автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Магнитотранспорт и терагерцовый отклик в двумерных полупроводниковых структурах

Спирин Кирилл Евгеньевич

МАГНИТОТРАНСПОРТ И ТЕРАГЕРЦОВЫЙ ОТКЛИК В ДВУМЕРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ

05.27.01 —твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 3 ОПТ 2008

Нижний Новгород 2008

003450382

Работа выполнена в Институте физики микроструктур Российской академии наук (ИФМ РАН), г. Нижний Новгород

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор физико-математических наук, профессор

Гавриленко Владимир Изяславович доктор физико-математических наук, профессор

Фирсов Дмитрий Анатольевич Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

кандидат физико-математических наук Дроздов Михаил Николаевич Институт физики микроструктур Российской академии наук

ГОУ ВПО Московский педагогический государственный университет

Защита состоится 13 ноября 2008 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 002.098.01 при Институте физики микроструктур РАН (603950, г.Нижний Новгород, ГСП-105).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики микроструктур РАН.

Автореферат разослан "9" октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук профессор

К.П.Гайкович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Освоение терагерцового диапазона частот - одно из наиболее активно развивающихся направлений современной физики. Электромагнитные волны терагерцового диапазона отражаются металлами, но они проникают через пластмассы, бумагу, сухую древесину и любые мутные среды и мелкодисперсные материалы из-за малости рэлеевского рассеяния (ос1А.4). Однако терагерцовый диапазон все еще недостаточно «освоен» твердотельными приборами. Такие приборы могут найти широкое применение для формирования терагерцового изображения в медицине, в качестве химических и биологических сенсоров, в широкополосной связи, радиоастрономии, для диагностики атмосферы со спутников, в компьютерной технике, при разработке систем безопасности на основе терагерцового видения и в других областях.

Для детектирования терагерцового излучения на сегодняшний день в основном применяются широкополосные приемники излучения: болометры, фотопроводящие детекторы и др. Использование же селективных и перестраиваемых детекторов при спектральном анализе позволяет отказаться от дифракционных решеток или механически перестраиваемых интерферометров. Таким селективным детектором может быть приемник на свободных носителях, работающий в условиях квантового эффекта Холла (КЭХ) [1,2]. Исследованию такого приемника уделено значительное внимание в данной работе.

Другой чрезвычайно интересной и быстро развивающейся областью является спиновая электроника - спинтроника[3]. Спин-зависимые явления привлекают внимание исследователей поскольку электронный спин является аналогом бита информации. Очень перспективными системами для развития приборов спинтроники являются исследованные в работе структуры на основе узкозонных материалов, поскольку в таких структурах сильно проявляется эффект Рашбы, а величина g-фактора в типичном узкозонном полупроводнике 1пАб составляет -15 (в то время как ОаАэ -0,4).

Цели работы:

• Исследование зеемановского расщепления уровней Ландау двумерных электронов в гетероструктурах 1пА8/А18Ь и определение эффективного §-фактора;

• Исследование влияния ширины квантовой ямы ШАв/АШЬ на закон дисперсии электронов;

• Определение влияния латерального электрического поля на поглощение на циклотронном резонансе (ЦР) электронов и дырок на кинетику релаксации в гетероструктурах ОеЛЗе81 с квантовыми ямами при импульсном оптическом возбуждении носителей;

• Детальное изучение механизма фотоотклика приемника на ЦР в условиях КЭХ на основе гетероструктуры ОаАэ/АЮаАз по эволюции релаксации отклика при изменении магнитного поля

Научная новизна

Научная новизна работы определяется оригинальностью поставленных экспериментов, полученными новыми результатами, и заключается в следующем:

1. Значения эффективного фактора Ланде электронов в гетероструктурах ТпАб/А^Ь квантовыми ямами (КЯ) определены при различных значениях концентрации двумерных электронов и при различных толщинах квантовых ям 1пА5 (в отличие от предшествующих работ, где исследовались только структуры с шириной квантовой ямы 15 нм при фиксированной концентрации электронов). Для трех значений толщин квантовых ям (12, 15 и 18 нм) показано, что наблюдаемые значения эффективных циклотронных масс электронов удовлетворительно согласуются с результатами расчетов в рамках модели Кейна для непараболичной зоны проводимости.

2. В спектрах циклотронного резонанса объемного кремния в квантующих магнитных полях при межзонном оптическом возбуждении носителей обнаружена предсказываемая теорией линия перехода с одного из нижних уровней Ландау тяжелых дырок, которую ранее не удавалось разрешить в спектрах.

3. Показано, что разогрев в латеральном электрическом поле приводит к укорачиванию как «быстрого», так и «медленного»

времени релаксации сигнала циклотронного резонанса электронов и дырок в гетероструктурах ОеЛЗе81 II типа при импульсном межзонном возбуждении носителей. Обнаружено, что на общую тенденцию укорочения времен релаксации с электрическим полем накладывается резкий рост «медленного» времени релаксации при пробое очень мелких акцепторов (энергия связи ~ 2 мэВ). 4. Обнаружено, что «быстрое» время релаксации отклика на терагерцовое излучение детектора на циклотронном резонансе электронов в гетероструктуре ОаАз/АЮаАэ имеет глубокий минимум в центре плато квантового эффекта Холла, что обусловлено фундаментальным свойством выключения экранирования случайного потенциала примесей в условиях квантового эффекта Холла, в то время как «медленное» время релаксации практически не зависит от магнитного поля. Показано, что 300-градусная фоновая подсветка приводит к уменьшению времен релаксации на 2 порядка, что связано с большой концентрацией неравновесных носителей, генерируемых фоновым излучением.

Научная и практическая значимость результатов

Научная значимость полученных результатов заключается в экспериментальном обнаружении зависимости обменного усиления фактора Ланде электронов и их циклотронных масс в гетероструктурах ШАв/АВЬ от ширины квантовой ямы. Проведенные исследования циклотронного резонанса дырок в кремнии в квантующих магнитных полях позволили уточнить значение одного из параметров Латгинджера. Обнаруженное увеличение времени «медленной» релаксации концентрации возбуждаемых светом неравновесных носителей в гетероструктурах ОеЛле81 при ударной ионизации очень мелких акцепторов подтверждает предложенный ранее механизм долговременной релаксации через рекомбинацию свободных дырок, термически возбуждаемых с этих примесных центров. Обнаруженная сильно немонотонная зависимость от магнитного поля времени быстрой релаксации отклика на терагерцовое излучение детектора на циклотронном резонансе электронов в гетероструктуре ОаАэ/АЮаАз свидетельствует об определяющей роли случайного потенциала в механизме фотоотклика.

Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при создании электронных и оптоэлектронных приборов на основе квантоворазмерных структур InAs/AlSb и Ge/Si.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Абсолютная величина эффективного g*^aKTopa электронов в гетероструктурах InAs/AlSb с 2D газом, определяемая из зеемановского расщепления осцилляций Шубникова - де Гааза, значительно превышает рассчитанное в рамках модели Кейна значение в квантовых ямах InAs вследствие обменного электрон-электронного взаимодействия.

2. Циклотронная масса электронов в гетероструктурах InAs/AlSb с 2D электронным газом увеличивается при уменьшении толщины квантовой ямы InAs от 18 нм до 12 нм вследствие непараболичности зоны проводимости.

3. В гетероструктурах Ge/GeSi II типа с остаточными мелкими примесями, возбуждаемых межзонной подсветкой, приложение греющего латерального электрического поля приводит в целом к ускорению релаксации сигнала поглощения (на ЦР электронов и дырок). При этом в электрических полях, соответствующих ударной ионизацией очень мелких (2 мэВ) акцепторов наблюдается замедление релаксации.

4. Релаксация фотоотклика на ЦР 2D электронов в гетероструктуре GaAs/AlGaAs в условиях КЭХ не описывается одним временем релаксации. Зависимость «быстрого времени», определяемого масштабом флуктуаций случайного потенциала, от магнитного поля имеет минимум в центре плато КЭХ и два максимума на краях плато, что связано с фундаментальным свойством «выключения» экранирования случайного потенциала в условиях КЭХ. 300-градусная подсветка приводит к значительному падению времени релаксации вследствие генерации неравновесных носителей фоновым излучением.

Личный вклад автора в получение результатов

Основной - в подготовку и проведение исследования спектров циклотронного резонанса дырок в кремнии в квантующих магнитных полях, обработку и интерпретацию результатов

[Al, А2].

Равнозначный (совместно с А.В.Иконниковым) - в подготовку и проведение экспериментов по исследованию примесного поглощения гетероструктур Ge/GeSi с квантовыми ямами, обработку и интерпретацию результатов, [АЗ-А6, All, А12, А22].

Равнозначный (совместно с С.В.Морозовым) - в проведение исследования эволюции времени фотоотклика на циклотронном резонансе двумерных (2D) электронов в GaAs/AlGaAs в условиях квантового эффекта Холла; (основной)-в обработку и интерпретацию их результатов [Al6, Al8, А20, А23, А25].

Основной - в подготовку и проведение исследований магнитотранспорта в гетероструктурах InAs/AlSb в условиях, обработку и интерпретацию их результатов [Al7, А19, А24].

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертации докладывались на 13, 14 и 15 Международных симпозиумах «Наноструктуры: физика и технология» (2005, 2006, Санкт-Петербург, 2007 Новосибирск), Всероссийских совещаниях «Нанофотоника» (2003, 2004, Нижний Новгород), 7 и 8 российской конференции по физике полупроводников (2005, Звенигород, 2007, Екатеринбург), 6 Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (2004, Санкт-Петербург), 10 и 11 Нижегородской сессии молодых ученых (2005, Дзержинск, 2006, Кстово,) Всероссийских симпозиумах «Нанофизика и наноэлектроника» (2005, 2006, 2007, Нижний Новгород), 12-й Международной конференции по узкозонных полупроводникам (2005, Тулуза, Франция), а также на семинарах ИФМ РАН и ННГУ.

Публикации

По теме диссертации опубликованы 25 печатных работ, в том числе, 4 статьи в реферируемых журналах, 2 статьи в продолжающемся рецензируемом издании «Institute of Physics Conference Series» и 19 публикаций в сборниках тезисов докладов и трудов конференций, симпозиумов и совещаний.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объём диссертации составляет 145 страниц, включая 77 рисунков и 8 таблиц. Список цитированной литературы включает 105 наименований, список работ автора по теме диссертации - 25 наименований.

Основное содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы исследований, показана её научная новизна, сформулированы цели работы и приведены положения, выносимые на защиту.

В Главе 1 приведен обзор литературы по всем исследованным в диссертации объектам. В первой части обзора рассмотрен механизм квантового эффекта Холла, дан обзор работ, посвященные исследованию квантового эффекта Холла в гетероструктурах ОаАз/АЮаАэ, рассматриваются работы по изучению фотопроводимости гетероструктур ОаАз/АЮаАз на ЦР электронов в условиях квантового эффекта Холла и возможности перестройки области фоточувствительности, приводятся достигнутые характеристики фотоприемников. Вторая часть обзора посвящена исследованию эффективного фактора Ланде. Рассматриваются работы по экспериментальному изучению и теоретическим расчетам обменного усиления g-фaктopa. Третья часть первой главы посвящена обзору работ по изучению двумерных полупроводниковых систем ОеЛле81 и А3В5 методом циклотронного резонанса. Рассматриваются также работы по исследованию циклотронного резонанса дырок в объемном 81 в квантующих магнитных полях.

Глава 2 посвящена исследованию электронного транспорта в 2В электронном газе в гетероструктурах 1пАз/А18Ь. В первой части главы 2 приведено описание исследованных в работе гетероструктур, представлена методика

экспериментального исследования электронного транспорта (осцилляции Шубникова - де Гааза). Во второй части приведены результаты теоретического расчета уровней Ландау в квантовых ямах 1пАз/А18Ь в рамках модели Кейна [4] и кратко описан метод расчета. В третьей части второй главы приведены

экспериментальные результаты по определению эффективного фактора Ланде по зеемановскому расщеплению осцилляций Шубникова — де Гааза и их сравнение с теоретическими расчетами. Обнаруженное в работе большее по сравнению с объемным материалом (по абсолютной величине) значение g-фактора (до -35) связывается с обменным электрон-электронным взаимодействием [5]. Изучена зависимость эффективного фактора Ланде от ширины квантовой ямы (исследовались гетероструктуры с шириной квантовой ямы 12, 15 и 18 нм). Обнаружено заметное возрастание g-фaктopa при увеличении ширины КЯ.

В Главе 3 методом циклотронного резонанса исследуются три объекта - гетероструктуры ГпАэ/А^Ь, объемный кремний и гетероструктуры ОеЛЗеЗь Первая часть Главы 3 посвящена экспериментальному исследованию циклотронного резонанса в гетероструктурах ШАв/А^Ь с различной шириной квантовых ям (от 12 нм до 18 нм). Обнаружено заметное увеличение циклотронной массы при уменьшении ширины квантовой ямы и с ростом концентрации электронов (изменяемой за счет эффекта остаточной фотопроводимости). Представлены результаты теоретических расчетов величин циклотронной массы, выполненных В.Я.Алешкиным и С.С.Криштопенко. Продемонстрировано хорошее согласие результатов расчетов с данными эксперимента, что позволяет связать эффект возрастания массы с непараболичностью зоны проводимости. Во второй части исследуется циклотронный резонанс дырок в Б! в квантующих магнитных полях. Приводится описание и результаты эксперимента, в котором была обнаружена новая линия поглощения, а также сравнение результатов с теоретически рассчитанными линиями переходов между уровнями Ландау дырок из работы [6]. В последней части третьей главы исследуется релаксация поглощения на циклотронном резонансе в гетероструктурах Ое/Ое81 с квантовыми ямами при межзонном оптическом возбуждении носителей. Описана методика измерений дифференциального магнитопоглощения, приводится теоретическая модель релаксационных процессов и экспериментальные результаты по наблюдению ускорения релаксации при приложении электрического поля и примесном пробое, свидетельствующие об определяющей роли очень мелких

(энергия связи около 2 мэВ) акцепторов в механизме долговременной релаксации свободных носителей.

Глава 4 посвящена изучению зависимостей времени релаксации фотоотклика на циклотронном резонансе в условиях квантового эффекта Холла на основе гетероструктуры ОаАэ/АЮаАз от магнитного поля вблизи четных значений фактора заполнения уровней Ландау. Использовались тепловой источник излучения и два импульсных излучателя терагерцового диапазона: возбуждаемый электрическим током кристалл р-ве, находящийся в жидком гелии и полупроводниковый излучатель, возбуждаемый оптическими импульсами фемтосекундной длительности. Дано описание исследуемого образца, представляющего собой длинный (17 см) холловский мостик шириной 50 мкм, «свернутый» в меандр, заполняющий приемную площадку размером 4x4 мм [7], и описаны условия эксперимента для каждого источника терагерцового излучения. Полученные осциллограммы фотоотклика анализируются на основе биэкспоненциального приближения релаксации сигнала. Обнаружено сильно немонотонное поведение быстрого времени фотоотклика в пределах плато квантового эффекта Холла, связанное с выключением экранирования двумерными электронами случайного потенциала, играющего ключевую роль в механизме фотоотклика [7], в то время как длинное время релаксации оказалось нечувствительным к магнитному полю, что указывает на иной механизм релаксации долговременного фотоотклика.

В Заключении представлены основные результаты, полученные в работе.

Основные результаты работы

1. Впервые исследована эволюция осцилляций Шубникова -де Гааза в гетероструктурах 1пАз/А18Ь с двумерным электронным газом в квантовой яме 1пАэ шириной 15 нм при значительном изменении концентрации (3-8)х10и см"2 за счет эффекта отрицательной остаточной фотопроводимости. По спиновому расщеплению осцилляций определены значения эффективного фактора Ланде электронов = -(15 -г 20), которые оказались значительно больше, чем расчетные значения в рамках модели

Кейна для квантовых ям (£ ~ - 9), что связывается с обменным взаимодействием. Из сопоставления зеемановского расщепления осцилляций ТТТдГ в нормальном и наклонном (под 45°) магнитном поле сделана оценка анизотропии эффективного -фактора = 0,8.

2. Проведено сравнительное исследование зеемановского расщепления в гетероструктурах 1пАб/А18Ь с тремя различными толщинами квантовых ям 1пАэ (12, 15 и 18 нм) при концентрации 20 электронов щ ~ 6x1011 см"2. Показано, что в образце с самой широкой квантовой ямой 18 нм величина наблюдаемого зеемановского расщепления осцилляций Шубникова - де Гааза соответствует I > 35, тогда в образце с узкой квантовой ямой 12 нм величина расщепления позволяет сделать оценку I £* I ^ 16. Обнаруженная зависимость фактора Ланде от ширины квантовой ямы может быть связана как с соответствующей зависимостью одноэлектронного я-фактора, так и с уменьшением перекрытия уровней Ландау с противоположным спином в более широкой (лучшего качества) квантовой яме, что должно приводить к росту обменного усиления g-фaктopa.

3. В спектрах ЦР объемного кремния Н||[001] в квантующих магнитных полях при межзонном оптическом возбуждении носителей обнаружена линия ЦР дырок, связываемая с переходом с нижнего уровня Ландау тяжелых дырок, которую ранее не удавалось разрешить в спектрах. Полученный результат позволяет уточнить константу Латтинджера уг =0,31.

4. В гетероструктурах Ое/веБ! II типа с остаточными мелкими примесями (как акцепторами, так и донорами) исследована релаксация сигнала ЦР 1Ь электронов (квантовые ямы веЗО и дырок (квантовые ямы Ое) в терагерцовом диапазоне при импульсном оптическом возбуждении при Г =4,2 К. Обнаружено, что в отличие от ЦР дырок, релаксация сигнала которого всегда происходит с двумя характерными временами (быстрым и медленным), характер релаксации линии циклотронного резонанса электронов зависит от толщины слоя ве. В образце с широкими (800 А) слоями ве релаксация сигнала ЦР электронов также происходит с двумя временами, в то время как в образце с более узкими (330 А) слоями Ое релаксация ЦР электронов происходит только с одним (быстрым) временем. В

случае ЦР дырок медленное время релаксации определяется скоростью рекомбинации очень мелких (2 мэВ) нейтральных акцепторов, «поставляющих» дырки в валентную зону за счет термической ионизации на втором этапе рекомбинации. Отсутствие медленно релаксирующего сигнала ЦР электронов объясняется большей энергией связи доноров (10 мэВ), не отдающих таким образом электроны в зону проводимости. Появление долговременной релаксации линии ЦР электронов в образце с широкими слоями Се связано с рекомбинацией электронов в слоях веБ! на нейтральных акцепторах, находящихся в слоях ве на расстоянии от интерфейса, многократно превышающем боровский радиус (~ 50 А)

5. Исследовано влияние латерального электрического поля на релаксацию сигнала ЦР электронов и дырок в гетероструктурах ОеАЗеЗь Показано, что разогрев в электрическом поле приводит к укорачиванию как быстрого, так и медленного времени релаксации, что обусловлено ростом темпа рекомбинации свободных носителей на нейтральных примесях и ускорением потока частиц из примесей в зону соответственно. Обнаружено, что на общую тенденцию укорочения времен релаксации с электрическим полем накладывается резкий рост длинного времени релаксации вблизи поля пробоя очень мелких акцепторов (энергия связи ~ 2 мэВ). Последний эффект связывается с наличием иерархии энергии связи акцепторов от сравнительно глубоких в центре квантовой ямы ве (6-7 мэВ) до очень мелких (2 мэВ) в случае расположения примесного иона в центре барьера СеБЛ. Наблюдаемый примесный пробой связан с ударной ионизацией наиболее мелких акцепторов, расположенных вблизи гетерограницы, что приводит к уменьшению темпа генерации дырок за счет термоионизации оставшихся более глубоких примесей и к увеличению длинного времени рекомбинации электронов.

6. Определены значения эффективных циклотронных масс электронов в гетероструктурах ГпАэ/А^Ь с тремя различными толщинами квантовых ям 1пАв (12, 15 и 18 нм) при значительном (до трех раз) изменении концентрации двумерных электронов за счет эффекта остаточной фотопроводимости. Показано, что зависимости эффективных масс от концентрации и толщины ям

удовлетворительно согласуются с результатами расчетов в рамках модели Кейна для непараболичной зоны проводимости.

7. Исследована релаксация отклика на терагерцовое излучение детектора на циклотронном резонансе электронов в гетероструктуре СаАз/АЮаАэ (и8 = 3,6x10й см"2, Т = 2,4 - 4,2 К) в условиях квантового эффекта Холла (КЭХ) вблизи четных значений фактора заполнения уровней Ландау V = 2,4. Установлено, что релаксация фотоотклика происходит с двумя характерными временами. Показано, что зависимость «быстрого» времени отклика от магнитного поля имеет глубокий минимум в центре плато КЭХ и два острых максимума на краях плато. Падение времени отклика за пределами плато КЭХ связывается с равновесной заселенностью уровня Ландау над/под уровнем Ферми электронами/дырками соответственно, что увеличивает вероятность рекомбинации фотовозбужденных носителей. Минимум в центре плато обусловлен фундаментальным свойством выключения экранирования случайного потенциала ^ примесей в условиях КЭХ.

8. Впервые исследованы временные характеристики фотоотклика на ЦР 2Т> электронов в условиях квантового эффекта Холла при подсветке образца 300-градусным фоновым излучением. Измерения проводились с использованием л пикосекундных импульсов терагерцового излучения, ¿; генерируемых излучением фемтосекундного лазера. Обнаружено, ,>, что подсветка приводит к уменьшению времен релаксации на 2 порядка (при V = 4; Г= 4,2 К), что объясняется большой концентрацией неравновесных носителей, генерируемых фоновым излучением. Продемонстрировано, что в условиях фоновой подсветки многократно возрастает относительная величина фотоотклика в минимумах рхх, соответствующих большим значениям фактора заполнения уровней Ландау (у = 6 -

14), что обусловлено сильным влиянием «фоновых» носителей на время релаксации в условиях хорошо развитого плато КЭХ (V = 4) и слабым влиянием в меньших магнитных полях в условиях сильного перекрытия уровней Ландау. Детально исследован биэкспоненциальный характер релаксации сигнала фотоотклика вблизи v = 4. Обнаружено, что «быстрое» время релаксации, как и в отсутствие фонового излучения, имеет острый максимум на

краю плато КЭХ, в то время как «длинное время» и связанная с ним часть фотоотклика практически не зависят от магнитного поля, что указывает на иную природу «медленного» фотоотклика.

Список цитированной литературы

1. Highly sensitive and tunable detection of far-infrared radiation by quantum Hall devices // Y. Kawano, Y. Hisanaga, H. Takenouchi, S. Komiyama // J. Appl. Phys. - 2001. Vol.89, No 7, P. 4037-4048.

2. Kawano, Y. Breakdown on the quantized Hall effect in the vicinity of current contact / Y. Kawano, S. Komiyama // Phys. Rev. В -2000. Vol.61, N 1. P. 2931-2938.

3. Semiconductor Spintronics and Quantum Computation. -Germany: Springer, 2002. - ISBN 3-540-42176-9. / Awschalom D.D, Loss D., Samarth N.

4. Kane E.O. Band structure of indium antimonide / E.O. Kane // J. Phys. Chem. Solids. — 1957. — 1, Issue 4, — P. 249-261.

5. Ando, T. Theory of Oscillatory g Factor in an MOS Inversion Layer under Strong Magnetic Fields/ T.Ando, Y.Uemura // J. Phys. Soc. Japan - 1977. - 37 - P. 1044.

6. Owner-Petersen, M. Cyclotron resonance of holes in Si / M. Owner-Petersen and M.R. Samuelsen // Phys. Stat. Sol. - 1968. - 28. -P. 211-222.

7. Kawano, Y. Highly sensitive and tunable detection of far-infrared radiation by quantum Hall devices / Y. Kawano, Y. Hisanaga, S. Komiyama // Journ. Appl. Phys. 2001,- 89. - P. 4037-4048.

Основные публикации автора по теме диссертации

[А1] Векслер, Д.Б. Циклотронный резонанс дырок в кремнии в квантующих магнитных полях / Д.Б.Векслер, В.И.Гавриленко, К.Е.Спирин // ФТТ. - 2004 - Т.46, Вып.1, - С.150-151.

[А2] Алешкин, В. Я. Мелкие акцепторы в гетероструктурах Ge/GeSi с квантовыми ямами в магнитном поле / В. Я. Алешкин, А. В. Антонов, Д. Б. Векслер, В. И. Гавриленко, И. В. Ерофеева, А. В. Иконников, Д. В. Козлов, О. А. Кузнецов, К. Е. Спирин // ФТТ. -2005. - Т. 47, вып. 1. - С. 74-79.

[A3] В.Я.Алешкин, В.И.Гавриленко, А.В.Иконников, С.С.Криштопенко, Ю.Г.Садофьев, КЕ.Спирин. Обменное

усиление g-фактора в гетероструктурах InAs/AlSb. ФТП - 2008. -Т.42,-С. 846-851.

[А4] Spirin, К. Е. Magnetic field dependence of the photoresponse time of GaAs/AlGaAs quantum Hall effect device / К. E. Spirin, S. V. Morozov, V. I. Gavrilenko, Y. Kawaguchi, S. Komiyama // Semicond. Sci. Technol. 2008 -23 -095014(5pp).

[A5] Векслер, Д.Б. Циклотронный резонанс дырок в кремнии в квантующих магнитных полях / Д.Б.Векслер, В.И.Гавриленко, К.Е.Спирин // Нанофотоника: Материалы всероссийского совещания, Нижний Новгород, Россия, 2003. - Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2003. - С. 486-488.

[А6] Алешкин, В.Я. Очень мелкие акцепторные состояния в многослойных гетероструктурах Ge/GeSi с квантовыми ямами: А+-центры и А°-центры с пространственным разделением иона примеси и дырки / В.Я.Алешкин, Д.Б.Векслер, В.И.Гавриленко, И.В.Ерофеева, А.В.Иконников, Д.В.Козлов, К.Е.Спирин, О.А.Кузнецов. // Нанофотоника: Материалы всероссийского совещания, Нижний Новгород, Россия, 2-6 мая 2004. - Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2004. - С. 129-132.

[А7] Алешкин, В. Я. Примесное магнитопоглощение гетероструктур Ge/GeSi с квантовыми ямами в квантующих магнитных полях / В. Я. Алешкин, А. В. Антонов, В. И. Гавриленко, И. В. Ерофеева, А. В. Иконников, Д. В. Козлов, О. А. Кузнецов, К. Е. Спирин // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы всероссийского симпозиума, Нижний Новгород, ИФМ РАН, 2005. — Нижний Новгород: ИФМ РАН 2005. — С. 397— 398.

[А8] Ikonnikov, А. V. Differential shallow impurity absorption in Ge/GeSi QW heterostructures in THz range at pulsed bandgap photoexcitation / A. V. Ikonnikov, К. E. Spirin, O. A. Kuznetsov [et al.] // Nanostructures: Physics and technologies: Proc. 13th Int. Symp., St. Petersburg, June 20—25, 2005. — St. Petersburg: Ioffe Institute, 2005.-P. 246-247.

[A9] Gavrilenko, V. I. Positive and negative persistent photoconductivity in InAs/AlSb QW heterostructures: control of 2DEG concentration and built-in electric field / V. I. Gavrilenko,

A. V. Ikonnikov, К. V. Marem'yanin, S.V.Morozov, K.E.Spirin, Yu.G.Sadofyev, S.RJonhson, Y.-H.Zhang. // Nanostructures: Physics and technologies: Proc. 13th Int. Symp., St. Petersburg, June 20-25, 2005. - St. Petersburg: Ioffe Institute, 2005. - P.396-398.

[A10] Marem'yanin, К. V. Spectral study of persistent photoconductivity in InAs/AlSb QW heterostructures / К. V. Marem'yanin, К. E. Spirin, A. V. Ikonnikov [et al.] // Narrow Gap Semiconductors: Abstr. of 12th Int. Conf. Toulouse, France, July 3-7, 2005.-P. 21.

[Al 1] Ikonnikov, A. V. Cyclotron resonance study of InAs/AlSb QW heterostructures / A. V. Ikonnikov, V. I. Gavrilenko, K.E.Spirin [et al.] // Narrow Gap Semiconductors: Abstr. of 12th Int. Conf. Toulouse, France, July 3—7, 2005. — P. 101.

[A12] Гавриленко, В. И. Положительная и отрицательная остаточная фотопроводимость в гетероструктурах InAs/AlSb с квантовыми ямами / В.И.Гавриленко, А.В.Иконников, К.В.Маремьянин, С.В.Морозов, К.Е.Спирин, Ю.Г.Садофьев, J.Bird, Y.-H. Zhang // VII Росс. конф. по физике полупроводников: Тез. докл., Звенигород, Россия, 18—23 сентября 2005.— М.: ФИАН. — С. 99.

[А13] Алешкин, В. Я. Дифференциальное примесное магнитопоглощение в ТГц-диапазоне в гетероструктурах Ge/GeSi с квантовыми ямами при импульсном межзонном возбуждении /

B.Я.Алешкин, В.И.Гавриленко, А.В.Иконников, О.А.Кузнецов, К.Е.Спирин // VII Росс. конф. по физике полупроводников: Тез. докл., Звенигород, Россия, 18—23 сентября 2005. — М.: ФИАН. — С. 197.

[А 14] Алешкин, В. Я. Примесное поглощение гетероструктур Ge/GeSi с квантовыми ямами в квантующих магнитных полях / В. Я. Алешкин, А. В. Антонов, В. И. Гавриленко, И. В. Ерофеева, А. В. Иконников, Д. В. Козлов, О. А. Кузнецов, К. Е. Спирин // VII Росс. конф. по физике полупроводников: Тез. докл., Звенигород, Россия, 18-23 сентября 2005. - М.: ФИАН. - С. 307.

[А15] Marem'yanin, К. V. Spectral study of persistent photoconductivity in InAs/AlSb QW heterostructures / К. V. Marem'yanin, К. E. Spirin, A. V. Ikonnikov [et al.] // Narrow

Gap Semiconductors, Institute of Physics Conference Series No. 187. — New York, 2006. — P. 137—142.

[A16] Ikonnikov, A. V. Cyclotron resonance study of InAs/AlSb QW heterostructures / A. V. Ikonnikov, S. S. Krishtopenko, К. E. Spirin [et al.] // Narrow Gap Semiconductors, Institute of Physics Conference Series No. 187. — New York, 2006. — P. 579—584.

[A17] Алешкин, В. Я. Исследование примесного магнитопоглощения в гетероструктурах Ge/GeSi при импульсном фотовозбуждении / В.Я.Алешкин, А.В.Иконников, В.И.Гавриленко, О.А.Кузнецов, К.Е.Спирин // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы всероссийского симпозиума, Нижний Новгород, ИФМ РАН, 2006. — Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2006. — Т. 2. — С. 328—329.

[А18] Морозов, С. В. Эволюция времени фотоотклика приемника на циклотронном резонансе 2D электронов в GaAs/AlGaAs в условиях квантового эффекта Холла / С.В.Морозов, В.И.Гавриленко, К.Е.Спирин // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы всероссийского симпозиума, Нижний Новгород, Россия, 13-17 марта 2006. - Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2006. _ С. 445-446.

[А 19] Гаврил енко, В. И. Особенности магнетотранспорта в гетероструктурах InAs/AlSb в условиях остаточной фотопроводимости / В.ИГавриленко, Ю.Г.Садофьев, К. Е. Спирин [и др.] // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы всероссийского симпозиума, Нижний Новгород, Россия, 2006. -Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2006. - С. 453-454.

[А20] Spirin, К.Е. Evolution of the photoresponse time of GaAs/AlGaAs QHE device / K.E.Spirin, S.V.Morozov, V.I.Gavrilenko [et al.] // Proc. 14th Int. Symp., St. Petersburg, June 26—30, 2006. — St. Petersburg: Ioffe Institute, 2006. — P. 254-255.

[A21] Гавриленко, В. И. Обменное усиление g-фактора в гетероструктурах InGaAs/GaAs с двумерным электронным газом / В.И.Гавриленко, С. С. Криштопенко, Ю. Г. Садофьев, К. Е. Спирин [и др.] // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы международного симпозиума, Нижний Новгород, Россия, 2007. -Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2007. —С. 313-314.

[А22] Антонов, А. В. Развитие методов спектроскопии полупроводниковых наноструктур с использованием терагерцового излучения, генерируемого импульсами фемтосекундного лазера / А.В.Антонов, В.И.Гавриленко, З.Ф.Красильник, Д.И.Курицын, С.В.Морозов, К.Е.Спирин // Нанофизика и наноэлектроника: Ма-териалы международного симпозиума, Нижний Новгород, Россия, 10 - 14 марта 2007. -Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2007. - С. 408-409.

[А23] Алешкин, В.Я. Циклотронный резонанс 2D электронов и дырок в квантующих магнитных полях / В.Я. Алешкин, Ю. Б. Васильев, В.И. Гавриленко, Б.Н.Звонков, А.В.Иконников, Д.В.Козлов, С.С.Криштопенко, М.ЛОрлов, Ю.Г.Садофьев, К.Е.Спирин, M.L.Sadowski, M.Goiran, W.Knap // VIII Российская конференция по физике полупроводников: Тезисы докладов, Екатеринбург, Россия, 30 сентября - 5 октября 2007.

[А24] Гавриленко, В. И. Влияние электрического поля на магнитопоглощение в ТГц диапазоне в гетероструктурах Ge/GeSi с квантовыми ямами при межзонном фотовозбуждении носителей / В. И. Гавриленко, A.B. Иконников, О. А. Кузнецов, К.Е. Спирин// "Полупроводники 2007": Тезисы докладов, Екатеринбург, Россия, 30 сентября - 5 октября 2007.

[А25] Гавриленко, В. И. Эволюция времени фотоотклика на циклотронном резонансе 2D электронов в GaAs/AlGaAs в условиях квантового эффекта Холла / В. И. Гавриленко, К.Е.Спирин, С.В.Морозов [и др.] // VIII Российская конференция по физике полупроводников: Тезисы докладов, Екатеринбург, Россия, 30 сентября - 5 октября 2007.

Спирин Кирилл Евгеньевич

МАГНИТОТРАНСПОРТ И ТЕРАГЕРЦОВЫЙ ОТКЛИК В ДВУМЕРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ

Автореферат

Подписано к печати 25.09.2008 г. Тираж 100 экз. Отпечатано в Институте физики микроструктур РАН 603950, Нижний Новгород, ГСП-105

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА И ЦИКЛОТРОННОГО РЕЗОНАНСА В ДВУМЕРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).

1.1 .Квантовый эффект Холла.

1.1.3. Механизм фототклика и роль случайного потенциала.

1.1.3. Механизм фототклика и роль случайного потенциала.

1.1.4 Фотоотклик на терагерцовое излучение при наличии «комнатного» фона.

1.1.5 Фотоотклик на излучение импульсного терагерцового лазера.

1.2 Обменное усиление о-фактора в структурах с двумерным электронным газом. Электронный транспорт в гетероструктурах МАз/АьБв с квантовыми ямами.

1.3 Исследования двумерных систем методом циклотронного резонанса.

1.3.1. Циклотронный резонанс дырок в кремнии в квантующих магнитных полях.

1.3.2. Циклотронный резонанс и примесное магнитопоглощение в гетероструктурах СеЛЗе81 с квантовыми ямами.

1.3.3. Циклотронный резонанс электронов в квантовых ямах 1пАз/А18Ь. Эффекты непараболичности зоны проводимости.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА В ДВУМЕРНОМ ЭЛЕКТРОННОМ ГАЗЕ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ 1ЫА8/АЬ8В.

2.1 .Исследуемые образцы.

2.2. Методика эксперимента.

2.3. Уровни Ландау электронов в квантовых ямах 1ыАз/Аь8в.55,

2.4. Результаты и обсуждение.

ГЛАВА 3 .ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР С КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ МЕТОДОМ ЦИКЛОТРОННОГО РЕЗОНАНСА.

3.1.циклотронный резонанс в гетероструктурах шаэ/аьзв с квантовыми ямами

3.1.1.Остаточная фотопроводимость в гетероструктурах 1пАй/Л18Ь с квантовыми ямами.

3.1.2. Исследование влияния ширины квантовой 1паз/а18ь ямы на закон дисперсии электронов.

3.2.циклотронный резонанс дырок в кремнии в квантующих магнитных полях

3.3.Исследование релаксации поглощения на циклотронном резонансе в гетероструктурах оелле81 с квантовыми ямами при оптическом возбуждении носителей.

3.3.1. Методика исследования.

3.3.2. Влияние импульсного электрического поля на спектры магнитопоглощения

3.3.3. Влияние постоянного электрического поля на релаксацию неравновесных электронов и дырок.

ГЛАВА 4. ЗАВИСИМОСТЬ ВРЕМЕНИ РЕЛАКСАЦИИ ФОТООТКЛИКА ПРИЕМНИКА НА ЦИКЛОТРОННОМ РЕЗОНАНСЕ В УСЛОВИЯХ КВАНТОВОГО ЭФФЕКТА ХОЛЛА НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ ОАА8/АЬОАА8 ОТ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

4.1. Фотоотклик приемника на широкополосное излучение теплового источника при внешнем тепловом фоне 300 К.

4.2. Иследование временных характеристик фотоотклика приемника на широкополосное излучение горячих дырок в Ое.

4.4.исслед0вание временных характеристик приемника на широкополосное излучении "ТеяаЗЕэ".

Развитие современной полупроводниковой электроники связано как с прогрессом технологии, так и с разработкой новых типов приборов. В свою очередь, развитие современной физики и технологии полупроводников определяется прогрессом в понимании и управлении электронными и оптоэлектронными свойствами низкоразмерных систем. Интенсивные исследования квантоворазмерных полупроводниковых систем, которые проводились в течение последних двух десятилетий, уже привели к созданию целого ряда новых приборов от одноэлектронных транзисторов до источников и приемников излучения различных диапазонов с рекордными характеристиками. Основными эффектами, за счёт которых происходит выигрыш по сравнению с традиционными приборами на основе объёмных полупроводников, являются пространственное разделение и ограничение носителей, и изменение электронного спектра носителей вследствие квантования.

Эффективным методом для определения зонной структуры полупроводников и полупроводниковых гетероструктур является исследование циклотронного резонанса (ЦР), которое даёт информацию об эффективных массах и механизмах рассеяния. С помощью ЦР можно выявлять непараболичность закона дисперсии носителей заряда, и тем самым, получать информацию о зонной структуре материалов.

Чаще всего ЦР наблюдают в терагерцовом диапазоне длин волн, поскольку для наблюдения ЦР необходимо выполнения условия сост»1, где сос — циклотронная частота, х — характерное время рассеяния. В этот же диапазон могут попадать энергии межуровневых переходов в мелких примесных центрах, что позволяет использовать методику ЦР для изучения последних. На ЦР электронов в условиях квантового эффекта Холла созданы высокочувствительные селективные приемники терагерцового диапазона.

Приборы на основе квантового эффекта Холла являются чувствительными детекторами излучения дальнего ИК или терагерцового диапазона [1, 2]. Поглощение электромагнитного излучения в условиях ЦР приводит к возрастанию продольного сопротивления вследствие фотовозбуждения электронов и дырок в делокализованные состояния вблизи центров уровней Ландау над и под уровнем Ферми соответственно. Это позволяет использовать двумерный (2D) электронный газ в условиях квантового эффекта Холла (КЭХ) для приема излучения в ДИК диапазоне. Максимальная фоточувствительность такого приемника (10s В/Вт при эквивалентной мощности шума NEP (noise equivalent power) ~ 10~13 Вт/Гц1/2[1]) реализуется вблизи минимумов продольного сопротивления по магнитному полю, поскольку в этом случае любое увеличение числа делокализованных носителей заряда дает заметный вклад в сигнал фотопроводимости. Такие приемники являются узкополосными и перестраиваемыми в небольшом диапазоне с помощью магнитного поля и в более широком интервале при одновременном изменении магнитного поля и концентрации двумерных электронов [1].

Другими перспективными системами для развития электроники и оптоэлектроники являются структуры на основе «узкозонных» материалов, в частности, на 1пАя. Такие структуры могут быть перспективными для создания детекторов [3, 4] и лазеров ИК диапазона [5], высокочастотных транзисторов [6,7], резонансно-туннельных диодов [8]. Структуры на основе ]пАу являются многообещающими для создания «спиновых» приборов [9], поскольку в таких структурах сильно проявляется эффект Рашбы [10], §-фактор электронов в ¡пАв,составляет -15 (в то время как ОаАв он равен -0,4).

Одним из наиболее интересных представителей систем на основе 1пАэ являются гетероструктуры 1пАз/А18Ь. Квантово-размерные гетероструктуры на основе 1пАэ представляют интерес для создания высокочастотных транзисторов, резонансно-туннельных диодов, оптоэлектроники среднего инфракрасного диапазона и спинтроники.

Исследуемая в данной работе гетеросистема 1пА5/А18Ь характеризуется большой величиной разрыва зоны проводимости на гетерогранице, составляющей 1.35 эВ, высокой подвижностью электронов1 в квантовой яме (КЯ) 1пАэ (достигающей 9-105см2/В-с при 7'= 4.2К, щ ~ 1012сш"2), которые присутствуют даже в номинально нелегированных структурах [11]. Одной из специфических особенностей рассматриваемой гетеросистемы является биполярность остаточной фотопроводимости при низких температурах. При освещении гетероструктур ИК излучением наблюдается положительная остаточная фотопроводимость (ОФП), при освещении видимым излучением наблюдается отрицательная остаточная фотопроводимость [11,12,13]. Кроме того, известно, что эффективный фактор Ланде электронов в двумерных системах может быть значительно больше чем в объемных полупроводниках (см, например, [14,15,16]). В работе [17] наблюдаемое увеличение ^-фактора в инверсионных слоях на 81 было связано в обменным взаимодействием электронов, теория которого была развита в работе [18]. Если количество электронов со спинами вверх и вниз неодинаковы вследствие зеемановского расщепления, обменные энергии каждого сорта электронов становятся различными, что приводит к увеличению расщепления, т.е. к так называемому обменному усилению ^-фактора.

Другим типом гетеросистем, рассматриваемым в настоящей работе, является структуры Се/Ое1.х8к Интерес к гетероструктурам на основе Ое и связан с их I совместимостью с приборами кремниевой электроники, получившим широкое распространение за последние два десятилетия. Несоответствие постоянных решёток Si и Ge составляет 4%, что позволяет выращивать гетероструктуры со «встроенной» деформация в слоях, что, в свою очередь, рассматривается как дополнительный инструмент, позволяющий модифицировать спектр носителей в нужном направлении.

Поскольку в гетероструктурах на основе Si и Ge квантовые ямы для дырок всегда реализуются в слоях с большим содержанием германия, то для создания «дырочных» приборов весьма привлекательными являются гетероструктуры Ge/Ge 1. xSix, где дырки находятся в слоях чистого Ge, (в отличие от структур Si/SiGe, где ямы для дырок находятся в сплаве Si Ge, в котором подвижность ограничивается сплавным рассеянием).

На основе гетероструктуры Ge/Gei-\Six можно создавать примесные приёмники дальнего инфракрасного (ИК) диапазона. Как показано в работе [19], такой приёмник имеет полосу чувствительности, смещенную относительно полосы приёмника на объёмном p-Ge в длинноволновую сторону дальнего ИК диапазона, причём такой приёмник може т перестраиваться магнитным полем.

Напряжённые гетероструктуры Ge/GeixSix обладают свойствами, недостижимыми в объёмном материале: в германиевых слоях гетероструктур может быть реализовано достаточно большое по величине (5 н- 6 кбар) «растягивающее» напряжение; энергетический спектр дырок может контролироваться с помощью изменения параметров гетероструктуры (толщины слоев и деформации Ge); благодаря большому отношению поверхности к объёму теплоотвод в гетероструктурах происходит быстрее. Однако для развития этих идей требуется детальное изучение энергетического спектра и механизмов рассеяния носителей в напряженных слоях Ge в гетероструктурах Ge/Gei.xSix, влияния на спектр эффектов встроенной деформации и размерного квантования, сильных электрического и магнитного полей. Целями диссертационной работы являлись:

1 Исследование зеемановского расщепления уровней Ландау двумерных электронов в гетероструктурах InAs/AlSb и определение эффективного g-фактора.

2 Исследование влияния ширины квантовой InAs/AlSb ямы на закон дисперсии электронов.

3 Определение влияния латерального электрического поля на поглощение на ЦР электронов и дырок на кинетику релаксации в гетероструктурах Ge/GeSi с квантовыми ямами при импульсном оптическом возбуждении носителей.

4 Детальное изучение механизма фотоотклика приемника на ЦР в условиях КЭХ на основе гетероструктуры ОаАз/АЮаАэ по эволюции релаксации отклика при изменении магнитного поля

Научная новизна

Научная новизна полученных в работе результатов заключается в следующем:

1 Значения эффективного фактора Ланде электронов в гетероструктурах 1пАз/А18Ь с квантовыми ямами определены при различных значениях концентрации двумерных электронов и при различных толщинах квантовых ям ¡пАэ в отличие от предшествующих работ, где исследовались только структуры с шириной квантовой ямы 15 нм при фиксированной концентрации электронов. Для трех значений толщин квантовых ям 12 нм, 15 нм и 18 нм показано, что наблюдаемые значения эффективных циклотронных масс электронов удовлетворительно согласуются с результатами расчетов в рамках модели Кейна для непараболичной зоны проводимости.

2 В спектрах циклотронного резонанса объемного кремния в квантующих магнитных полях при межзонном оптическом возбуждении носителей обнаружена предсказываемая теорией линия перехода с одного из нижних уровней Ландау тяжелых дырок, которую ранее не удавалось разрешить в спектрах.

3 Показано, что разогрев в латеральном электрическом поле приводит к укорачиванию как «быстрого», так и «медленного» времени релаксации сигнала циклотронного резонанса электронов и дырок в гетероструктурах Се/ОеБ! II типа при импульсном межзонном возбуждении носителей. Обнаружено, что на общую тенденцию укорочения времен релаксации с электрическим полем накладывается резкий рост «медленного» времени релаксации при пробое очень мелких акцепторов (энергия связи ~ 2 мэВ).

4 Обнаружено, что «быстрое» время релаксации отклика на терагерцовое излучение детектора на циклотронном резонансе электронов в гетероструктуре ОаАэ/АЮаАв имеет глубокий минимум в центре плато квантового эффекта Холла, что обусловлено фундаментальным свойством выключения экранирования случайного потенциала примесей в условиях квантового эффекта Холла, в то время как «медленное» время релаксации практически не зависит от магнитного поля. Показано, что 300-градусная фоновая подсветка приводит к уменьшению времен релаксации на 2 порядка, что связано с большой концентрацией неравновесных носителей, генерируемых фоновым излучением.

Научная и практическая значимость работы

Научная значимость полученных результатов заключается в экспериментальном обнаружении зависимости обменного усиления фактора Ланде электронов и их циклотронных масс в гетерострукгурах InAs/AISb от ширины квантовой ямы. Проведенные исследования циклотронного резонанса дырок в кремнии в квантующих магнитных полях позволили уточнить значение одного из параметров Латтинджера. Обнаруженное увеличение времени «медленной» релаксации концентрации возбуждаемых светом неравновесных носителей в гетероструктурах Ge/GeSi при ударной ионизации очень мелких акцепторов подтверждает предложенный ранее механизм долговременной релаксации через рекомбинацию свободных дырок, термически возбуждаемых с этих примесных центров. Обнаруженная сильно немонотонная зависимость от магнитного поля времени быстрой релаксации отклика на терагерцовое излучение детектора на циклотронном резонансе электронов в гетероструктуре GaAs/AlGaAs свидетельствует об определяющей роли случайного потенциала в механизме фотоотклика.

Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при создании электронных и оптоэлектронных приборов на основе квантоворазмерных структур InAs/AISb и Ge/Si.

Содержание работы

Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения. Во Введении обоснована актуальность темы исследований, показана её научная новизна, сформулированы цели работы и приведены положения, выносимые на защиту.

Заключение

В заключение сформулируем основные результаты работы:

1. Впервые исследована эволюция осцилляций Шубникова - де Гааза в гетероструктурах InAs/AlSb с двумерным электронным газом в квантовой яме InAs шириной 15 нм при значительном изменении концентрации (3-8)* 1011 см"2 за счет эффекта отрицательной остаточной фотопроводимости. По спиновому расщеплению осцилляций определены значения эффективного фактора Ланде электронов g* = -(15 -г- 20), которые оказались значительно больше, чем расчетные значения в рамках модели Кейна для квантовых ям (g* ~ - 9), что связывается с обменным взаимодействием. Из сопоставления зеемановского расщепления осцилляций ШдГ в нормальном и наклонном (под 45°) магнитном поле сделана оценка анизотропии эффективного ¿**-фактора gy/ g± = 0.8.

2. Проведено сравнительное исследование зеемановского расщепления в гетероструктурах InAs/AlSb с тремя различными толщинами квантовых ям InAs 12 нм, 15 нм и 18 нм при концентрации 2D электронов ns ~ 6><1011 см"2. Показано, что в образце с самой широкой квантовой ямой 18 нм величина наблюдаемого зеемановского расщепления осцилляций Шубникова - де Гааза соответствует [g* | > 35, тогда в образце с узкой квантовой ямой 12 нм величина расщепления позволяет сделать оценку | g* | < 16. Обнаруженная зависимость фактора Ланде от ширины квантовой ямы может быть связана как с соответствующей зависимостью одноэлектронного g-фактора, так и с уменьшением перекрытия уровней Ландау с противоположным спином в более широкой (лучшего качества) квантовой яме, что должно приводить к росту обменного усиления g-фактора.

3. В спектрах циклотронного резонанса объемного кремния Н|([001] в квантующих магнитных полях при межзонном оптическом возбуждении носителей обнаружена линия ЦР дырок, связываемая с переходом с нижнего уровня Ландау тяжелых дырок, которую ранее не удавалось разрешить в спектрах. Полученный результат позволяет уточнить константу Латтинджера у2 =0.31.

4. В гетероструктурах Ge/GeSi II типа с остаточными мелкими примесями (как акцепторами, так и донорами) исследована релаксация сигнала ЦР 1L электронов (квантовые ямы GeSi) и дырок (квантовые ямы Ge) в терагерцовом диапазоне при импульсном оптическом возбуждении при Т- 4.2 К. Обнаружено, что в отличие от ЦР дырок, релаксация сигнала которого всегда происходит с двумя характерными временами (быстрым и медленным), характер релаксации линии циклотронного резонанса электронов зависит от толщины слоя Ое. В образце с широкими (800 А) слоями Ое релаксация сигнала ЦР электронов также происходит с двумя временами, в то время как в образце с более узкими (330 А) слоями Ое релаксация ЦР электронов происходит только с одним (быстрым) временем. В случае ЦР дырок медленное время релаксации определяется скоростью рекомбинации очень мелких (2 мэВ) нейтральных акцепторов, «поставляющих» дырки в валентную зону за счет термической ионизации на втором этапе рекомбинации. Отсутствие медленно релаксирующего сигнала ЦР электронов объясняется большей энергией связи доноров (10 мэВ), не отдающих таким образом электроны в зону проводимости. Появление долговременной релаксации линии ЦР электронов в образце с широкими слоями Ое связано с рекомбинацией электронов в слоях Ое81 на нейтральных акцепторах, находящихся в слоях Ое на расстоянии от интерфейса, многократно превышающем боровский радиус (~ 50 А)

5. Исследовано влияние латерального электрического поля на релаксацию сигнала ЦР электронов и дырок в гетероструктурах Ое/ОеЗь Показано, что разогрев в электрическом поле приводит к укорачиванию как быстрого, так и медленного времени релаксации, что обусловлено ростом темпа рекомбинации свободных носителей на нейтральных примесях и ускорением потока частиц из примесей в зону соответственно. Обнаружено, что на общую тенденцию укорочения времен I релаксации с электрическим полем накладывается резкий рост длинного времени релаксации вблизи поля пробоя очень мелких акцепторов (энергия связи ~ 2 мэВ). Последний эффект связывается с наличием иерархии энергии связи акцепторов от сравнительно глубоких в центре квантовой ямы Ос (6-7 мэВ) до очень мелких (2 мэВ) в случае расположения примесного иона в центре барьера ОеБ!. Наблюдаемый примесный пробой связан с ударной ионизацией наиболее мелких акцепторов, расположенных вблизи гстерограницы, что приводит к уменьшению темпа генерации дырок за счет термоионизации оставшихся более глубоких примесей и к увеличению длинного времени' рекомбинации электронов.

6. Определены значения эффективных циклотронных масс электронов в гетероструктурах ЬгАэ/А^Ь с тремя различными толщинами квантовых ям 1пАэ 12 нм, 15 нм и 18 нм при значительном (до трех раз) изменении концентрации двумерных электронов за счет эффекта остаточной фотопроводимости.

Показано, что зависимости эффективных масс от концентрации и толщины ям удовлетворительно согласуются с результатами расчетов в рамках модели Кейна для непараболичной зоны проводимости.

7. Исследована релаксация отклика на терагерцовое излучение детектора на циклотронном резонансе электронов в гетероструктуре ОаАэ/АЮаЛя (щ =

11 9

3.6x10 см" , Т ~ 2.4 - 4.2 К) в условиях квантового эффекта Холла (КЭХ) вблизи четных значений фактора заполнения уровней Ландау v = 2, 4. Установлено, что релаксация фотоотклика происходит с двумя характерными временами. Показано, что зависимость «быстрого» времени отклика от магнитного поля имеет глубокий минимум в центре плато КЭХ и два острых максимума на краях плато. Падение времени отклика за пределами плато КЭХ связывается с равновесной заселенностью уровня Ландау над/под уровнем Ферми электронами/дырками соответственно, что увеличивает вероятность рекомбинации фотовозбужденных носителей. Минимум в центре плато обусловлен фундаментальным свойством выключения экранирования случайного потенциала примесей в условиях КЭХ.

8. Впервые исследованы временные характеристики фотоотклика на ЦР 2D электронов в условиях квантового эффекта Холла при подсветке образца 300-градусным фоновым излучением. Измерения проводились с использованием пикосекундных импульсов терагерцового излучения, генерируемых излучением фемтосекупдного лазера. Обнаружено, что подсветка приводит к уменьшению времен релаксации на 2 порядка (при V = 4. Т = 4.2 К), что объясняется большой концентрацией неравновесных носителей, генерируемых фоновым излучением. Продемонстрировано, что в условиях фоновой подсветки многократно возрастает относительная величина фотоотклика в минимумах рх*, соответствующих большим значениям фактора заполнения уровней Ландау (V = 6 - 14), что обусловлено сильным влиянием «фоновых» носителей на время релаксации в условиях хорошо развитого плато КЭХ (V = 4) и слабым влиянием в меньших магнитных полях в условиях сильного перекрытия уровней Ландау. Детально исследован биэкспоненциальный характер релаксации сигнала фотоотклика вблизи V = 4. Обнаружено, что «быстрое» время релаксации, как и в отсутствие фонового излучения, имеет острый максимум на краю плато КЭХ, в то время как «длинное время» и связанная с ним часть фотоотклика практически не зависят от магнитного поля, что указывает на иную природу «медленного» фотоотклика.

В заключение автор считает приятным долгом поблагодарить своего научного руководителя В. И. Гавриленко за интересную тему, постоянное внимание к работе и терпение, помощь в проведении экспериментов и ценные обсуждения полученных результатов. Автор благодарен Ю.Г.Садофьеву за предоставленные образцы ЬгАв/АШЬ, О. А. Кузнецову за изготовление ОеЛЗе81 гетероструктур, С. Комияму - за предоставленные образцы ОаАв/АЮаАз- приемников, необходимых для исследований,

B. Я. Алёшкину теоретические расчёты и многочисленные полезные дискуссии,

C. С. Криштопенко за предоставление результатов, Д. Б. Векслеру, А. В. Антонову, С. В. Морозову и Д. Б. Курицыну за помощь в проведении экспериментов, А. Н. Панину за предоставленные источники излучения на основе ЛОВ и помощь при работе с ними.

Основные публикации автора по теме диссертации

Al. Векслер, Д.Б. Циклотронный резонанс дырок в кремнии в квантующих магнитных полях / Д.Б.Векслер, В.И.Гавриленко, К.Е.Спирин // ФТТ. - 2004 -Т.46, Вып.1, - С.150-151.

А2. Алешкин, В. Я. Мелкие акцепторы в гетероструктурах Ge/GeSi с квантовыми ямами в магнитном поле / В. Я. Алешкин, А. В. Антонов, Д. Б. Векслер, В. И. Гавриленко, И. В. Ерофеева, А. В. Иконников, Д. В. Козлов, О. А. Кузнецов, К. Е. Спирин // ФТТ. -2005. - Т. 47, вып. 1. - С. 74-79.

A3. В.Я.Алешкин, В.И.Гавриленко, А.В.Иконников, С.С.Криштопенко, Ю.Г.Садофьев, К.Е.Спирин. Обменное усиление g-фактора в гетероструктурах InAs/AlSb. ФТПт.42, стр.846-851 (2008).

A4. Spirin, К. Е. Magnetic field dependence of the photoresponse time of GaAs/AlGaAs quantum Hall effect device / К. E. Spirin, S. V. Morozov, V. I. Gavrilenko, Y. Kawaguchi, S. Komiyama// Semicond. Sei. Technol. 2008 -23 -095014(5pp).

A5. Векслер, Д.Б. Циклотронный резонанс дырок в кремнии в квантующих магнитных полях / Д.Б.Векслер, В.И.Гавриленко, К.Е.Спирин // Нанофотоника: Материалы всероссийского совещания, Нижний Новгород, Россия, 2003. -Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2003. - С. 486-488.

А6. Алешкин, В.Я. Очень мелкие акцепторные состояния в многослойных гетероструктурах Ge/GeSi с квантовыми ямами: А+-центры и А°-центры с пространственным разделением иона примеси и дырки / В.Я.Алешкин, Д.Б.Векслер, В.И.Гавриленко, И.В.Ерофеева, А.В.Иконников, Д.В.Козлов, К.Е.Спирин, О.А.Кузнецов. // Нанофотоника: Материалы всероссийского совещания, Нижний Новгород, Россия, 2-6 мая 2004. - Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2004.-С. 129-132.

А7. Алешкин, В. Я. Примесное магнитопоглощение гетероструктур Ge/GeSi с квантовыми ямами в квантующих магнитных полях / В. Я. Алешкин, А. В. Антонов, В. И. Гавриленко, И. В. Ерофеева, А. В. Иконников, Д. В. Козлов, О. А. Кузнецов, К. Е. Спирин // Нанофизика и наноэлекгроника: Материалы всероссийского симпозиума, Нижний Новгород, ИФМ РАН, 2005. — Нижний Новгород: ИФМ РАН 2005. — С. 397—398.

А8. Ikonnikov, А. V. Differential shallow impurity absorption in Ge/GeSi QW heterostructures in THz range at pulsed bandgap photoexcitation / A. V. Ikonnikov, К. E. Spirin, O. A. Kuznetsov [et al.] // Nanostructures: Physics and technologies:

Proc. 13th Int. Symp., St. Petersburg, June 20—25, 2005. — St. Petersburg: Ioffe Institute, 2005. - P. 246-247.

A9. Gavrilenko, V. I. Positive and negative persistent photoconductivity in InAs/AlSb QW heterostructures: control of 2DEG concentration and built-in electric field / V. I. Gavrilenko, A. V. Ikonnikov, К. V. Marem'yanin, S.V.Morozov, K.E.Spirin, Yu.G.Sadofyev, S.R.Jonhson, Y.-H.Zhang. // Nanostructures: Physics and technologies: Proc. 13th Int. Symp., St. Petersburg, June 20-25, 2005. - St. Petersburg: Ioffe Institute, 2005. - P.396-398.

A10. Marem'yanin, К. V. Spectral study of persistent photoconductivity in InAs/AlSb QW heterostructures / К. V. Marem'yanin, К. E. Spirin, A. V. Ikonnikov [et al.j // Narrow Gap Semiconductors: Abstr. of 12th Int. Conf. Toulouse, France, July 3-7, 2005. -P. 21.

All. Ikonnikov, A. V. Cyclotron resonance study of InAs/AlSb QW heterostructures /

A. V. Ikonnikov, V. I. Gavrilenko, K.E.Spirin [et al.] // Narrow Gap Semiconductors: Abstr. of 12th Int. Conf. Toulouse, France, July 3—7, 2005. — P. 101.

A12. Гавриленко, В. И. Положительная и отрицательная остаточная фотопроводимость в гетероструктурах InAs/AlSb с квантовыми ямами /

B.И.Гавриленко, А.В.Иконников, К.В.Маремьянин, С.В.Морозов, К.Е.Спирин, Ю.Г.Садофьев, J.Bird, Y.-H. Zhang // VII Росс. конф. по физике полупроводников: Тез. докл., Звенигород, Россия, 18—23 сентября 2005. — М.: ФИАН. — С. 99.

А13. Алешкин, В. Я. Дифференциальное примесное магнитопоглощение в ТГц-диапазоне в гетероструктурах Ge/GeSi с квантовыми ямами при импульсном межзонном возбуждении / В.Я.Алешкин, В.И.Гавриленко, А.В.Иконников, О.А.Кузнецов, К.Е.Спирин // VII Росс. конф. по физике полупроводников: Тез. докл., Звенигород, Россия, 18—23 сентября 2005. — М.: ФИАН. — С. 197.

А14. Алешкин, В. Я. Примесное поглощение гетероструктур Ge/GeSi с квантовыми ямами в квантующих магнитных полях / В. Я. Алешкин, А. В. Антонов, В. И. Гавриленко, И. В. Ерофеева, А. В. Иконников, Д. В. Козлов, О. А. Кузнецов, К. Е. Спирин // VII Росс. конф. по физике полупроводников: Тез. докл., Звенигород, Россия, 18-23 сентября 2005. -М.: ФИАН. - С. 307.

А15. Marem'yanin, К. V. Spectral study of persistent photoconductivity in InAs/AlSb QW heterostructures / К. V. Marem'yanin, К. E. Spirin, A. V. Ikonnikov [et al.] // Narrow Gap Semiconductors, Institute of Physics Conference Series No. 187. — New York, 2006.—P. 137—142.

А16. Ikonnikov, А. V. Cyclotron resonance study of InAs/AlSb QW heter о structures / A. V. Ikonnikov, S. S. Krishtopenko, К. E. Spirin [et al.] // Narrow Gap Semiconductors, Institute of Physics Conference Series No. 187. — New York, 2006. — P. 579—584.

A17. Алешкин, В. Я. Исследование примесного магнитопоглощения в гетероструктурах Ge/GeSi при импульсном фотовозбуждении / В.Я.Алешкин, А.В.Иконников, В.И.Гавриленко, О.А.Кузнецов, К.Е.Спирин // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы всероссийского симпозиума, Нижний Новгород, ИФМ РАН, 2006. — Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2006. — Т. 2. — С. 328— 329.

А18. Морозов, С. В. Эволюция времени фотоотклика приемника на циклотронном резонансе 2D электронов в GaAs/AlGaAs в условиях квантового эффекта Холла / С.В.Морозов, В.И.Гавриленко, К.Е.Спирин // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы всероссийского симпозиума, Нижний Новгород, Россия, 13 - 17 марта 2006. - Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2006. - С. 445-446.

А19. Гавриленко, В. И. Особенности магнетотранслорта в гетероструктурах InAs/AlSb в условиях остаточной фотопроводимости / В.И.Гавриленко, Ю.Г.Садофьев, К. Е. Спирин [и др.] // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы всероссийского симпозиума, Нижний Новгород, Россия, 2006. - Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2006. - С. 453-454.

А20. Spirin, К.Е. Evolution of the photoresponse time of GaAs/AlGaAs QHE device / K.E.Spirin. S.V.Morozov, V.I.Gavrilenko [et al.] // Proc. 14th Int. Symp., St. Petersburg, June 26—30, 2006. — St. Petersburg: Ioffe Institute, 2006. — P. 254-255.

A21. Гавриленко, В. И. Обменное усиление g-фактора в гетероструктурах InGaAs/GaAs с двумерным электронным газом / В.И.Гавриленко, С. С. Криштопенко, Ю. Г. Садофьев, К. Е. Спирин [и др.] // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы международного симпозиума, Нижний Новгород, Россия, 2007. - Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2007. —С. 313-314.

А22. Антонов, А. В. Развитие методов спектроскопии полупроводниковых наноструктур с использованием терагерцового излучения, генерируемого импульсами фемтосекундного лазера / А.В.Антонов, В.И.Гавриленко, З.Ф.Красильник, Д.И.Курицын, С.В.Морозов, К.Е.Спирип // Нанофизика и наноэлектроника: Ма -териалы международного симпозиума, Нижний Новгород, Россия, 10 - 14 марта 2007. - Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2007. - С. 408-409.

А23. Алешкин, В.Я. Циклотронный резонанс 2D электронов и дырок в квантующих магнитных полях/В.Я.Алешкин, Ю. Б. Васильев, В.И. Гавриленко, Б.Н.Звонков,

А.В.Иконников, Д.В.Козлов, С.С.Криштопенко, М.Л.Орлов, Ю.Г.Садофьев, К.Е.Спирин, M.L.Sadowski, M.Goiran, W.Knap // VIII Российская конференция по физике полупроводников: Тезисы докладов, Екатеринбург, Россия, 30 сентября -5 октября 2007.

А24. Гавриленко, В. И. Влияние электрического поля на магнитопоглощение в ТГц диапазоне в гетероструктурах Ge/GeSi с квантовыми ямами при межзонном фотовозбуждении носителей / В. И. Гавриленко, A.B. Иконников, О. А. Кузнецов, К.Е. Спирин// "Полупроводники 2007": Тезисы докладов, Екатеринбург, Россия, 30 сентября - 5 октября 2007.

А25. Гавриленко, В. И. Эволюция времени фотоотклика на циклотронном резонансе 2D электронов в GaAs/AlGaAs в условиях квантового эффекта Холла / В. И. Гавриленко, К.Е.Спирин, С.В.Морозов [и др.] // VIII Российская конференция по физике полупроводников: Тезисы докладов, Екатеринбург, Россия, 30 сентября - 5 октября 2007.

1. Komiyama, S. Quantum Hall devices as a tunable and high sensitive FIR detector / S. Komiyama, Y. Kawano, Y. Hisanaga // Proc. 21st Int. Conf. In Infrared and Millimeter Waves (Berlin). —1996. — BT2.

2. Kawano, Y. Breakdown of the quantized Hall effect in the vicinity of current contacts / Y.Kawano, S.Komiyama//Phys. Rev. B. — 2000.— Vol. 61. — P.2931—2938.

3. Mailhiot, C. Smith Long-wavelength infrared detectors based on strained InAs-Gal-xInxSb type-II superlattices / C. Mailhiot, D. L. Smith // J. Vac. Sci. Technol. A. — 1989. — V. 7. — P. 445—447.

4. Mohseni, H. Growth and characterization of InAs/GaSb photoconductors for long wavelength infrared range / H. Mohseni, E. Michel, J. Sandoen, M. Razeghi, W. Mitchel, G. Brown // Appl. Phys. Lett. — 1997. — Vol. 71. — P. 1403—1405.

5. Ohtani, K. InAs/AlSb quantum cascade lasers operating at 10 д.т / К. Ohtani, H. Ohno // Appl. Phys. Lett. — 2003. — Vol. 82. — P. 1003—1005.

6. Boos, J. B. 0.2 Ш1 AlSb/InAs HEMTs with 5 V gate breakdown voltage / J. B. Boos, W. Kruppa, D. Park, В. V. Shanabrook, B. R. Bennett // Electronics Letters. — 1994. — Vol.2, Issue 23. — P. 1983—1984.

7. Bennett, B. R. Modulation InAs(Si) doping of InAs/AlSb quantum wells / B. R. Bennett, M. J. Yang, В. V. Shanabrook, J. B. Boos, D. Park // Appl. Phys. Lett. — 1998. —Vol. 72. —P. 1193—1195.

8. Magno, R. Resonant interband tunnel diodes with AlGaSb barriers / R. Magno, A. S. Bracker, B. R. Bennett // Journal of Applied Physics. — 2001. — Vol. 89, Issue 10, —P. 5791—5793.

9. Nguyen, C. Growth of InAs/AlSb quantum wells having both high mobilities and sheet densities / C. Nguyen, B. Brar, C. R. Bolognesi, J. J. Pekarik, H. Kroemer, J. H. English // J. Electron. Mater. — 1993. — Vol. 22. — P. 255—258.

10. Садовьев, Ю. Г. «Необычная» остаточная фотопроводимость в квантовой яме InAs/AlSb / Ю. Г. Садовьев, A. Ramamoorthy, J. P. Bird, S. R. Johnson, Y.-H. Zhang // ФТП. — 2005. — T. 39 — C. 106—111.

11. Т.Андо, А.Фаулер, Ф.Стерн. Электронные свойства двумерных систем. М., Мир, 1985,416с.

12. Fang, F. F. Effect of a tilted magnetic field on a two-dimensional electron gas / F.F. Fang, P.J.Stiles // Phis.Rev. — 1968. —174 —P.823-828 .

13. Nicholas, R.J. Exchange enhancement of the spin splitting in a GaAs-GaxAli.xAs heterojunction / R.J.Nicholas, R.J.Haug, K.von Klitzing, G.Weimann // Phys. Rev.B. — 1988 — Vol.37 — P.1294—1302.

14. Janak, J.F. g Factor of the Two-Dimensional Interacting Electron Gas / J.F.Janak // Phys. Rev. — 1969. — Vol.178, —P. 1416—1418.

15. Ando, T. Theory of Oscillatory g Factor in an MOS Inversion Layer under Strong Magnetic Fields/ T.Ando, Y.Uemura // J. Phys. Soc. Japan. — 1977. — Vol. 37 — P. 1044.

16. Klitzing, К. V. New Method for High-Accuracy Determination of the Fine-Structure Constant Based on Quantized Hall Resistance / К. V. Klitzing, G. Dorda, M. Pepper // Phys. Rev. Lett. — 1980. — Vol.45. — P. 494.

17. Ando, T. Theory of Quantum Transport in a Two-Dimensional Electron System under Magnetic Fields / T. Ando, Y.Uemura // J. Phys. Soc. Japan. — 1974. — Vol. 36, ■— P. 959—967.

18. К. фон Клитцинг. Нобелевская лекция «Квантовый эффект Холла» / Подписная науч.-поп. серия «Физика». — 1986. —Вып. 9. — С. 3—30.

19. Бормонтов Е.В. Квантовый эффект Холла / Соросовский образовательный журнал «Физика». — 1999. — №9. — 81.

20. Paalanen, М. A. Quantized Hall effect at low temperatures / Paalanen M.A., Tsui D.C., Gossard A.C. // Phys. Rev. B. — 1982. — V.25, N8. — P. 5566.

21. Tsui, D. C. Zero-resistance state of two-dimensional electrons in a quantizing magnetic field / Tsui D.C., Stormer H.L., Gossard A.C. // Phys. Rev. B. — 1982. — V.25, N2.—P. 1405.

22. Maan, J.C. Observation of cyclotron resonance in the photoconductivity of two-dimensional electrons / J. C. Maan, Th. Englert, D. C. Tsui, A. C. Gossard // Appl. Phys. Lett. — 1982. — 40. —P. 609.

23. Kawano, Y. High-Sensitive and Tunable Detection of FIR Radiation by Quantum Hall Devices / Y. Kawano, Y. Hisanaga, S. Komiyama // Journ.Appl.Phys. — 2001. — Vol. 89, 7,—P. 4037—4048.

24. Eisenstein, J.P. Magnetization and density of states of the 2D electron gas in GaAs/AlGaAs heterostructures / J. P. Eisenstein, H. L. Stormer, V. Narayanamurti, A. Y. Cho, A. C. Gossard // Surf.Sci. 1986- 170, Issues 1-2, -P. 271-276.

25. Gerhardts, R. R. Statistical model for inhomogeneities in a two-dimensional electron gas implying a background density of states between Landau levels / R.R.Gerhardts, V.Gudmundsson // Phys.Rev.B. — 1986. — Vol.34. — P. 2999.

26. Komiyama, S. Heat instability of quantum Hall conductors / S. Komiyama, Y. Kawaguchi // Phys. Rev. B. — 2000. — Vol.61. — P.2014.

27. Tessmer, S. H. Subsurface charge accumulation imaging of a quantum Hall liquid / S.H.Tessmer, P.I.Glicofridis, R.C.Ashoori, L.S.Levitov, M.R.Melloch // Nature. — 1998 —Vol. 392.—P. 51.

28. Kawaguchi, Y. Performance of high-sensitivity quantum Hall far infrared photodetectors / Y. Kawaguchi, S. Komiyama, K. Hirakawa, M. Saeki, and K. Yamanaka // Appl. Phys. Lett. — 2002. — Vol. 80. — P. 136.

29. Kawaguchi, Y. High-sensitivity quantum Hall far-infrared photodetector integrated with log-periodic antenna / Y. Kawaguchi, S. Komiyama, K. Hirakawa // Appl. Phys. Lett. — 2002. — 80, — P. 3418.

30. Калугин, H. Г. Анизотропная многокомпонентная терагерцовая фотопроводимость в системах с квантовым эффектом Холла / Н.Г.Калугин, Ю.Б.Васильев, С.В.Сучалкин, Г.Нахтвай, Б.Э.Сагол, Г.Хайн, К. Эберл // Письма ЖЭТФ. — 2002 — Т.76. — С. 729.

31. Stellmach, С. Fast terahertz detectors with spectral tunability based on quantum Hall Corbino devices / C. Stellmach, A. Hirsch, G. Nachtwei, Yu. B. Vasilyev, N. G. Kalugin, G. Hein // Appl. Phys. Lett. — 2005 — Vol. 87. — P. 133504.

32. Kalugin, N. G. Nonbolometric mechanism of far-infrared pholoresponse in quantum Hall systems / N.G.Kalugin, Yu.B.Vasilyev, S.D.Suchalkin, G.Nachtwei, B.E.Sagol, K. Eberl // Physica B. — 2002. — Vol. 314 — P. 166-170.

33. Kalugin, N. G. Different components of far-infrared photoresponse of quantum Hall detectors / N.G.Kalugin, G.Nachtwei, Yu.B .Vasilyev, S.D.Suchalkin, K. Eberl//Appl. Phys. Lett. — 2005. — Vol. 81, 2. — P. 382.

34. Kalugin, N.G. Time-resolved far-infrared spectroscopy of quantum Hall systems / N.G.Kalugin, Yu.B .Vasilyev, S.D.Suchalkin, G.Nachtwei, B.E.Sagol, K. Eberl // Physica E. — 2002. — Vol. 12, — P. 144-148.

35. Tuttle, G. Electron concentrations and mobilities in AlSb/InAs/AlSb quantum wells / G. Tuttle, H. Kroemer, J. H. English // J. Appl. Phys. — 1989. — Vol. 65, — P. 5239.

36. Mooney, P.M. Deep donor levels (DX centers) in III-V semiconductors / P. M. Mooney // J. Appl. Phys. — 1990. — Vol. 67. — P. R1.

37. Gauer, Ch. Photoconductivity in AlSb/InAs quantum wells / Ch. Gauer, J. Scriba, A. Wixforth, J. P. Kotthaus, C.Nguyen, G. Tuttle, J.H.English, H. Kroemer // Semicond. Sci. Technol. — 1993. — Vol. 8. — P. SI37 — SI40.

38. Алешкин, В. Я. Спектры остаточной фотопроводимости в гетероструктурах InAs/AlSb с квантовыми ямами / В. Я. Алешкин, В. И. Гавриленко,

39. A. В. Иконников и др. // Нанофотоника: Материалы всероссийского совещания, Нижний Новгород, Россия, 2—6 мая 2004. — Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2004. — С. 178—186.

40. Алешкин, В. Я. Природа отрицательной остаточной фотопроводимости в гетероструктурах InAs/AlSb с квантовыми ямами / В. Я. Алешкин,

41. B. И. Гавриленко, А. В. Иконников и др. // Нанофизика и наноэлектроника: Материалы всероссийского симпозиума, Нижний Новгород, ИФМ РАН, 2005. — Нижний Новгород: ИФМ РАН 2005. — С. 433-^34.

42. Sadofyev, Yu. G. Large g-factor enhancement in high-mobility InAs/AlSb quantum well / Yu. G. Sadofyev, A. Ramamoorthy, B. Naser, J. P. Bird, S. R. Jonson, Y.-H. Zhang // Appl. Phys. Lett. — 2002. — Vol. 81, — P. 1833—1835.

43. Raymond, A. Gigantic exchange enhancement of spin g-factor for two-dimensional electron gas in GaAs / A. Raymond, J. L. Robert, C. Bousquet, W. Zawadzki, F. Alexandre, I. M. Masson // Solid State Commun. —• 1985.— Vol. 55, Issue 4 — P. 271-274

44. Zawadzki, W. Magnetization, specific heat, magneto-thermal effect and thermoelectric power of two-dimensional electron gas in a quantizing magnetic field / W. Zawadzki, R.Lassing // Surface Science — 1984. — 142, Issues 1-3, — P. 225-235

45. Luttiger, J.M. Motion of Electrons and Holes in Perturbed Periodic Fields / J. M. Luttinger, W. Kohn // Phys. Rev. 1955. — Vol. 97, —P. 869.

46. Luttiger, J.M. Quantum Theory of Cyclotron Resonance in Semiconductors: General Theory / J.M. Luttiger // Phys. Rev. — 1956 — Vol.102, Issue 4 — P. 1030—1041.

47. Hensel, J.C. Quantum resonances in the valence bands of germanium / J.C. Hensel, K. Suzuki // Phys.Rev.B — 1974. — Vol. 9, — P.4184—4219.

48. Stickler J.J. Quantum Effects in Ge and Si // J.J. Stickler, H.J. Zeiger, G.H. Heller // Phys. Rev. — 1962. — 127, — P. 1077 1084.

49. Owner-Petersen, M. Cyclotron resonance of holes in Si / M. Owner-Petersen and M.R. Samuelsen // Phys. Stat. Sol. — 1968. — Vol. 28. — P. 211—222.

50. Kasper, E Group IV Compounds / E. Kasper, F. Schaffler // Semiconductors and Semimetals, Boston: Academic Press, 1991. — Vol. 33. — P. 233—307.

51. Кузнецов, О. А. Сверхрешетки Ge/GeixSix, выращенные газовым гидридным методом / О. А. Кузнецов, JI. К. Орлов, Ю. Н. Дроздов, А. Л. Чернов, В. М. Воротынцев, М. Г. Мильвидский, В. И. Вдовин, Р. Карлес, Г. Ланда. // ФТП. — 1993. — Т.27. — С.1591.

52. Алешкин, В. Я. Циклотронный резонанс и межподзонные переходы дырок в напряженных многослойных гетероструктурах Ge/GeSi с квантовыми ямами /

53. В. Я. Алешкин, Н. А. Бекин, В. И. Гавриленко, И. В. Ерофеева, 3. Ф. Красильник, О. А. Кузнецов, М. Д. Молдавская. М. В. Якунин,

54. B. В. Никоноров, М. Хелм // Известия Академии наук. Сер. физич. — 1999. — Т. 63. — N. 2. — С. 352—358.

55. Алешкин, В. Я. Мелкие акцепторы в напряженных гетероструктурах Ge/Gel-xSix / В. Я. Алешкин, В. И. Гавриленко, И. В. Ерофеева, Д. В. Козлов, О.А.Кузнецов, М. Д. Молдавская // ФТП. — 1998. — Т. 32. — №10. —1. C. 1240—1245.

56. Алешкин, В. Я. Мелкие акцепторы в напряженных гетероструктурах Ge/Gei.xSix с квантовыми ямами / В. Я. Алешкин, Б. А. Андреев, В. И. Гавриленко, И. В. Ерофеева, Д. В. Козлов, О. А. Кузнецов // ФТП. — 2000. — Т. 34, вып. 5. — С. 582—587.

57. Knap, W. Magneto-emission from shallow donors in quantum wells / W.Knap, S.Huant, C.Chaubet, B.Etienne. // Superlattices and Microstructures. — 1990. — Vol. 8, —P. 313—316.

58. Иконников, А. В. Циклотронный резонанс и примесное магнитопоглощение в гетероструктурах с квантовыми ямами: диссертация на соискание степеникандидата физ.-мат. Наук: 05.27.01 / А. В. Иконников. — Н. Новгород, 2006. — 168 с.

59. Yang, М. J. Enchancement of cyclotron mass in semiconductor quantum well / M. J. Yang, P. J. Lin-Chung, В. V. Shanabrook, J. R. Waterman, R. J. Wagner, W. J. Moore //Phys. Rev. B. — 1993 — Vol. 47 —P. 1691—1694.

60. Yang, M. J. Far-infrared spectroscopy in strained AlSb/InAs/AlSb quantum wells / M.J.Yang, P. J. Lin-Chung, R. J. Wagner, J. R. Waterman W.J.Moore, В. V. Shanabrook // Semicond. Sci. Technol. — 1993. — Vol. 8. — P. S129—S131.

61. Gauer, C. Energy-dependant cyclotron mass in InAs/AlSb quantum wells / C. Gauer, J. Scriba, A. Wixforth, J. P. Kotthaus, C. R. Bolognesi, C. Nguyen, B. Brar, H. Kroemer// Semicond. Sci. Technol. — 1994. — Vol. 9. — P. 1580—1583.

62. Tuttle, G. Effects of interface layer sequencing on the transport properties of InAsAlSb quantum wells Evidence for antisite donors at the InAsAlSb interface / G. Tuttle, H. Kroemer, J. H. English // J. Appl. Phys. — 1990. — Vol.67. — P. 3032.

63. Kane E.O. Band structure of indium antimonide / E.O. Kane // J. Phys. Chem. Solids. — 1957. — 1, Issue 4, — P. 249-261.

64. Trebin, H.-R. Quantum resonances in the valence bands of zinc-blende semiconductors. I. Theoretical aspects / H.-R. Trebin, U. Rossler, R. Ranvaud // Phys. Rev. B. — 1979. — Vol. 20. — P. 686—700.

65. Winkler, R. Cyclotron resonance and subband-Landau level coupling in 2D electron and hole gases / R. Winkler // Surface Science — 1996. — 361-362, — P. 411-414.

66. Brosig, S. InAs-AlSb quantum wells in tilted magnetic fields / S. Brosig, K. Ensslin, A. G. Jansen, C. Nguyen, B. Brar, M. Thomas, and H. Kroemer // Phys. Rev. B. — 2000, —Vol. 61,—P. 13045 — 13049.

67. Zheng, Z. W. Enhancement and anisotropy of the Landau g factor in modulation-doped Al022Gao78N/GaN heterostructures / Z. W. Zheng, B. Shen, Y. S. Gui et al. // J. Appl. Phys. — 2004. — Vol. 95, N 5. — P. 2473.

68. Ивченко, E.JI. Электронный g-фактор в квантовых ямах и сверхрешетках / Е.Л.Ивченко, А.А.Киселев // ФТП — 1992 — Т. 26, — С. 1471.

69. Kane, Е. О. Band structure of indium antimonide / E. O. Kane // J. Phys. Chem. Solids. — 1957. —Vol. 1. — P. 249—261.

70. Алешкин, В. Я. Межиодзонное поглощение ИК излучения в напряженных структурах InxGal-xAs-GaAs с квантовыми ямами / В. Я. Алешкин,

71. A. В. Аншон, Т. С. Бабушкина, Л. М. Батукова, Е. В. Демидов, Б. Н. Звонков, Т. С. Кунцевич, И. Г. Малкина, Т. Н. Янькова // ФТП. — 1992. — Т. 26, вып. 3. — С. 516—521.

72. Алешкин, В. Я. Резонансные состояния акцепторов в гетероструктурах Ge/Gei-xSix с квантовыми ямами / В. Я. Алешкин, Б. А. Андреев,

73. B. И. Гавриленко, И.В.Ерофеева, Д.В.Козлов, О.А.Кузнецов // Нанофотоника: Материалы всероссийского совещания, Нижний Новгород, Россия, 20—23 марта 2000. — Нижний Новгород: ИФМ РАН, 2000. — С. 114— 117.

74. Алешкин, В. Я. Спектры электронов и дырок и правила отбора для оптических переходов в гетероструктуре Gei„xSix/Ge / В. Я Алешкин, Н. А. Бекин // ФТП. — 1997, —Т. 31. —С. 171—178.

75. Maan, J.C. Observation of cyclotron resonance in the photoconductivity of two-dimensional electrons / J.C. Maan, Th. Englert, D.C. Tsui, A.C. Gossard // Appl. Phys. Lett. — 1982 — 40, —P. 609.

76. Stein, D. Photoconductivity on GaAs-AlxGai-4As heterostructures / D. Stein, G. Ebert, K. von Klitzing, G.Weimann // Surf. Science — 1984. — 142, Issues 1-3, — P. 406411.95.