WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 9 Мощное дальнее инфракрасное излучение горячих дырок напряженной двумерной структуры InGaAs / AlGaAs © Ю.Л. Иванов, С.А. Морозов, В.М. Устинов, А.Е. Жуков Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 27 апреля 1998 г. Принята к печати 27 апреля 1998 г.) На фоне насыщения вольт-амперной характеристики в сильном электрическом поле напряженной структуры InGaAs / AlGaAs обнаружено резкое возгорание дальнего инфракрасного излучения в полях около 1.5 кВ / см. При дальнейшем увеличении электрического поля интенсивность излучения изменяется немонотонно. Предполагается связь возгорания излучения с образованием доменов, являющихся причиной насыщения тока.

В настоящее время дальнему инфракрасному (ИК) В настоящем сообщении приводятся результаты предизлучению горячих двумерных дырок посвящено уже варительного исследования дальнего ИК излучения и достаточно большое число работ (см., например, [1–4]). транспорта горячих дырок в напряженной структуре Интерес к этой проблеме обусловлен своеобразием энер- InGaAs / AlGaAs. Глубина дырочных квантовых ям в гетического спектра двумерных дырок, сильной непара- этой системе составляет более 200 мэВ. Разогрев дырок боличностью дисперсионных кривых подзон размерного приложенным вдоль квантово-размерных слоев электриквантования и наличием точек антипересечения [5]. В ческим полем при такой глубине ямы вряд ли может этих условиях при разогреве дырок можно ожидать привести к их выбросу из ямы в барьеры, и можно счиобразования инверсной функции распределения подобно тать, что все описываемые далее процессы происходят в тому, как это предполагалось в случае одноосно сжатого результате перераспределения дырок между подзонами германия [6] (туннелирование в точке антипересечения). размерного квантования.

Однако в работе [7] показано, что инверсия в одноосно Структура выращивалась методом молекулярно-пучсжатом германии по расщепленным подзонам не воз- ковой эпитаксии в стандартной установке RIBER-32P с никает. Причина заключается в том, что в объемном твердотельным источником мышьяка. На полуизолируюгермании близкое расположение расщепленных подзон в щей подложке GaAs (100) выращивался буферный слой точке антипересечения существует только в направлении арсенида галлия толщиной 0.2 мкм, за которым следовасжатия (в кристаллографическом направлении [111]). ла активная область, состоящая из десяти квантовых ям Отклонение от этого направления ”раздвигает” подзоны, InGaAs толщиной 15 нм, разделенных барьерами AlGaAs туннелирование не возникает, и инверсия оказывается толщиной 60 нм. Толщина квантовых ям не превосхоневозможной. В то же время в двухмерных структу- дила критическую толщину псевдоморфного роста для рах одно направление инфинитного движения исклю- используемого состава твердого раствора. Структура с чается и шансы образования инверсии по этой схеме квантовыми ямами ограничивалась барьерами AlGaAs повышаются. толщиной 100 нм.

Дальнее ИК излучение горячих двумерных дырок Двумерный дырочный газ в квантовых ямах образовынаблюдалось впервые из ненапряженных структур типа вался вследствие селективного легирования бериллием GaAs / AlGaAs в [1–3]. В этих работах делается вывод узких (2.5 нм) слоев барьеров, отделенных от ям спейсерами толщиной 6.0 нм. Концентрация атомов Be в слоях о межподзонном характере излучательных переходов. В работе [2] показано существование стриминга горячих составляла 1.2 · 1018 см-3. Вся структура заканчивалась дырок и продемонстрирована эволюция заполнения вто- слоем GaAs толщиной 200. Температура выращивания активной области составляла 510C, что позволяло изрой подзоны размерного квантования горячими дырками в узких (6.8 нм) квантовых ямах при изменении греюще- бежать переиспарения In в процессе осаждения.

го поля, которая связана со стримингом, а в работе [3] Из структуры изготавливались образцы с контактами, измерен спектр излучения из широких (20 нм) квантовых получаемыми вжиганием золота с цинком на глубиям. Никаких выводов относительно возможности получе- ну, обеспечивающую надежное соединение с квантовония инверсной функции распределения сделано не было. размерными слоями. Зазор между контактами в испольВ работе [4] исследовалась напряженная структура на зуемых образцах составлял 2 мм. Электрическое пооснове InGaAs / GaAs. Разогрев дырок в этой системе ле прикладывалось вдоль квантово-размерных слоев по приводит к выбросу их из ямы в барьеры, где они кристаллографическому направлению [110] импульсами эффективно охлаждаются, так как имеют значительно длительностью 1 мкс с частотой 10 Гц. Все эксперименты большую, чем в ямах, эффективную массу. На основе проводились при температуре жидкого гелия.

этого эффекта обсуждаются возможности инверсного Модулированное легирование барьеров в структуре распределения дырок. обеспечивает достаточно хорошую подвижность дырок.

1120 Ю.Л. Иванов, С.А. Морозов, В.М. Устинов, А.Е. Жуков поля в образце приводит к немонотонному изменению интенсивности излучения. Характер этого изменения при повторных проходах остается тем же, хотя амплитуда несколько варьируется. Во всех случаях резкий рост излучения происходит при одинаковом электрическом поле.

Немонотонный характер интенсивности мощного излучения в зависимости от электрического поля свидетельствует о том, что излучение связано не с тривиальными процессами в образце (например, электрическим пробоем). Возможно, что его резкий рост как-то связан с образованием доменов, что, в свою очередь, связано с перераспределением дырок по подзонам размерного Зависимость тока (1) и интенсивности дальнего ИК излучения квантования, при котором не последнюю роль играют (2) от электрического поля в образце E.

процессы туннелирования в точках антипересечения. К сожалению, нам неизвестен спектр дырочных подзон В настоящем случае подвижность в слабых полях при настоящей структуры, который может сильно отличатьтемпературе жидкого гелия имеет величину порядка ся от соответствующего спектра ненапряженных GaAs104 см2/В · с. При такой величине подвижности в квантовых ям, характеризующегося далеким расположеструктурах типа GaAs / AlGaAs наблюдается стриминг, нием подзон в точках антипересечения [5]. Вместе с тем, при котором ток слабо зависит от электрического поизвестны случаи напряженных структур с достаточно ля, а момент достижения стриминга при увеличении близким расположением дисперсионных кривых в точке электрического поля характеризуется достаточно резким антипересечения, где вполне возможно туннелирование, изломом вольт-амперной характеристики. При этом, чем и обширной областью в зоне Бриллюэна с большой больше подвижность, тем при меньших полях происхоэффективной массой, которая должна обеспечить сущедит выход на стриминг и тем резче переход (см. рис. ствование домена (см. Fig. 1, a в [8]).

в [2]). Тем не менее полного насыщения вольт-амперной В этих условиях возможно возникновение инверсии и характеристики при стриминге не наблюдается, так как генерации стимулированного излучения по механизму, дырки при достижении в баллистическом полете энергии описанному выше. Пороговый характер мощного излуоптического фонона имеют некоторое время на его чения способствует такому пониманию происходящих испускание и проникают в активную область тем больше, процессов.

чем больше электрическое поле, обусловливая слабое Настоящая работа поддержана Российским фондом возрастание тока.

фундаментальных исследований (грант № 98-02-18403) Иная картина наблюдается при приложении сильнои МНТП России ”Физика твердотельных наноструктур” го поля вдоль квантово-размерных слоев напряженной (грант № 97-1044).

структуры InGaAs / AlGaAs. Несмотря на достаточно хорошую подвижность дырок в слабых полях, в этом Авторы также выражают благодарность М.С. Кагану случае вольт-амперная зависимость не имеет характерза давние обсуждения возможности использования наного излома, который должен наблюдаться при выходе на пряженных квантово-размерных структур для получения стриминг, а плавно переходит в область действительного стимулированного дальнего ИК излучения, положительнасыщения тока (см. рисунок, кривая 1). Подобное повено повлиявших на постановку настоящих экспериментов.

дение вольт-амперной характеристики для напряженной структуры можно объяснить зарождением и развитием домена — области высокого, но фиксированного поля, Список литературы который контролирует ток через образец. При увеличении разности потенциалов на контактах образца область [1] L.E. Vorobjev, D.V. Donetsky, A. Kastalsky. In: Nanostructures: Physics and Technology (St. Petersburg, 1995) p. 221.

домена растет, однако поле в нем и, следовательно, ток [2] Yu.L. Ivanov, G.V. Churakov, V.M. Ustinov, A.E. Zhukov, остаются постоянными.

D.V. Tarkhin. In: Nanostructures: Physics and Techology Дальнее ИК излучение регистрировалось в области (St. Petersburg, 1995) p. 225.

чувствительности фотоприемника из германия, легиро[3] L.E. Vorobjev, L.E. Golub, D.V. Donetsky. In: Nanostructures:

ванного бором (50 120 мкм). При малых полях наPhysics and Technology (St. Petersburg, 1996) p. 235.

блюдается слабый рост интенсивности, сравнимой по [4] V.Ya. Aleshkin at al. In: Nanostructures: Physics and величине с той, которая регистрировалась в работе [2].

Technology (St. Petersburg, 1996) p. 443.

При поле около 1.5 кВ / см интенсивность излучения [5] L.G. Gerchikov, A.V. Subashiev. Phys. St. Sol. (b), 160, 2 резко возрастает, увеличиваясь в несколько десятков раз (1990).

(см. рисунок, кривая 2). Никаких резких изменений [6] И.В. Алтухов, М.С. Каган, К.А. Королев, В.П. Синис. ЖЭТФ, тока при этом не наблюдается. Дальнейшее увеличение 103, вып. 5, 91 (1993).

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Мощное дальнее инфракрасное излучение горячих дырок напряженной двумерной структуры... [7] E.V. Starikov, P.N. Shiktorov. Opt. Quant. Electron., 23, S(1991).

[8] А.М. Cohen. S.R. Aladim, G.E. Margues. Surf. Sci., 267, (1992).

Редактор Л.В. Шаронова Intensive far-infrared emission of hot holes of a strained two-demensional InGaAs / AlGaAs structure Yu.L. Ivnov, S.A. Morozov, V.M. Ustinov, A.E. Zhukov A.F. Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

Against the background of the current-voltage dependence saturation in a strong electric field of a InGaAs / AlGaAs structure a dramatic enhancement of far-infrared emission has been observed in the field about 1.5 kV / cm. Further increasing the electric field shows a nonmonotonic character of the emission– voltage dependencies. The rise of emission is probably connected with domain formation and subsequent gain of current saturation.

7 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 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.