WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Необходимо также отметить, что в спектре присутствуют так называемые „пограничные“ состояния (на рис. 2 они обозначены цифрами 1, 2, 3). Эти состояния 3. Сравнение с экспериментальными возникают при расчете в модели Кейна. При использоваданными нии других граничных условий эти состояния могут отсутствовать. Впервые на наличие таких состояний было Перейдем к сравнению теоретических расчетов с указано в работе [5]. Экспериментальное обнаружение экспериментальными данными, полученными для гетепограничных состояний может служить доказательством роструктуры GaInAsSb / InAs, в которой содержание In физической адекватности в выборе граничных условий в четверном твердом растворе определяет величину модели. Законы дисперсии для пограничных состояний перекрытия краев валентной зоны и зоны проводимости сильно отличаются от законов дисперсии для обычных на границе раздела.

состояний. Видно, что энергия пограничного состояния, Ранее электронный канал с высокой подвижнообозначенного цифрой 2, при нулевом продольном имстью (µ >50 000-70 000 cm2/V · s) был обнаружен в пульсе совпадает с вершиной валентной зоны GaSb, одиночных разъединенных гетеропереходах II типа и, таким образом, это состояние лежит выше уровней p-GaInAsSb / p-InAs с самосогласованными квантовыми размерного квантования для дырок.

ямами на гетерогранице и его люминесцентные и магВблизи области энергетического перекрытия зон на- нетотранспортные свойства были детально исследоваблюдается ряд антипересечений дисперсионных кривых. ны [9–12].

Сравнивая расчеты по (7) с результатами исследования Слои твердых растворов Ga1-xInx Asy Sb1-y в интерпограничных состояний, можно утверждать, что состо- вале составов с содержанием индия 0.08 < x < 0.и y = x + 0.06 и c хорошей морфологией роста были яния 2, 3 обусловлены наличием гетерограницы между получены методом жидкофазной эпитаксии на подложInAs и GaSb, а 1 —краев ямы.

ках InAs (100). Раствор-расплав был приготовлен из На рис. 3 приведены зависимости положений уровней чистых компонентов: атомарных In и Sb с чистотой Ландау для рассматриваемой структуры от магнитного и 3 N соответственно, а также нелегированных биполя в области энергетического перекрытия зоны провонарных соединений InAs и GaSb с собственной кондимости InAs и запрещенной зоны GaSb, рассчитанные центрацией носителей n = 2 · 1016 и p = 5 · 1016 cm-по (8).

соответственно. Рассогласование эпитаксиального слоя Особенностью поведения системы в магнитном поле с подложкой по параметру постоянной кристалличеявляется существование „квазищелей“ в спектре, в коской решетки не превышало величины a/a < 4 · 10-4.

торых плотность уровней резко падает по сравнению Толщина слоя составляла порядка 1.0 µm. Выращенные с соседними областями. Такое уменьшение плотности слои GaInAsSb специально не легировались и демонстрировали p-тип проводимости с концентрацией дырок p = 2 · 1016 cm-3 при T = 77 K. Эпитаксиальные слои GaInAsSb были выращены в условиях планарного двумерного роста с планарными интерфейсами, резкими по составу. В таких структурах планарность нижнего интерфейса определялась шероховатостью поверхности InAs (100). Толщина переходного слоя на границе раздела Ga0.84In0.16As0.22Sb0.78 / InAs составляла 10-12.

При 16% In величина перекрытия составляет 70 meV [13]. Путем легирования раствора-расплава донорной примесью можно достичь положения химического потенциала как в интервале перекрытия, так и вне его. Энергетическая структура гетероперехода n-Ga0.84In0.16As0.22Sb0.78 / p-InAs в нулевом магнитном поле, рассчитанная по формуле (7), приведена на рис. 4, где в соответствии с рис. 1 V1 = 277.5meV, V2 = 907.5meV, = 207.5meV, a = 125, b = 100.

Рис. 3. Энергетический спектр уровней Ландау электронов На рис. 4 также приведены положения уровней Фери легких дырок на гетеропереходе GaSb(100 ) / InAs(150 ) ми (штриховые линии 1 и 2) двух исследуемых в в области перекрытия зоны проводимости InAs и валентной зоны GaSb (от 0.207 до 0.357 eV). данной работе образцов, определенные из осцилляций Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 2088 Н.С. Аверкиев, В.А. Березовец, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, В.И. Нижанковский...

Шубникова–де Гааза (ШГ). Отметим, что закон дисперсии вне областей антипересечений фактически является параболическим, несмотря на учет только линейных слагаемых по k в гамильтониане. Это обусловлено тем, что рассматриваемые энергии (в области перекрытия) малы по сравнению с ширинами запрещенных зон обоих полупроводников.

На рис. 5 и 6 представлены картины осцилляций ШГ и эффекта Холла (xx и xy) в исследованных структурах с разным уровнем легирования теллуром твердого раствора, демонстрирующие наличие нескольких периодов осцилляций, характерное для мультиподзонной системы размерно квантованных уровней. Картина осцилляций подобна осцилляциям простой квантовой ямы с двумя заполненными подзонами размерного квантования, поРис. 4. Энергетический спектр гетероперехода скольку на обоих рисунках в полях до 4 T наблюдаются GaInAsSb(105 ) / InAs(125 ) в области перекрытия зоны два периода осцилляций. Переход к осцилляциям xy проводимости InAs и валентной зоны GaInAsSb. Состояния и xx в условиях квантового эффекта Холла (КЭХ) интерфейсных дырок обозначены как Hi, состояния тяжелых происходит в полях B 6 T, когда остаются в основном дырок показаны штриховой линией, электронные подзоны уровни Ландау одной подзоны.

обозначены как E1 и E2.

Рис. 5. Экспериментальные зависимости холловского сопротивления xy (a, b) и магнетосопротивления xx (c, d) от магнитного поля для образца МК513 / 1 при T = 1.5K (0 = 136.2Ohm, RB0 = 1.85 · 107 cm2/Q, R · = 1.36 · 105 cm2/V · s). b и d — увеличенные части кривых на a и c, полученные из экспериментальных данных для xy (B) и xx (B) вычитанием плавного фона (polynom) и двойным дифференцированием по полю. Вертикальными линиями отмечены разные серии осцилляций ШГ, а также переходная область от одной серии к другой. Цифры у линий соответствуют отношению положений максимумов на шкале 1/B к среднему периоду (1/B) данной серии. Серия осцилляций в слабых полях B < 1T с индексами 1-3.1 соответствует объемным осцилляциям ШГ от эпитаксиального слоя твердого раствора, легированного Te ( 1 · 1016).

= Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Особенности энергетического спектра и квантового магнетотранспорта в гетеропереходах II типа Рис. 6. Экспериментальные зависимости холловского сопротивления xy (a, b) и магнетосопротивления xx (c, d) от магнитного поля для образца МК527 / 4 при T = 1.5K (0 = 91.4Ohm, RB0 = 5.4 · 106 cm2/Q, R · = 5.9 · 104 cm2/V · s). Справа (b, d) приведены увеличенные части кривых из (a) и (c), полученные из экспериментальных кривых вычитанием плавного фона и двойным дифференцированием по полю. Вертикальными линиями с разными индексами и без них отмечены разные серии осцилляций ШГ, а также переходная область от одной серии к другой. Цифры соответствуют отношению положений максимумов на шкале 1/B к среднему периоду данной серии. Серия в слабых полях B 1T с индексами 2.1-4.1 соответствует объемным осцилляциям ШГ от эпитаксиального слоя твердого раствора, легированного Te ( 3 · 1016 cm-3).

Для образца МК513 / 1 с концентрацией теллура в образца МК513 / 1, равное 54 meV. Аналогично для = твердом растворе NTe 1 · 1016 cm-3 из минимально- образца МК527 / 4 оценка энергии Ферми дает значе= го периода осцилляций = 4.6 · 10-2 T-1 (при тем- ние 91.4 meV. Такие значения энергий Ферми при = пературе T = 1.5K) можно рассчитать концентрацию перекрытии зоны проводимости и валентной зоны в электронов для подзон размерного квантования, от- E = 70 meV приводят к тому, что уровень Ферми в ветственных за осцилляции. Оценки дают значение образце МК513 / 1 лежит в области перекрытия, а в nRo 5.2 · 1011 cm-2 (с одной проекцией спина). Анало- образце МК527 / 4 — выше этой области.

= гично для образца МК527 / 4 с концентрацией теллура В режиме квантового эффекта Холла максимумы xx NTe 1 · 1017 cm-3 из минимального периода осцилля- отвечают пересечениям уровня Ферми с уровнями Лан= ций = 2.75 · 10-2 T-1 можно оценить концентрацию дау. Мы сопоставили для обоих образцов максимумы xx электронов: nRo 8.8 · 1011 cm-2 (то же с одной про- с пересечениями уровня химического потенциала с рас= екций спина). Оба этих значения хорошо согласуются считанными уровнями Ландау, считая, что положение с результатами измерений коэффициента Холла в сла- химического потенциала не зависит от приложенного к бых магнитных полях (B 0), из которых получаются структуре магнитного поля. Наилучшее согласие модели оценки в nRo 3.4 · 1011 cm-2 для образца МК513 / 1 и = составной квантовой ямы с экспериментом было полуnRo 1.15 · 1012 cm-2 — для МК527 / 4. чено при ширине электронного канала a = 125 и ды= Зная электронные концентрации, можно рассчитать рочного b = 105. Для перекрытия зон на интерфейсе положение уровня Ферми, считая, что электронные принято значение E = 70 meV, зонные параметры для подзоны размерного квантования имеют близкий к па- Ga0.84In0.16Sb0.78As0.22 и InAs равны: Eg = 0.63 и 0.41 eV раболическому закон дисперсии. Приняв эффективную соответственно; эффективные массы электронов и дыэлектронную массу на уровне Ферми в InAs равной рок me = 0.023 · m0, mlh = 0.026 · m0, mhh = 0.41 · m0 [4];

m = 0.03m0, получим значение энергии Ферми для g-фактор электронов |g| = 10.

e Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 2090 Н.С. Аверкиев, В.А. Березовец, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, В.И. Нижанковский...

интервале 0.293-0.295 eV. Это соответствует энергетическим расстояниям от краев соответствующих подзон, обозначенных на рис. 4 буквами E1 и E2, F1 = 52.4meV и F2 = 4.9 meV для образца МК513 / 1 и F1 = 80.4meV, F2 = 30.9 meV для образца МК527 / 4.

В образце МК513 / 1 согласно рис. 4 частично заполнены две дырочные подзоны: интерфейсные дырочные состояния и первая подзона размерного квантования тяжелых дырок (энергетическое расстояние от краев этих подзон до уровня химического потенциала составляет i h F = 10.6meV и 1F = 8.9 meV соответственно). При этом в полях до 5 T (рис. 7, a) пересечения уровней Ландау тяжелых и интерфейсных дырок с уровнем химического потенциала не проявляется на эксперименте, поскольку для этих носителей h 1. Таким образом, экспериментально обнаруживаются только максимумы xx, соответствующие пересечению уровня химического потенциала с уровнями Ландау электронных подзон с положительной и отрицательной проекциями „псевдоспина“.

В полях до 1 T в обоих образцах наблюдаются объемные осцилляции ШГ, не зависящие от угла между магнитным полем B и током J и связанные с легированием Te слоя твердого раствора (рис. 5, d и 6, d).

В образце МК527 / 4 это осцилляции с индексами 2.1, 3.2, 4.1 (рис. 6, d), которые соответствуют концентрации электронов n3D 1.2 · 1016 cm-3, определенные из = периода (1/B). При этом максимум 2.1 перекрывается с осцилляциями двумерной электронной подзоны с Рис. 7. Графики зависимостей уровней Ландау от магнит- положительной проекцией „псевдоспина“.

ного поля для двух заполненных электронных подзон EТаким образом, для обоих образцов осцилляции маги E2, подзоны пограничных дырочных состояний Hi и двух нетосопротивления (xx) обусловлены всеми электронh h подзон тяжелых дырок H1 и H2 в интервале полей от 5 T ными подзонами, попавшими в область перекрытия.

(a) и до 20 T (b) в области перекрытия зон вблизи края Как видно из расчетов, в полях B 6 T уровень Ферми валентной зоны твердого раствора. Вертикальными линиядля образца МК527 / 4 пересекается только уровнями ми разной длины обозначены положения максимумов xx Ландау, имеющими электронный характер (рис. 7, a), из рис. 1, c, d и 2, c, d разных серий, которые сопоставлены а для образца МК513 / 1 также и уровнями Ландау, с пересечениями уровня химического потенциала E уровимеющими дырочный характер. Именно наличие вклада ней Ландау подзон E1 и E2. Для образца МК513 / 1 уров магнетосопротивление дырочных подзон размерного вень химического потенциала E = 267-266 meV, для образца квантования принципиально отличает образец МК513 / МК527 / 4 — E = 293-295 meV. Короткими штрихами для образца МК513 / 1 отмечены положения максимумов xx из от образца МК527 / 4. В связи с этим минимумы xx в рис. 5, c при B > 8 T, связанные с взаимными пересечениобразце МК527 / 4 лежат ниже минимумов xx в образце ями уровней Ландау электронов и тяжелых дырок вблизи МК513 / 1 с тем же индексом заполнения, поскольку xx E = 265 meV.

в образце МК513 / 1 ограничивается снизу проводимостью по дырочным состояниям.

В холловском сопротивлении xy для образца МК513 / 1 положения плато КЭХ на шкале магнитноВертикальные линии на рис. 7 соответствуют эксго поля опредляются электронными уровнями Ландау, периментальным максимумам xx, которые возникают тогда как монотонная часть xy существенно зависит от при пересечении делокализованных состояний гибристепени заполнения делокализованных дырочных состодизованных уровней Ландау разных подзон с уровнем яний и резко уменьшается (в 3 раза) при повышении Ферми для каждой из подзон. Наилучшее согласие межтемпературы от 1.5 до 4 K.

ду положениями максимумов xx и пересечений уровня В магнетосопротивлении в сильных полях максимухимического потенциала с уровнями Ландау достигается мы xx наблюдаются при пересечении уровня Ферми в том случае, если считать, что в образце МК513 / с уровнями Ландау для глубокой электронной подзоны уровень химического потенциала расположен в интер- с обеими проекциями „псевдоспина“, как это видно на вале 0.266-0.268 eV, а для образца МК527 / 4 — в рис. 7, b. При этом антипересечения нулевого уровня Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Особенности энергетического спектра и квантового магнетотранспорта в гетеропереходах II типа Ландау, происходящего из подзоны размерного кванто- вому магнетотранспорту в одиночной гетероструктуре вания E2 (рис. 4), с первым уровнем Ландау интерфейс- GaInAsSb / p-InAs.

ных дырок Hi приводят к пиннингу уровня химического Экспериментально продемонстрировано принципиальпотенциала при B > 10 T на нулевом уровне Ландау ное различие в квантовых осцилляциях магнетосопроподзоны E2. Дополнительные максимумы xx в этой об- тивления и квантовом эффекте Холла при расположении ласти полей на рис. 5, c, отмеченные пунктиром, можно уровня химического потенциала вне и внутри энергеобъяснить пересечением уровня химического потенци- тического перекрытия зон на гетерогранице. Показано, что эти отличия обусловлены гибридизацией состояний ала уровнями Ландау тяжелых дырок одновременно с валентной зоны одного полупроводника и зоны проводиэлектронным уровнем.

мости другого в области перекрытия.

Плато КЭХ на зависимости xy от B соответствуют расположению уровня Ферми между уровнями Ландау при заполнении одной размерноквантованной подзоны.

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.