed both through the quasiconfined [13] M. Goiran, J.L. Martin, J. Leotin, R. Planel, S. Askenazy.

states in the AlAs layer originated from the Xxy and Xz conduction Physica B, 177, 465 (1992).

band minima and through two distinct states of the donors bound [14] B. Rheinlander, H. Neumann, P. Fischer, G. Kuhn. Phys. St.

to the Xxy and Xz valleys. By attribution of the experimental Sol. (b), K167, 49 (1972).

resonances we show that the energies of donor X states are [15] G. Weber. Appl. Phys. Lett., 67 (10), 1447 (1995).

determined both by quantum confinement influencing the energies [16] S.T. Lee, A. Petrou, M. Dutta, J. Pamulapati, P.G. Newman, of confined X states and the binding energies of donors and by L.P. Fu. Phys. Rev. B, 51, 1942 (1995).

biaxial strain, which causes the splitting of Xxy and Xz valleys.

[17] M.W. Delow, P.H. Beton, C.J.M. Langerak et al. Phys. Rev.

This allowed us, moreover, to determine directly the binding Lett., 68, 1754 (1992).

energies of Xxy - and Xz -related donors as EB(Xxy) 70 meV [18] J.W. Sakai, P.C. Main, P.H. Beton et al. Appl. Phys. Lett., 64, and EB(Xz ) 50 meV. Analysis of the resonant structure corre2563 (1994).

sponding to -X inter-Landau-level transitions has enabled us [19] J.W. Sakai, T.M. Fromhold, P.H. Beton, L. Eaves, M. Henini, P.C. Main, F.W. Sheard, G. Hill. Phys. Rev. B, 48, 5664 (1993). to determine the transverse X valley effective mass (mt = mXxy ) [20] H. Fukuyama, T. Waho. Jap. J. Appl. Phys., 34, L342 (1995).

in AlAs and confirmed the identification of the main low[21] J.M. Shi, F.M. Peeters, G.Q. Hai, J.T. Devreese. Phys. Rev.

voltage resonant feature obtained by self-consistent modelling as B, 44, 5692 (1991).

corresponding to the -Xz 1 transfer. Furthermore we observed an [22] J.J. Finley, R.J. Teissier, M.S. Skolnick, J.W. Cockburn, additional oscillatory like a fine structure of the donor resonances G.A. Roberts, R. Grey, G. Hill, M.A. Pate, R. Planel. Phys.

that we attribute to the resonant tunneling via states of donors Rev. B, 58, 10 619 (1998).

located at different atomic planes of the AlAs layer with different [23] Yu.V. Dubrovskii, Yu.N. Khanin, I.A. Larkin, S.V. Morozov, binding energies. Magnetic field behaviour of the fine structure T.G. Andersson, J.R. Soderstrom. Phys. Rev. B, 50, demonstrated that the binding energy of X-related donors has an (1994).

essential dependence on both magnetic field and donor position in [24] Ю.В. Дубровский, Ю.Н. Ханин, T.G. Andersson, U. Gennser, the barrier.

D.K. Maude, J.-C. Portal. ЖЭТФ, 82 (3), 467 (1996).

[25] Y. Carbonneau, J. Beerens, H.C. Liu et al. Appl. Phys. Lett., 62 (16), 1955 (1993).

[26] M. Tsuchiya, H. Sakaki. Jap. J. Appl. Phys., 30, 1164 (1991).

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||



© 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.