Экситоны c пространственно разделенными электронами и дырками в гетероструктуре Ge/Si с квантовыми точками германия

Abstract

Обнаружен эффект существенного увеличения энергии связи экситона с пространственно разделенными электроном и дыркой (дырка движется в объеме квантовой точки, а электрон локализован над сферической поверхностью раздела квантовая точка–матрица) в наносистеме, содержащей квантовые точки германия, выращенные в матрице кремния, по сравнению с энергией связи экситона в монокристалле кремния. Установлено, что в такой наносистеме в зоне проводимости матрицы кремния сначала возникает зона состояний электронно-дырочной пары, которая с ростом радиуса квантовой точки переходит в зону экситонных состояний, расположенную в запрещенной зоне матрицы кремния. Показано, что механизмы поглощения света в наносистеме обусловлены переходами электрона между квантоворазмерными уровнями электроннодырочной пары, а также переходами электрона между квантоворазмерными экситонными уровнями.

Виявлено ефект суттєвого збільшення енергії зв'язку екситона з просторово розділеними електроном і діркою (дірка рухається в об'ємі квантової точки, а електрон локалізований над сферичною поверхнею розділу квантова точка–матриця) в наносистемі, що містить квантові точки германію, вирощені в матриці кремнію, в порівнянні з енергією зв'язку екситона в монокристалі кремнію. Встановлено, що в такій наносистемі в зоні провідності матриці кремнію спочатку виникає зона станів електронно-діркової пари, яка із ростанням радіуса квантової точки переходить в зону екситонних станів, розташовану в забороненій зоні матриці кремнію. Показано, що механізми поглинання світла в наносистемі обумовлені переходами електрона між квантоворозмірними рівнями електронно-діркової пари, а також переходами електрона між квантоворозмірними екситонними рівнями.

There is a significant increase in the binding energy between the exciton's space-separated electrons and holes (the hole moves across the volume of the quantum dot, and the electron is localized on a spherical surface of the quantum dot-matrix interface) in a nanosystem containing germanium quantum dots grown in a silicon matrix, in comparison to the binding energy of an exciton in a silicon single crystal. It is established that in such a nanosystem, in the conduction band of the silicon matrix there first exists a band of electron-hole pairs which turns into a band of exciton states located in the band gap of the silicon matrix, as the radius of the quantum dot increases. It is shown that the light absorption mechanisms in such nanosystems are implemented by electron transitions between quantum-levels of the electron-hole pair, as well as electron transitions between the quantum-exciton levels.