WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

осциллятора перехода (27) запишется в виде e e e Enl(a) = nl(a) =Eg + (nl)2, (35) (D0 )1,2 2meaf =(1,1 - 2) = 0.967. (28) 0,e2ah h h В предположении, что частота световой волны Enl(a) =- nl(a) =- (nl)2, (36) 2mhaнаходится вдали от резонансной частоты 1 дискретного состояния 1p, а также, что уширение уровня 1p причем энергетические положения уровней электрона мало, т. е. /1 1 [20,22], для качествнной оценки (дырки) отсчитываются от вершины валентной зоны поляризуемости КТ A (, a) (26) с учетом (8) получим Ev в КТ. Согласно правилам отбора, переходы элеквыражение трона (дырки) возможны с сохранением квантовых чисел n и l [28]. Тогда в выражения для поляризуеme(h) 4 f a 0,1 мости A (, a) (26), (29), а также в выражения для A (a) = a3, (29) силы осциллятора перехода f (27) и сечений поглоще1,1 m0 aB B ния abs (25) и рассеяния света sc (30) входят частоты 2 e h где aB = /m0e2 — боровский радиус электрона в nl(a) и nl(a), которые определяются формулами (35) вакууме. и (36). При этом дипольный момент перехода D(a) Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Поглощение и рассеяние света на одночастичных состояниях носителей заряда в полупроводниковых... Параметры квантово-размерных состояний дырки, совершающей движение в объеме квантовых точек радиуса a с диэлектрической проницаемостью 2, погруженных в полупроводниковые матрицы с диэлектрической проницаемостью Квантовые точки Матрица aBh, a, f D0, Д D1,0 = D0, Д, % A, 10-22 см3 abs, 10-18 см0,1,0 1,Полупро- me mh Полупро2 m0 m0 водник водник 20 6.12 4 10 4.9 GaSb 15 0.045 0.39 GaN 5.8 20.4 0.65 30 0.41 9.2 6 23 25 40 12.2 8 41 78 20 6.12 4.5 13 7.7 6.GaAs 12 0.07 0.5 GaN 5.8 12.7 0.74 30 0.52 9.2 6.75 29.3 39 40 12.2 9 52 123 20 6.12 5.05 4.7 3.5 2.30 9.2 7.6 10.6 18 InSb 18 0.013 0.18 AlSb 11 53 0.83 0.40 12.2 10.1 19 56 50 15.3 12.63 29.4 14 20 6.12 5.46 10 9.1 7.GaSb 15 0.045 0.39 AlSb 11 20.4 0.89 30 0.77 9.2 8.19 23 46 40 12.2 11 41 15 20 6.12 6.04 8.7 9.2 7.InAs 12.5 0.028 0.33 GaAs 12 20 0.99 30 0.95 9.2 9.06 19.6 47 40 12.2 12.1 35 140 20 6.12 5.26 4.7 3.9 3.30 9.2 7.9 10.6 19.6 InSb 18 0.013 0.18 GaAs 12 53 0.86 0.40 12.2 10.5 19 62 50 15.3 13.15 29.4 152 20 6.12 5.74 4.7 4.6 3.30 9.2 8.61 10.6 23 InSb 18 0.013 0.18 GaSb 12 53 0.94 0.40 12.2 11.5 19 74 50 15.3 14.4 29.4 180 Примечание. Здесь me и mh — эффективные массы электрона и дырки в КТ, aBh — боровский радиус дырки в КТ, = 31/(21 + 2), f — 0,сила осциллятора перехода, D0 и D1,0 — дипольные моменты переходов в вакууме и в квантовой точке, — параметр уширения состояний 1,при комнатной температуре, A — поляризуемость КТ, abs — сечение поглощения света. Единица измерения дипольного момента — Д = er при r = 1 (дебай).

должен быть определен с помощью зонных волновых рассмотренных одночастичных состояний ( ae(h)), т. е.

функций электрона (дырки).

ae(h) N1/3 1. (38) Оптический коэффициент ослабления света, учитывающий как поглощение, так и рассеяние света на При ae(h) 50 критерий (38) выполняется вплоть до одночастичных квантово-размерных состояниях носитеконцентраций КТ N 1015 см-3, достижимых в услолей заряда, возникающих в массиве КТ радиуса a с виях экспериментов [13–17] для ряда полупроводников концентрацией точек N, имеет вид [32] AIIIBV.

(, a) =N abs(, a) +sc(, a). (37) 6. Сравнение теории Формула (37) применима для ансамбля невзаимодейс экспериментами ствующих КТ. Условие, при выполнении которого КТ радиуса a с концентрацией N не будут взаимодействовать В заключение кратко обсудим возможные физические между собой, сводится к тому, что расстояние между КТ ситуации, для которых актуальны полученные результа( N-1/3) должно намного превышать размеры выше- ты. Можно предположить, так же как и в работе [29], 7 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 228 С.И. Покутний что в условиях экспериментов [13–17] при отжиге Таким образом, оптический коэффициент ослабления массива КТ InAs и InSb в матрицах GaAs и GaSb света (37) в КТ в основном определяется процессами при температуре T = 293 K происходит термический поглощения света на квантово-размерных состояниях выброс легкого электрона и в объеме КТ остается только носителей заряда (n, l) (8). При этом величина для дырка. При этом электрон может локализоваться на КТ с радиусами a, удовлетворяющими условию (38), и с глубокой ловушке матрицы. Если расстояние d от такой концентрацией N 1015 см-3 при поглощении света на ловушки до центра КТ велико по сравнению с радиусом КТ с параметрами, приведенными в таблице, принимает КТ a (d a), то в гамильтониане (4) можно прене- значение 0.1см-1.

бречь энергией кулоновского взаимодействия дырки с электроном Veh(re, rh) (5). В результате в объеме КТ 7. Заключение возникают одночастичные квантово-размерные состояния дырки (n, l), спектр которых En,l(a) описывается Большие значения сечений поглощения света, а также формулой (8).

оптического коэффициента ослабления света в изуПроведем качественную оценку сечений поглощения ченных квазинульмерных системах дают возможность abs (25), (29) и рассеяния света sc (30) на квантовоиспользовать такие гетерофазные структуры в качестве размерных состояниях дырки в КТ в случае выделенного новых сильно поглощающих материалов в широкой обперехода (1s 1p) в условиях экспериментов [13–17].

ласти длин волн, которая может широко варьироваться В предположении, что частота световой волны нав зависимости от природы контактирующих матриалов.

ходится вдали от резонансной частоты 1 дискретного состояния дырки в КТ, а также что уширение -уровня Автор признателен В.М. Аграновичу и сотруднис энергией E1,1 = 1 (8) мало [20,22] ( /1 1), для кам руководимого им теоретического отдела Института качественной оценки сечений поглощения и рассеяния спектроскопии РАН за обсуждение полученных резульсвета будем использовать выражения (25), (29) и (30).

татов.

При этом сечение поглощения abs и сечение рассеяния sc принимают вид Список литературы 16 f mh a 0,abs(, a) = a3, (39) 1,1 c m0 aB B [1] А.И. Екимов, А.А. Онущенко. Письма ЖЭТФ, 40 (8), (1984).

4 2113 f mh 2 a [2] А.И. Екимов, А.А. Онущенко, Ал.Л. Эфрос. Письма 0,sc(, a) = a6. (40) 8 ЖЭТФ, 43 (6), 292 (1986).

331,1 c m0 aB B [3] Ю.В. Вандышев, В.С. Днепровский, В.И. Климов. Письма В таблице приведены оценки параметров состояний ЖЭТФ, 53 (6), 301 (1991).

дырок в квантовых точках, диспергированных в полупро[4] V.M. Agranovich et al. Sol. St. Commun., 102, 631 (1997).

водниках AIIIBV. При этом квантово-размерные состоя- [5] Ж.И. Алфёров. ФТП, 32 (1), 3 (1998).

ния дырок слабо уширены при комнатной температуре [6] А.И. Екимов, П.А. Скворцов, Т.В. Шубина. ЖТФ, 59 (3), 202 (1989).

(параметр (a) (14) не превышает 40%).

[7] K. Bajema, R. Marlin. Phys. Rev. B, 36, 1300 (1987).

Рассматриваемые нами квазинульмерные системы яв[8] С.И. Покутний. ФТП, 34 (9), 1120 (2000); J. Appl. Phys., ляются сильно нелинейными средами для инфракрас96 (2), 1115 (2004).

ного излучения. Действительно, дипольные моменты [9] P. Zanardi, F. Rossi. Phys. Rev. Lett., 81 (21), 4752 (1998).

переходов в КТ радиусами a 20-50 принимают [10] D. Loss, D.P. DiVincenzo. Phys. Rev. A, 51 (1), 120 (1998).

большие значения D1,0 10 Д (см. таблицу). Они во [11] A. Imamoglu et al. Phys. Rev. Lett., 83 (20), 4204 (1999).

много раз превосходят величины, типичные для объем[12] C.H. Bennett, D.P. DiVincenzo. Nature, 404, 247 (2000).

ных полупроводников AIIIBV: D 0.1Д [33]. Кроме того, [13] N.A. Gun’ko, V.B. Khalfin, Z.N. Sokolova, G.G. Zegrya.

в КТ правилами отбора разрешены дипольные переходы J. Appl. Phys., 84 (1), 547 (1998).

в электромагнитном поле между ближайшими уровня- [14] А.Е. Жуков, А.Ю. Егоров, А.Р. Ковш и др. ФТП, 31 (1), ми En,l (8) — с изменением орбитального квантового 104 (1997).

[15] В.П. Евтихиев, И.В. Кудряшов, Е.Ю. Котельников и др.

числа l на единицу [30].

ФТП, 32 (12), 1482 (1998).

Из оценок, приведенных в таблице, следует, что [16] С.В. Зайцев, Н.Ю. Гордеев, В.М. Устинов и др. ФТП, величина сечения поглощения света в КТ ра31 (5), 539 (1997).

диусами a 20-50 достигает больших значений [17] А.Ф. Цацульников, Н.Н. Леденцов, М.В. Максимов и др.

abs 10-16 см2. При этом она на 8 порядков превышает ФТП, 31 (1), 68 (1997).

типичные значения атомных сечений поглощения [34].

[18] Н.А. Ефремов, С.И. Покутний. ФТТ, 27 (1), 48 (1985).

Поскольку значения сечений рассеяния sc (40) по [19] Н.А. Ефремов, С.И. Покутний. ФТТ, 32 (10), 2921 (1990).

сравнению с соответствующими значениями сечений [20] Н.А. Ефремов, С.И. Покутний. ФТТ, 33 (10), 2845 (1991).

поглощения abs (39) в условиях экспериментов [13–17] [21] S.I. Pokutnyi. Phys. Status Solidi (b), 165 (1), 109 (1991).

пренебрежимо малы (sc/abs 10-12), значения sc не [22] S.I. Pokutnyi. Phys. Status Solidi (b), 172 (2), 573 (1992).

внесены в таблицу. [23] С.И. Покутний. ФТТ, 35 (2), 257 (1993).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Поглощение и рассеяние света на одночастичных состояниях носителей заряда в полупроводниковых... [24] С.И. Покутний. ФТТ, 39 (4), 720 (1997).

[25] С.И. Покутний. ФТТ, 39 (4), 606 (1997).

[26] С.И. Покутний. ФТТ, 31 (12), 1443 (1997).

[27] В.М. Агранович, В.Л. Гинзбург. Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теории экситонов (М., Наука, 1979).

[28] Ал.Л. Эфрос, А.Л. Эфрос. ФТП, 16 (7), 1209 (1982).

[29] В.Я. Грабовкис, Я.Я. Дзенис, А.И. Екимов. ФТТ, 31 (1), (1982).

[30] А.С. Давыдов. Квантовая механика (М., Наука, 1973).

[31] Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред (М., Наука, 1982).

[32] Ю.И. Петров. Физика малых частиц (М., Наука, 1982).

[33] Ю.И. Уханов. Оптические свойства полупроводников (М., Наука, 1977).

[34] Н. Ашкрофт, Н. Мермин. Физика твердого тела (М., Наука, 1979).

Редактор Т.А. Полянская Light absorption and scattering on one-body charge carriers within semiconductor quantum dots S.I. Pokutny The Il’ychevskii Teaching-Scientific Center, I.I. Mechnikov’s Odessa’s National University, 68001 Il’ychevsk-City, the Ukraine Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.