WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

3.1. Фотолюминесценция изолированных AlGaAs–GaAs–AlGaAs-квантовых ям В этом разделе представлены результаты спектроскопических исследований вспомогательной структуры образца — системы двух изолированных, планарнонеоднородных КЯ GaAs в структуре AlxGa1-x As– Рис. 4. Экспериментальные и теоретические зависимости параметров фотолюминесценции КЯ QWB от энергии GaAs(QWB)–AlxGa1-xAs–GaAs(QWC)–Alx Ga1-xAs.

EC в планарно-неоднородной структуре. a — 1 —экспеМы определили из спектров ФЛ энергетические полориментальная зависимость энергии EB от EC, 2–5 —зажения максимумов линий B (EB) и C (EC) в различных висимости рассчитанных значений энергии оптических петочках образца. На рис. 4, a приведена построенная реходов e1-hh1 для прямоугольной КЯ шириной Wнами на основе этих измерений зависимость EB от EC (QWB ) от аналогичных значений КЯ шириной W2 (QWC):

(зависимость 1). Экспериментальные точки этой за2 — W1 = WB, W2 = WC, WB /WC = 0.36; 3 — W1 = висимости расположены в основном несколько ниже = WB + 2m, W2 = WC + 2m, WB /WC = 0.36; 4 — W1 = WB + m, теоретической кривой 2, рассчитанной для энергии опW2 = WC + 2m, WB /WC = 0.36; 5 — W1 = WB, W2 = WC + 2m, тических переходов Ee1-hh1 = Ee1 - Ehh1 между ниж- WB/WC = 0.36; b — экспериментальная зависимость относиним электронным уровнем Ee1 в зоне проводимости и тельной интенсивности линии B от энергии EC.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах с использованием... характер отклонений (линии ФЛ смещены в красную об- На рис. 4, b показана зависимость относительной ласть относительно рассчитанных значений) позволяет интенсивности линии B (отношения интенсивности липредположить, что причиной такого поведения линий нии B к интенсивности линии C в точках их максиизлучения может быть наличие рельефа гетерограниц мумов) от EC — энергетического положения линии C.

КЯ с характерным размером ступенек в плоскости Начало резкого, близкого к экспоненциальному спада гетерограницы, большим чем размер экситона. В этом интенсивности излучения из узкой КЯ QWB хорошо случае преимущественный вклад в излучение дают оп- соответствует расчетной оценке ее средней ширины, тические переходы из более широких областей КЯ, что равной трем монослоям (расчетные кривые на рис. 4, a).

и приводит к длинноволновому смещению линий ФЛ В рамках рассматриваемой модели смещения гетероиз КЯ [13].

границ на один монослой это означает, что при такой Предположив для каждой гетерограницы возможность ширине КЯ остается один монослой GaAs, не затронуотклонения на ширину одного монослоя m (расстояние тый смещением положения гетерограниц. Дальнейшее между соседними кристаллографическими плоскостяуменьшение ширины КЯ ведет к тому, что ступеньки ми Ga в GaAs) как в одну, так и в другую сторогетерограниц все больше нарушают целостность слоя ну от среднего положения, мы получили кривую 3, GaAs, приводя к разрыву его на отдельные островки.

рассчитанную для оптических переходов в наиболее В этом случае, по-видимому, еще существуют КЯ ширишироких участках КЯ шириной WB + 2m и WC + 2m для ной в два монослоя и условия для рекомбинации обраКЯ QWB и QWC соответственно. В этом случае WB зовавшихся экситонов. Мы полагаем, что наблюдаемый и WC имеют смысл средних значений ширины КЯ, а их в этих условиях экспоненциальный спад интенсивности отношение остается равным отношению времен роста линии B связан с разрывом последнего ненарушеннослоев (WB/WC = 0.36). На рис. 4, a приведены также го монослоя КЯ, что затрудняет движение носителей кривые 4 и 5, рассчитанные для ширины КЯ QWB, в КЯ, предшествующее образованию экситонных пар.

равной WB + m и WB соответственно, при этом ширина Излучательная рекомбинация при этом затруднена тем, КЯ QWC оставалась равной WC + 2m.

что значительная часть электронов и дырок остается Теоретические кривые на рис. 4, a рассчитаны для пространственно разделенной в плоскости КЯ.

значений ширины узкой КЯ, заданных с шагом в один Предложенная модель и проведенный на ее осномонослой. Таким образом, точки на этих кривых позве анализ экспериментальных данных позволяют полуволяют оценить среднюю ширину КЯ QWB для сочить локальные значения ширины неоднородных слоев ответствующих экспериментальных значений энергии с учетом структуры гетерограниц КЯ. Эти значения линий ФЛ.

были получены исходя из экспериментальных значеЭкспериментальные значения на рис. 4, a хорошо ний энергий максимума линии C (ECi), соотношения согласуются с рассчитанной кривой 3 для больших ECi = Ee1-hh1(WCi + 2m) и известного отношения врезначений ширины КЯ, однако в области малых толщин мен роста слоев. Здесь Ee1-hh1(WCi + 2m) — расслоев (WB < 3m) кривая 3 заметно отклоняется вниз от считанная энергия перехода e1-hh1 для КЯ шириной экспериментальных значений. С уменьшением ширины (WCi + 2m), индекс i нумерует точки измерения на КЯ (увеличением EC) экспериментальная зависимость поверхности образца.

пересекает кривую 4 и приближается к кривой 5.

Как известно, на величины интенсивности ФЛ для Наблюдаемая картина хорошо соответствует предпоQWB и QWC, измеренные в разных точках образца, лагаемой структуре гетерограниц. При больших знамогут влиять факторы, непосредственно не связанные с чениях толщины слоев обе КЯ достаточно широки и излучательным процессом. Это могут быть различные содержат участки с отклонениями ширины от среднего условия отражения света на разных участках поверхзначения на 2 монослоя за счет изменения положений ности образца, пространственные флуктуации уровня обеих гетерограниц, такие участки с увеличенной шибезызлучательной рекомбинации на поверхности и в риной и дают преимущественный вклад в излучение.

объеме структуры, целый ряд факторов аппаратурного При уменьшении толщины слоев для узкой КЯ (QWB) характера и так далее. Все они создают фоновые коначинает сказываться коррелирующее влияние рельелебания уровня абсолютной интенсивности ФЛ, затрудфа нижней гетерограницы на характер неоднородности няющие анализ получаемых зависимостей. Поэтому в верхней гетерограницы, что присуще послойному роряде случаев предпочтительнее исследовать зависимость сту таких структур. При этом уменьшается суммарная относительной интенсивности ФЛ двух аналогичных площадь участков КЯ, на которых отклонения двух объектов (например, QWB и QWC) от каких-либо парагетерограниц находятся в противофазе. Для предельно метров для минимизации влияния фоновых факторов.

узкой КЯ рельеф верхней гетерограницы в основном При этом можно ожидать, что зависимость относиповторяет рельеф нижней. В этой ситуации существенно тельной интенсивности для QWB и QWC от ширины уменьшается доля участков КЯ с увеличенной шириной, КЯ в значительно меньшей степени будет зависеть от так что все большая доля излучения формируется в узких областях КЯ. При этом ширина КЯ QWC оста- факторов фонового характера и будет чувствительна в ется достаточно большой и ее излучение соответствует основном к особенностям излучательного процесса в областям с шириной WC + 2m. системе QWB-QWC.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 460 Ю.В. Хабаров, В.В. Капаев, В.А. Петров ментальной кривой соответствуют значениям WB, при которых энергетическое положение уровня размерного квантования дырок либо близко к энергии потенциального барьера для дырок U0 на границах КЯ, либо отстоит от нее на энергию порядка энергии продольного оптического фонона. Так, первый максимум на кривой (рис. 5, a) находится при значениях WB, когда дно нижней размерной подзоны тяжелых дырок находится примерно на 35 мэВ ниже U0. Этому же максимуму кривой 1 соответствует аналогичная ситуация и для электронов. Последующие максимумы соответствуют ситуациям, когда донья второй или третьей дырочных подзон имеют энергии порядка U0, т. е. соответствуют значениям WB, при которых в КЯ появляется следующая дырочная подзона. В этом случае осцилляции относительной интенсивности ФЛ от ширины КЯ, повидимому, можно связать с немонотонным изменением эффективности захвата фотовозбужденных дырок в КЯ, обусловленным изменением энергетических положений квантовых подзон в КЯ при изменении ее ширины.

Нужно отметить, что величина U0 выступает здесь как точка отсчета энергии, что свидетельствует, по нашему мнению, о том, что процесс заполнения КЯ происходит из барьерных слоев дырками, релаксировавшими на дно валентной зоны в барьерах.

3.2. Фотолюминесценция туннельно-связанных GaAs–InGaAs–GaAs-квантовых ям Спектр ФЛ структуры, состоящей из двух туннельносвязанных КЯ QWE и QWF, состоит из интенсивной Рис. 5. a — зависимости экспериментальных значений отнолинии F и значительно менее интенсивной линии E, сительной (1) и абсолютной (2) интенсивностей линии B от которая при малой ширине туннельного барьера высредней ширины КЯ QWB. Стрелками отмечены рассчитанные глядит как высокоэнергетическое плечо линии F. При значения ширины КЯ QWB, при которых в ней появляются анализе спектра использовалась аппроксимация этих новые энергетические подзоны тяжелых дырок. b — рассчилиний двумя составляющими, описывающимися распретанные зависимости энергии уровней размерного квантования тяжелых дырок в КЯ QWB (кривые 1, 2 и 3 соответствуют 1, 2 делениями Лоренца. Параметры этой аппроксимации — и 3 подзонам), энергия отсчитывается от дна валентной зоны энергетические положения максимумов линий и площаузкозонного слоя КЯ в глубь валентной зоны.

ди под кривыми — использовались соответственно для анализа энергий оптических переходов и интегральных светимостей. На рис. 6 представлены зависимости этих параметров от ширины туннельного барьера WBAR. ВеНа рис. 5, a приведены зависимости относительной (зависимость 1) и абсолютной (зависимость 2) интен- личина WBAR определялась на основе найденной ранее сивностей линии B от значений средней ширины WB средней ширины WB квантовой ямы QWB с учетом квантовой ямы QWB. Как видно из рисунка, зависи- соотношения времен роста слоев КЯ QWB и туннельного мость 1 отчетливо демонстрирует наличие максимумов барьера (см. рис. 1).

и минимумов. В то же время разброс эксперименталь- Обсудим вначале поведение зависимостей энергетиных точек на зависимости 2 не позволяет уверенно ческих положений линий F и E от ширины туннельного сделать аналогичный вывод. барьера WBAR. Если предположить, что линия F связана На рис. 5, a видно, что зависимость относительной с межзонными переходами типа e1-hh1, а линия E с пеинтенсивности ФЛ линии B от WB имеет осциллиру- реходами типа e2-hh1, т. е. с переходами соответственно ющий характер. Мы полагаем, что такое ее поведение из первой и второй общих электронных подзон двух связано с процессами, приводящими к перераспределе- ТСКЯ в первую общую подзону тяжелых дырок, то необнию рекомбинационных потоков носителей между КЯ. ходимо отметить, что первый переход является пракСопоставляя экспериментальную зависимость с рассчи- тически „прямым“ на диаграмме „энергия–координата“ танными зависимостями энергий уровней размерного для двух ТСКЯ, так как плотности электронов и дырок квантования тяжелых дырок в прямоугольной КЯ от WB на уровнях e1 и hh1 сосредоточены в основном в одной (рис. 5, b), можно заметить, что максимумы экспери- КЯ QWF. Второй же переход является „непрямым“ в Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Исследования физических явлений в полупроводниковых наноструктурах с использованием... увеличении WBAR с линейным участком при WBAR > 5нм.

Это подтверждается результатами статистической обработки экспериментальных данных путем построения прямой регрессии, минимизирующей средний квадрат отклонения экспериментальных значений (пунктирная прямая 5 на рис. 6, a). Мы предположили, что эта линейная зависимость может быть связана с присутствием встроенного поперечного электрического поля в области квантовых ям. Действительно, в такой ситуации электрическое поле, как следует из зонной диаграммы на вставке рис. 3, практически не изменяет энергию „прямого“ межзонного перехода e1-hh1 в QWF при увеличении WBAR, в то время как энергия „непрямого“ перехода e2-hh1 должна линейно расти с ростом ширины барьера. Мы рассчитали энергии межзонных оптических переходов типа e1-hh1 и e2-hh1 в присутствии постоянного поперечного электрического поля и получили хорошее согласие экспериментальных данных с расчетными при напряженности электрического поля 5 · 103 В/см. На рис. 6, a показано совпадение расчетных значений энергии переходов типа e2-hh1 (кривая 4) с экспериментальными (линия E) для WBAR > 5нм.

Этот результат соответствует рекомбинации без образования „непрямых“ экситонов, что естественно ожидать для туннельного барьера достаточно большой ширины.

Необходимые для расчета параметры слоев КЯ QWE и QWF (толщины и содержание In) были определены из данных эксперимента с учетом возможной радиальной неоднородности слоев. Эти слои технологически формировались с усреднением пространственного распреРис. 6. Зависимости экспериментальных и теоретических деления молекулярных потоков в результате вращения значений параметров ФЛ системы ТСКЯ от ширины туннельподложки. Поэтому процедура определения параметного барьера. a — зависимости экспериментальных значений ров этих слоев также включала в себя усреднение энергии максимума линий E (1) и F (2) и теоретические по исследованной полуокружности образца найденных зависимости энергии оптических переходов e1-hh1 (3) и значений толщины барьерного слоя с последующим e2-hh1 (4), прямая регрессии экспериментальных значений учетом соотношений времени роста этого слоя и слоев энергии максимума линии E (5). b — зависимости экспериInyGa1-y As и возможных значений параметра y. За ментальных значений абсолютных интенсивностей линий F (1) истинную величину параметра y было принято то его и E (2), а также относительной интенсивности линии E (3) значение, которое обеспечило соответствие расчетных и теоретические зависимости квадратов интегралов перекрызначений энергии перехода e1-hh1 с экспериментальтия (P) волновых функций системы ТСКЯ от ширины тунными значениями энергетического положения линии F нельного барьера: 4, 5, 6 — переходы e1-hh1, e2-hh2, e2-hhсоответственно. с учетом энергии связи экситонов. В расчете также предполагалась возможность изменения положения гетерограниц КЯ в пределах двух монослоев. Таким образом, были определены следующие параметры КЯ: средняя координатном пространстве, так как электронная плотширина КЯ QWE WE = 6 нм, средняя ширина КЯ QWF ность сосредоточена в основном в QWE, а дырочная — WF = 10.3нм, y = 0.18. Более низкие значения содержав QWF. Очевидно, что при толщинах барьера, когда ния In в КЯ и толщин слоев по отношению к ожидаемым туннелирование между КЯ становится пренебрежимо (см. рис. 1) связаны, вероятно, с процессом сегрегации и малым, энергетическое положение обеих линий практииспарения In при эпитаксиальном росте этих слоев [11], чески не должно меняться при дальнейшем увеличении а также с возможной радиальной неоднородностью слоWBAR.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.