Введение к работе
Актуальность темы. Большой интерес, проявлемый в последние годы к системам с пониженной размерностью, связан как с чисто практическим применением таких систем в микроэлектронике, так и с обнаружением в этих системах новых фундаментальных явлений -целочисленного и дробного квантового эффекта Холла (КЭХ). В частности, обнаруженный в двумерных (2d-) электронных системах дробный КЭХ связан с конденсацией взаимодейсгвущих электронов в несжимаемую ферми-жидкость - состояние, не имеющее аналогов в физике. Теоретически предсказана также возможность вигнеровской кристаллизации электронов в такій системах.
Появление 2гь-канала связано с пространственным ограничением газа свободных электронов по одному из направлений потенциальным барьером. Это приводит к трансформации непрерывного 'энергетического спектра электронов в этом направлении в дискретный спектр размерного квантования, конкретный вид которого определяется формой потенциальной ямы. Упомянутые выше фундаментальные явления наблюдаются в магнитном поле, направленном по нормали к 2о-слою, которое приводит к квантованию движения электронов в плоскости и образованию дискретного энергетического спектра - уровней Ландау. Исследование энергетического спектра 2о-электронов является одной из важнейших задач, необходимых для микроскопического описания физических явлений в 2Е>-системах.
Основная масса работ по исследованию систем с пониженной размерностью выполняется с использованием магнитотранспортной методики, при применении которой в ультраквантовом пределе возникают значительные затруднения. В то же время, хорошо известно, что метод оптической спектроскопии позволяет наиболее прямым образом получить информацию о состоянии всего электронного
газа, а не только вблизи уровня Ферми 2с-электронов. Применение оптической методики, основанной на исследовании спектров рекомбинации 2о-электронов с фотовозбужденными дырками, требует детального изучения влияния непрерывного фотовозбуждения на состояние 2о-канала. В последнее время появился ряд работ, в которых наблюдался оптический аналог осцилляции Шубникова - де Гааза в интенсивности рекомОинационного излучения 2і>-злектронов, и делались попытки применить этот эффект для исследования целочисленного и дробного КЭХ и вигнеровской кристаллизации. При этом остается открытым вопрос о влиянии процессов межподзонной и внутриподзонной релаксации неравновесных фотовозбужденных носителей на природу данного эффекта.
Целью данной работы было исследование энергетического спектра 2о-электронов в перпендикулярном и наклонном магнитных полях, а также влияния непрерывного фотовозбуждения на состояние 2о-элекгронного газа и изучение процессов межподзонной релаксации неравновесных носителей.
Научная новизна. В настоящей работе методом оптической спектроскопии впервые исследована зависимость энергетического спектра размерного квантования от концентрации 2э-электронов.
Обнаружено влияние непрерывного фотовозбуждения на концентрацию 2в-электронов и исследована зависимость этого процесса от длины волны и интенсивности лазерной накачки.
Впервые экспериментально исследован и описан энергетический спектр 2і>-злектронов в сильном наклонном магнитном поле.
Обнаружен новый тип магнитооптических осцилляции интенсивности рекомбинационного излучения 2с>-электронов, связанных с межподзонной релаксацией неравновесных носителей.
Исследована зависимость скорости межподзонной релаксации от
температуры и энергетического расщепления между уровнями.
Научная и практическая значимость работы. Результаты, полученные в данной работе, дают новую информацию о физических процессах, происходящих в 2э-системах. Они позволяют составить общую картину формирования самосогласованного потенциала квантовой ямы и спектра размерного квантования в системе 2о-электронов и важны для понимания влияния релаксационных процессов на фундаментальные физические явления в 2с-системах.
Основные результаты, выносимые на защиту:
I.Предложен метод управления в широких пределах концентрацией
ns 20-ЗЛЄКТрОНОВ В ОДИНОЧНОМ Гетеропереходе (ОГ) GaAs-AlGaAs При
помощи непрерывного фотовозбуждения. Эффект уменьшения ns зависит от длины волны и интенсивности лазерного света. Наибольшее изменение концентрации достигается в условиях, когда энергия фотона превышает ширину запрещенной зоны MGaAs, при этом существенно повышается подвижность 2о-электронов.
2.Обнаружена немонотонная зависимость энергии межподзонного
раСЩеПЛеНИЯ ОТ Концентрации 2П-ЭЛеКТрОНОВ В ОГ GaAs-AlGaAs.
Найдено, что при концентрациях, соответствующих началу заполнения первой возбужденной подзоны, система 2о-электронов разбивается на домены с различным заполнением 2о-подзон. Исследованы зависимости энергии межподзонного расщепления от ns и от концентрации заряженных примесей в слое обеднения.
З.На примере 2г>-электронного газа в ОГ GaAs-AlGaAs показано,
ЧТО В СИЛЬНЫХ НаКЛСННЫХ МаГНИТННХ ПОЛЯХ Н, КОГДа Гш =heH/mc
намного превышает энергию размерного квантования, расщепления между уровнями не зависят от магнитного поля и определяются энергиями размерного квантования вдоль направления магнитного поля е* (а). По соотношению между новыми мегаюдзонными расщеплениями
Е* /е*0 определена форма потенциальной ямы по z-направлению u(z)~
4.Обнаружен новый тип магнитоосцилляций интенсивности излучательной рекомбинации 2п>-электронов из первой возбужденной' подзоны размерного квантования, не связанный прямым образом с магнитотранспоргннш осцилляциями Шубникова - де Гааза. Происхождение обнаруженных осцилляции объясняется в терминах упругой релаксации электронов из неравновесно заполненной первой возбужденной подзоны в основную подзону при пересечении соответствующих уровней Ландау этих подзон.
5.Обнаружен аномальный характер температурной зависимости скорости межподзонной релаксации в промежутках мезду пересечениями уровней Ландау различных подзон, заключающийся в ускорении мешэдзонной релаксации при понижении температуры. Из экспериментальных данных расчитана зависимость скорости межподзонной релаксации от энергетического расщепления между соответствующими уровнями для различных температур.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на 9-м Международном совещании по фотоэлектрическим и оптическим явлениям в твердом теле (Болгария, Варна, 1989), на 21-й международной конференции по физике полупроводников (Греция, Салоники, IS90), 1-м и 2-м Российско-Германских симпозиумах "Высокотемпературная сверхпроовдимость и низкоразмерные электронные системы" (СССР, Гурзуф, 1990; ФРГ, Штуттгарт - Мюнхен, 1992), докладывались на научных семинарах в mpi-fkf (Штуттгарт, ФРГ), cnrs/snci (Гренобль, Франция) и в ИФТГ РАН.
Структура работы. Диссертация состоит из семи разделов: введения, четырех основных глав, заключения и списка цитируемой литературы.
