Спектр энергий и радиационные характеристики экситонов в квантовых ямах различной ширины / Белов П.А.

Состояния экситона и свето-экситонное взаимодействие в гетероструктурах с квантовымиямами (КЯ) исследовались экспериментально на протяжении нескольких десятилетий [1]. Тем неменее, только к настоящему времени параметры выращиваемых структур стали сравнимыми сточностью теоретического моделирования [2]. Более того, недавние измерения спектров отражениявысококачественных гетероструктур показывают, что нерадиационное уширение ансамбля экситоновможет быть порядка или даже меньше радиационного [3]. Таким образом, высокое качествовыращиваемых гетероструктур требует повышения точности моделирования состояний и временжизни экситона.В настоящем докладе, мы представляем результаты модельно-точного микроскопическогомоделирования основного и возбужденных состояний экситона в одиночной полупроводниковой КЯ,а также скоростей радиационного распада этих состояний [4,5]. Мы рассматриваем трехмерноеуравнение Шредингера для экситона в КЯ и аналитически определяем спектр соответствующегодифференциального оператора. В частности, определяем энергии связанных состояний электрондырочных пар и квазисвязанных состояний (резонансов). Мы классифицируем связанные состояния ирезонансы по типам их доминирующих одномерных квантоворазмерных состояний и относительногодвижения электрона и дырки в плоскости КЯ [6].Основываясь на теоретическом анализе спектра, мы вычисляем и идентифицируем состояниятяжелого и легкого экситона для различных ширин КЯ на основе AlxGa1-xAs/GaAs и GaAs/InxGa1-xAs.Вычисленные уровни энергии непрерывно зависят от ширины КЯ как от внешнего параметра. Этопозволяет нам пронаблюдать изменение положения уровней энергии при переходе от моделидвумерного экситона в узкой КЯ к модели квантования экситона как целого в широкой КЯ. При этомнаблюдаются пересечения (квазипересечения) уровней разной (одинаковой) симметрии квантоворазмерных состояний. Объяснение этих эффектов дается на основе симметрийных свойств волновойфункции. Наш метод вычисления волновой функции асимптотически точен. Он учитывает различиеэффективных масс и диэлектрических проницаемостей в КЯ и в барьере [7]. Более того, наш методпозволяет с высокой точностью моделировать состояния экситона в асимметричных КЯ [8].Мы вычисляем скорости радиационного распада найденных состояний, используя модельсвето-экситонного взаимодействия Е.Л. Ивченко [1]. Теоретические результаты сопоставляются соригинальными экспериментальными спектрами отражения гетероструктур с КЯ на основеInGaAs/GaAs. Радиационные и нерадиационные уширения как основного, так и возбужденныхсостояний определяются из фитирования спектров и сравниваются с вычисленными значениями.Наблюдается хорошее согласие теоретических и экспериментальных результатов.