WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

цию этих процессов. Это приводит к тому, что для Полученные таким образом зависимости характерных правильного определения характерных времен спино- магнитных полей от концентрации показаны на рис. 4.

вой релаксации необходимо использовать более слож- Вертикальной штриховой прямой на рисунке отмечена ное выражение для триплетного члена, чем (4), — концентрация nmax.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1104 Д.Д. Быканов, А.М. Крещук, С.В. Новиков, Т.А. Полянская, И.Г. Савельев 4. Анализ концентрационных Таким образом резкий скачок величины H, характериузющей сбой фазовой когерентности, при появлении зависимостей характерных носителей во второй подзоне размерного квантования магнитных полей связан не со скачком в плотности состояний, как предполагалось ранее [2], а с большой скоростью релаксации 4.1. Параметр фазовой когерентности фазы волновой функции электронов 1/ во второй подРассмотрим представленную на рис. 4, a концентразоне размерного квантования при малом ее заполнении.

ционную зависимость магнитного поля H, характеризующего скорость релаксации фазы волновой функции 4.2. Параметр спиновой когерентности электронов из-за неупругих столкновений. При малых ns электроны находятся только в нижней подзоне, поэтому Рассмотрим представленное на рис. 4, b изменение величина H определяется длиной диффузии электронов параметра спиновой когерентности Hs при увеличении в первой подзоне за время, иначе говоря, H = H1. концентрации 2МЭГ в режиме замороженной фотопроВ работе [1] было показано, что релаксация фазы элек- водимости. Из данных, приведенных на рис. 4, b, видно, что существует общая тенденция к уменьшению величитронов в первой подзоне в исследуемых структурах ны Hs при возрастании ns в режиме ЗФП. Причем эта происходит за счет электрон-электронных столкновений тенденция проявляется уже при значениях ns < nmax, с малой передачей импульса [11]. При этом в первом -соответствующих заполненияю только одной подзоны приближении 0 и H (D)-1 0 (0 — проводимость при B = 0) и при увеличении концентра- размерного квантования, когда Hs = Hs1, и определяется только коэффициентом диффузии D и временем релакции носителей в канале (возрастании 0) наблюдается сации спина электронов s в первой подзоне размерного падение величины H. При заполнении двух подзон квантования.

размерного квантования найденный нами параметр H является эффективным параметром, определяемым свой- В нашей предыдущей работе [1] мы подробно изучили процессы спин-орбитальной релаксации на серии образствами электронов как первой, так и второй подзон, а цов гетероструктур InP / In0.53Ga0.47As с различной контакже межподзонными переходами. В случае быстрой межподзонной релаксации со временем 12 ко- центрацией носителей, заполняющих только одну подзону размерного квантования. При этом было показано, эффициент диффузии и обратные времена релаксации должны усредняться с весовыми коэффициентами, рав- что достаточно быстрая релаксация спина электронов в этих структурах связана с существованием спинового ными плотности состояний в подзонах. При этом для расщепления электронной подзоны из-за пониженной 2МЭГ получаем симметрии, присущей этой структуре [7]. Во-первых, изза отсутствия центра инверсии кристаллической решетки H (1H1 + 2H2), (6) = соединений AIIIBV (механизм Дрессельхауза [12]). Вовторых, из-за несимметричности формы квантовой ямы где = 1 + 2 — проводимость системы, состоящей из на гетерогранице (треугольной), связанной с существодвух подзон, а индексы соответствуют номеру подзоны.

ванием встроенного электрического поля F (механизм Если концентрация носителей во второй подзоне много Рашбы [13]). В работе [1] для анализа магнитопроводименьше чем в первой, т. е. 1 2, то мости 2МЭГ в этих структурах была использована новая теория [10], независимо учитывающая вклады различных 2 HH H1 1 + H1 1 +. (6a) = механизмов релаксации спина. Обнаружено, что параме H1 тры спиновой когерентности быстро возрастают с увеличением ns, а сравнительный анализ экспериментальЗдесь предполагается, что релаксация фазы волновой ных концентрационных зависимостей в сопоставлении с функции электронов в обоих подзонах осуществляется теоретическими позволил показать, что основной вклад за счет электрон-электронного взаимодействия с малой Hпередачей импульса [9] и (1 )2. Анализ выра- в релаксацию спина в исследуемых структурах вносит H1 механизм Рашбы [13]. При этом величина спинового жения (6a) показывает, что при ns > nmax должен нарасщепления зоны пропорциональна волновому вектору блюдаться скачкообразный рост величины H, связанный электрона k и величине встроенного электрического с существенным вкладом релаксации фазы электронов поля F, а для характерной частоты спин-орбитального во второй подзоне в эффективную скорость релаксации рассеяния может быть написано выражение фазы. При дальнейшем увеличении заполнения второй подзоны должно наблюдаться уменьшение H, связанное = 2 kFF2, (7) с нарушением условия 1 2, и в пределе сильного s заполнения второй подзоны, когда 1 2, должно выполняться соотношение H H1. Легко видеть, где коэффициент является константой, характеризуючто проведенный анализ качественно описывает экспе- щей энергетический спектр полупроводника, в котором риментальную зависимость H(ns) на рис. 4, a во всем локализован 2МЭГ, — время релаксации импульса, исследованном диапазоне концентрации 2МЭГ. а kF — волновой вектор электрона на уровен Ферми.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Слабополевое магнитосопротивление двумерных электронов в гетероструктурах In0.53Ga0.47As / InP... В случае заполнения одной подзоны размерного кван- увеличением концентрации электронов в режиме ЗФП тования определяется величиной коэффициента f : Hs возрастает при f > 1 и падает при f < 1. Подставляя выражеkF = 2ns, D = ns mние (10) в (8), можно, сопоставляя изменение величины и параметр спиновой когерентности, связанный с меха- Hs соответствующим изменениям концентрации 2МЭГ низмом Рашбы, определяется только величиной встроен- ns, найти величину параметра f :

ного поля:

m2c n N0 Hs Hs = 2F2. (8) 2 + 2e n0 n0 s Hs s f = (11) Поле F у гетерограницы определяется распределением n Hs, 2 + зарядов в структуре и в первом приближении линейно заn0 Hss висит от концентрации 2МЭГ. Это объясняет найденную нами в работах [1,14] зависимость параметра спиновой где n = ns - n0, а Hs =Hs - Hs0. На рис. 5 предстаs когерентности Hs от концентрации 2 МЭГ, а именно влена концентрационная зависимость параметра f, опребыстрое возрастание Hs с увеличениемns для образцов с деленная из экспериментальной зависимости Hs(ns) при концентрацией ns в диапазоне (2-5.5) · 1011 см-2, заполиспользовании выражения (11) для ns < nmax. Величина няющих только одну подзону размерного квантования.

концентрации остаточной примеси в исходном состоянии Наблюдаемое на рис. 4, b при ns < nmax падение Hs определялась как максимальное изменение концентрация с увеличением ns, на первый взгляд, противоречит как 2МЭГ в режиме насыщения ЗПФ N0 = 8 · 1010 см-2.

теоретическому выражению (8), так и экспериментальСтоль большая величина N0 определяется перезарядкой ным результатам, полученным в работе [14]. Однако состояний на поверхности тонкого слоя In0.53Ga0.47As, необходимо отметить тот факт, что электрическое поле содержащего 2МЭГ и являющегося верхним слоем в на гетерогранице определяется не только зарядом двуструктуре. Из данных, приведенных на рис. 5, видно, мерных электронов, но и всем распределением зарядов в что экспериментальная зависимость Hs(ns) соответствусистеме. В случае произвольного распределения зарядов ет величине f = 0.6 ± 0.1 при концентрациях, близких в системе найти аналитическое выражение для среднего к исходной, и уменьшению до значений f 0.35 при = электрического поля не удается. Численно эту задачу ns nmax. Параметр f был введен в работах [15–17] для решал Андо [15] для случая, когда в слое узкозонного достижения наилучшего согласия с численным расчетом полупроводника кроме 2МЭГ существуют остаточные и был близок к 0.5. Это находится в неплохом согласии примеси с концентрацией ”на квадрат” N0 ns. Аналис полученными нами экспериментальными результатами тические результаты, полученные в [16–18] для аппрокдля состояний структуры, близких к исходному. В настосимации расчетных кривых, могут быть представлены в ящее время отсутствуют теоретические предсказания о следующем виде:

4e F = ( fns +N0), (9) где f — коэффициент, определяемый в первую очередь видом волновой функции двумерных электронов, — диэлектрическая проницаемость.

Эффект замороженной фотопроводимости в исследованных структурах связан с разделением носителей встроенным электрическим полем, захватом дырок остаточными ионизованными акцепторами в слое узкозонного материала InGaAs, а также поверхностными состояниями в случае тонкого верхнего слоя [4]. Это означает, что если освещение системы межзонным светом приводит к увеличению ns на величину n, то одновременно на ту же величину уменьшается концентрация N0. В результате для среднего поля в состоянии ЗФП можно записать следующее выражение:

4e F = F0 + n( f - 1). (10) Рис. 5. Концентрационная зависимость параметра f в выражеЗдесь и далее верхний индекс ”0” соответствует пании для среднего электрического поля в гетероструктуре F (9), раметрам системы в исходном состоянии. Видно, что полученная из зависимости H(ns) в области заполнения тольизменение поля F и, соответственно, параметра Hs с ко первой подзоны рамерного квантования (см. рис. 4, a).

6 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1106 Д.Д. Быканов, А.М. Крещук, С.В. Новиков, Т.А. Полянская, И.Г. Савельев том, как должен изменяться этот параметр при перерас- образом, имеются два конкурирующих фактора: с увелипределении зарядов, связанном с эффектом ЗФП. чением концентрации величина Hs1 уменьшается, а проТак как F = 4en( f - 1)/ (см. (10)), и f <1, водимость второй подзоны возрастает. Это и приводит к величина встроенного поля F (9) в режиме ЗФПв нашем наблюдаемому в эксперименте максимуму в зависимости случае уменьшается и соответственно убывает величи- Hs(ns) при концентрации, несколько превышающей знана Hs (8), что снимает отмеченное выше противоречие чение nmax (при ns = 3.35 · 1011 см-2 на рис. 4, b). Таким для зависимости Hs(ns) при ns < nmax, представленной образом, при заполнении второй подзоны размерного на рис. 3, b, с данными из работы [1]. Таким образом, квантования наблюдается локальный максимум величинаблюдавшееся нами ранее падение величины Hs при ны Hs, который связан с тем, что из-за преобладания мепереводе образца в режим замороженной фотопроводи- ханизма Рашбы в релаксации спина величина Hs2 Hs1, мости [1] связан не с заполнением второй подзоны, как т. е. одного порядка при любой концентрации носителей предполагалось в той работе, а с перераспределением во второй подзоне, а вклад второй подзоны возрастает зарядов в системе, происходящими в режиме ЗФП и при- при увеличении ее проводимости.

водящими к уменьшению встроенного поля в квантовой яме, несмотря на увеличение концентрации 2МЭГ.

5. Заключение Перейдем теперь к рассмотрению зависимости Hs(ns) при концентрациях, превышающих nmax, т. е. когда во втоПроведено исследование слабополевого магнитосорой подзоне размерного квантования появляются первые противления двумерного электронного газа в селективно носители. Из данных, приведенных на рис. 4, b, видно, что на фоне общей тенденции к уменьшению Hs в нача- легированных гетероструктурах In0.53Ga0.47As / InP при изменении состояния системы путем освещения образца ле заполнения второй подзоны наблюдается локальный максимум величины Hs. Здесь, так же как и ранее в межзонным светом и перевода его в состояние заморослучае с H, определенная из эксперимента величина женной фотопроводимости.

Hs является эффективным параметром, определяемым в Анализ соответствующих изменений величины и полообщем случае временами si и коэффициентами диффу- жения экстремума (так называемого анитлокализационзии Di в первой (i = 1) и второй (i = 2) подзонах, а ного максимума) в зависимостях магнитопроводимости также межподзонными переходами электронов. В случае от магнитного поля позволил для всех состояний образца быстрой межподзонной релаксации можно записать определить параметры, характеризующие нарушение фазовой (H) и спиновой (Hs) когерентностей. Полученные -1 -s1 g1 + s2 g2 D1g1 + D2gтаким образом зависимости H(ns) и Hs(ns) проанализиs-1 =, D =, g1 + g2 g1 + g2 рованы как в области малой концентрации, где носители находятся только в первой подзоне размерного квантовагде g1 и g2 — плотности состояний в первой и второй ния, так и в области слабого заполнения второй подзоны.

подзонах соответственно, а нижние цифровые индексы, Получены следующие основные результаты:

так же как и раньше, соответствуют номерам подзон - резкий скачок величины H (характеризующей фаразмерного квантования. В результате получем зовую когерентность) при появлении носителей во второй подзоне размерного квантования связан с большой 1Hs1 + 2HsHs =. (12) скоростью релаксации фазы электронной волновой функ ции во второй подзоне при малом ее заполнении, а не В случае, когда в обеих подзонах основным механизмом со скачком в плотности состояний, как предполагалось релаксации спина является механизм Рашбы, значения ранее [17];

Hs1 и Hs2 не зависят от волнового вектора электрона, - наблюдавшееся нами ранее [1] падение величины а определяются только величиной встроенного элекHs после перехода образца в режим замороженной фотрического поля F. Это означает, что параметры Hsi, топроводимости связан с перераспределением зарядов в характеризующие скорость релаксации спина в первой системе, происходящим в режиме замороженной фотои второй подзонах, будут близкими по величине, незапроводимости и приводящим к уменьшению встроенного висимо от степени заполнения второй подзоны. Таким поля в квантовой яме, несмотря на увеличение концен образом, полагая Hs1 Hs2 и 1 2, при малом = = трации 2МЭГ, а не с заполнением второй подзоны, как заполнении второй подзоны выражение (12) может быть предполагалось в работе [1];

преобразовано к следующему виду:

- при заполнении второй подзоны размерного кван тования наблюдается локальный максимум величины Hs Hs1 1 +. (13) Hs. Он связан с тем, что величины Hs2 Hs1 при любой концентрации носителей во второй подзоне (изПроведенный выше анализ свидетельствует о том, что за преобладания механизма Рашбы в процессах спинэлектрическое поле F, а значит и Hs1, уменьшается орбитального взаимодействия), а вклад второй подзоны с увеличением концентрации в режиме ЗФП. Таким возрастает при увеличении ее проводимости.

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.