WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Возникает вопрос: какой вид экситонного транспорта осуществляется: резонансное туннелирование по минизонам (блоховский транспорт) или нерезонансное туннелирование с участием фононов Известно, что если неоднородное уширение энергетических уровней за счет флуктуаций ширины ямы или барьера при росте СР, а также за счет процессов рассеяния, превосходит половину ширины минизоны, то блоховский транспорт Рис. 4. Температурная зависимость вертикального транспорта в СР (1.85/1.85) нм. происходить не может. Очевидно, это имеет место для минизоны тяжелых дырок в СР (3.65/3.65) нм. Для СР Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 460 И.И. Решина, С.В. Иванов, Д.Н. Мирлин, И.В. Седова, С.В. Сорокин (2.95/2.95) и (1.85/1.85) нм проверить, осуществляется Таблица 2. Физические параметры кубических CdSe и MgSe, использованные в расчете энергий межподзонных переходов в ли блоховский транспорт тяжелых экситонов, можно CP CdSe/Cd1-xMgx Se путем изучения вертикального транспорта в магнитном поле, приложенном перпендикулярно оси СР (геометрия Параметр CdSe MgSe InAs Фойхта). Согласно теории [9], при некоторой пороговой величине магнитного поля, Bth, происходит расстройка a0, 6.077 5.89 6.резонанса между энергетическими уровнями соседних C11,H · м-2 6.67 · 1010 [13] 9.8 · 1010 [5] ям в СР, что приводит к эффективному сужению C12, H· м-2 4.63 · 1010 [13] 6.27 · 1010 [5] минизоны и уменьшению вертикального транспорта. a, эВ -3.664 [13] ac, эВ -2.625 [13] Этот эффект должен проявляться в магнитном поле b, эВ -0.8 [13] B > Bth как возрастание интенсивности люминесценции me/m0 0.11 [12] из СР. Оценки показывают, что в СР (2.95/2.95) нм mhh/m0 0.45 [12] при ширине минизоны тяжелых дырок 1.4 мэВ величина mlh/m0 0.145 [12] порогового магнитного поля Bth 7 Тл. Мы провели EG, эВ 1.765 [14] 4.05 [5] измерения в диапазоне 0–12 Тл, однако не наблюдали, эВ 0.42 [15] увеличения интенсивности люминесценции из СР. Таким образом, вертикальный транспорт в этом образце не Примечание. me/m0, mhh/m0, mlh/m0 — относительные эффективные массы электронов, тяжелых и легких дырок соответственно;

является блоховским. В СР (3.65/3.65) нм в диапазоне до a, ac, b — деформационные потенциалы. Значения EG даны при 6.5 Тл также не наблюдалось изменения интенсивности T = 2K.

люминесценции из СР (пороговое поле, по оценкам, равно 2.2 Тл). Измерения в магнитном поле для СР Измененные значения ширин запрещенных зон, свя(1.85/1.85) нм не проводились, так как пороговое поле занных с тяжелыми и легкими дырками, определяются лежит в недоступном для нас диапазоне (38 Тл), но следующими выражениями [11,12]:

для этой СР вертикальный транспорт имеет, вероятнее всего, блоховский характер. hh EG = EG + Ehy - Esh, (3) lh EG = EG + Ehy + Esh +, (4) 3.4. Расчет межподзонных энергетических переходов в сверхрешетках и сравнение = - Esh - ( - Esh)2 + 8(Esh)2, (5) 0 с экспериментом где — спин-орбитальное расщепление в ненапряженХотя величина деформации в исследованных СР мала, ной структуре.

в расчете энергий межподзонных переходов мы учиВ СР CdSe/CdMgSe, выращенных на подложках InAs, тывали изменение ширин запрещенных зон тяжелых и ямы испытывают сжатие, а барьеры растяжение. В ямах легких дырок для ям и барьеров вследствие деформации.

ширина запрещенной зоны, связанной с тяжелыми дырПосле этого уровни размерного квантования рассчиками, уменьшается, а связанной с легкими дырками, тывались по модели Бастарда [10]. Рост сверхрешеток увеличивается. Параметры, использованные в расчете, производился псевдоморфно, т. е. постоянные решеток приведены в табл. 2. Следует заметить, что в литературе в слоях ям, aw, и барьеров, ab, „подстраивались“ имеет место довольно большой разброс физических под постоянную решетки подложки, a0. Относительпараметров для CdSe и MgSe, а значения некоторых паная деформация решетки в квантовой яме составляла раметров вообще не известны. Так, встречаются разные w =(a0 - aw)/aw -0.003. Аналогично определялась значения для эффективных масс и ширины запрещенной деформация решетки в барьере. Изменения краев зон за зоны EG в CdSe. Для MgSe имеет место большой счет гидростатического и сдвигового напряжения равны разброс значений для EG, и отсутствуют значения эфсоответственно фективных масс и деформационных потенциалов.

Мы использовали для EG в барьерах Cd1-xMgx Se CEhy = 2aW 1 - w, (1) формулу, найденную экспериментально в работе [5], CEG(Cd1-xMgxSe) =xEG(MgSe) CEsh = bW 1 + 2 w, (2) +(1 - x)EG(CdSe) - Cx(1 - x), (6) Cгде C11 и C12 — постоянные жесткости, а aW и bW — где C = 0.2, EG(CdSe) =1.765 эВ, EG(MgSe) =4.05 эВ.

гидростатический и сдвиговый деформационные потен- Используя значения экситонных резонансов для обциалы для квантовой ямы. Аналогичные выражения кладок СР из спектров dR/dE и значения энергии справедливы для барьеров. Сдвиговая деформация при- связи объемного экситона CdSe 15 эВ, мы с помощью водит к противоположному направлению смещения кра- формулы (6) находили x, которое затем использовали в ев зон тяжелых и легких дырок, т. е. к их расщеплению. расчете для вычисления постоянных решетки и констант Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Экситонная фотолюминесценция и вертикальный транспорт фотовозбужденных носителей... 3.5. Рамановское рассеяние на оптических фононах Помимо исследований люминесценции проводились также исследования рамановского рассеяния в одиночных квантовых ямах CdSe и в СР CdSe/CdMgSe как при нерезонансном возбуждении с энергией 2.41 эВ, так и в условиях, близких к резонансу. Наблюдались полосы, соответствующие продольным оптическим фононам квантовой ямы, 1-го и 2-го порядков, LO и 2LO, и две полосы, соответствующие продольным оптическим фононам барьеров, LO1 (CdSe-подобный) и LO2 (MgSeподобный) (рис. 6). Таким образом, твердый раствор Cd1-xMgx Se характеризуется двухмодовым поведением.

Измерения для объемных слоев Cd1-xMgxSe показали, что при изменении содержания Mg от x = 0.06 до x = 0.23 частоты LO1 и LO2 изменялись соответственно от 284 до 307 см-1 и от 500 до 509 см-1.

4. Заключение Впервые исследованы спектры фотолюминесценции, возбуждения фотолюминесценции, рамановское рассеяРис. 6. Спектр рамановского рассеяния на продольных оптиние на оптических фононах и вертикальный транспорт ческих фононах. СР (2.95/2.95) нм. T = 30 K. Eexc = 1.96 эВ.

фотовозбужденных носителей в слабо-напряженных сверхрешетках СdSe/CdMgSe типа I, выращенных на подложках InAs методом молекулярно-пучковой эпижесткости барьеров путем линейной интерполяции межтаксии. Вертикальный транспорт сквозь сверхрешетку ду значениями для CdSe и MgSe. Значения эффективных в температурном интервале 20–180 K осуществляетмасс в барьерах определялись как значения эффектився преимущественно экситонами, и его эффективность ных масс в яме, умноженные на отношение ширин сильно зависит от величины периода СР. Измерения запрещенных зон барьера и ямы. Поскольку значения фотолюминесценции из СР в сильных магнитных погидростатического и сдвигового деформационных потенлях в геометрии Фойгта показали, что вертикальный циалов для MgSe неизвестны, мы сочли возможным транспорт в СР (2.95/2.95) и (3.65/3.65) нм не является использовать для барьеров те же значения, что и для ям блоховским. Проведены расчеты энергий межподзонCdSe, поскольку концентрация Mg невелика (x < 0.23).

ных переходов. Из сравнения с экспериментом полуВ табл. 1 (столбец 4) приводятся экспериментальные чена оценка энергии связи экситона в сверхрешетках значения разностей энергий легкого и тяжелого эксито- и величины относительного разрыва валентной зоны.

нов, найденные из спектров возбуждения люминесцен- Спектры рамановского рассеяния свидетельствуют о ции. Они сравниваются со значениями разностей пере- двухмодовом характере поведения оптических фононов ходов e-lh и e-hh, рассчитанными для двух значений в CdMgSe.

относительного разрыва валентной зоны Q = EV / EG Авторы благодарят А.А. Торопова за полезные обсуж(valence band offset). Удовлетворительное согласие для дения и признательны В.Ф. Сапеге за измерения одного разных СР получается при EV / EG в пределах 0.4–0.5.

из образцов в сильных магнитных полях и обсуждение Значение EV / EG = 0.3 из работы [5] приводит к больрезультатов.

шому расхождению с экспериментом в предположении Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант близких значений энергий связи тяжелого и легкого экситонов. Энергия связи тяжелого экситона, EB, ко- № 02-02-17673).

торую мы оцениваем как разность между расчетной энергией перехода E(e-hh) и экспериментальной энерСписок литературы гией тяжелого экситона, найденной из спектра возбуждения люминесценции, Ehh, также имеет более разумные [1] N. Peranio, A. Rosenauer, D. Gerthsen, S.V. Sorokin, I.V. Seзначения для EV / EG 0.4-0.5. Отметим также, что dova, S.V. Ivanov. Phys. Rev. B, 61, 16 015 (2000).

она уменьшается для СР с самым малым периодом, [2] I.I. Reshina, A.A. Toropov, S.V. Ivanov, D.N. Mirlin, M. Keim, как и должно быть, так как эта СР приближается к A. Waag, G. Landwehr. J. Cryst. Growth, 214/215, трехмерному пределу. (2000).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 462 И.И. Решина, С.В. Иванов, Д.Н. Мирлин, И.В. Седова, С.В. Сорокин [3] I.I. Reshina, S.V. Ivanov, D.N. Mirlin, A.A. Toropov, A. Waag, G. Landwehr. Phys. Rev. B, 64, 035 303 (2001).

[4] F.C. Zhang, H. Luo, N. Dai, N. Samarth, M. Dobrowolska, J.K. Furdyna. Phys. Rev. B, 47, 3806 (1993).

[5] V.A. Kaygorodov, V.S. Sorokin, I.V. Sedova, O.V. Nekrutkina, S.V. Sorokin, T.V. Shubina, A.A. Toropov, S.V. Ivanov. Acta Phys. Polon. A, 100 (3) 443 (2001).

[6] S.V. Ivanov, V.A. Kaygorodov, S.V. Sorokin, B.Ya. Meltser, V.A. Solov’ev, Ya.V. Terent’ev, O.G. Lyublinskaya, K.D. Moiseev, E.A. Grebenshchikova, M.P. Mikhailova, A.A. Toropov, Yu.P. Yakovlev, P.S. Kop’ev, Zh.I. Alferov. Appl. Phys. Lett., 82, 3782 (2003).

[7] A. Chomette, B. Deveaud, J.Y. Emery, A. Regreny, B. Lambert. Sol. St. Commun., 54, 75 (1985).

[8] S.V. Ivanov, O.G. Lyublinskaya, Yu.B. Vasilyev, V.A. Kaygorodov, S.V. Sorokin, I.V. Sedova, V.A. Solov’ev, B.Ya. Meltser, A.A. Sitnikova, T.V. L’vova, V.L. Berkovits, A.A. Toropov, P.S. Kop’ev. Appl. Phys. Lett., 84, 4777 (2004).

[9] А.М. Бережковский, Р.А. Сурис. ЖЭТФ, 86, 193 (1984).

[10] G. Bastard. Phys. Rev. B, 24, 5693 (1981).

[11] Г.Л. Бир и Г.Е. Пикус. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках (М., Наука, 1972).

[12] V. Pellegrini, R. Atanasov, A. Tredicucci, F. Beltram, C. Amzulini, L. Sorba, L. Vanzetti, A. Franciosi. Phys. Rev. B, 51, 5171 (1995).

[13] Yi-Hong Wu. IEEE J. Quant. Electron., 30, 1562 (1994).

[14] C. Guenaud, E. Deleporte, A. Filoramo, Ph. Lelong, C. Delalande, C. Morhain, E. Tournie, J.P. Faurie. J. Cryst. Growth, 184/185, 839 (1998).

[15] C.G. Van de Walle. Phys. Rev. B, 39, 1871 (1989).

Редактор Л.В. Шаронова Exitonic photoluminescence and vertical transport in CdSe/CdMgSe superlattices I.I. Reshina, S.V. Ivanov, D.N. Mirlin, I.V. Sedova, S.V. Sorokin Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

Spectra of photoluminescence, the photoluminescence excitation and the Raman scattering by phonons, as well as the vertical transport (along the growth direction) of photoexcited carriers and excitons, have been studied for the first time in lowstrained type I CdSe/CdMgSe superlattices grown by molecular beam epitaxy on InAs substrates. The vertical transport has been studied by a purely-optical method when an enlarged quantum well was incorporated into the superlattice as a sink for carriers and excitons that have tunneled through the superlattice.

At temperatures within the range 2–150 K, the vertical transport is predominantly due to free excitons, but for surperlattices with periods of 5.9 and 7.3 nm it is not a Bloch-like transport.

The comparison of calculated interband transition energies in superlattices with the experiment gives the relative valence band offset in the range 0.4–0.5. The two-mode character of CdMgSe optical phonons has been established from the spectra of Raman scattering.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.