Тема: ЭКСИТОНЫ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ

Исследование гетероструктур с микрорезонаторами является актуальной областью современной физики твердого тела. В таких структурах за счет перенормировки плотности состояний электромагнитного поля наблюдается усиленное взаимодействие материальных возбуждений со светом. Интересной представляется возможность изучения с помощью микрорезонатора оптических свойств низкоразмерных полупроводниковых структур. Одной из них является квантовая яма, которая представляет собой слой полупроводника, выращенный между барьерами — слоями полупроводника с другим расположением энергетических зон. Ограничение движения носителей в направлении роста данной структуры приводит к квантованию в ней энергий электронов и дырок (см. [1]).
Целью данной работы является экспериментальное исследование и теоретическое моделирование спектра отражения параболической квантовой ямы InGaAs/GaAs в низкодобротном микрорезонаторе GaAs/AlAs. Планировалось изучить влияние параметров микрорезонатора на скорость излучения фотонов. В спектрах отражения ожидалось найти экситонный резонанс внутри относительно широкой фотонной моды.
В задачи работы входили проведение эксперимента по отражению света от рассматриваемой структур, измерение спектров фотолюминесценции, теоретический расчет спектра отражения от микрорезонатора, интерпретация экспериментальных данных по спектроскопии экситонов.
Купить

В работе были экспериментально измерены спектры отражения (Рис.6) и фотолюминесценции (Рис. 10) квантовой ямы InGaAs/GaAs в микрорезонаторе GaAs/AlAs.
Произведено моделирование спектров отражения микрорезонатора с учетом поглощения в
области межзонных переходов слоями GaAs (Рис. 12). Экситонный резонанс в экспериментально полученных спектрах отражения был обнаружен по уширению фотонной моды микрорезонатора (Рис. 7). Анализ этого уширения позволил определить положение тяжелого и легкого экситонных резонансов в изучаемой гетероструктуре. Экситонная фотолюминесценция наблюдается не только в спектральной области моды резонатора, но и в области сплошного отражения зеркал. По спектрам ФЛ было определено основное и два возбужденных состояний экситона (Рис. 16). Это стало возможно благодаря небольшой добротности выращенного микрорезонатора.
В процессе выполнения работы метод матриц переноса был успешно модифицирован для описания отражения света от микрорезонатора с учетом поглощения в слоях брегговских зеркал. Подгонкой параметров моделирования структуры (ширина слоев и межзеркального промежутка, параметров, характеризующих поглощение в слоях GaAs) удалось получить близкие к экспериментальным результатам область стоп-зоны, положение и ширину фотонной моды микрорезонатора.
Автор работы выражает благодарность научному сотруднику лаборатории Оптики спина СПбГУ, Трифонову Артуру Валерьевичу, за помощь в моделировании и проведении эксперимента.
Купить