Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 8
1.1. Поляризация. Определение, основные понятия, связанные с поляризацией 8
1.2. Применение поляризованных пучков на электрон-позитронных коллайдерах 11
1.3. Оптическая ориентация электронов 14
1.4. Сверхрешетки 20
1.5. Отрицательное электронное сродство 22
1.6. Спиновая релаксация носителей при оптической ориентации в полупроводниках .26
1.6.1. Механизм спиновой релаксации Эллиота и Яффета 29
1.6.2. Механизм спиновой релаксации Дьяконова-Переля 33
1.6.3. Механизм спиновой релаксации Бира-Аронова-Пикуса . 37
1.6.4. Сравнение эффективности различных механихмов спиновой релаксации 43
1.6.5. Результаты экспериментальных исследований скорости спиновой релаксации свободных носителей в кристаллах А3В5 45
1.6.6. Зависимость скорости спиновой релаксации от концентрации акцепторов 53
2. Эксперимнтальная установка 56
2.1. Конструкция вакуумной установки 56
2.2. Система сверхвысоковакуумной установки 62
2.3. Оптическая система 63
3. STRONG Фотоэмиссия поляризованных электронов из структур с минимальными разрывами
зоны проводимости STRONG 66
3.1. Структура и технология изготовления фотокатодов 67
3.2. Сверхрешетки InAlGaAs-GaAs 78
3.3. Анализ результатов 89
Заключение 97
Список используемой литературы 99
- Применение поляризованных пучков на электрон-позитронных коллайдерах
- Механизм спиновой релаксации Бира-Аронова-Пикуса
- Система сверхвысоковакуумной установки
- Сверхрешетки InAlGaAs-GaAs
Введение к работе
Пучки поляризованных электронов широко используются в последнее десятилетие [1] для изучения спин-зависящей структуры нуклонов и параметров слабых нейтральных токов, магнетизма поверхности и тонких пленок [2-4], электронной структуры поверхности металлов, полупроводников и тонких пленок.
Пучки с наибольшей из возможных поляризацией играют кардинальную роль для существенного расширения физических возможностей коллайдеров. Крупнейшие из ныне действующих электронных ускорителей работают с пучками поляризованных по спину электронов: МАМІ (Mainz Microtron, Mainz, Germany) и CEBAF (Thomas Jefferson National Laboratory, Newport News, USA) [5-7]. Суперускоритель, рассчитанный на энергию столкновения 1000 Гэв, (International Linear Collider - ILC) также планируется для проведения экспериментов по столкновению пучков поляризованных электронов с пучками поляризованных позитронов. Главной причиной эффективности пучков поляризованных электронов при энергиях > Mz является то, что электроны правой спиральности уже не участвуют в слабом взаимодействии, а электроны левой спиральности участвуют. Выбором только желаемых для взаимодействия частиц можно существенно увеличить эффективность ускорителей.
Совершенствование информационных технологий требует увеличения плотности магнитной записи. В связи с этим свойства поверхности и границ раздела в скором времени будут определять магнитные свойства носителей информации. Методы спектроскопии поляризованных электронов весьма полезны для изучения таких свойств. Здесь следует отметить усиленно развивающийся метод спектроскопии поляризованных электронов малой энергии, позволяющий визуализировать динамические процессы на поверхности. Для проведения высококачественных исследований необходимы высокоэффективные источники поляризованных электронов (ИПЭ), наилучшим из которых является источник, основанный на фотоэмиссии из напряженных полупроводниковых гетероструктур.
Полупроводниковые приборы, основанные на поляризованных по спину носителях, представляют особый интерес для спинтроники. В последнее время для контроля эффективности инжекции поляризованных электронов из ферромагнитного слоя в полупроводник используется анализ поляризации излучения электролюминесценции. Использование оптимизированных наноструктур может обеспечить детектор поляризации с эффективностью 98%.
Во всех случаях для увеличения эффективности экспериментов необходимо улучшать параметры гетероструктур, что должно привести к увеличению степени поляризации, квантового выхода в точке максимума поляризации и времени жизни фотоэмитгера.
Для достижения этой цели были разработаны и выращены фотокатоды на основе полупроводниковых соединений GaAs-AlInGaAs без барьеров в зоне проводимости. Отсутствие барьеров в зоне проводимости позволяет эффективно улучшить параметры фотокатодов за счет того, что увеличивается подвижность электронов и уменьшается скорость спиновой релаксации поляризованных фотоэлектронов.
Целью работы является всестороннее исследование процессов спинового транспорта в структурах на основе сверхрешеток GaAs-AlInGaAs с минимальными разрывами зоны проводимости, а также оптимизация их состава для получения эмиттеров с высокой степенью поляризации и высоким квантовым выходом.
В первой главе диссертации рассматриваются основные понятия о поляризации, применение пучков поляризованных электронов на ускорителях элементарных частиц, явление оптической ориентации, отрицательное электронное сродство, понятие сверхрешетка, а также механизмы спиновой релаксации электронов.
Вторая глава посвящена описанию экспериментального комплекса для исследования фотоэмиссии поляризованных электронов.
5 В третьей главе приведены результаты исследования фотоэмиссии
поляризованных электронов из сверхрешеток с минимальными разрывами зоны
проводимости.
Научная новизна работы.
1. Впервые детально исследована фотоэмиссия поляризованных электронов из
нового типа напряженных полупроводниковых сверхрешеток
AlxInyGai.x.yAs/GaAs с минимальным разрывом зоны проводимости.
2. Впервые произведена количественная оценка потерь поляризации при
нахождении электронов в области изгиба зон на границе полупроводник-
вакуум и при выходе в вакуум через активационный слой для
полупроводниковых гетероструктур с приповерхностным слоем арсенида
галлия.
3. Впервые показано, что достижение максимальной поляризации
ограничивается как неизбежными потерями поляризации при эмиссии
электронов в вакуум, так и флуктуационным размытием краев валентной
зоны.
Научная и практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволяют разрабатывать и выращивать сверхрешетки с высокими параметрами, на основе которых могут быть созданы эффективные источники поляризованных электронов.
Основные положения, выносимые на защиту:
Разработаны, изготовлены и исследованы фотокатоды нового типа на основе InAlGaAs-GaAs сверхрешеток с напряженными барьерами валентной зоны и с минимальными разрывами края зоны проводимости.
Методом совместного анализа спектров поляризации и квантового выхода определены параметры гетероструктур и процесса фотоэмиссии электронов.
Достижение максимальной поляризации ограничивается флуктуационным размытием краев валентной зоны.
Рекордные значения поляризации фотоэмиссии Ртах = 91% при квантовом выходе 0.14% позволяют говорить о перспективности использования
разработанных гетероструктур для создания эффективных источников
поляризованных электронов. Апробация результатов работы. Основные результаты данной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных конференциях и симпозиумах: Xtth International Workshop on Polarized Sources and Targets (Tokyo, Japan, 2005), X Всероссийская конференции по проблемам науки и высшей школы "Фундаментальные исследования в технических университетах" (Санкт-Петербург, Россия, 2006), международном симпозиуме «Nanostructure: Physics and Technology» (Новосибирск, Россия, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ:
К. Ioakeimidi, Т. Maruyama, J.E. Clendenin, A. Brachmann, Yu.A.Mamaev, L.G.Gerchikov, Yu.P.Yashin, D, Vasilyev, V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, R. Prepost, "Polarization comparison of InAlGaAs/GaAs superlattice photocathodes having low conduction band offset", Proceedings of the Xlth International Workshop on Polarized Sources and Targets, November 14-17, 2005, Tokyo, Japan, p. 147.
Герчиков Л.Г., Мамаев Ю.А., Яшин Ю.П., Васильев Д.А., Кузьмичев В.В. "Исследование фотоэмиссии поляризованных электронов из InAlGaAs - GaAs сверхрешеток", Материалы X Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы "Фундаментальные исследования в технических университетах", СПб, 18-19 мая 2006г., стр.136.
ЛГТерчиков, Ю.А.Мамаев, А.В. Субашиев, КШ.Яшин, Д.А.Васильев, В.В. Кузьмичев, А.Е.Жуков, Е.С.Семенова, А.П.Васильев, В.М.Устинов, "Фотоэмиссия поляризованных электронов из InAlGaAs-GaAs сверхрешеток с минимальными разрывами зоны проводимости", ФТП, 2006, том 40, вып. 11, стр. 1361.
D. Vasiliev, Yu. Yashin, Yu. Mamaev, L. Gerchikov, V. Kuz'michev, V. Ustinov, A. Zhukov and V.S. Mikhrin, "High performance polarized electrons photocathode" 15th international symposium NANOSTRUCTURES: physics and technology, 2007, p. 147
Ю. А. Мамаев, Л.Г. Герчиков, Ю. П. Яшин, Д. А. Васильев, В.В. Кузьмичев, "Исследование фотоэмиссии поляризованных электронов из напряженных сверхрешеток", Известия ВУЗов, Физика, 2008, вып. 3, стр. 37.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Она содержит 101 страницы машинописного текста, 35 рисунков и 2 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 61 наименование.
Применение поляризованных пучков на электрон-позитронных коллайдерах
Пучки поляризованных электронов широко используются в последнее десятилетие для изучения спин-зависящей структуры нуклонов и параметров слабых нейтральных токов, магнетизма поверхности и тонких пленок, электронной структуры поверхности металлов, полупроводников и тонких пленок. Несомненно, что пучки с наибольшей из возможных поляризацией играют кардинальную роль для существенного расширения физических возможностей коллайдеров. При энергиях взаимодействия порядка 500 гэВ в системе центра масс сечение многих процессов зависит от поляризации.
Наглядным примером является тот факт, что процесс образования W W пар, создающий фон для многих других процессов, практически подавлен в случае пучка электронов правой спиральности. В рамках суперсимметрии, образование слептонов и нейтралинос правой спиральности преобладает для пучка электронов правой спиральности, в то время как для пучка электронов левой спиральности преобладает образование слептонов и чарджино левой спиральности. Кроме того, увеличение Р существенно увеличивает яркость коллайдеров. Главной причиной эффективности пучков поляризованных электронов при энергиях Mz является то, что электроны правой спиральности уже не участвуют в слабом взаимодействии, а электроны левой спиральности участвуют. Выбором только желаемых для взаимодействия частиц можно существенно увеличить эффективность ускорителей.
Доминирующими процессами при столкновении пучков электронов и позитронов на ускорителях являются: аннигиляция, которая представляет собой превращение частицы и античастицы при столкновении в другие частицы, и процессы рассеяния. При аннигиляционных процессах, спиральности электронов и позитронов связаны со спинами родившихся частиц. Подходящая комбинация поляризаций электронного и позитронного пучка может быть использована как для увеличения сигнала, так и подавления нежелательных фоновых эффектов. Увеличение соотношения сигнал/шум вместе с высокой светимостью дает дополнительные возможности в обнаружении новых частиц.
Использование пучков поляризованных электронов и позитронов существенно не только для открытия новых частиц, но и для обнаружения новых физических эффектов. Пример существования новых физических эффектов обусловлен наличием нарушения СР-инвариантности. Величина барионной ассиметрии Вселенной не может быть объяснена причинами нарушения СР-инвариантности, имеющимися в Стандартной Модели. Сценарии новой физики за рамками Стандартной Модели, такие как теория Суперсимметрии, предсказывают большее количество причин СР-нарушения. Для определения СР-нарушения за рамками Стандартной модели применение поляризованных пучков (электронов и позитронов) открывает уникальную возможность определения СР-нечетности.
Использование обоих пучков (электронов и позитронов) поляризованных ведет к важному увеличению статистики и светимости, таким образом, уменьшается необходимое для эксперимента время. В Стенфордском Линейном ускорительном центре (SLAC) проведены детальные измерения нарушения четности в слабых нейтральных токах, полученных при е е+ столкновении в Z резонансе с использованием электронного пучка с поляризацией 75%. Данная степень электронной поляризации улучшает статистику измерений примерно в 25 раз при использовании лево-правой передне-задней асимметрии, вместо только передне-задней ассиметрии. В частности это позволяет в эксперименте точно измерить угол слабого перемешивания, что является ключевым фактором для непрямого предсказания массы Хиггса. Применение пучков поляризованных электронов в SLAC также является мощным инструментом для исследования кварков.
Преимущества применения поляризованных пучков на электрон-позитронных коллайдерах можно обобщить следующим образом: 1. В прямых исследованиях - потенциал ускорителя значительно увеличивается при возможности управлять поляризациями обоих пучков из-за того что: а) Однозначно может быть определена хиральность взаимодействий в разных процессах. Появляется возможность определения квантовых чисел взаимодействующих частиц. б) Появляется возможность большего количества наблюдений, что упрощает определение физических параметров новых физических моделей. в) Поперечная поляризации пучков поляризованных электронов и поляризованных позитронов открывает новые возможности для поиска новых причин нарушения СР - инвариантности. г) Увеличение количества событий при подходящих значениях поляризаций двух пучков позволяет более точно определить сечение рассеяния и ассиметрии. д) Появляется возможность более эффективного контроля за фоновыми процессами. 2. В непрямом поиске новых физических явлений: а) Увеличение сечения рассеяния и соответствующего количества событий ведет к увеличению статистики. б) Может быть достигнуто значительное увеличение чувствительности при высоких энергиях, что позволит более точно описать соответствующие взаимодействия. в) Лево-правая ассиметрия, которая очень важна для определения некоторых моделей, часто ограничена систематической неопределенностью. Систематическая неопределенность может быть значительна уменьшена при применении поляризованных пучков. 3. Поперечная поляризация пучков открывает новые возможности: а) Новые наблюдения и детектирование нестандартных взаимодействий, которые могут быть причинами нарушения СР- инвариантности. б) Увеличивается чувствительность к гравитонным взаимодействиям. в) Появляется доступ к тройному калибровочному взаимодействию, который невозможен при использовании продольно поляризованных пучков. Таким образом, становится очевидной важность создания источников поляризованных электронов с высокими параметрами: степенью поляризации, квантовым выходом, временем жизни и стабильностью.
Механизм спиновой релаксации Бира-Аронова-Пикуса
Рассеяние электрона на дырке при учёте обменного или анигиляционного взаимодействия может сопровождаться переворотом спина. Конечно, механизм ЭЯ в таком случае также может вызывать переворот спина. Однако, как показывают оценки [30], при рассеянии на дырках его эффективность, как правило, значительно ниже эффективности механизма БАП. Обменное взаимодействие может играть доминирующую роль и при рассеянии на парамагнитных примесях. Ниже приведены результаты расчёта скорости спиновой релаксации для механизма БАЛ согласно работе [30].
Отметим прежде всего основные различия, позволяющие дискриминировать описанные выше механизмы спиновой релаксации. Главным отличием механизмов ДП и ЭЯ является их обратная зависимость от тр: в механизме ДП \ \1, тогда как в механизме ЭЯ т5 тр. Поэтому при преобладании рассеяния на примесях в первом случае xs растёт с уменьшением подвижности, т.е. с увеличением концентрации примеси NA, а во втором убывает. Для механизма БАП TS, как и в механизме ЭЯ, падает с ростом NA. Однако при наступлении вырождения рост — замедляется прежде всего из-за быстрого уменьшения 1 (0)14. В области сильного вырождения, где Р(0)2«1 для случая быстрых электронов, согласно (1.6.49), —Njf, а в случае быстрых дырок, в соответствии с (1.6.51), — вообще перестаёт зависеть от Nh. При преобладании рассеяния на колебаниях решётки для механизмов ЭЯ и ДП — не зависит от концентрации примеси и быстро растёт с увеличением температуры. При этом температурные зависимости — в обоих механизмах, как правило, разные, что также создаёт возможность их дискриминации. В механизме БАП температурная зависимость — при не очень высоких степенях легирования определяется прежде всего температурной зависимостью 1 (0)14, а в области низких температур, где имеются и свободные, и связанные дырки, изменением их относительных концентраций. Видно, что механизм ЭЯ может преобладать в кристаллах с большим спин-орбитальным расщеплением А и малой шириной запрещённой зоны Eg. При этом с ростом концентрации дырок может происходить переход от механизма БАП к механизму ЭЯ, что должно проявиться в зависимости — от NA.
Исследования спиновой релаксации при оптической ориентации проводились в целом ряде экспериментальных работ [31-36]. В работе [37] наблюдалось проявление механизма ЭЯ при спиновой релаксации вырожденных электронов в кристаллах InSb, для которых, согласно оценкам, эффективность механизма ЭЯ должна быть максимальной. В работах [37,38] было обнаружено проявление механизма ДП при спиновой релаксации электронов в умеренно легированных кристаллах GaAlAs и GaAs в области высоких температур. В этих работах не удалось, однако, объяснить наблюдавшееся изменение времён спиновой релаксации при низких температурах, где, как было показано позднее [38,39], релаксация обуславливается механизмом БАП. Особенности поведения механизмов БАП и ДП были детально изучены в работах [38-40], в которых исследовалась спиновая релаксация электронов в кристаллах GaAs, GaSb и InP в широких диапазонах легирования и температур. В работах [41,42] была показана доминирующая роль механизма ДП в случае спиновой релаксации горячих электронов в кристаллах GaAs и GaSb. Ниже приведены основные результаты этих экспериментов.
Компенсация акцепторов позволила получить кристаллы с существенно различными значениями подвижностеи носителей. Температурные зависимости подвижностеи дырок в исследовавшихся кристаллах, которые отражают изменение с температурой времён релаксации носителей по импульсу тр, также приведены на рисунке 1.8. Действие механизма ДП проявляется в резком ускорении спиновой релаксации при Т 30 -40 К. Согласно выражению (1.6.41), характеризующему эффективность механизма ДП, скорость спиновой релаксации в этом случае должна увеличиваться пропорционально —Т3т . Учёт изменения времени т с температурой приводит к зависимости —Т" с меняющимся показателем степени п. При низких температурах, когда рассеяние электронов обуславливается заряженными примесями, тр Т3 2 и п оказывается равным 4.5. В области же высоких температур при деформационном рассеянии электронов на акустических фононах тр Т-3/2 и п уменьшается до величины 1.5. При пьезоэлектрическом рассеянии тр Т 1/2 и п равняется 2.5. Из рисунка 1.8 видно, что для наиболее чистого образца (1,3) при высоких температурах п приближается к 1.5. Характер зависимости — от чистоты образца является однозначным свидетельством преобладания механизма ДП при т 30-40 К - с усилением рассеяния электронов его эффективность уменьшается. Сплошными кривыми на рисунке 1.8 показаны теоретические зависимости—, построенные согласно (1.6.41). При оценке времён релаксации электронов по импульсу принималось, что для невырожденных электронов и дырок отношение времён релаксации по импульсу примерно равняется квадратному корню из отношения их масс. Времена релаксации по импульсу для дырок быии найдены из данных по их подвиишости. Достаточная точность такой оценки в данном случае была проверена при 77 К путём непосредственного определения времени тр для электронов с помощью эффекта подавления спиновой релаксации в продольном магнитном поле [33]. Согласие теоретических зависимостей с экспериментальными данными на рисунке 1.8 было достигнуто при выборе параметра ас равным 0.07. Это значение хорошо согласуется с теоретическими оценками в [43,44].
Система сверхвысоковакуумной установки
Вакуум в камерах обеспечивается многоступенчатой системой откачки. В нее входят: форвакуумный насос НВР-5Д со скоростью откачки 1 л/с, цеолитовые сорбционные насосы ЦВА-03-2 со скоростью откачки около 5 л/с, два магниторазрядных насоса НДМ-400, а также неиспаряемые геттеры. Откачка от атмосферного давления до давления порядка 10"10 Па безмасленая и осуществляется в три этапа: 1. От 1-Ю5 Па до 1-Ю3 Па - откачка форвакуумным насосом НВР-5Д. Эта область давлений соответствует вязкостному режиму течения газа, поэтому пары масла в камеры не попадают. 2. От 1-Ю3 Па до 1 Па - откачка ведется цеолитовыми сорбционными насосами ЦВА-03-2 со скоростью откачки порядка 5 л/с на входе. 3. От 1 Па до 1-Ю"6 Па - откачка производится двумя магниторазрядными насосами НДМ-400 и неиспаряемыми геттерами.
Для достижения сверхвысокого вакуума производится предварительный прогрев рабочих камер и соединительных патрубков установки с помощью внутренних источников на основе кварцевых галогенных ламп и внешними нагревательными элементами. Преимуществом такого способа прогрева является то, что кроме обычного термического обезгаживания происходит ускоренная десорбция и ионизация сложных компонентов остаточного газа за счет мощного ультрафиолетового излучения кварцевых галогенных ламп, что способствует более быстрому удалению атомов остаточного газа с внутренних поверхностей установки. В процессе нагрева откачка ведется магниторазрядными насосами.
Рабочее давление в камере составляет 1-Ю"12 торр. Для контроля состава остаточных газов используется масс-спектрометр АПДМ-1 и вакуумметры, размещенные в различных частях установки. 2.3 Оптическая система. Источником циркулярно поляризованного света служит оптическая система, представленная на рисунке 2.4. Система обеспечивает циркулярно поляризованный свет с величиной степени поляризации не менее 98% и обращение направления вектора поляризации с частотой около 31 кГц. Свет ксеноновой лампы ДКСШ-200 (1), сфокусированный конденсором (2), проходит через сменный оптический фильтр (3), монохроматор (4), систему формирования циркулярно поляризованного света (5,6) и попадает на исследуемый образец. Размер светового пятна на поверхности эмиттера составляет порядка 2.5x1 мм. Монохроматор SOLAR ML100 (4) имеет линейную дисперсию 8 нм/мм и относительное входное отверстие 1:3,6. Он снабжен блоком управления, который связан с компьютером через последовательный порт по интерфейсу RS232. Программно возможно перестраивать длину волны в пределах 360-1200 нм с минимальным шагом 0,03 нм. К достоинствам монохроматора следует отнести крайне малые размеры (180x118x90 мм) и простоту управления при хорошем разрешении.
Для подавления фона и предотвращения прохождения волн второго порядка дифракции использовалось восемь светофильтров, изготовленных из цветного оптического стекла с разными границами пропускания. Это позволяет ограничить область спектра падающего на монохроматор света и избавиться от прохождения волн второго порядка, хотя и приводит к потерям в мощности. Фильтры располагались на карусели (3), установленной перед монохроматором. Установка и замена фильтров происходит под управлением компьютера путем поворота карусели с фильтрами.
После монохроматора расположена призма Глана-Томпсона (5), которая вместе с фотоупругим модулятором (6) используется для создания циркулярно поляризованного света. Фотоупругий модулятор представляет собой сборку из склеенных друг с другом брусков кристаллического и плавленого кварца. Луч света проходит через плавленый кварц, а брусок кристаллического кварца служит для возбуждения механических колебаний в сборке. При приложении к пьезокварцу электрического переменного напряжения на частоте собственных колебаний составного вибратора в нем образуются стоячие продольные акустические колебания. При этом в бруске плавленого кварца возникают переменные во времени деформации, которые, вследствие эффекта искусственной оптической анизотропии, приводят к появлению переменного двулучепреломления.
Такой брусок кварцевого стекла является переменной фазовой пластинкой, у которой разность хода между двумя лучами будет осциллировать во времени. Амплитуда фазового сдвига зависит только от отношения напряжения на кварце к длине волны. Подбирая напряжение на кварце в соответствии с текущей длиной волны, можно сохранять амплитуду фазового сдвига постоянной и получать полностью поляризованный свет для любой длины волны. Данный модулятор удобен тем, что имеет большую угловую апертуру (полный угол сходимости 50), и кроме того в нем отсутствуют движущиеся элементы. Для возбуждения колебаний в кварце использовался генератор, в котором обратная связь осуществлялась через пьезокристаллический брусок модулятора. Таким образом, генератор работает прямо на частоте колебаний модулятора. Перед входом в камеру расположена дополнительная линза (8) для фокусировки и диафрагма (7), которая регулирует интенсивность светового потока на образец (12). Размер отверстия диафрагмы регулируется компьютером.
Сверхрешетки InAlGaAs-GaAs
Структура образца 6-296 приведена на рисунке 3.8. На подложке GaAs выращивался буфер, затем основная сверхрешетка, последняя высоко легированная квантовая яма и сверху слой As для защиты поверхности. Состав Толщина Легирование As - защитный слой GaAs квантовая яма 60 нм 7-Ю18 см-3 (Be) Illo.2oAlo.2lGao.59 сверхрешетка 40 нм 4 1017 см 3 (Be) GaAs 15 нм Alo.35Gao.65As буфер 1.25 мкм 6-Ю18 см 3 (Be) GaAs (100) - подложка, р-тип Рисунок 3.8. Структура образца 6-296 После того как образец через шлюз помещался в камеру, была произведена термическая очистка при разных температурах (в диапазоне от 450 до 600С).
Спектральные зависимости степени поляризации и квантового выхода для образца 6-296. Пустые кружки - квантовый выход, закрашенные - степень поляризации. На рисунке 3.9 спектральные зависимости поляризации и квантового выхода для образца 6-296. Видны характерные особенности: максимум поляризации наблюдается при энергии близкой к ширине запрещенной зоны, где возможны переходы электронов только из подзоны тяжелых дырок. При увеличении энергии света наблюдается резкий спад, который объясняется подключением переходов из подзоны легких дырок. Как видно из рисунка 3.9 для данного образца максимальная степень поляризации составила 86% при квантовом выходе 0.05%. Образец 6-330
Спектры поляризации и квантового выхода для данного образца представлены на рисунке 3.11. Как видно в максимуме степень поляризации составляет 88% при квантовой эффективности 0.57%, что выше чем для предыдущего образца серии. Для сравнительного анализа и оценки преимуществ гетероструктур без барьеров в зоне проводимости, была выращена сверхрешетка 6-444. Структура данной сверхрешетки показана на рисунке 3.16. В отличие от образцов входящих в выше рассматриваемую серию, в сверхрешетке 6-444 имеются барьеры в зоне проводимости /с=73 мэВ (Табл).
Как видно из рисунка 3.17, для этой структуры наблюдалась меньшая поляризация фотоэмиссии (Р=84%) по сравнению с безбарьерными сверхрешетками. Это говорит о преимуществе использования безбарьерных гетероструктур в качестве источников поляризованных электронов.
Спектральные зависимости степени поляризации и квантового выхода для образца 6-444. Пустые кружки - квантовый выход, закрашенные - степень поляризации. 3.3. Анализ результатов
Для анализа полученных результатов были рассчитаны коэффициенты поглощения света аг(ца ),ах(г\а)) в сверхрешетках при оптических переходах в электронные состояния с разной проекцией спина на направление оси гетероструктуры. Расчет проводился методом плавных огибающих в рамках многозонной модели Кейна, включающей зоны проводимости, подзоны легких и тяжелых дырок, а также отщепленную спин-орбитальную подзону. При этом учитывались межподзонные переходы в валентной зоне в форме лоренцевского уширения и хвосты плотности дырочных состояний в запрещенной зоне [58].
