WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. Резонансы в массиве квантовых точек InAs, управляемые внешним электрическим полем чего снова уменьшалось до первоначальной величины. в слабых электрических полях длина когерентности Положение и ширина максимума этой зависимости электронов в подсистеме СКТ сравнима с 3 периодами, немного варьировались для разных СРКТ. Так, напри- т. е. 30 нм. Когда обратное смещение, приложенное мер, для СРКТ, имеющей АКТ на 8-м слое, максимум к p-n-переходу, растет, первым ионизуется наиболее находился при смещении USS =+1.5В. высокоэнергетическое состояние Ванье–Штарка и соответственно исчезает антистоксовая, „синяя“, компоИзлучательная рекомбинация в смачивающем слое InAs наблюдалась при 1.45 эВ по нашим данным ока- нента. В этой ситуации, названной ранее „штарковской лестницей“, обмен электронами между КЯ идет путем залась очень быстрой для всех СРКТ ( 50 пс).

нерезонансного туннелирования. В результате этого обмена под действием сильных полей происходит про4. Обсуждение результатов странственное разделение электронов и дырок. Область перекрытия их волновых функций резко уменьшаетПоявление аномально крупных АКТ в верхних слося, и интенсиность ФЛ падает. Пороговое уменьшеях СРКТ (рис. 1, a, b) является результатом действия ние силы осциллятора перехода (рис. 2, b), вызванное упругих напряжений в колонках. Из-за аккумуляции разделением электронно-дырочных волновых функций напряжений КТ разрастаются до размеров, при которых в сильных полях, было предсказано теоретически для их сплошное заращивание материалом барьера GaAs двойных КЯ [14].

становится невозможным. Осаждение следующего слоя Длинноволновая A-полоса исчезает из спектра ФЛ InAs (2 монослоя) приводит к слиянию в местах разрыпервой (рис. 2), несмотря на то что эта полоса вызвана вов (вершины КТ) материала InAs, т. е. к вертикальной оптическими переходами между более глубокими состокоалесценции двух КТ и образованию АКТ. Сравнение яниями больших АКТ. Эта необычная ситуация может величины спейсера и поверхностной плотности КТ прибыть связана с туннельным просачиванием электронов водит к выводу о том, что в исследованных структурах из АКТ в лестницу состояний СКТ, смещенных вниз КТ связаны скорее по вертикали, чем в плоскости роста.

по энергии. Этот случай иллюстрирует рис. 6, a. Он Используя данные ПЭМ, мы рассчитали в приблиозначает, что с ростом обратного смещения при U = UAS жении эффективной массы энергетическую структуру электронный уровень АКТ проходит через резонанс исследованных СРКТ. При этом мы исходили из дисс электронным уровнем соседней СКТ (AS-резонанс, кообразной формы КТ (рис. 1, a, b, d) и результатов, показанный на рис. 6, b), теряет электроны и „выполученных авторами [11] для КТ, имеющих вращаключается“ из спектра ФЛ. Появление максимума для тельную ось симметрии. Результаты расчета основных A-полосы при AS-резонансе в этом случае становится состояний электронов для каждой КТ в колонке предзакономерным, если осуществляется непосредственно ставлены на рис. 1, c. Зависимость энергии от номевозбуждение S-полосы. При AS-резонансе в A-полосе ра КТ аппроксимируется функцией N-0.2 (1 N 6).

происходит также переход от насыщения времени спада В этом случае мы можем смоделировать энергетическую ФЛ к его снижению (рис. 5, a).

структуру зоны проводимости колонки КТ, встроенной Пороговую зависимость от приложенного напряжения в p-n-переход, как показано на рис. 6. Распределение имеет также энергия активации EA основного элекосновных уровней энергии КТ в колонке (рис. 1, c) тронного состояния в АКТ. При прохождении через отражает ситуацию плоских зон, показанную в модели AS-резонанс величина EA изменяется скачком от на рис. 6, d, когда p-n-переход находится под прямым до 40 мэВ (см. рис. 3, c, направление от обратного смещением. В других случаях в условиях низкого уровня смещения к прямому). Значение EA = 90 мэВ является возбуждения изгиб зон будет существовать. Из-за изгиба собственной высотой барьера для электронов в АКТ [6].

зон, показанного на рис. 6, a, b, уровни СКТ формируют Оно соответствует термическому выбросу электронов „штарковскую лестницу“. В этом случае многокомпос основного уровня АКТ в смачивающий слой и, нентная структура S-полосы может отражать когерент- действительно, не должно зависеть от смещения на ность состояний Ваннье–Штарка в сверхрешетке [12].

p-n-переходе в предрезонансном состоянии (U UAS).

Нужно отметить, что тяжелые дырки в структурах Эта ситуация иллюстрируется схемой на рис. 6, a, b.

типа InAs(КТ)/GaAs(барьер) сильно локализованы [13] Очевидно, что энергия активации EA = 40 мэВ являетcя и их длина когерентности не превышает ширины КЯ.

энергией, достаточной для термически активированноЭлектроны же, напротив, делокализованы и могут ре- го перехода с уровня АКТ на вышележащие уровни зонансно туннелировать между КЯ в пределах длины соседних СКТ в послерезонансном состоянии колонки когерентности.

(U > UAS), как показано на рис. 6, c, d. Видно, что Последовательность исчезновения компонент S-поло- энергия такого перехода определяется зазором между сы при подаче обратного смещения (рис. 2, a) позволя- ровнями АКТ и СКТ и должна зависеть от прилоет предположить, что ее структура определяется тре- женного смещения. Эксперимент, однако, показывает мя оптическими переходами между одним состоянием не зависящую от смещения величину в 40 мэВ для Ваннье–Штарка и тремя дырками, локализованными в энергии активации после AS-резонанса (рис. 3, c). Отсоседних квантовых ямах колонки КТ. Таким образом, метим, что обсуждаемое значение энергии EA близко Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 208 В.Г. Талалаев, Б.В. Новиков, А.С. Соколов, И.В. Штром, J.W. Tomm, Н.Д. Захаров, P. Werner...

этот уровень становится самым низкоэнергетическим, и второй механизм практически исчезает. Поэтому постоянная времени, описывающая моноэкспоненциальный спад интенсивности ФЛ в A-полосе, есть не что иное, как излучательное время жизни экситонов, установившееся в АКТ после прохождения AS-резонанса (2 нс, рис. 3, a и 4, a). До этого момента (см. рис. 6, a, b) время жизни экситона меньше (рис. 5, a) из-за наличия второго конкурирующего механизма — туннельного просачивания электронов из АКТ в нижележащие состояния СКТ. При обратном смещении на СРКТ теоретически возможен еще один механизм уменьшения времени жизни экситона в АКТ. Если направление электрического поля совпадает с направлением роста структуры, то волновые функции электрона и дырки в КТ будут перекрываться больше, чем в отсутствие поля. Результатом этого будут сокращение времени жизни и повышение энергии связи экситона. Это должно сопровождаться „красным“ смещением полосы ФЛ, типичным для штарковского эффекта в случае экситонов в КТ [17,18]. Как видно из рис. 3, a, A-полоса имеет, напротив, „синий“ штарковский сдвиг. Такой сдвиг является, скорее, результатом пространственной инверсии электронно-дырочного облака в АКТ. Инверсия электрона и дырки была теоРис. 6. Схема электронных уровней в колонке СРКТ ретически предсказана в [19] для несимметричных КТ при внешним смещении. Верхняя КТ (N = 9) не показана.

и наблюдалась экспериментально в [20] для КТ InGaAs a — сильное обратное смещение, состояния СРКТ вне рес несимметричным распределением состава по вертизонанса. b — резонанс между АКТ и соседними СКТ при кали. В наших СРКТ несимметричность АКТ исходно уменьшении обратного смещения. a, b — в обоих случаях обусловлена коалесценцией и ответственна, вероятно, за штарковская лестница и энергия активации АКТ EA = 90 мэВ.

электронно-дырочную инверсию и „синий“ штарковский c — резонанс между состояниями СКТ подсистемы, основной сдвиг.

уровень АКТ лежит ниже уровней СКТ. d — ситуация плоских зон под действием прямого смещения, состояния СРКТ вне Данные ФЛВР позволили зарегистрировать еще один резонанса. c, d – в обоих случаях энергия активации АКТ тип резонанса в СРКТ — резонанс между состояниEA = 40 мэВ.

ями СКТ (SS-резонанс, рис. 6, c). Временной профиль S-полосы — сложный, описывается двумя экспонентами и, следовательно, обоими процессами уменьшения заселенности. Не зависящая от смещения первая постоянк рассчитанному энергетическому зазору между АКТ и ная времени (T 100 пс) отражает безызлучательную соседними СКТ (см. рис. 1, c). Очевидно, что описанный релаксацию носителей из штарковской лестницы СКТ в выше термически активированный переход может идти АКТ. Зависящая от смещения вторая постоянная времетолько при участии фононов. Излучательную рекомни относится к собственному времени жизни экситонов бинацию или релаксацию носителей в системе AIIIBV в СКТ. Тот факт, что эта вторая постоянная времени наиболее эффективно поддерживают продольные оптихорошо разрешается, говорит о весьма ограниченном ческие (LO) фононы [15,16], энергия которых в GaAs количестве конечных состояний (АКТ). Действительно, составляет 36 мэВ. Мы полагаем, что обсуждаемый здесь соотношение числа СКТ к АКТ в колонке составляпереход идет при участии одного LO-фонона, который и ет 7 : 1. По этой же причине не наблюдается второго фиксирует энергию активации на этом значении. Таким времени спада ФЛ в A-полосе (рис. 4, a), когда конечных образом, предложенная ранее и иллюстрируемая рис. состояний (СКТ) относительно много. Зависимость втофизическая модель приобретает полуколичественный рой временной компоненты S-полосы имеет максимум смысл.

(рис. 5, a, данные 2). Этот максимум соответствует Принятая модель позволяет обсудить также кинетику напряжению USS, при котором только рекомбинационносителей в СРКТ на основе результатов ФЛВР. Два ные процессы, связанные с подсистемой СКТ, имеют процесса определяют временной профиль ФЛ, а именно:

значение. Мы предполагаем, что при U = USS возникает 1) электронно-дырочная рекомбинация и 2) перенос резонанс между состояниями СКТ, т. е. приложенное носителей между КТ. В области прямых смещений прямое смещение компенсирует как встроенное поле (см. рис. 6, c, d) эти два механизма уменьшения засе- p-n-перехода, так и дисбаланс индивидуальных уровней ленности уровня АКТ могут быть разделены, поскольку СКТ, связанный с различием размеров СКТ в колонке, Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. Резонансы в массиве квантовых точек InAs, управляемые внешним электрическим полем как показано на рис. 6, c. При SS-резонансе электронные спада ФЛ в S-полосе; во-вторых, — это минимум в волновые функции СКТ максимально делокализованы триггер-подобной зависимости времени нарастания ФЛ и затянуты в барьер GaAs [21]. Поскольку волно- в A-полосе. Этот результат показывает существование вые функции дырок сильно локализованы в КТ InAs, „релаксационного горла“ (bottle neck) при переносе величина интеграла перекрытия электронно-дырочных возбуждения из СКТ в АКТ и его отсутствие внутри волновых функций уменьшается, т. е. сила осциллятора подсистемы СКТ. Преодоление „релаксационного горла“ экситона понижается, а время жизни экситона соответ- в подсистеме СКТ обеспечивается за счет эффективного ственно растет [13]. Похожее явление мы наблюдали рассеяния носителей между туннельно-связанными СКТ, ранее в молекулах КТ, образованных двумя идентичными имеющими слегка отличную энергию основного состоятуннельно-связанными КТ [22]. В условиях плоских зон ния. Это обстоятельство приводит также к монотонной уровни СКТ находятся не в резонансе и формируют зависимости времен спада ФЛ в СРКТ в предрезонанслестницу из-за дисперсии размеров СКТ, как показано ных условиях. Эта зависимость не имеет LO-фононных на рис. 6, d. Таким образом, приложенное внешнее поле минимумов, типичных для времени нарастания ФЛ АКТ проводит электронные состояния СРКТ последовательно (рис. 5, b) или для времени спада ФЛ в системе двух через A- и S-резонансы (см. рис. 2, 3, 5, 6). Резонансное асимметричных КЯ [15].

туннелирование при этом существенно увеличивает время жизни экситонов в СРКТ.

5. Заключение Особенности нерезонансного туннелирования в СРКТ были исследованы нами на основе измерений времени Исследованы оптоэлектронные свойства вертикальнонарастания ФЛ A-полосы во внешнем поле (рис. 5, b).

стекированных КТ InAs, выращенных молекулярноПри прохождении AS-резонанса при U = 0 постоянная пучковой эпитаксией в p-n-переходе GaAs. Внешнее времени нарастания ФЛ уменьшается от 140 пс до электрическое поле, приложенное в направлении роста, значения T = 100 пс. Такой спад повторяется далее пепозволило смещать уровни КТ относительно друг друга риодически. Принимая во внимание геометрию образца, и изучить процессы туннелирования и наступления видим, что период осцилляций 0.7 В соответствует измерезонансов в массиве вертикально-коррелированных КТ, нению падения напряжения между соседними электронимеющих градиент размеров внутри колонки. Таким обными КЯ, равному 45 мВ (без учета падения напряжения разом, стало возможным внешнее управление резонанна контактах). Это значение воспроизводит энергию сами внутри массива КТ. Индуцированные резонансами термически активированного перехода (EA = 40 мэВ, см.

резкие изменения интенсивности ФЛ, времени жизни рис. 3, c). Более того, минимум времени нарастания экситонов и времени релаксации носителей могут быть ФЛ A-полосы (T 100 пс при UAS = 0 на рис. 5, b) использованы в современных оптических системах с соответствует постоянной времени при безызлучательпереключением.

ной (с участием фононов) релаксации носителей из Авторы благодарны U. Gsele, T. Elsaesser, В.М. Устиподсистемы СКТ в АКТ. Это объясняется участием нову и Г.Г. Тарасову за обсуждение результатов работы, фононов одного типа во всех нерезонансных процессах.

И.Сошникову и M. Tischer за приготовление контактных Только LO-фононы или соответствующие им поляроны могут достигать энергии 40 мэВ [23]. Нерезонанс- слоев, G. Gobsch, R. Goldhahn и A. Winzer за помощь в проведении экспериментов с варьируемым возбуждениное туннелирование с участием оптических фононов ем ФЛ.

рассматривалось в качестве доминирующего механизма транспорта в работах [15,16]. Здесь мы показали, что Работа поддержана проектами SANDiE и РФФИ в условиях слабой генерации неравновесных носителей (№ 05-02-17780), программами РАН „Квантовые нанотуннелирование с участием LO-фононов (100 пс) идет структуры“, МНО „Высшая школа“ и МНО „Новые быстрее, чем релаксация фотогенерированных носитефизические эффекты и устройства на основе полупролей из барьера GaAs в КТ InAs (140 пс). Таким обраводниковых наноструктур“.

зом, осцилляции между 140 и 100 пс рассматриваются нами как переключения между обычным захватом носителей из барьера GaAs в АКТ и переносом их Список литературы между КТ с участием фононов (поляронов). Получен[1] H. Kamada, H. Gotoh, J. Temmyo, T. Takagahara, H. Ando.

ное значение времени нерезонансного туннелирования Phys. Rev. Lett., 87, 246 401 (2001).

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.