STUDY OF EXCITONIC TRANSITIONS IN $δ$$$$$-DOPED GaAs/AlAs QUANTUM WELLS
B. Čechavicius^a, R. Nedzinskas^a, J. Kavaliauskas^a, V. Karpus^a, G. Valušis^a, B. Sherliker^b, M. Halsall^b, P. Harrison^c, E. Linfield^c, and M. Steer^d
aSemiconductor Physics Institute, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: bronius@pfi.lt
^bSchool of Electronic and Electrical Engineering, University of Manchester, Manchester M60 1QD, United Kingdom
^cIMP, School of Electronic and Electrical Engineering, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, United Kingdom
^dDepartment of Electronic and Electrical Engineering, University of Sheffield, Mappin St, Sheffield S1 3JD, United Kingdom

Received 11 June 2009; revised 9 September 2009; accepted 15 September 2009

Investigation of excitonic lines in differential surface photovoltage (DSPV) spectra of p-type (Be) $δ$-doped GaAs/AlAs multiple quantum well (MQW) structures is reported. From the lineshape analysis of the DSPV spectra, the energies and line broadening parameters for a large number of QW related excitonic transitions were determined. It is found that transition energies are in a good agreement with calculations carried out within the envelope function approximation taking into account the nonparabolicity of energy bands. Examining the dependence of the exciton linewidth on the QW thickness, the line-broadening mechanisms were revealed and interface roughness in the MQW structures was evaluated. An asymmetrical lineshape of certain excitonic transitions in SPV spectra of MQW structures was shown to be related to the Fano resonance.

Keywords: delta-doped quantum wells, surface photovoltage spectroscopy, excitonic transitions

EKSITONINIŲ ŠUOLIŲ GaAs/AlAs KVANTINĖSE DUOBĖSE SU PRIEMAIŠOMIS TYRIMAS
B. Čechavicius^a, R. Nedzinskas^a, J. Kavaliauskas^a, V. Karpus^a, G. Valušis^a, B. Sherliker^b, M. Halsall^b, P. Harrison^c, E. Linfield^c, M. Steer^d
aPuslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva
^bMančesterio universitetas, Mančesteris, Jungtinė Karalystė
^cLydso universitetas, Lydsas, Jungtinė Karalystė
^d Šefildo universitetas, Šefildas, Jungtinė Karalystė

Plėtojant THz prietaisų technologiją, svarbu detaliai žinoti kvantinių duobių su priemaišomis energinę sandarą ir optines savybes. Šiame darbe diferencialinio paviršinio fotovoltinio atsako metodu ištirti GaAs/AlAs kvantinių duobių su berilio priemaišomis eksitoninių optinių šuolių ypatumai. Bandinius sudarė skirtingo pločio L_w GaAs duobių su 5 nm storio AlAs barjerais dariniai. Duobių centrinėje srityje buvo įterptas Be akceptorių sluoksnis. Priemaišų tankis kito nuo 5$\cdot$10¹⁰ iki 2,5$\cdot$10¹² cm^–2. Tyrimų rezultatai rodo, jog optinį bandinių atsaką lemia eksitoniniai šuoliai, o sugerties linijos formą veikia Fano efektas. Optinių šuolių prigimtis buvo atskleista apskaičiavus energijos lygmenis pernašos matricų metodu. Eksperimentinės optinių šuolių energijos vertės dera su teorinėmis, apskaičiuotomis atsižvelgiant į energijos juostų neparaboliškumą. Išanalizavus eksitoninių linijų išplitimo parametrų priklausomybes nuo duobės pločio bei priemaišų tankio, buvo nustatyti eksitoninių linijų išplitimo mechanizmai. Gauti rezultatai rodo, kad tirtose kvantinėse duobėse pasireiškia keletas linijos išplitimo veiksnių. Siaurose duobėse ($\le$5 nm) linijos išplitimą lemia kvantinių duobių pločio fliuktuacijos ($Δ$L_w $\le$ 0,5 sluoksnio); platesnėse duobėse eksitonų linija išplinta visų pirma dėl sąveikos su fononais ir jonizuotomis priemaišomis.