Neste trabalho, a estrutura eletrônica de poços quânticos de GaAs/In IND.0.15 Ga IND.0.85As/GaAs com dopagem planar de silício na barreira superior foi investigada utilizando-se medidas de Shubnikov-de Haas em função do tempo de iluminação, observou-se que uma quantidade significativa de elétrons estava faltando na região ativa (formada pela camada de InGaAs e pela região delta-dopada) de todas as estruturas analisadas. Um efeito fotocondutivo persistente (que persiste pelo menos 27 horas depois que a excitação óptica é desligada) foi observado em todas as amostras. Durante o processo de iluminação, portadores são liberados pela iluminação e fortes modificações nas mobilidades quânticas das sub-bandas foram observadas. Uma analise fenomenológica dos dados é apresentada, baseada em cálculos autoconsistentes da estrutura eletrônica dos sistemas analisados. / In this work, the sub-band electronic structure of de GaAs/In IND.0.15 Ga IND.0.85As/GaAs quantum wells with a Si delta-doped layer in the top barrier was investigated by Shubnikov-de Haas measurements as a function of the illumination time of the samples. Before the exposure of the heterostructure to any illumination time, we observed that a significant quantity of electrons was missing in the active region (consisting of the quantum well formed by the InGaAs layer and the Si delta-doped region) of all the analyzed structures. A persistent photoconductivity effect (which persisted at least for 27 hours after the optical excitation was turned off) was observed in all samples. During the illumination process, carriers are released by illumination and strong modifications on the quantum mobilities of the sub-bands were observed. A phenomenological analysis of the data is presented based on the self-consistent calculations of the electronic structure of the analyzed systems.

Neste trabalho, a estrutura eletrônica de poços quânticos de GaAs/In IND.0.15 Ga IND.0.85As/GaAs com dopagem planar de silício na barreira superior foi investigada utilizando-se medidas de Shubnikov-de Haas em função do tempo de iluminação, observou-se que uma quantidade significativa de elétrons estava faltando na região ativa (formada pela camada de InGaAs e pela região delta-dopada) de todas as estruturas analisadas. Um efeito fotocondutivo persistente (que persiste pelo menos 27 horas depois que a excitação óptica é desligada) foi observado em todas as amostras. Durante o processo de iluminação, portadores são liberados pela iluminação e fortes modificações nas mobilidades quânticas das sub-bandas foram observadas. Uma analise fenomenológica dos dados é apresentada, baseada em cálculos autoconsistentes da estrutura eletrônica dos sistemas analisados. / In this work, the sub-band electronic structure of de GaAs/In IND.0.15 Ga IND.0.85As/GaAs quantum wells with a Si delta-doped layer in the top barrier was investigated by Shubnikov-de Haas measurements as a function of the illumination time of the samples. Before the exposure of the heterostructure to any illumination time, we observed that a significant quantity of electrons was missing in the active region (consisting of the quantum well formed by the InGaAs layer and the Si delta-doped region) of all the analyzed structures. A persistent photoconductivity effect (which persisted at least for 27 hours after the optical excitation was turned off) was observed in all samples. During the illumination process, carriers are released by illumination and strong modifications on the quantum mobilities of the sub-bands were observed. A phenomenological analysis of the data is presented based on the self-consistent calculations of the electronic structure of the analyzed systems.

Neste trabalho, estudamos as propriedades eletrônicas e estruturais de super-redes InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As dopadas fortemente com Si (densidade equivalente no bulk superior a 4.4 x 10 POT. 18cm POT. -3). O espectro de Fourier das oscilações de Shubnikov-de Haas apresenta um dubleto característico de elétrons que populam uma minibanda de energia, assim como uma freqüência de oscilação associada a elétrons confinados em uma camada superficial bidimensional (elétrons de Tamm). Verificamos que, para descrever o espectro de energia dos elétrons da minibanda, o modelo de Kronig-Penney é em geral suficiente porém, para descrever adequadamente os estados de Tamm é necessário recorrer a um cálculo auto-consistente completo. A boa resolução do dubleto associado aos elétrons que populam a minibanda de energia permitiu extrair as mobilidades quânticas dos elétrons associados aos hodógrafos extremais (\"cintura\" e \"pescoço\") da mini-superfície de Fermi. O tratamento de dados foi efetuado com a utilização de procedimentos especialmente desenvolvidos, que apresentam a vantagem de não necessitar da utilização de filtros de Fourier sofisticados. A detecção do estado de Tamm nas oscilações de Shubnikov-de Haas é inétida por se tratar de estados de Tamm degenerados. Por ser a mobilidade quântica dos elétrons de Tamm quase duas vezes maior do que a mesma mobilidade para os elétrons da minibanda, em campos magnéticos fracos as oscilações de Shubnikov-de Haas são dominadas pelos elétrons de Tamm, apesar da quantidade de elétrons de Tamm corresponder a apenas em torno de 10% do total de portadores livres em nossas amostras. As super-redes InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As:Si apresentam, também, grande redução de portadores livres com a diminuição do período das super-redes. A perda de portadores livres é de 60% quando o período é diminuído em 20%. Esta redução está correlacionada com a quantidade de átomos de ) dopantes que recai na camada interfacial de InAs IND. X P IND. 1-X que se forma quando InP é depositado sobre In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As. Um estudo de um conjunto de 8 amostras nos permitiu estimar que a espessura da camada interfacial é de aproximadamente 20 ANGSTRONS. Os dados experimentais indicam que os átomos de Si que recaem nas camadas interfaciais, ao invés de formarem doadores rasos, formam centros profundos com energia de ativação superior a 50 meV. / In this work the electronic and structural properties of InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As superlattices heavily doped with Si (bulk equivalent density greater than 4.4 x 10 POT. 18cm POT. -3) were studied. The Fourier spectrum of the Shubnikov-de Haas oscillations presents a double peak characteristic of electrons which populate the first miniband of the energy spectrum, and an additional peak associated to electrons confined in a two-dimensional surface layer (Tamm electrons). We verified that the Kronig-Penney model is, in general, a good approximation to describe the energy spectrum of electrons in the miniband. However, to describe adequately the Tamm states, it is necessary to resort to a full self-consistent calculation of the energy levels in the effective mass approximation. The well-resolved doublet associated to the electrons in the miniband allowed us to extract the quantum mobilities associated to both extremal orbits of the Fermi mini-surface (belly and neck). The data analysis was done by using specially developed procedures, which have the advantage of not requiring the use of sophisticated Fourier filters. The detection of Tamm states throught Shubnikov-de Haas oscillations was done for the first time in superlattices in which the Tammm states are degenerate. On account of the fact that the quantum mobility of the Tamm electrons is about a factor of two greater than the quantum mobility of the miniband electrons, the Shubnikov-de Haas oscillations are dominated by electrons from the Tamm states, especially at weak magnetic fields, despite of the fact that the amount of Tamm electrons is only about 10% of the total amount of free carriers in our sample. The InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As:Si superlattices also display a strong reduction in the amount of free carriers when the period of the superlattice decreases. This reduction reaches 60% when the superlatticess period is decreased by only 20%. This reduction correlates with the amount of doping atoms that fall into the interfacial layer InAs IND. X P IND. 1-X which is formed when InP is grown on In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As. A study of a set of 8 samples allowed us to estimate that the interfacial layer is approximately 20 ANGSTRONS thick. The experimental data indicate that the Si atoms which fall into the interfacial form deep levels with an activation energy larger than 50 meV.

Neste trabalho, estudamos as propriedades eletrônicas e estruturais de super-redes InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As dopadas fortemente com Si (densidade equivalente no bulk superior a 4.4 x 10 POT. 18cm POT. -3). O espectro de Fourier das oscilações de Shubnikov-de Haas apresenta um dubleto característico de elétrons que populam uma minibanda de energia, assim como uma freqüência de oscilação associada a elétrons confinados em uma camada superficial bidimensional (elétrons de Tamm). Verificamos que, para descrever o espectro de energia dos elétrons da minibanda, o modelo de Kronig-Penney é em geral suficiente porém, para descrever adequadamente os estados de Tamm é necessário recorrer a um cálculo auto-consistente completo. A boa resolução do dubleto associado aos elétrons que populam a minibanda de energia permitiu extrair as mobilidades quânticas dos elétrons associados aos hodógrafos extremais (\"cintura\" e \"pescoço\") da mini-superfície de Fermi. O tratamento de dados foi efetuado com a utilização de procedimentos especialmente desenvolvidos, que apresentam a vantagem de não necessitar da utilização de filtros de Fourier sofisticados. A detecção do estado de Tamm nas oscilações de Shubnikov-de Haas é inétida por se tratar de estados de Tamm degenerados. Por ser a mobilidade quântica dos elétrons de Tamm quase duas vezes maior do que a mesma mobilidade para os elétrons da minibanda, em campos magnéticos fracos as oscilações de Shubnikov-de Haas são dominadas pelos elétrons de Tamm, apesar da quantidade de elétrons de Tamm corresponder a apenas em torno de 10% do total de portadores livres em nossas amostras. As super-redes InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As:Si apresentam, também, grande redução de portadores livres com a diminuição do período das super-redes. A perda de portadores livres é de 60% quando o período é diminuído em 20%. Esta redução está correlacionada com a quantidade de átomos de ) dopantes que recai na camada interfacial de InAs IND. X P IND. 1-X que se forma quando InP é depositado sobre In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As. Um estudo de um conjunto de 8 amostras nos permitiu estimar que a espessura da camada interfacial é de aproximadamente 20 ANGSTRONS. Os dados experimentais indicam que os átomos de Si que recaem nas camadas interfaciais, ao invés de formarem doadores rasos, formam centros profundos com energia de ativação superior a 50 meV. / In this work the electronic and structural properties of InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As superlattices heavily doped with Si (bulk equivalent density greater than 4.4 x 10 POT. 18cm POT. -3) were studied. The Fourier spectrum of the Shubnikov-de Haas oscillations presents a double peak characteristic of electrons which populate the first miniband of the energy spectrum, and an additional peak associated to electrons confined in a two-dimensional surface layer (Tamm electrons). We verified that the Kronig-Penney model is, in general, a good approximation to describe the energy spectrum of electrons in the miniband. However, to describe adequately the Tamm states, it is necessary to resort to a full self-consistent calculation of the energy levels in the effective mass approximation. The well-resolved doublet associated to the electrons in the miniband allowed us to extract the quantum mobilities associated to both extremal orbits of the Fermi mini-surface (belly and neck). The data analysis was done by using specially developed procedures, which have the advantage of not requiring the use of sophisticated Fourier filters. The detection of Tamm states throught Shubnikov-de Haas oscillations was done for the first time in superlattices in which the Tammm states are degenerate. On account of the fact that the quantum mobility of the Tamm electrons is about a factor of two greater than the quantum mobility of the miniband electrons, the Shubnikov-de Haas oscillations are dominated by electrons from the Tamm states, especially at weak magnetic fields, despite of the fact that the amount of Tamm electrons is only about 10% of the total amount of free carriers in our sample. The InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As:Si superlattices also display a strong reduction in the amount of free carriers when the period of the superlattice decreases. This reduction reaches 60% when the superlatticess period is decreased by only 20%. This reduction correlates with the amount of doping atoms that fall into the interfacial layer InAs IND. X P IND. 1-X which is formed when InP is grown on In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As. A study of a set of 8 samples allowed us to estimate that the interfacial layer is approximately 20 ANGSTRONS thick. The experimental data indicate that the Si atoms which fall into the interfacial form deep levels with an activation energy larger than 50 meV.

Os resultados apresentados neste trabalho estão sistematizados em três partes. Em uma primeira etapa, efetuamos um estudo sistemático do comportamento da estrutura eletrônica em super-redes de deltas em função do período da super-rede e em função da concentração planar de dopantes. Uma nova abordagem, que se baseia no método celular e na solução autoconsistente das equações de Schroedinger e de Poisson, foi desenvolvida e aplicada para super-redes com dopagem planar tipo n em GaAs e em silício. Em ambos os casos, foi observada a transição de um comportamento eletrônico de caráter bi- para tridimensional conforme o período da super- rede diminui. No caso de super-redes de deltas de Si em GaAs foi empreendido o cálculo da energia de corte nos espectros de fotoluminescência de excitação. Uma boa concordância com as medidas experimentais foi obtida. O estudo da estrutura eletrônica para o caso de super-rede de deltas de Sb em Si foi pioneiro. Isto tornou os resultados de nossa investigação teórica de importância fundamental para experimentais e teóricos atuando na 6rea. A concordância entre nossas previsões teóricas e dados experimentais da literatura demonstram a consistência e o poder da abordagem desenvolvida. Em uma segunda etapa, foi efetuado o estudo da distribuição espacial do campo elétrico interno em heteroestruturas contendo camadas tipo \"bulk\", compostas por GaAs e (A1Ga)As. Uma nova abordagem foi desenvolvida para a execuqi3o de cálculos dos perfis de potencial eletrostático e de campo elétrico, sem assumir a ionização total dos dopantes e a não-degenerescência do material. Nosso método transforma a equação de Poisson em uma equação integral que deve ser resolvida autoconsistentemente. Os exemplos numéricos demonstram a aplicabilidade de nossa abordagem a sistemas reais. Perfis do campo elétrico calculados são usados para interpretar os espectros de fotorefletância. Em uma terceira etapa, a teoria geral da fotorefletância de heteroestruturas semicondutoras foi desenvolvida neste trabalho para tornar a interpretação de espectros de fotorefletância precisa e de aplicação eficiente. Um novo metodo de cdculo do coeficiente de reflexgo na presenga de inomogeneidade espacial da funggo dieletrica no interior de cada camada fmeceu um novo patamar de cornpreens20 dos espectros de fotorefletiincia. Este metodo e baseado na construgiio de uma matriz de transferhcia que iraclui as inomogeneidades no interior da camada de um mod0 integral. Portanto, para descrever uma camada de heteroestrutura e preciso ter apenas uma ma& de transferencia. 0s resultados de simulag6es numericas de espectros da fotoreflethcia estilo em uma concordhcia bastante boa com aqueles obtidos atravb de medidas opticas. A eficiencia de nosso metodo o torna aplicavel a simulag6es tip0 \"on-line\". 0s resultados dos metodos anteriores sgo reproduzidos como casos limites de nossa abordagem geral. / The results presented in this work can be displayed along the following three lines. In the first we performed a systematical study of the electronic structure behavior in delta superlattices as a function of superlattice period and sheet doping concentration. A new approach, based on the cellular method and on the selfconsistent solution of Schroedinger and Poisson equations, was developed and applied to superlattices with n-type delta doping in GaAs and silicon. In both cases, a transition from bi- to three- dimensional electronic behavior with the decrease of superlattice period was observed. For Si delta-doping superlattices in GaAs we performed calculations of the energy threshold in the photoluminescence excitation spectra. A good agreement with experimentally measured values was observed. Our investigation of the electronic structure of Sb delta-doping superlattices in Si was a pioneer theoretical study. Due to thls fact, the results of our work are of great importance for experimentalists and theoreticians acting in this area. The agreement between our theoretical predictions and the available experimental data demonstrates the consistency and the power of the developed approach. Along the second line we studied electric field spatial distribution inside of heterosinctures containing bulk layers of GaAs and (A1Ga)As. A new approach was developed to calculate the electrostatic potential and electric field profiles, providing the possibility to take .into account the incomplete ionization of impurities and the degeneracy of the materials. Our method transforms the Poisson equation into an integral equation, which must be solved selfconsistently. Numerical examples show the way to apply our approach to real systems. Internal electric field proiiles, calculated by means of our method are used to interpret photoreflectance spectra. In the third line, a general theory of photoreflectance for semiconductor heterostructures was developed in this work to make the interpretation of fotoreflectance spectra more precise and straightfornard. A new method to calculate the reflection coefficient in the presence of weak spatial inhomogenities of the dielectrical function inside each layer, provided us with a new degree of comprehension of the photoreflectance spectra. This method is based on the construction of a transfer matrix which includes the inhomogenities inside the layer in an integral way. This explains why we need only one matrix to describe one layer of the heterostructure. Results of our numerical simulations are in very good agreement with data of optical measurements. The efficiency of our method makes it suitable for on-line simulations. The results of previous methods emerge from our general approach as limit cases.

Os resultados apresentados neste trabalho estão sistematizados em três partes. Em uma primeira etapa, efetuamos um estudo sistemático do comportamento da estrutura eletrônica em super-redes de deltas em função do período da super-rede e em função da concentração planar de dopantes. Uma nova abordagem, que se baseia no método celular e na solução autoconsistente das equações de Schroedinger e de Poisson, foi desenvolvida e aplicada para super-redes com dopagem planar tipo n em GaAs e em silício. Em ambos os casos, foi observada a transição de um comportamento eletrônico de caráter bi- para tridimensional conforme o período da super- rede diminui. No caso de super-redes de deltas de Si em GaAs foi empreendido o cálculo da energia de corte nos espectros de fotoluminescência de excitação. Uma boa concordância com as medidas experimentais foi obtida. O estudo da estrutura eletrônica para o caso de super-rede de deltas de Sb em Si foi pioneiro. Isto tornou os resultados de nossa investigação teórica de importância fundamental para experimentais e teóricos atuando na 6rea. A concordância entre nossas previsões teóricas e dados experimentais da literatura demonstram a consistência e o poder da abordagem desenvolvida. Em uma segunda etapa, foi efetuado o estudo da distribuição espacial do campo elétrico interno em heteroestruturas contendo camadas tipo \"bulk\", compostas por GaAs e (A1Ga)As. Uma nova abordagem foi desenvolvida para a execuqi3o de cálculos dos perfis de potencial eletrostático e de campo elétrico, sem assumir a ionização total dos dopantes e a não-degenerescência do material. Nosso método transforma a equação de Poisson em uma equação integral que deve ser resolvida autoconsistentemente. Os exemplos numéricos demonstram a aplicabilidade de nossa abordagem a sistemas reais. Perfis do campo elétrico calculados são usados para interpretar os espectros de fotorefletância. Em uma terceira etapa, a teoria geral da fotorefletância de heteroestruturas semicondutoras foi desenvolvida neste trabalho para tornar a interpretação de espectros de fotorefletância precisa e de aplicação eficiente. Um novo metodo de cdculo do coeficiente de reflexgo na presenga de inomogeneidade espacial da funggo dieletrica no interior de cada camada fmeceu um novo patamar de cornpreens20 dos espectros de fotorefletiincia. Este metodo e baseado na construgiio de uma matriz de transferhcia que iraclui as inomogeneidades no interior da camada de um mod0 integral. Portanto, para descrever uma camada de heteroestrutura e preciso ter apenas uma ma& de transferencia. 0s resultados de simulag6es numericas de espectros da fotoreflethcia estilo em uma concordhcia bastante boa com aqueles obtidos atravb de medidas opticas. A eficiencia de nosso metodo o torna aplicavel a simulag6es tip0 \"on-line\". 0s resultados dos metodos anteriores sgo reproduzidos como casos limites de nossa abordagem geral. / The results presented in this work can be displayed along the following three lines. In the first we performed a systematical study of the electronic structure behavior in delta superlattices as a function of superlattice period and sheet doping concentration. A new approach, based on the cellular method and on the selfconsistent solution of Schroedinger and Poisson equations, was developed and applied to superlattices with n-type delta doping in GaAs and silicon. In both cases, a transition from bi- to three- dimensional electronic behavior with the decrease of superlattice period was observed. For Si delta-doping superlattices in GaAs we performed calculations of the energy threshold in the photoluminescence excitation spectra. A good agreement with experimentally measured values was observed. Our investigation of the electronic structure of Sb delta-doping superlattices in Si was a pioneer theoretical study. Due to thls fact, the results of our work are of great importance for experimentalists and theoreticians acting in this area. The agreement between our theoretical predictions and the available experimental data demonstrates the consistency and the power of the developed approach. Along the second line we studied electric field spatial distribution inside of heterosinctures containing bulk layers of GaAs and (A1Ga)As. A new approach was developed to calculate the electrostatic potential and electric field profiles, providing the possibility to take .into account the incomplete ionization of impurities and the degeneracy of the materials. Our method transforms the Poisson equation into an integral equation, which must be solved selfconsistently. Numerical examples show the way to apply our approach to real systems. Internal electric field proiiles, calculated by means of our method are used to interpret photoreflectance spectra. In the third line, a general theory of photoreflectance for semiconductor heterostructures was developed in this work to make the interpretation of fotoreflectance spectra more precise and straightfornard. A new method to calculate the reflection coefficient in the presence of weak spatial inhomogenities of the dielectrical function inside each layer, provided us with a new degree of comprehension of the photoreflectance spectra. This method is based on the construction of a transfer matrix which includes the inhomogenities inside the layer in an integral way. This explains why we need only one matrix to describe one layer of the heterostructure. Results of our numerical simulations are in very good agreement with data of optical measurements. The efficiency of our method makes it suitable for on-line simulations. The results of previous methods emerge from our general approach as limit cases.