Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время значительные усилия направлены на развитие физики систем пониженной размерности. Существенная перестройка функции плотности состояний определяет драматическое изменение спектров поглощения, фотолюминесценции и отражения. К таким наиболее часто исследуемым и представляющим практический интерес структурам следует отнести прежде всего различные типы гетероструктур.
В 1970-х годах Есаки и Цу предложили идею полупроводниковой сверхрешетки — упорядоченной последовательности ультра-тонких слоев двух разных материалов. В последующие несколько лет был достигнут значительный прогресс в понимании этой новой области рукотворных полупроводниковых "материалов" или наноструктур, как их теперь часто называют.
В дальнейшем успехи технологии, в особенности молекулярно-пучковой и металл-органической эпитаксии. создали основу для получения высококачественных гетеропереходов — границы двух полупроводниковых материалов с малой концентрацией дефектов (островков, ступеней и т.п.). Таким образом, появилась возможность выращивания систем, состоящих из чередующихся слоев различных полупроводников контролируемой толщины. Оказалось возможным выращивать столь тонкие слои полупроводников, что эффекты размерного квантования стали существенным образом влиять на свойства структур. Например, наблюдаемые лишь при низких температурах, едва заметные в GaAs экситонные резонансы становятся необычайно резкими в полупроводниковых наноструктурах GaAs/AlAs вследствие 'сжатия" электрона и дырки вдоль оси размерного квантования, что делает возможным наблюдение экси-тонных переходов даже при комнатных температурах.
Целый ряд ярких физических явлений,в свою очередь,стимулировал новые работы в физике полупроводниковых низкоразмерных систем. Огромное число работ было посвящено эксперименталь-
-4 -ньш и теоретическим исследованиям разрывов зон в гетеропереходе, физике экситонов и примесных центров в системах пониженной размерности, фононам, влиянию внешних электрических и магнитных полей на спектр и свойства носителей, процессам генерации и релаксации возбуждений [1]. Например, исследование фотолюминесценции экситонов, локализованных на неоднородностях гетеро-интерфейсов или флуктуациях состава, позволяет характеризовать структуры с неоднородностями оптическими методами. Сказанное выше обуславливает актуальность темы данной диссертации.
Целью настоящего исследования является изучение
влияния энергетической релаксации экситонов в полупроводниковых наноструктурах на низкотемпературную фотолюминесценцию таких структур.
Научная новизна работы заключается в решении поставленных задач, а именно:
-
каков характер локализации экситонов на неоднородностях наноструктур ,
-
как будет сказываться учет корреляции между последовательными прыжками локализованного экситона на низкотемпературной фотолюминесценции,
-
о теоретическом описании формы линии и положения максимума экситонной люминесценции при стационарном и импульсном возбуждении,
-
об изменении стоксова сдвига с повышением температуры, ранее изучавшегося только посредством численных симуляций,
-
каково энергетическое распределение свободных квазидвумерных экситонов в присутствии неравновесных фононов .
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Экситоны в наноструктурах локализуются на неоднородностях, в основном, как единое целое.
-
Корреляция между последовательными прыжками локализованного экситона влияет на величину стоксова сдвига фотолюминесценции.
-
Построенная теория позволяет с помощью малого числа параметров описывать экспериментально измеряемые величину стоксова сдвига, затухание интегральной интенсивности фотолюминесценции со временем, а также формы линий стационарной и нестационарной люминесценции.
-
Изменение величины стоксова сдвига с повышением температуры носит немонотонный характер.
-
Энергетическое распределение свободных квазидвумерных эк-ситонов в присутствии неравновесных фононов не является больцмановским и зависит как от ширины квантовой ямы, так и от вида фононного спектра.
Научная и практическая ценность. Значимость работы состоит в том. что в ней впервые построена кинетическая теория энергетической релаксации локализованных экситонов в наноструктурах, и из сопоставления ее с экспериментальными данными получены параметры, характеризующие экситонные состояния, лежащие ниже порога подвижности. Эти параметры, такие как радиационное время жизни, плотность локализованных состояний и ширина линии фотолюминесценции, могут служить характеристиками качества гетероструктур.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинарах в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, на рабочих семинарах в ведущих университетах Германии, Швеции, Норвегии, на конференциях "Nanostructures: Physics and technology" (Санкт-Петербург, Россия, 1995. 1996, 1997). 23rd Int. Symposium on Compound Semiconductors (St. Petersburg. 1996). 2-й Российской конференции по физике полупроводников (Зеленогорск. Россия. 1996). ""Hopping and Related Phenomena'" (Rackeve. Hungary, 1997).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10-ти печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Список литературы содержит 60 наименований. Объем диссертации составляет 92 страницы, в том числе 21 рисунок.
