Grande força oscilatória da recombinação eletrão–buraco espacialmente indireta em heterojunções do tipo II: O caso InAlAs/InP

Investigações dependentes da temperatura sobre fotoluminescência de onda contínua e temporizada do sistema modelo de heterojunção do tipo II n-InAlAs/n-InP são apresentadas. Surpreendentemente, à temperatura ambiente, a emissão é completamente dominada por transições de interface extremamente eficientes entre buracos bidimensionais (2D) em InAlAs, que são portadores minoritários, e elétrons de um gás 2D do lado InP da interface. A diminuição da intensidade entre 7 e 300 K é muito menor do que o normalmente observado em materiais tridimensionais. A temperaturas acima de 50 K, o tempo de vida dos portadores começa a cair até a temperatura ambiente de 3,8 ns a 6 K para 1,2 ns a 300 K. Ambas as observações são consistentemente explicadas por uma ocupação crescente de níveis de subbanda mais altos do poço de potencial da interface e uma ativação de novos canais de recombinação radiativa e não radiativa, incluindo aqueles com Δn≠0, com o aumento da temperatura. O tempo de decaimento da luminescência da camada de InAlAs com 1 μm de espessura é curto (0,3 ns a T=6 K). Apenas uma parte muito pequena dos portadores opticamente gerados em InAlAs se recombina lá. A maior parte difunde até o poço de potencial da interface e é capturada. A perfeição estrutural da interface é decisiva para essa recombinação altamente eficiente. Difração de raios-X em cristal duplo, Shubnikov–de Haas (SdH), capacitância–voltagem e experimentos de absorção calométrica são usados para avaliar as propriedades cristalográficas e eletrônicas da interface. A observação de um grande número de oscilações de Pendellösung nas curvas de rotação de raios-X, que podem ser modeladas perfeitamente usando a teoria de difração dinâmica, demonstra inequivocamente a qualidade e abruptidade de nossas interfaces. Um gás eletrônico 2D no lado InP da interface, através da transferência de portadores do InAlAs dopado acidentalmente, é diretamente observado por experimentos SdH com dependência angular. A estrutura de subbanda de elétrons e buracos em ambos os lados da interface é calculada com base em uma solução autoconfiante das equações de Poisson e Schrödinger, incluindo a renormalização da faixa de energia causada por efeitos de muitos corpos. A confirmação experimental da estrutura de subbanda é obtida por espectroscopia de absorção calométrica de segunda derivada.