WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

меньшем сдвиге энергий электронных подзон). На экс- Для проверки высказанных положений мы провепериментальных зависимостях Ei(w) (рис. 4, b) столь ли самосогласованный расчет поперечного распределесильного соответствующего сдвига энергетических по- ния потенциала и энергетических положений квантоволожений линий спектра, однако, не наблюдается. Та- размерных подзон электронов и дырок для модельной кое поведение экспериментальных зависимостей можно структуры, где заряд локализованных дырок имитирообъяснить сохранением малой глубины потенциальной вался зарядом ионизованной донорной примеси в КЯ3 и ямы для дырок вследствие процессов перераспределения прилегающих к ней слоях. При этом свободные элекдырок и накопления их в КЯ3. Важно отметить, что уро- троны обеспечивали соответствующую добавку в 2D вень оптического возбуждения практически не влияет электронный газ. На рис. 6, b представлены результаты Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах... Рассчитанные параметры оптических переходов в структуре проведенного расчета для структуры с параметрами с w = 9 и y = 0.1 и энергетические положения линий экспеw = 9, y = 0.1 и значениями слоевых концентраций в риментальных спектров (по результатам аппроксимации) каждом -слое n = 2.5 · 1012 см-2. Легированными до уровня 1018 см-3 считались также КЯ3 и прилегающие Обозна- Энергетические к ней слои GaAs толщиной 3 нм (общая слоевая кон- Энергия Квадрат Тип чение положения перехода, интеграла центрация в этих слоях составила 8 · 1011 см-2). При перехода линии линий эВ перекрытия расчетах мы использовали уменьшенную относительно спектра спектра, эВ средней ширину КЯ3 на ширину двух монослоев, что в Расчет Эксперимент рамках нашего предположения о неровности гетерограниц соответствует возможности латерального движения e1-hh1 1.473 5.12 · 10-2 F 1.472-1.рекомбинирующих носителей в КЯ без рассеяния на e2-hh1 1.477 4.58 · 10-гетерограницах и определяет в этом смысле эффективe1-lh1 1.484 1.6 · 10-1 E 1.481-1.ную для двумерных носителей ширину КЯ3. Показанный e2-lh1 1.489 1.26 · 10-1 D1 1.49-1.на рис. 6, b рассчитанный потенциальный профиль в e3-hh1 1.495 6.88 · 10-1 D области -слоев такой структуры демонстрирует зна- e3-lh1 1.507 6.93 · 10-1 C 1.507-1.e4-hh1 1.519 2.05 · 10-2 B 1.507-1.чительно меньшую, чем в случае без дополнительного e5-hh1 1.531 4.46 · 10-2 A 1.532-1.легирования (рис. 6, a), глубину потенциальной ямы e6-hh1 1.542 3.39 · 10-для дырок и более высокие энергетические положения дырочных подзон. При этом уровень первой подзоны Примечание. Линии, наблюдаемые экспериментально в спектре тяжелых дырок расположен в КЯ3, а ближайший к нему структуры с параметрами w = 9, y = 0.1.

по энергии уровень первой подзоны легких дырок — вне КЯ3, но в пределах потенциальной ямы, огразаметный вклад в высокоэнергетическую часть спекниченной потенциальными барьерами нелегированных тра ФЛ, несмотря на низкие (< 10-2) расчетные значеслоев GaAs и областями -слоев. В рамках сделанния квадратов интегралов перекрытия в связи с тем, что ных предположений можно считать, что этой, более в проведенном расчете не учтены возможные локальные высокоэнергетической подзоной легких дырок и опреизменения формы потенциальной ямы для легких дырок, деляется сток неравновесных дырок из области между связанные с флуктуационным потенциалом.

-слоями, ограничивающий положительный заряд дырок Проведенный анализ показывает, таким образом, что в структуре. Следует отметить, что в реальной структуре распределение потенциала в структуре с несколькивысота потенциальных барьеров, удерживающих дырки, ми -слоями n-типа формируется при существенном изменяется в плоскости структуры в соответствии с хаовлиянии дырок, генерируемых в пространстве между тичным пространственным распределением легирующей -слоями. Эти дырки локализуются в латеральных мипримеси -слоев. В этой ситуации кинетика стока дырок нимумах флуктуационного потенциала в области между из пространства между -слоями определяется, по-види-слоями, сглаживая его и создавая положительный мому, присутствием в плоскости структуры локальных заряд в этой области. Присутствие квантовой ямы между областей с малой высотой потенциальных барьеров и -слоями способствует формированию двумерного дыпространственным распределением этих областей. Порочного слоя на фоне достаточно высокой концентрации этому мы ограничились при расчете рассмотрением локализованных дырок. Существование двумерного дыоптических переходов с участием только первых подзон рочного газа в пространстве между -слоями является тяжелых и легких дырок.

одним из главных условий интенсивной межзонной В таблице приведены результаты расчета параметров фотолюминесценции из разных квантовых подзон 2D оптических переходов рассматриваемой структуры, для электронного газа.

которых рассчитанные значения квадратов интегралов Наблюдаемое сильное влияние расположенной между перекрытия волновых функций носителей превыша-слоями КЯ на спектр ФЛ позволяет говорить о том, ли 10-2. Расчет показывает, что учет положительного что в n-i-n-i-структурах без КЯ образования двумерзаряда центральной КЯ3 структуры и прилегающих к ного дырочного слоя не происходит. По-видимому, этоней слоев позволяет получить близкий к эксперименму препятствует флуктуационный потенциал, связанный тальному спектральный диапазон оптических переходов.

с хаотичным распределением легирующей примеси в Кроме того, рассчитанные значения энергии наиболее -слоях, ограничивающий латеральное движение дырок.

вероятных оптических переходов (переходов с высоЭффективность КЯ как структуры, формирующей двукими значениями квадратов интегралов перекрытия) мерный дырочный слой, зависит от параметров w и y для структуры с w = 9, y = 0.1 хорошо согласуются и снижается при их уменьшении вследствие влияния с энергетическими положениями наблюдаемых линий на флуктуации потенциала близости -слоев, рельефа спектра. Следует заметить, что переходы в подзону гетерограниц КЯ и флуктуаций состава тройного солегких дырок из верхних электронных подзон (рас- единения InyGa1-y As. Это в свою очередь приводит к четные значения энергий Ee4-lh1 = 1.53, Ee5-lh1 = 1.542, экспоненциальному снижению интенсивности ФЛ. ЕстеEe6-lh1 = 1.553 эВ) также, по-видимому, могут давать ственно ожидать, что при низких значениях w и y Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 582 Ю.В. Хабаров, В.В. Капаев, В.А. Петров, Г.Б. Галиев присутствующий слой InyGa1-yAs влияет тем не менее отмечалось, иные, худшие условия для их излучательной на характер локализации дырок между -слоями, накла- рекомбинации с двумерным электронным газом. Огранидывая дополнительные ограничения на их латеральное чение поперечного распределения дырок потенциальныдвижение. Вероятно поэтому, при уменьшении „эф- ми барьерами не изменяет принципиально параметров фективности“ КЯ3 спектр ФЛ исследуемой структуры их латеральной локализации, а следовательно, и интенни по интенсивности, ни по спектральному составу сивности ФЛ. Это и наблюдается экспериментально в не приближается к спектру ФЛ n-i-n-i-структуры, а структурах с -слоями n-типа.

демонстрирует сильное снижение интенсивности.

Обсуждаемое влияние латеральной локализации 5. Заключение неосновных носителей на спектр ФЛ структур с -слоями позволяет объяснить особенности ФЛ -легиВ рамках спектрально-корреляционного метода исрованных структур различных типов. Как уже упоследования полупроводниковых структур с планарноминалось, локализация неосновных фотовозбужденных неоднородными слоями экспериментально исследована носителей в направлении по нормали к плоскости -слоя при температуре жидкого азота фотолюминесценция сопровождается интенсивной ФЛ одиночных -слоев структур с двумя легированными -слоями n-типа. Внеp-типа [18,20]. Однако в случае одиночного -слоя n-типа дрение симметрично между этими -слоями узкой КЯ аналогичный процесс, как правило, не приводит к разлиInGaAs дало возможность наблюдать интенсивную фочимой даже при гелиевой температуре ФЛ с участием толюминесценцию, связанную с двумерным электрон2D электронного газа. Причину такого качественноным газом -слоев. Спектрально-корреляционный метод го различия картин ФЛ связывают с особенностями позволил изучить на одном образце зависимости интенпространственной локализации носителей, разными для сивностей линий ФЛ и их энергетических положений электронов и дырок [21,22]. Эта разница проявляется от вариации двух параметров — расстояния между прежде всего в разной глубине двумерной квантовой -слоями и состава тройного соединения InGaAs, сущеямы для -слоев p- и n-типа, а также приводит к ственно влияющих на физические процессы в структуре.

существенно различным параметрам пространственных Измерены спектры ФЛ двумерного электронного газа распределений носителей в поперечном по отношению -слоев n-типа, свободные от интенсивных фоновых к плоскости -слоя направлении для этих двух случаев.

составляющих излучения окружающих объемных слоев.

Последнее в свою очередь проявляется в различной Полученные результаты позволяют связать наблюдаестепени перекрытия волновых функций рекомбинируюмое экспоненциальное увеличение интенсивности ФЛ из щих носителей в этом направлении, и в случае -слоя области электронного газа -слоев с трансформацией n-типа — в меньшей интенсивности ФЛ [21,22]. Однако дырок из локализованных в плоскости слоя состояний изменение параметров поперечного пространственного в двумерное. Именно двумерный характер движения распределения дырок при помощи специально вводимых дырок, по нашему мнению, является определяющим факпотенциальных барьеров не изменяет принципиально тором процесса излучательной рекомбинации в области картину ФЛ -слоев n-типа [12–15,20]. Это обстоятельдвумерного электронного газа. Это предположение о лоство, по-видимому, означает, что рассмотрение излучакализации дырок в минимумах потенциального рельефа тельных процессов с учетом одномерного (в поперечфлуктуационного потенциала вблизи -слоев позволяет ном направлении) взаимодействия рекомбинирующих объяснить приведенные в литературе многочисленные носителей не исчерпывает всех существенных особенрезультаты исследования ФЛ -слоев, демонстрирующие ностей ФЛ в таких структурах. Асимметрия свойств существенное различие спектров ФЛ n-i-p-i-струкэлектронов и дырок по отношению к процессам локалитур, n-i-n-i-структур и одиночных -слоев. Обнарузации должна проявляться также в преимущественной жен эффект стабилизации энергетического положения латеральной локализации дырок на неоднородностях спектральных линий ФЛ, который мы связываем с локалатерального распределения потенциала.

лизацией дырок в потенциальной яме между -слоями.

Проведенные в работе исследования дают основания Наличие такой ямы в условиях хаотичного примесного полагать, что именно процесс латеральной локализапотенциала приводит к накоплению заряда в ней и ции дырок определяет интенсивность ФЛ в структуформированию сглаженного поперечного распределения рах с -слоями. В -слоях p-типа электроны, менее потенциала в пространстве между -слоями, стабилиподверженные локализации, в том числе латеральной, зирующего энергетический спектр дырок. Полученные по-видимому, образуют вблизи -слоя квазидвумерный слой. Одновременно -слой p-типа определяет суще- экспериментальные результаты согласуются с проведенствование двумерного дырочного газа. Такая же ситу- ными в работе численными расчетами.

Предположение о латеральной локализации дырок в ация имеет место и в n-i-p-i-структурах. Для этих структур характерна интенсивная ФЛ двумерных но- присутствии примесного потенциала -слоев позволяет, сителей [17,18]. В случае -слоя n-типа оттесненные таким образом, объяснить все многообразие наблюдаэлектрическим полем дырки локализованы не только в емых нами особенностей ФЛ исследуемой структуры, поперечном направлении, но и латерально в минимумах а также результаты исследования ФЛ в структурах флуктуационного потенциала, что определяет, как уже с -слоями, ранее отраженные в литературе.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах... Один из авторов (В.А. Петров) благодарит Российский Investigation of the physical phenomena фонд фундаментальных исследований, грант № 01-02in semiconductor nanostructures using 17450, за частичную поддержку работы.

samples with laterally nonuniform layers.

Photoluminescence of structures Список литературы with electron -doped layers Yu.V. Khabarov, V.V. Kapaev, V.A. Petrov+, [1] Ю.В. Хабаров. Пат. РФ № 2168238 (2001).

G.B. Galiev [2] Ю.В. Хабаров. ФТП, 37 (3), 339 (2003).

[3] Ю.В. Хабаров, В.В. Капаев, В.А. Петров. ФТП, 38 (4), Institute of UHF Semiconductor Electronics, (2004).

Russian Academy of Sciences, [4] W.M. Zheng, M.P. Halsall, P. Harmer, P. Harrison, M.J. Steer.

117105 Moscow, Russia Appl. Phys. Lett., 84, 735 (2004).

Lebedev Physics Institute, [5] S.M. Landi, C.V.-B. Tribuzy, P.L. Souza, R. Butendeich, Russian Academy of Sciences, A.C. Bittencourt, G.E. Marques. Phys. Rev. B, 67, 085304-/(2003). 117924 Moscow, Russia + [6] A. Cavalheiro, E.C.F. da Silva, A.A. Quivi, E.K. Takahashi, Institute of Radioengineering and Electronics, S. Martini, M.J. da Silva, E.A. Meneses, J.R. Leite. J. Phys.:

Russian Academy of Sciences, Condens. Matter., 15, 121 (2003).

101999 Moscow, Russia [7] E. Ozturk, I. Sokmen. Superlat. Microstruct., 35, 95 (2004).

[8] J. Osvald. Physica E, 23, 147 (2004).

Abstract

Within the framework of previously proposed the [9] E. Ozturk, H. Sari, V. Erdun, I. Sokmen. Physica B, 334, spectral-correlative method investigation of the semiconductor (2003).

structures with laterally nonuniform layers the photolumines[10] В.А. Кульбачинский, В.Г. Кытин, Р.А. Лунин, В.Г. Мокеров, А.П. Сеничкин, А.С. Бугаев, А.Л. Карузский, А.В. Пере- cence (PL) of the structure on basis GaAs with n-type -layers сторонин, R.T.F. van Scyaijk, A. de Visser. ФТП, 33 (7), 839 at 77 K is investigated. This method has allowed to study (1999).

on one sample the dependence of the features of observed [11] J.C.M. Henning, Y.A.R.R. Kessener, P.M. Koenraad, multicomponent spectrum PL from a variation of two parameters– M.R. Leys, W. van Vleuten, J.H. Woller, A.M. Frens.

distances between -layers and composition of the narrow quantum Semicond. Sci. Technol., 6, 1079 (1991).

well InGaAs taking place between them. The obtained results [12] J. Vagner, A. Fischer, K. Ploog. Phys. Rev. B, 42, allow to connect observed exponential increase of the intensity PL (1990-1).

from the area of the -layers at change these parameters with [13] А.М. Васильев, П.С. Копьев, М.Ю. Надточий, В.М. Устиchange of a ratio of the lateral located in minima of the fluctuation нов. ФТП, 23 (12), 2133 (1998).

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.