ЕНЕРГЕТИЧНІ СТАНИ ЧАСТИНОК У КВАНТОВІЙ РОЗМІРНІЙ СТРУКТУРІ ІЗ ЗОННОЮ ДІАГРАМОЮ СКЛАДНОЇ ФОРМИ
DOI:
https://doi.org/10.30837/ITSSI.2020.14.176Ключові слова:
енергетичний спектр, квантове обмеження, хвильова функція, електрон, важка дірка, легка дірка, квазіконтінуумАнотація
Предметом дослідження в статті є енергетичний спектр багатошарової квантової розмірної структури з енергетичним профілем складної форми. Мета роботи - дослідження взаємодії квантово-обмежених і квазіконтінуумних енергетичних станів частинок під дією зовнішнього стаціонарного електричного поля, прикладеного перпендикулярно до площин квантового обмеження. У статті вирішуються наступні завдання: Визначено спектр власних функцій і власних значень енергії частинок, як в області квантового обмеження, так і в області, яка знаходиться вище розділювального бар'єру. У визначенні власних функцій враховується факт зміни фази власних функцій внаслідок руху частинок над квантової ямою. Для вирішення поставлених завдань, в статті, використані наступні методи: квантово-механічне моделювання стаціонарних станів в структурі з енергетичним профілем складної форми; методи теорії малих збурень для опису взаємодії частинок в такій структурі. Отримані наступні результати: в рамках квантово-механічного підходу отримані основні розрахункові співвідношення математичної моделі енергетичних станів частинок і квазічастинок в квантово-обмежених і квазіконтінуумних станах. Взаємодія енергетичних станів частинок і квазічастинок в кожній із зон між квантово-обмеженими і квазіконтінуумними станами описується в залежності від зовнішнього впливу. Для оцінки ступеня взаємодії в статті застосована теорія малих збурень. Висновки: Аналіз результатів моделювання енергетичного спектру структури з двома квантовими ямами, розрахованого, для незбуреного стану, і для випадку зовнішнього впливу у вигляді стаціонарного електричного поля, призводить до наступних висновків: за відсутності зовнішнього поля, що діє на розглянуту квантову розмірну структуру, електрони і дірки, що знаходяться над розділювальним бар'єром, характеризуються немонотонно зростаючим спектром енергетичних станів. При цьому частинки переважно локалізуються над квантовими ямами; так само, як і для відокремлених, так і для багатошарових періодичних квантових розмірних структур, вплив постійного зовнішнього електричного поля на розглянуту структуру призводить до прояву квантово-обмеженого ефекту Штарка. При цьому делокалізація хвильових функцій і зміщення відповідних енергетичних рівнів - нижчих енергетичних рівнів в даній структурі, виражена також сильно, як в багатошарових симетричних структурах. У той же час для вищих рівнів ефект майже непомітний. Особливо це виражено для енергетичних рівнів, що лежать вище розділювального бар'єру; Таким чином, можна очікувати, що при певній напруженості зовнішнього поля може бути реалізований еквідистантний енергетичний спектр, що в свою чергу має суттєво спростити досягнення режиму генерації другої гармоніки, якщо використовувати розглянуту структуру в активній області напівпровідникового лазера.
Посилання
Abramov, I. I., Goncharenko, I. A., Kolomeitseva, N. V. (2007), "Combined two-zone model of a resonant tunneling diode" ["Kombinirovannaya dvukhzonnaya model' rezonansno-tunnel'nogo dioda Fizika i tekhnika poluprovodnikov"], Physics and technology of semiconductors, Vol. 41, No. 11, P. 1395–1400.
Xue, D., Lai, J., Tu, W., Zhang, W., Seng, Y., Guo, T. (2016), "2D-simulation of Inverted Metamorphic GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7As/In0.58 Ga0.42As", Four-junction Solar Cell. Proc. Int. Conf. on Power Engineering & Energy, Environment (PEEE 2016), ShangHai, China.
Pashchenko, A. G., Vantsans, V. M. (2012), "Carriers localization in the multilayered nanostructures stipulated by interference redislocation of wave functions", Telecommunications and Radio Engineering, Vol. 71, No. 17, Р. 1599–1604. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v71.i17.70
Galiev, G. B., Klimov, E. A., Klochkov, A. N., Kopylov, V. B., Pushkarev, S. S. (2019), "Electrophysical and photoluminescent study of epitaxial superlattices {LT-GaAs/GaAs : Si} on GaAs (100) and (111)A substrates", Semiconductor physics and technology, Vol. 53, No. 2, P. 258–267. DOI: https://doi.org/10.21883/FTP.2019.02.47110.8918
Mamutin, V. V., Maleev, N. A., Vasilyev, A. P., Ilyinskaya, N. D., Zadiranov, Yu. M., Usikova, A. A, Yagovkina, M. A., Shernyakov, Yu. M., Ustinov, V. M. (2018), "Investigation of modified structure for quantum cascade lasers", Semiconductor physics and technology, Vol. 52, No. 1, P. 133–138. DOI: https://doi.org/10.21883/FTP.2018.01.45332.8630
Herbert, Li E. (1997), "Optical Properties of an InGaAs-InP Interdiffused Quantum Wells", IEEE J. Quantum Electronics, Vol. 34, No. 6, P. 1422–1431.
Lawaetz, P. (1971), "Valence - band parameter in cubic semiconductors", Phys. Rev. B., Vol. 4, No. 10, P. 3460–3467.
Manyakhin, F. I. (2018), "The mechanism and regularity of decrease in the light stream of light-emitting diodes on the bases of structures AlGaN/InGaN/GaN with quantum wells at long courese of derect current of various density", Semiconductor physics and technology, Vol. 52, No. 3, P. 378–385. DOI: https://doi.org/10.21883/FTP.2018.03.45625.8341
Altukhov I.V., Dizhur S.E., Kagan M.S., Khvalkovskiy N.A., Paprotskiy S.K., Vasil'evskii I.S., Vinichenko A.N. Transport in Short-Period GaAs/AlAs Superlattices with Electric Domains. Semiconductor physics and technology 2018. т. 52. № 4, С. 472 – 473. DOI: https://doi.org/10.21883/FTP.2018.04.45821.10
Shashkin, I. S., Leshko, A. Y., Nikolaev, D. N., et al (2020), "Light characteristics of narrow-stripe high-power semiconductor lasers (1060 nm) based on asymmetric AlGaAs/GaAs heterostructures with a broad waveguide", Semiconductor physics and technology, Vol. 54, No. 4, P. 408–413. DOI: https://doi.org/10.21883/FTP.2020.04.49149.9333
Slipchenko, S. O., Podoskin, A. A., Soboleva, O. S., et al (2020), "Investigations of the processes of charge carrier transport in isotype heterostructures of the n +-GaAs/n 0 -GaAs/n +-GaAs type with a thin wide-gap AlGaAs barrier", Semiconductor physics and technology, Vol. 54, No. 5, P. 452–457. DOI: https://doi.org/10.21883/FTP.2020.05.49258.9344
Sobolev, M. M., Soldatenkov, F. Y. (2020), "Capacitance spectroscopy of heteroepitaxial AlGaAs/GaAs p−i−n structures", Semiconductor physics and technology, Vol. 54, No. 10, P. 1072–1078. DOI: https://doi.org/10.21883/FTP.2020.10.49945.9419
Kurdyubov, A. S., Gribakin, B. F., Mikhailov, A. V., Trifonov, A. V., Efimov, Yu. P., Eliseev, S. A., Lovtcius, V. A., Ignatiev, I. V. (2020), "Energy spectrum in a shallow GaAs/AlGaAs quantum well probed by spectroscopy of nonradiative broadening of exciton resonances", Semiconductor physics and technology, Vol. 54, No. 11, P. 1261–1262. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782620110172
Miyazawa, T. (2008), "Electric field modulation of exciton recombination in InAs/GaAs quantum dots emitting at 1.3 μm.", J. Appl. Phys., No. 104, P. 013504.
Tsu, R., Esaki, L. (1973), "Tunneling in a finite superlattice", Appl.Phys. Lett, Vol. 22, No. 11, P. 562–564.
Chang, L., Eski, L., Tsu, R. (1974), "Resonant tunneling in semiconductors double barrier", Appl. Phys. Lett, Vol. 24, No. 12, P. 593–595.
Balagula, R. M., Vinnichenko, M. Ya., Makhov, I. S., Firsov, D. A., Vorobjev, L. E. (2016), "Modulation of intersubband light absorption and interband photoluminescence in double GaAs/AlGaAs quantum wells under lateral electric field", Semiconductor physics and technology, Vol. 50, No. 11, P. 1445–1462. DOI: https://doi.org/10.21883/ftp.2016.11.43770.2
Spirin, K. E., Gaponova, D. M., Maremyanin, K. V., et al (2018), "Bipolar persistent photoconductivity effects in HgTe/CdHgTe (013) double quantum well heterostructures", Semiconductor physics and technology, Vol. 52, No. 12, P. 1482–1485. DOI: https://doi.org/10.21883/FTP.2018.12.46761.41
Ferreira, R., Rolland, P., Roussignol, Ph., Delalande, C., Vinattieri, A., Carraresi, L., Colocci, M., Roy, N., Sermage, B., Palmer, J. F., Etienne, B. (1992), "Time-resolved exciton transfer in GaAs/AlxGa1-xAs double-quantumwell structures", Phys. Rev. B., Vol. 45, No. 20, P. 11782–11794.
Miller, D. A. B., Chemla, D. S., Damen, T. C., Gossard, A. C., Wiegmann, W., Wood, T. H., Burrus, C. A. (1984), "Band-Edge Electroabsorption in Quantum Well Structures: The Quantum-Confined Stark Effect", Phys. Rev. Letters B., Vol. 53, No. 22, P. 2173–2176.
Miller, D. A. B., Chemla, D. S., Damen, T. C., Gossard, A. C., Wiegmann, W., Wood, T. H., Burrus, C. A. (1985), "Electric field dependence of optical absorption near the band gap of quantum-well structures", Phys. Rev. B., Vol. 32, No. 2, P. 1043–1060.
Mitsuru Matsuura, Tsuneo Kamizato (1986), "Subbands and excitons in a quantum-well in an electric field" Phys. Rev. B, Vol. 33, No. 12, P. 8385–8389.
Anemogiannis, E., Glytsis, E. N., Gaylord, T. V. (1998), "Quasi - Bound States Determination Using a Perturbed Wavenumbers Method in a Large Quantum Box", IEEE J. Quantum Electronics, Vol. 33, No. 5, P. 742–752.
Luttinger, J. M., Kohn, W. (1955), "Motion of Electrons and Holes in Perturbed Periodic Fields", Phys. Rev. Ser. B., Vol. 97, No. 4. P. 869–883.
Tung Sun Koh, Yan Ping Feng, Harold, N. (1997), "Spector. Effects of Electric Field on the Exciton Linewidth Broadening Due to Scattering by Free Carriers in Semiconducting Quantum Well Structurez", IEEE J Quant. Electron, Vol. 33, No. 10, P.1567–1572.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Alexey Pashchenko, Oleksandr Gritsunov, Oksana Babichenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
