Investigación

 

Exciton spectrum of surface-corrugated quantum wells: the adiabatic self-consistent approach

 

N. Atenco-Analco^a, N.M. Makarov^b, and F. Pérez-Rodríguez^a

 

^a Instituto de Física, Universidad Autónoma de Puebla, Apartado Postal J-48, Puebla, Pue., 72570, México

^b Instituto de Ciencias, Universidad Autónoma de Puebla, Priv. 17 Norte No 3417, Col. San Miguel Hueyotlipan, Puebla, Pue., 72050, México

 

Recibido el 18 de marzo de 2004;
aceptado el 6 de diciembre de 2004

 

Abstract

A theory for calculating the relaxation frequency v and the shift δω of exciton resonances in quantum wells with finite potential barriers and adiabatic surface disorder is developed. The adiabaticity implies that the correlation length R_c for the well width fluctuations is much larger than the exciton radius a₀ (R_c>> a₀). Our theory is based on the self-consistent Green's function method, and therefore takes into account the inherent action of the exciton scattering on itself. The self-consistent approach is shown to describe quantitatively the sharp exciton resonance. It also gives the qualitatively correct resonance picture for the transition to the classical limit, as well as within the domain of the classical limit itself. We present and analyze results for hh-exciton in a GaAs quantum well with Al_0.3Ga_0.7 As barriers. It is established that the self-consistency and finite height of potential barriers significantly influence on the line-shape of exciton resonances, and make the values of v and δω be quite realistic. In particular, the relaxation frequency v for the ground-state resonance has a broad, almost symmetric maximum near the resonance frequency ω₀, while the surface-induced resonance shift δω vanishes near ωw₀, and has different signs on the sides of the exciton resonance.

Keywords: Excitons; quantum wells.

 

Resumen

Se desarrolla una teoría para calcular la frecuencia de relajación v y el corrimiento δω de las resonancias excitónicas en pozos cuánticos con barreras de potencial finitas y desorden superficial adiabático. La adiabaticidad significa que la longitud de correlación R_c para las fluctuaciones del ancho del pozo es mucho mayor que el radio excitónico a₀ (R_c>> a₀). Nuestra teoría se basa en el método de la función autoconsistente de Green y, por lo tanto, toma en cuenta la acción inherente de la dispersión del excitón sobre sí misma. Se muestra que la aproximación autoconsistente describe cuantitativamente la resonancia excitónica aguda. Además, da una descripción cualitativamente correcta de la resonancia durante la transición al límite clásico, así como dentro del dominio del límite clásico mismo. Presentamos y analizamos resultados para el excitón hh en un pozo cuántico de GaAs con barreras de Al_0.3Ga_0.7 As. Se establece que la autoconsistencia y la altura finita de las barreras de potencial influyen significativamente sobre la forma de línea de las resonancias excitónicas y hacen que los valores de v y δω sean bastante realistas. En particular, la frecuencia de relajación v para la resonancia del estado base tiene un máximo ancho, casi simétrico cerca de la frecuencia de resonancia ω₀, mientras que el corrimiento δω de la resonancia, inducido por la superficie, se anula cerca de ω₀ y tiene signos diferentes a los lados de la resonancia excitónica.

Descriptores: Excitones; pozos cuanticos.

 

PACS: 71.35.-y; 78.67.De

 

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Acknowledgements

This work was partially supported by the Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT, Mexico) under Grant No. 36047-E, and VIEP-BUAP under Grant No. II 104-04/ING/G.

 

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