| Название: | Модификация энергетической структуры А+ центров (верхней зоны Хаббарда) при изменении параметров квантовых ям GaAs/AlGaAs |
| Грантодатель: | РФФИ |
| Область знаний: | 02 - ФИЗИКА И АСТРОНОМИЯ |
| Научная дисциплина: | 02-205 Нано- и микроструктуры 02-208 Магнитные явления 02-340 Спектроскопия |
| Ключевые слова: | квантовые ямы, сильное легирование, переход металл-диэлектрик, фотолюминесценция, спектроскопия, поляризация излучения, спиновые явления, сильные магнитные поля. |
| Время действия проекта: | 2009-2011 |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Иванов,ЮЛ |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 09-02-00904 |
| Финансирование 2009 г.: | 600000 |
| Исполнители: |
Аверкиев,НС: сектор теории оптических и электрических явлений в полупроводниках (Аверкиева,НС)
Васильев,АП: лаб. физики полупроводниковых гетероструктур (Устинова,ВМ)
Жуков,АЕ: лаб. физики полупроводниковых гетероструктур (Устинова,ВМ)
Петров,ПВ: лаб. неравновесных процессов в полупроводниках (Алешина,АН)
Саблина,НИ: сектор теории оптических и электрических явлений в полупроводниках (Аверкиева,НС)
Седов,ВЕ: None
Семенова,ЕС: лаб. физики полупроводниковых гетероструктур (Устинова,ВМ)
Смирнов,ДС: сектор теории квантовых когерентных явлений в твердом теле (Тарасенко,СА)
Тархин,ДВ : лаб. неравновесных процессов в полупроводниках (Алешина,АН)
|
Равновесные А+ центры в квантовых ямах GaAs/AlGaAs, создаваемые путем селективного легирования структур в ямы и барьеры, являются состояниями в так называемой верхней зоне Хаббарда. Она играет определяющую роль в переходе металл-диэлектрик в сильно легированных объемных полупроводниках. В двумерных структурах вопрос о механизме проводимости при повышении концентрации легирующей примеси до сих пор остается открытым. Вместе с тем существует относительно небольшое число экспериментальных данных и теоретических работ, касающихся роли верхней зоны Хаббарда, сформированной А+ центрами, в проводимости двумерных структур при низких температурах. Поэтому естественно, что для правильного понимания этой роли важно знать энергетическую структуру верхней зоны Хаббарда. Энергетический зазор между нижней и верхней зонами Хаббарда в квантовых ямах вследствие квантового ограничения волновых функций уменьшается. Вместе с тем по той же причине уменьшается радиус локализации волновой функции, что приводит к меньшему уширению зон при увеличении концентрации примеси. В результате пересечение зон Хаббарда в квантовых ямах происходит при других эффективных концентрациях, чем в объеме. В предлагаемом проекте будут определены особенности перекрытия зон, их спиновая структура и роль обменного взаимодействия между носителями в примесных зонах.С этой целью будут проведены фотолюминесцентные и транспортные измерения на образцах с различной концентрацией легирующей примеси в ямы и различной шириной квантовых ям. При увеличении степени легирования только в ямы происходит заполнение верхней зоны Хаббарда. Это отчетливо видно в спектрах фотолюминесценции, связанной с примесными состояниями. При этом заметно уширяется линия, связанная с А0 состояниями и в дальнейшем при увеличении концентрации примеси возникает превалирующая линия, связанная с А+ состояниями, которая перекрывается с линией А0 состояний. Что касается проводимости таких структур, то в литературе имеются противоречивые данные о его механизме. Поэтому в предлагаемом проекте будет проведен сравнительный анализ данных оптических и транспортных измерений в таких структурах. Как было показано нами в предыдущих проектах, одиночные А+ центры при низких уровнях двойного селективного легирования группируются в коллективные состояния при увеличении степени легирования или при свободе выбора заселения А0 центров дополнительными дырками при их дефиците. При этом коллективные состояния А+ центров имеют иные по отношению к одиночным А+ центрам физические свойства, например большую энергию, искажая энергетическую структуру верхней зоны Хаббарда. Вместе с тем заполнение верхней зоны Хаббарда при большой степени легирования только в ямы также может сопровождаться возникновением коллективных состояний, что, в свою очередь, может влиять на проводимость. Поэтому изучение коллективных состояний является актуальной задачей. Как было отмечено при выполнении предыдущего проекта, наличие коллективных состояний зависит от ширины квантовых ям и уровня легирования. Поэтому в предлагаемом проекте будут проведены детальные экспериментальные и теоретические исследования оптических, энергетических и магнитных свойств коллективных состояний А+ центров в зависимости от ширины квантовых ям и при различных способах их создания, а также их влияние на латеральный транспорт дырок. При достаточно высокой концентрации примеси, соответствующей началу перекрытия зон Хаббарда, в ямах 15 нм на фоне широкой, 7 - 10 мэВ, линии, связанной с радиационными переходами фотовозбужденных электронов на нейтральный акцептор, нами были обнаружены две узких линии фотолюминесценции (0,7 мэВ ? 2kT при 4.2 K) неизвестного происхождения. Наиболее четко они проявляются при минимальных накачках, воспроизводятся на разных образцах с одинаковой шириной квантовых ям в том же месте по энергии (независимо от концентрации), исчезают при температуре выше 10 К. Зависимость их энергии от магнитного поля имеет квадратичную составляющую (в полях до 4 Т), а энергетический зазор между ними растет с магнитным полем линейно. Если полагать, что проявление этих пиков связано с особенностями энергетической структуры нижней зоны Хаббарда, то их изучение имеет отношение к теме предлагаемого проекта. Поэтому выяснение природы этих пиков в рамках предлагаемого проекта также представляет интерес. С этой целью будут выращены структуры с иной шириной квантовых ям, исследована температурная зависимость полуширины этих линий, продолжено исследование параметров линий в магнитном поле до 8 Т, исследована циркулярная поляризация фотолюминесценции в магнитном поле и линейная поляризация фотолюминесценции при упругой деформации, связанные с этими линиями, проведены транспортные измерения. Решение поставленных в предлагаемом проекте вопросов позволит лучше понять механизм проводимости двумерных структур при низких температурах.
