Введение к работе
Физику полупроводников наших дней невозможно представить без полупроводниковых систем с пониженной размерностью — квантовых пленок, квантовых проволок (КП) и квантовых точек (КТ). Впечатляющий прогресс новейших прецизионных технологий, таких как молекулярно-лучевая эпитаксия ( МЛЭ) и газофазовая эпитаксия из металл-органических соединений (ГФЭ МОС) и др. по созданию низкоразмерных полупроводниковых систем с недоступной ранее точностью сочетается с не менее крупными достижениями в области фундаментальных исследований.
Благодаря уникальным свойствам низкоразмерных полупроводников был сделан ряд таких фундаментальных открытий, как высокая подвижность носителей в гетероструктурах с модулированным легированием, слабая и андерсоновская локализации, квантовый эффект Холла и т.д.
Новые, весьма своеобразные физические свойства низкоразмерных полупроводниковых структур, такие например, как атомоподобные энергетический спектр и плотность состояний в КТ, существенно отличающиеся от свойств массивных образцов, находят важное применение в полупроводниковой и лазерной технике. За последнее десятилетие достигнут впечатляющий прогресс как в области получения массивов квантовых точек высокой плотности, упорядоченных по форме, размеру, относительному расположению и пригодных для использования в качестве активной области инжекционных гетеролазеров, так и в области исследования свойств лазеров на КТ.
Понижение размерности полупроводниковой системы приводит к усилению интенсивности кулоновского взаимодействия в ней и, соответственно, к увеличению энергии связи как мелких примесных и экситонных состояний, так и различных комплексов квазичастиц. Важность исследования энергии примесных состояний связана с участием их в формировании оптических спектральных свойств КП и КТ и с непосредственным влиянием на темп рекомбинации неравновесных носителей, создаваемых в активной среде лазера на гетероструктурах с КП или КТ.
Исследованию примесных состояний в КП и КТ в настоящее время посвящен целый ряд работ ( см., например [1-3]).
Представляет большой интерес исследование этих состояний во внешних электрическом и магнитном полях. Состояния мелкой примеси, модифицированные магнитным полем, стали известны в литературе как ландауподобные. Уделяется большое внимание исследованию этих состояний в КП и КТ различных полупроводников.
Следует отметить, что в настоящее время примесные состояния довольно всесторонне исследованы для полупроводниковых КП и КТ со стандартным - параболическим законом дисперсии носителей заряда.
В то же время для изготовления наноструктур широко используются полупроводниковые соединения А3В5 с существенно непарабо-личным законом дисперсии носителей заряда. В них реализуется закон дисперсии Кейна, аналогичный релятивистскому в двухзонном приближении, хорошо оправданном для InSb [4].
В силу малых значений эффективных масс и больших значений диэлектрической проницаемости боровский радиус примесного состояния в них довольно велик и может значительно превосходить достижимые на сегодняшний день радиусы проволоки и микрокристалла. А именно при таком соотношении характерных размеров КТ, КП и радиусов примесных состояний и происходит существенное увеличение энергии связи мелких водородоподобных примесей в наноструктурах.
Поэтому представляет интерес исследование энергии связи водородоподобной примеси в КП и в КТ соединений A3BS с учетом конкретного - кейновского закона дисперсии носителей заряда в последних. Важно также исследование энергии связи мелкой примеси в указанных выше низкоразмерных системах в присутствии внешнего магнитного поля, создающего дополнительный конфайнмент для носителей заряда, конкурирующий с геометрическим.
Представляет интерес также исследование примесного поглощения света в КП полупроводниковых соединений с кейновским законом дисперсии.
Теоретическому исследованию именно этих вопросов и посвящена настоящая работа.
Диссертационная работа, объемом в 104 страницы, состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 139-ти наименований и 16 рисунков.
-
Теоретическое исследование влияния непараболичности закона дисперсии носителей заряда на энергию связи мелкой водородоподобной примеси (в адиабатическом приближении) как в массивных полупроводниках типа А3В!, так и в КП этих полупроводников с параболическим ограничивающим потенциалом в сильном магнитном поле.
-
Теоретическое исследование на основе вариационного метода энергии связи основного состояния мелкой водородоподобной примеси в непроницаемой КП полупроводников типа А'В5 при различных случаях расположения примеси относительно оси проволоки как в отсутствие, так и при наличии магнитного поля.
-
Нахождение волновых функций и энергетического спектра мелкой водородоподобной примеси в сферически симметричной КТ полупроводников А3В5.
-
Исследование примесного поглощения света в КП полупроводников типа А3В5.
-
Установлен более быстрый рост энергии связи основного состояния мелкой водородоподобной примеси от магнитного поля в полупроводниковых соединениях А3В5 по сравнению с полупроводниками со стандартной дисперсией.
-
Впервые теоретически исследовано влияние непараболичности закона дисперсии на энергию связи мелкой водородоподобной примеси в низкоразмерных структурах с кейновским законом дисперсии - КП и КТ полупроводников А3В!.
-
Выявлено существенное увеличение энергии связи мелкой водородоподобной примеси в КП полупроводниковых соединений Л3В' в продольном магнитном поле по сравнению с аналогичной величиной в КП со стандартной дисперсией.
-
В КП полупроводников А3В5 с параболическим ограничивающим потенциалом выявлена различная скорость возрастания энергии связи с уменьшением радиуса КП и с увеличением магнитного поля, обусловленная нёпараболичностью закона дисперсии.
-
Получены точные выражения для энергетического спектра и волновых функций мелкой примеси в сферически симметричной непроницаемой КТ с кейновским законом дисперсии.
-
Выявлены как увеличение энергии связи основного состояния мелкой водородоподобной примеси, так и ее доли в полной энергии основного состояния в КП и КТ полупроводников типа А3В!, по сравнению с КП и КТ с параболической дисперсией.
-
Установлены особенности примесного поглощения в КП полупроводников типа А3В5, связанные с нёпараболичностью закона дисперсии носителей заряда.
Полученные в диссертационной работе теоретические результаты представляют как чисто научный, так и практический интерес в связи с широким использованием низкоразмерных систем - КП и КТ полупроводниковых соединений А3В5 в современной опто- и наноэлектронике.
Результаты, связанные с существенным увеличением энергии связи мелких примесных состояний в КП и КТ полупроводников А3В5, а также с особенностями примесного поглощения в КП, могут найти практическое применение в связи с перспективностью их использования при создании лазеров.
Похожие диссертации на Влияние непараболичности закона дисперсии носителей заряда на примесные состояния в низкоразмерных полупроводниковых системах
