Изучены эффекты упругих деформаций растяжения и сжатия в процессах оптического поглощения поляризованного инфракрасного излучения в гетероструктурах с квантовыми ямами (КЯ) SiGe p-типа. Образцы выращивались методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках Si(001) и представляли собой семь псевдоморфных КЯ Si_1-хGe_х (х=0.35) шириной 3 нм, разделенных слоями Si толщиной 20 нм. Каждый из барьеров Si содержал дельта-легированый бором слой для заселения первой подзоны тяжелых дырок в КЯ носителями заряда. Измерение спектров пропускания света и их поляризационных зависимостей проводилось в многопроходной волноводной геометрии с использованием низкочастотной модуляции заполнения КЯ дырками потенциалом на полевом электроде.

Рис. Спектры модулированного пропускания излучения, поляризованного (а) в плоскости квантовых ям (ТЕ поляризация) и (б) вдоль оси роста (ТМ поляризация) в исходной гетероструктуре, а также после приложения деформаций сжатия или растяжения. Данные приведены для величины изгиба пластины 200 мкм. (в) Зависимость интегрального поглощения излучения с ТМ и ТЕ-поляризацией от величины изгиба пластины Si, на которой выращена гетероструктура с квантовыми ямами SiGe.

В исходном состоянии квантовые ямы сжаты в плоскости гетероструктуры вследствие рассогласования параметров решетки Si и SiGe. Внешние деформации одноосного сжатия или растяжения были реализованы в эксперименте путем механического изгиба пластин Si с выращенной на одной из сторон гетероструктурой Si/SiGe. При таком подходе, квантовые ямы, расположенные на вогнутой стороне пластины, сжимаются в плоскости структуры, на выпуклой – растягиваются. Максимальная величина деформации, которую удавалось достичь данным методом до механического разрушения пластин, составляла 0.2%.

В результате теоретического анализа энергетической диаграммы исследуемых гетероструктур, выполненного в рамках 6-зонного kp-метода, установлено, что наблюдаемое в области энергий 100–400 мэВ поглощение излучения, поляризованного в плоскости квантовых ям (ТЕ поляризация), обусловлено переходами дырок из первой подзоны тяжелых дырок КЯ SiGe в сплошной спектр над барьером Si. Для вертикальной (ТМ) поляризации доминирующей является полоса поглощения с максимумом при 150 мэВ, связанная с переходами между первыми двумя дырочными подзонами размерного квантования. Обнаружено, что интенсивность переходов под действием излучения ТЕ-поляризации практически не зависит от наличия упругих деформаций в среде, в то время как для ТМ-поляризованного излучения наблюдается уменьшение коэффициента поглощения при сжатии гетероструктуры и его рост при растяжении (рис.). Полученные результаты объяснены перераспределением носителей заряда между подзонами легких и тяжелых дырок, вызванным изменением взаимного расположения дырочных подзон вследствие механических напряжений в среде. При максимальных деформациях растяжения происходит формирование основного состояния системы в зоне легких дырок, сопровождающееся увеличением коэффициента межподзонного поглощения света.