Квантовые осцилляции релаксации фотопроводимости в p-i-n-гетеродиодах GaAs/InAs/AlAs

Abstract

The photoconductivity and its relaxation characteristics in tunneling p – i – n GaAs/AlAs heterostructures under pulsed illumination is studied. Quantum oscillations in the photoconductivity are detected depending on the bias voltage with the period independent of the light wavelength, as well as an oscillating component of the relaxation curves caused by modulation of the recombination rate at the edge of a triangular quantum well in the undoped i layer, as in the case of photoconductivity oscillations. The common nature of oscillations of the steady-state photoconductivity and relaxation curves under pulsed illumination is directly confirmed by the lack of an oscillating component in both types of dependences of some studied p–i–n heterostructures. Simultaneous suppression of the observed oscillations of dependences of both types as the temperature increases to 80 K also confirms the proposed mechanism of their formation. The dependences of these oscillations on the magnetic field and light flux power are studied. Oscillation-amplitude suppression in a magnetic field of ~2 T perpendicular to the current is caused by the effect of the Lorentz force on the ballistic motion of carriers in the triangular-quantum-well region.

Проявления процессов резонансного туннелирования и случайных флуктуаций потенциала с участием уровней квантовых точек в релаксации фототока p-i-n GaAs/AlAs-гетероструктур

“…Верхний p + -слой GaAs толщиной 0.5 мкм был легирован до концентрации 2 • 10 18 см −3 . Более детально такие структуры описаны в работах [5][6][7].…”

“…рис. 1, b) [5][6][7]. Их проявление на релаксационных зависимостях при импульсном освещении объяснено в [5] следующим образом.…”

“…1, b) [5][6][7]. Их проявление на релаксационных зависимостях при импульсном освещении объяснено в [5] следующим образом. С момента начала светового импульса (включения света) генерируемые в нелегированных i-слоях электронно-дырочные пары разделяются электрическим полем на электроны и дырки, которые движутся к границам этого слоя в противоположных направлениях и создают в контактных слоях, ограничивающих i-слои, заряды противоположного знака.…”

“…Вклад в фотопроводимость и, следовательно, в заряд на обкладках вносят также электроны и дырки, генерируемые светом в контактах, способные продиффундировать в i-слой. В результате общий характер временной зависимости релаксации тока фотовозбужденных носителей (не принимая во внимание осциллирующую составляющую), так же как и в традиционных p−i−n фотодиодах [1], должен определяться на низких частотах преимущественно соотношением емкостной и резистивной составляющих импеданса активной i-области структуры и внешней измерительной цепи и иметь вид, характерный для переходных процессов, например, в дифференцирующих RC-цепях, как и в нашей работе [5]. Принципиальным здесь является факт появления заряда на обкладках i-слоя в момент сразу после включения света, который должен был бы монотонно изменяться по величине со временем в течение всего периода воздействия светового импульса, когда производится измерение экспериментальной зависимости релаксации фототока от времени, если бы его поведение определялось только соотношением R и C. Заряд Q в свою очередь приводит к появлению напряжения смещения между обкладками и, следовательно, к сдвигу зон.…”

“…Как уже было продемонстрировано, p−i−n GaAs/AlAs-гетеросистемы со встроенными слоями самоорганизованных квантовых точек (КТ) обладают большим потенциалом для реализации локальных детекторов одиночных фотонов и ячеек оптической памяти нанометрового масштаба [4]. Нами ранее уже обнаружено и изучено проявление на релаксационных кривых p−i−n GaAs/AlAs-гетероструктур квантовых осцилляций фототока с участием двумерных (2D) уровней треугольной квантовой ямы (ТКЯ) [5]. Однако, как показано далее, данный метод оказывается гораздо более многосторонним и чувствительным к различным другим объектам и процессам в p−i−n гетеросистемах.…”