Введение к работе
Актуальность темы: Проблемы, исследуемые в настоящей диссертационноп работе, лежат на стыке даух интереснейшее областей современной физики полупроводнике j - спектроскопии горячей фотолюминесценции и физики низкоразмерных систем.
Исследование поляризационных спектров горячей фотолгад-яеоценции и ее деполяризации в магнитном поле яеилось наиболее мощным методом изучения быстрых релаксационных процессов в толупроводниках. Этот метод основан на двух физических явлениях. Эдно из них - оптическое выстраивание электронов и дырок - со-тоит в том, что при межзонном поглощении света распределен}»? ротовозбузденных носителей по скоростям оказывается анизотроп-шм. Такая анизотропия приводит к линейной поляризации горячей ;отолюми*т<*сцвнции Ч,-1. Поляризационные спектры горячей фото-пеминесценции представляют собой как' бы временную развертку іроцессов релаксации по энергии и импульсу. Второе явлэние со-гоит в деполяризации горячей фотолюминесценции в магнитном поле [ обусловлено циклотронным движением носителей. Оба эти явления меют существен ю различные проявления в объемных кристаллах ила СаАа ив структурах с квантовыми ямами 13]. Эти различия отробовали теоретического объяснения, которое и представлено в анной работе.
Интерес к искусственно изготовленным иизкоразморным сис-емам связан, преаде всего, с возможностью направленной одафикации зонной структуры и волновых функций носителей аряда. Понимание того, как эта "зонная инженерия" алияот чй
оптические свойства низкоразмерных структур оч^нь важно .дал создания новых приборов полугтоБОдниковой оптоэлектроники.
Все вышесказанно^ определяет актуальность темы диссертационной работы.
Целью работы является:
создание теории оптической ориентации спинов и выстраивания им ульсов фотовозбуждешшх электронов в квантовых ямах;
исследование влияния анизотропии валентной зоны на спектр и поляризацию горячей фотолюминесценции структур с квантовыми яырми;
исследование влияния магнитного поля на линейную поляризацию фотолюминесценции горячих электронов в квантовых ямах;
исследовании деполяризации і^отолюминесценции при испускании оптических фононов горячими электронами в квантовых ямах.
Научная новизна работы состоит в том, -по в ней впервые построена теория оптической ориентации спинив и выстраивания импульсов электронов в квантово'й яме. Предсказано влияние гофрировки валентной зоне на спектр и поляризацию горячей люминесценции структур с квантовыми ямами, обнаруженное впоследствии в эксперименте [41.
Практическая значимость: Разработанная теория позволила понять результаты экспериментальных исследований горячей фото-лхкіяьсценшм, дак-дие важную информацию о процессах релаксации горячих двумерных носителей заряда, которая может быть, ислоль-.
зована при создании быстродействующих приборов на основе ішзК'->-размерных систем. Ряд результатов кспользу тся для анализа поляризационных свойств коэффициента усиления инжекционного гетеролазера с одиночной квантовой ямой. Полученные в рабою выражения для волновых Функций горячих дыро" в квантовых ямах тогут быть испо.г ьзованн в расчетах необходимых при разработке говых оптоэлектронных приборов.
Основные положения, выносимые на защиту: С. Степень оптической ориентации спинов электронов в квантовой ше при возбуждении циркулярно поляри ованным светом и степень встраивания их импульсов при возбуждении линейно поляризованим светом резко зависят от энелгии кванта возбуждающего света. )та зависимость тем более резкая,' чем меньше отношение массы іегкой дыпки к массе тяжелой дірки в объемном материале. !.' Гофрировка изоэнергетическшс поверхностей валентной зоны называет существенное влияние на форму линии горячей фотолюми-всцбнции структур с квантовыми ямами и на ее поляризацию. Ряс-редэление фотовоэбужденньпс электронов по энергиям в момент ождения имеет провал посредине и два острых максимума по краям, ричем каждый из этих максимумов может быть возбужден только ветом с определенной ориентацией плоскости поляризации тносительно кристаллографических осой. В результате, стелен; низотропии линейной поляризации при рекомбинации горячих лектроиов с дырками на акцепторах сильно изменяется в пределах «офононногэ пика. При рекомбинации зона-зона степень анизотро-ии линейной поляризации зависит от энергии кванта зозсузда-
щего света и от температуры.
-
Деполяризация горячей фотолюминесценции в магнитном поле (кривая Ханла) содержит информацию о структуре акцептора квантовой яме.
-
При испускании оптических фононов горячими электронами і кв нтовой яме функция распределеїшя электронов изотропизуетс* тем сильнее, 'чем больше ширина квантовой ямы.
-
Особенности спектральной зависимости коэффициента усиленш для ТЕ и ТМ мод инжбкционного гетеролазера с одиночной квантовой ямой связаны с резкой перестройкой волновых функций дырок і квантовой яме при небольшом увеличении кинетической энергии и: движения в плоскости ямы.
Апробация работы и публикации: Основные результаты диссертации докладывались на XIV Всесоюзном совещании по Тоории полупроводников, Донецк, 1989; XI! Всесоюзной конференции по физике полупроводни :ов, Киев, 1990; ' Всесоюзной конференции по физическим процессам в гетеро структурах, Калуга, 1990; Координационном совещании секци "Полупроводниковые гчтероструктуры" АН СССР, Рязань, 1991 Международных конференциях: 5th International Conference о: Superlattioes and Miorostruotures, Berlin, 1990; 12th IEE International Semioc .duotor Laser СслГегепое, Eaves Switzerland, 1990; 38th Soottieh Summer Sohool in Physio "Physios of Nanostruotures", St.Andrews, Great Britain, 1990 International СопГзгепое on Luminescence (ICL-93), Storrs, JSA 1993, а также на семинарах в ЭТИ им. А.Ф.Иоффе РАН и друга
іаучннк учреждениях. Работам, вошедшим в диссертации, присуждена вторая премия на конкурсе работ мо'эдах специалистов ІТИ в 1991 г. Часть работ, собранных в диссертации, вошла в 1ИКЛ, удостоеннчй премии Ученого Совета ФТИ за 1991 год.
Основные результаты диссертации опубликованы в 7 научных іаботах, список которых приводен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, двух р-ложений и заключения, содержит 84 сраницы, включающие 17 мсунков и список литературы из 36 на"менований.