СИММЕТРИЯ МНОГОЭКСИТОННЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ И ОБОЛОЧЕЧНОЕ МНОГОЧАСТИЧНОЕ СТРОЕНИЕ КВАНТОВОЙ ТОЧКИ

Спектры излучения квантовых точек, а также лазеров на их основе, определяются процессами излучательной рекомбинации скоррелированных кулоновским взаимодействием электрон-дырочных пар, или экситонов, заполняющих соответствующие состояния (оболочки) в условиях 3-мерного конфайнмента. В случае квантовых точек прочно закрепился термин экситон, хотя с самой концепцией экситона, введенной Френкелем, этот термин в рассматриваемом случае имеет немного общего. Когда термин экситон используется в случае квантовых точек, то на самом деле речь идет о локализованном, исключительно из-за трехмерного конфайнмента, и скореллиро- ванном, благодаря кулоновскому взаимодействию, неравновесном электрон-дырочном состоянии, нейтральном или заряженном. В дальнейшем мы будем исходить именно из этих представлений.

Существенно знать, как устроены многочастичные электрон-дырочные состояния в квантовой точке, каким образом происходит заполнение этих состояний при увеличении числа электрон-дырочных пар N, какие элек- трон-дырочные конфигурациии являются наиболее устойчивыми в условиях квазиравновесия, каковы силы осциллятора и излучательные вероятности оптических переходов в квантовых точках, могут ли квантовые точки быть не только нейтральными, но и заряженными, и, наконец, что особенно существенно с практической точки зрения, каким образом выглядят спектры люминесценции при аннигиляции экситонов (т. е. электронно-дырочных пар) из тех или иных состояний в зависимости от их заполнения. Здесь вряд ли приходится рассчитывать на абсолютную универсальность ответов на поставленные вопросы, учитывая разнообразие геометрических форм и симметрию конфайнмента (удерживающего потенциала) в реальных квантовых точках. Далее, несмотря на то, что применительно к квантовым точкам в полупроводниках прочно закрепился термин «искусственные атомы», тем не менее, между этими квантовыми объектами и реальными атомами есть принципиальные различия. В атомах удерживающий, сферически симметричный потенциал имеет исключительно кулоновское происхождение и определяется положительно заряженным ядерным кором, тогда как в полупроводниковых квантовых точках, кон- файнмент, удерживающий носители в пределах заданного геометрического масштаба, определяется разрывами энергетических зон на гетерограницах и возникающими при этом потенциальными барьерьерами. Что же касается геометрических форм и свойств симметрии самого конфайнмента, то они могут быть весьма разнообразными. Далее, в электрически нейтральных квантовых точках, в отличие от атомов, при увеличении числа экситонов одновременно заполняются как электронные, так и дырочные орбитали. В этом отношении ситуация заполнения оболочек электронно-дырочными парами в квантовых точках ближе подходит к многоэкситонным примесным комплексам в объемных многодолинных полупроводниках (например, работы [8-10]). Следует подчеркнуть, что в полупроводниковых структурах с простыми, невырожденными электронными и дырочными зонами, в отсутствие пространственных ограничений для свободного движения носителей даже в одном измерении (объемные, двумерные и одномерные структуры) многоэкситонные комплексы нестабильны в силу принципа Паули: из-за отталкивания между экситонами с одинаковой спиновой ориентацией. По этой причине свободные многоэкситонные комплексы с числом e-h пар N > 2 отсутствуют в квантовых ямах и ква- зиодномерных структурах.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >