Остаточная фотопроводимость в гетероструктурах HgTe/CdHgTe с двойными квантовыми ямами

Аннотация

В работе выполнены исследования эффекта остаточной фотопроводимости (ОФП) в гетероструктурах HgTe/CdHgTe с двойными квантовыми ямами (ДКЯ) с различными наборами параметров, соответствующих разным типам зонной структуры. В спектрах ОФП обнаружены две ключевые особенности, не зависящие от типа зонной структуры. Показано, что эти особенности так или иначе связаны с покровным слоем CdTe. На основании этого предложен метод наиболее эффективной смены типа проводимости в гетероструктурах HgTe/CdHgTe с ДКЯ за счет эффекта ОФП.

Полученные результаты

1. При различных температурах выполнены исследования эффекта ОФП в гетероструктурах HgTe/CdHgTe с ДКЯ с различными наборами параметров, соответствующих разным типам зонной структуры. При помощи источников света с различными значениями длины волны продемонстрирована возможность обратимым образом изменять не только концентрацию, но и тип носителей заряда при низких температурах. Показано, что для всех исследуемых структур эффект ОФП сохраняется вплоть до температур ~ 120 К.
2. С помощью решеточного монохроматора при Т = 4,2 К и Т = 77 К измерены спектры ОФП гетероструктур HgTe/CdHgTe с двойными квантовыми ямами. При гелиевой температуре также проведены измерения КЭХ, позволившие получить зависимость типа и концентрации носителей заряда от энергии кванта падающего света. В спектрах ОФП всех исследуемых структур выявлены две характерные особенности. Первая из них расположена вблизи энергии 1,6 эВ и представляет собой, в зависимости от типа темновой проводимости структуры, либо резкий скачок сопротивления, либо острый пик сопротивления. Вторая особенность для различных структур расположена в диапазоне 2,2–2,4 эВ и представляет собой либо локальный максимум, либо локальный минимум сопротивления. Сопоставление энергий этих особенностей с зонными диаграммами исследуемых структур позволило установить, что спектральное положение особенности 1 соответствует ширине запрещенной зоны покровного слоя CdTe, а положение особенности 2 — разнице энергий между спин-отщепленной зоной барьерного слоя CdHgTe и зоной проводимости покровного слоя CdTe.
3. На основании анализа спектров ОФП и результатов измерений КЭХ определены процессы, определяющие тип и концентрацию носителей заряда в гетероструктурах HgTe/CdHgTe с ДКЯ при освещении светом с различными энергиями кванта. К ним относятся межзонная генерация электрон-дырочных пар в слоях CdTe и CdHgTe, переходы с ансамбля глубоких центров в барьерных слоях CdHgTe на дно зоны проводимости, а также заброс электронов из спин-отщепленной зоны барьерного слоя CdHgTe в зону проводимости покровного слоя CdTe. От энергии кванта падающего света зависит «включение» и «выключение» указанных процессов, а также соотношение их интенсивности, чем в конечном итоге и определяются установившиеся тип и концентрация носителей заряда.
4. Предложен метод наиболее эффективной смены типа проводимости в структурах HgTe/CdHgTe с ДКЯ, основанный на использовании двух источников света с длинами волн, лежащими в пределах 720-750 нм и 800-820 нм. В случае невозможности смены типа проводимости с помощью подсветок данный метод, тем не менее, обеспечивает наиболее эффективное изменение концентрации носителей заряда в структуре.

Публикации по результатам работы

• Nikolaev I., Kazakov A. S., Drozdov K. A. et al., Bipolar persistent photoconductivity in HgTe/CdHgTe double quantum well heterostructures and its application for reversible change in the conductivity type // Journal of Applied Physics 132, 234301 (2022).