WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Рис. 4. a — вольт-амперные характеристики образца B в С увеличением магнитного поля резонансный пик в перпендикулярном току магнитном поле; поле приложено в токе, соответствующий туннелированию через уровень плоскости квантовой ямы вдоль направления [110]; магнитное размерного квантования E1, уширялся и смещался в поле изменялось от 0 до 7 Тл с шагом 1 Тл; температура сторону больших напряжений. Изменение положения измерений 4.2 K. b — зависимость положения по напряжению резонанса в магнитном поле VP изменялось приблисмещения пика тока на вольт-амперной характеристике образзительно как B2 (см. рис. 4, b) в соответствии с паца B от величины магнитного поля.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Анизотропия эффективной массы -электронов в квантовой яме GaAs/(AlGa)As раболической зависимостью для энергии электронов в квантовой яме, поскольку k B [5,9]. При вращении магнитного поля в плоскости квантовой ямы и амплитуда пика тока IP, и положение резонанса VP изменялись коррелированно, т. е. при направлении магнитного поля, когда наблюдался максимальный ток, наблюдалось и максимальное смещение положения резонанса. Однако величину максимума тока сильно уширенных в магнитном поле пиков на вольт-амперных характеристиках можно измерить с большей точностью, чем положение этого пика на шкале напряжения смещения [4,5,10].

Типичные экспериментальные зависимости амплитуды максимума тока IP и положения резонанса VP от направления магнитного поля 5 Тл в плоскости квантовой ямы для контрольного образца A в прямом и обратном смещении показаны на рис. 5. Мы наблюдали анизотропию туннельного тока I/I 0.4%, причем направление анизотропии изменялось на 90 при изменении знака напряжения смещения. Анизотропия положения резонанса VP имела приблизительно ту же амплитуду и отражала анизотропию эффективной массы электронов в квантовой яме. На рис. 5, a, b 0 соответствовал направлению [100], так что главные оси наблюдаемой анизотропии соответствовали направлениям 110. Так же, как и в работе [5], главные оси анизотропии для двух различных направлений напряжения смещения ортогональны друг другу. Представленные экспериментальные результаты отражают вариацию энергии электронов Рис. 6. Анизотропия положения по напряжению и амплитуды при постоянном k и показывают, что поверхность максимума туннельного тока для резонанса E1 в образце B постоянной энергии электронных подзон в квантовой (монослой InAs вблизи границы с (AlGa)As) от направления яме анизотропна. Осями этой анизотропии являются магнитного поля в плоскости квантовой ямы. Измерения вынаправления 110, т. е. ортогонали к плоскостям, в полнены в магнитном поле 5 Тл при прямом (a) и обратном(b) которых лежат химические связи Al–As и Ga–As на смещении. Температура измерений 4.2 K.

противоположных границах квантовой ямы. Как было сказано ранее, при приложении напряжения смещения волновая функция основного состояния электронов в Экспериментальные результаты для образца C, в коквантовой яме прижимается к одной или другой границе тором монослой InAs расположен в центре квантовой в зависимости от знака смещения.

ямы GaAs, представлены на рис. 7. Уровень размерного На рис. 6 представлена экспериментальная зависиквантования E1 в этом образце имеет энергию ниже, чем мость IP и VP от направления магнитного поля в уровень Ферми эмиттера, так что в отсутствие магнитплоскости квантовой ямы для образца B, в котором ного поля этот уровень находится в резонансе и при монослой InAs выращен внутри квантовой ямы GaAs нулевом напряжении смещения. Однако в магнитном вблизи гетерограницы (AlGa)As/GaAs. На этом образце поле 8 Тл положение резонансного пика смещается по также наблюдалась выраженная двуосная анизотропия, напряжению приблизительно на 150 мВ. На рис. 7, так но в этом случае изменение знака напряжения смещения же как и в двух предыдущих случаях, 0 соответствуне меняет направление главной оси анизотропии. Этот ет магнитному полю, направленному вдоль оси [100].

результат качественно может быть понят из рис. 2, b.

Рис. 7, a и 7, b показывают анизотропию амплитуды Наличие слоя InAs поджимает волновую функцию к резонансного пика проводимости G от направления эмиттерной границе, и поэтому положительное смещемагнитного поля в плоскости квантовой ямы, а рис. 7,c ние вплоть до 500 мВ оказывает на нее очень слабое воздействие. При обеих полярностях напряжения сме- анизотропию положения по напряжению смещения резонанса E1. Величина анизотропии эффективной массы для щения вблизи резонаса E1 волновая функция основного образца C в поле составляет 0.5%. Мы можем видеть состояния в квантовой яме оказывается прижатой к эмиттерной границе и анизотропия соответствует имен- три принципиальные особенности в анизотропии для но этой границе (AlGa)As/GaAs. Однако отметим, что этого образца относительно образцов A и B. Во-первых, для наблюдения анизотропии в любом случае необходи- наблюдается четырехкратная, а не двукратная анизотромо приложение электрического поля, так как это поле пия, как в предыдущих случаях. Во-вторых, главными необходимо для поляризации химических связей. осями анизотропии являются оси [100] и [010], а не [110] 4 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 450 Е.Е. Вдовин, Ю.Н. Ханин значительно меньше для образца C, чем для образца A.

Таким образом, можно заключить, что влияние гетерограниц на анизотропию образца C существенно меньше, чем для образцов A и B, и наблюдаемая анизотропия дисперсионной зависимости связана с объемной анизотропией GaAs. Четырехкратная симметрия анизотропии с осями, перпендикулярными плоскостям элементарной кубической ячейки, соответствует и теоретическим представлениям об анизотропии эффективной массы электронов вблизи точки для массивного GaAs [11].

Поэтому мы можем заключить, что для образца, в котором монослой InAs расположен в центре квантовой ямы GaAs, наблюдаемая анизотропия дисперсионного соотношения отражает анизотропию массивного GaAs и никак не связана с интерфейсами. Подтверждают это заключение и результаты работы [12], в которой с помощью магнитотуннельной спектроскопии исследовались резонансно-туннельные диоды без слоя InAs, но с очень широкой квантовой ямой GaAs (120 нм). В этой работе влияния интерфейсов на анизотропию эффективной массы электронов, локализованных в такой квантовой яме, обнаружено не было, а наблюдалась четырехкратная анизотропия с осями [100] и [010], характерная для массивного GaAs.

Кроме резонансно-туннельных структур, выращенных на подложках (001), нами изучались структуры на подложках (113)В. В последнее время гетероструктуры, выращенные на поверхностях с большими кристаллографическими индексами, вызывают повышенный интерес.

Так, например, поверхность GaAs (113)В с успехом использовалась для выращивания гетероструктур, содержащих квантовые точки [4,13,14], а на поверхности (113)А получен двумерный дырочный газ с рекордной подвижностью. Своеобразие свойств поверхностей с большими кристаллографическими индексами связано как с изменением зонной структуры, так и с условиями роста гетероструктур на этих поверхностях. До поРис. 7. Анизотропия положения пика кондактанса и его амплитуды от направления магнитного поля в плоскости следнего времени атомная структура поверхности (113) квантовой ямы для образца C (монослой InAs в центре была слабо изучена. Кроме того, существует мнение, что квантовой ямы). Измерения выполнены в магнитном поле 8 Тл выращенные с помощью молекулярно-лучевой эпитакпри прямом (a), (c) и обратном (b) смещении. Температура сии поверхности с большими кристаллографическими измерений 4.2 K.

индексами нестабильны и распадаются на малоиндексные фасетки [15]. Однако в работе [16] на основе данных, полученных с помощью сканирующей туннельной микроскопии и дифракции медленных электронов, покаи [110], как для образцов A и B. В-третьих, изменение зано, что поверхность GaAs (113)В сильно анизотропна знака напряжения смещения не изменяет наблюдаемой и состоит из относительно больших плоских террас, выанизотропии.

Отсутствие зависимости анизотропии от знака при- тянутых вдоль одного из главных кристаллографических направлений этой поверхности — оси [332].

ложенного напряжения смещения связано, по нашему мнению, с локализацией волновой функции основного Нами были исследованы резонансно-туннельные гесостояния в квантовой яме в центре этой квантовой тероструктуры D и E, выращенные на поверхности ямы, как показано на рис. 2, c. Как видно из рисунка, GaAs (113)В. Структура D имела ту же последовательприложение даже значительного напряжения 300 мВ не ность слоев, что и контрольный образец A (см. таблицу), вызывает существенного смещения максимума волновой а структура E была копией образца C со слоем InAs функции из центра квантовой ямы. Кроме того, из в центре квантовой ямы. На обеих структурах нами сравнения рисунков 2, a и 2, c явно следует, что ам- наблюдалась 2-кратная анизотропия вдоль оси [332] плитуда волновой функции на границах квантовой ямы независимо от полярности приложенного смещения Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Анизотропия эффективной массы -электронов в квантовой яме GaAs/(AlGa)As могли модифицировать волновые функции электронов и исследовать природу анизотропии электронных подзон в такой квантовой яме. Для контрольного образца наблюдалась анизотропия туннельного тока вдоль осей [110] и [110], причем направление анизотропии изменяется на 90 при изменении знака напряжения смещения.

Причину наблюдаемой анизотропии можно объяснить, согласно [5], различием в смешивании электронных подзон на интерфейсах GaAs/(AlGa)As и (AlGa)As/GaAs на разных сторонах квантовой ямы GaAs. Помещая слой InAs в центр ямы, мы увеличиваем локализацию электронов в центре ямы и таким образом уменьшаем влияние гетерограниц. Наблюдаемая нами для образца C 4-кратная анизотропия вдоль оси 100 соответствует анизотропии эффективной массы -электронов для массивного GaAs. Когда слой InAs помещается вблизи одной из границ квантовой ямы, волновая функция электронов в квантовой яме оказывается прижатой к этой границе при обеих полярностях напряжения смещения и мы наблюдаем 2-кратную анизотропию вдоль оси [110] как при положительном, так и при отрицательном напряжении смещения. Кроме того, мы исследовали образцы, аналогичные описанным, но выращенные на подложках с ориентацией (113)В. На таких структурах наблюдалась 2-кратная анизотропия вдоль оси [332] независимо от полярности приложенного смещения как для контрольных образцов, так и для образцов с монослоем InAs в центре квантовой ямы. Природа такой анизотропии на Рис. 8. a — вольт-амперные характеристики образца D настоящий момент остается невыясненной.

(контрольный образец, выращенный на подложке (113)) в перпендикулярном току магнитном поле 8 Тл; поле приложено Авторы благодарны проф. Л. Ивсу и М. Хенини за в плоскости квантовой ямы вдоль направлений [110] (пункпредоставленные гетероструктуры, В.В. Белову за техни тирная линия) и [332] (сплошная линия). b — анизотропия ческое содействие, проф. П.С. Мэйну за многочисленные туннельного тока для структуры типа D.

и полезные обсуждения и Ю.Н. Дубровскому за интерес к работе.

Работа выполнена при частичной финансовой подкак для контрольных образцов, так и для образцов с держке РФФИ (грант 03-02-17693) и INTAS (Grant монослоем InAs (см. рис. 8). Следует отметить, что N 01-2362).

анизотропия туннельного тока была на порядок больше для образцов, выращенных на поверхности (113)В, чем Список литературы для образцов, выращенных на поверхности (001), и составляла 5%. Однако в настоящее время вследствие [1] M.P. Lilly, K.B. Cooper, J.P. Eisenstein, L.N. Pfeiffer, слабой изученности свойств поверхностей GaAs с высоK.W. West. Phys. Rev. Lett., 82, 394 (1999).

кими кристаллографическими индексами мы не можем [2] R.J. Warburton, J.G. Michels, R.J. Nicholas, J.J. Harris, ответить на вопрос — связана ли наблюдаемая анизоC.T. Foxon. Phys. Rev. B, 46, 13 394 (1992).

тропия туннельного тока с морфологией интерфейсов [3] T. Reker, H. Im, H. Choi, L.E. Bremme, Y. Chung, R. Grey, или с анизотропией зоны проводимости электронов в G. Hill, P.C. Klipstein. In: Proc. Int. Conf. on the Physics квантовой яме на поверхности (113)В.

of Semiconductors (Osaka, 2000) ed. by N. Miura, T. Ando (Springer, Berlin, 2001) p. 827.

[4] E.E. Vdovin, Yu.N. Khanin, A.V. Veretennikov, A. Levin, 4. Заключение A. Patane, Yu.V. Dubrovskii, L. Eaves, P.C. Main, M. Henini, G. Hill. Письма ЖЭТФ, 74, 43 (2001).

Представлены результаты исследования магнитотун[5] T. Reker, H. Im, L.E. Bremme, H. Choi, Y. Chung, нелирования электронов в двухбарьерных структурах P.C. Klipstein, Hadas Shtrikman. Phys. Rev. Lett., 88, 056 GaAs/(AlGa)As, выращенных на подложках с ориента(2002).

ций (001), анализ результатов которых позволил полу[6] E.E. Vdovin, Yu.N. Khanin, Yu.V. Dubrovskii, P.C. Main, чить информацию об анизотропии электронных подзон L. Eaves, M. Henini, G. Hill. Phys. Rev. B, 67, 205 305 (2003).

в квантовой яме GaAs. Помещая монослой InAs в [7] J.-Y. Marzin, J.-M. Gerard, A. Izrael, D. Barrier, G. Bastard.

различные позиции внутри квантовой ямы GaAs, мы Phys. Rev. Lett., 73, 716 (1994).

4 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 452 Е.Е. Вдовин, Ю.Н. Ханин [8] H. Tan, G.L. Snider, L.D. Chang, E.L. Hu. J. Appl. Phys., 68, 4071 (1990).

[9] R.K. Hayden, D.K. Maude, L. Eaves, E.C. Valadares, M. Henini, F.W. Sheard, O.H. Hughes, J.C. Portal, L. Cury.

Phys. Rev. Lett., 66, 1749 (1991).

[10] U. Gennser, V.P. Kesan, D.A. Syphers, T.P. Smith, III, S.S. Iyer, E.S. Yang. Phys. Rev. Lett., 67, 3828 (1991).

[11] U. Rossler. Sol. St. Commun., 49, 943 (1984).

[12] O.H. Hughes, M. Henini, E.S. Alves, M.L. Leadbeater, L. Eaves, M. Davies, M. Heath. J. Vac. Sci. Technol., 7, (1989).

[13] E.E. Vdovin, A. Levin, A. Patan, L. Eaves, P.C. Main, Yu.N. Khanin, Yu.V. Dubrovskii, M. Henini, G. Hill. Science, 290, 122 (2000).

[14] A. Patane, R.J.A. Hill, L. Eaves, P.C. Main, M. Henini, M.L. Zambrano, A. Levin, N. Mori, C. Hamaguchi, Yu.V. Dubrovskii, E.E. Vdovin, D.G. Austing, S. Tarucha, G. Hill. Phys. Rev. B, 65, 165 308 (2002).

[15] J. Platen, A. Kley, C. Setzer, K. Jacobi, P. Ruggerone, M. Scheffler. J. Appl. Phys., 85, 3597 (1999).

[16] J. Marquez, L. Geelhaar, K. Jacobi. Phys. Rev. B, 62, (2000).

Редактор Л.В. Шаронова The effective mass anisotropy of -electrons in a GaAs/(AlGa)As quantum well E.E. Vdovin, Yu.N. Khanin Institute of Microelectronics Technology, Russian Academy of Sciences, 142432 Chernogolovka, Russia

Abstract

Pages:     | 1 || 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.