WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 4 Влияние интерфейсных ступенек роста на анизотропию экситонного излучения квантовых ям ZnCdSe/ZnSe © В.Х. Кайбышев, В.В. Травников¶ Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 7 сентября 2005 г. Принята к печати 21 сентября 2005 г.) При T = 8 K исследованы спектры экситонной люминесценции структур с одиночной квантовой ямой ZnCdSe/ZnSe. Обнаружено два типа анизотропии линейной поляризации экситонного излучения. Анизотропия первого типа соответствует поляризации излучения вдоль оси [011] и обусловлена излучением с нижнего уровня дублетного состояния тяжелых экситонов, локализованных в вытянутых вдоль оси [011] островках локализации. Второй тип анизотропии связан с процессами возбуждения свободных экситонов с волновыми векторами, превышающими волновой вектор света. Возбуждение реализуется через упругое рассеяние света на анизотропных интерфейсных шероховатостях, обусловленных ступеньками роста. Анизотропия второго типа соответствует поляризации излучения вдоль оси [011] и является следствием воздействия деформационных эффектов, возмущающих дырочные состояния вблизи ступенек роста. Деформация возникает в этих областях за счет разной величины постоянных решетки материала барьера и ямы.

PACS: 71.35.-y, 73.20.Mf, 78.67.De 1. Введение В данной работе в спектрах экситонного излучения структуры с одиночной квантовой ямой ZnSe/ZnCdSe, В квантовых ямах, изготовленных на основе кубивыращенной вдоль высокосимметричного направлеческих полупроводниковых материалов, часто наблюния [100], обнаружено два типа поляризационной анидается анизотропия оптических свойств. В частности, зотропии экситонного излучения. Первый тип анизоэто проявляется в наличии линейной поляризации в тропии, по аналогии с работой [5], обусловлен анизоплоскости ямы для экситонного излучения, выходящего тропией излучения экситонов, локализованных на вынормально к поверхности ямы. Основным типом структянутых вдоль оси [011] островках. Островки локализатур с квантовыми ямами, для которых наблюдалась ции формируются ступеньками роста на интерфейсных оптическая анизотропия излучения, являются структуповерхностях. Для этого типа анизотропии излучение ры, выращенные на разориентированных (относительно преимущественно поляризовано вдоль оси [011]. Втоглавных кубических осей) подложках, т. е. на подложках, рой тип обнаруженной нами анизотропии соответствует ориентированных вдоль низкосимметричных направлепреимущественной поляризации экситонного излучения ний [1,2]. Для структур, выращенных вдоль высокосим вдоль оси [011], т. е. по своему характеру этот тип анизометричных направлений (таких, например, как [100]), тропии ортогонален первому. Анизотропия второго типа анизотропия наблюдалась в случае, когда материалы, зависит от энергии возбуждающего света и проявляется образующие квантовую яму, не имеют общих анионов только при возбуждении в области непосредственно и катионов на интерфейсе гетеропереходов [3,4]. И в выше основного экситонного состояния ямы. Мы полагатом и в другом случае наблюдаемая линейная полярием, что этот тип анизотропии обусловлен анизотропией зация объяснялась зависимостью матричных элементов специфического канала поглощения света, в результате оптических межзонных переходов от ориентации полякоторого возбуждаются свободные экситоны с волновыризации света в плоскости ям.

ми векторами, существенно превышающими волновой Еще один тип оптической анизотропии, наблюдавшийвектор света. Этот канал поглощения света возникает за ся [5] для структуры GaAs/GaAsAl, выращенной вдоль счет процессов упругого рассеяния на шероховатостях высокосимметричного направления [001], был связан интерфейсных поверхностей. Анизотропия поглощения с излучением экситонов, локализованных в островках связана с дирекционной анизотропией профилей ше материала ямы GaAs, вытянутых вдоль оси [110]. В рароховатостей и деформациями, которые возникают в ботах [6,7] предложена модель, объясняющая появлеобласти ступенек роста за счет различия постоянных ние линейной поляризации излучения локализованных решетки материала ямы и барьера.

экситонов. В этой модели рассматривается локализация экситона на флуктуациях ширины квантовой ямы, имеющих форму прямоугольного островка. Показано, что 2. Экспериментальные результаты электронно-дырочное обменное взаимодействие приводит к расщеплению радиационного дублета экситона на Исследуемая структура с одиночной квантовой ямой две компоненты, поляризованные вдоль сторон прямобыла выращена методом MBE на подложке GaAs угольника.

с направлением роста [100]. В этой структуре яма ¶ E-mail: travn@spectr.ioffe.ru Zn0.87Cd0.13Se толщиной 5 нм расположена между буВлияние интерфейсных ступенек роста на анизотропию экситонного излучения квантовых ям... анизотропию линейной поляризации экситонного излучения. При этом оказалось, что как величина обнаруженной анизотропии, так и направление преимущественной линейной поляризации зависят от энергии и поляризации возбуждающего света.

На рис. 1 представлены спектры люминесценции, полученные при возбуждении высоко в зону барьера ZnSe с использованием UV-линий Ar+-лазера для двух поляризаций детектирования вдоль осей x [011] (спектр 1) и y [011] (спектр 2). Поляризация возбуждения в этом случае не оказывает влияния на спектры ФЛ.

Наблюдаемая полоса ФЛ соответствует люминесценции, связанной с основным экситонным состоянием ямы. Кривая 3 на рис. 1 соответствует отношению A(Eem) =Ix (Eem)/Iy (Eem), где Ix(Eem) и Iy(Eem) —интенсивности излучения фотонов с энергией Eem и поляризацией детектирования вдоль оси x и y соответственно. Из рис. 1 видно, что в целом по полосе ФЛ Рис. 1. Спектры фотолюминесценции, полученные при возвеличина A меньше единицы, и лишь в коротковолбуждении UV-линиями Ar+-лазера. Спектр 1 получен при новой части полосы для энергий излучения Eem > E1H поляризации детектируемого излучения Edet [011], а спектр (где E1H — энергия основного экситонного состояния, соответствует Edet [011]. Спектр 3 получен делением спекобразованного тяжелой дыркой) отношение A примерно тра 1 на спектр 2. На правой ординате представлены соответравно единице. Таким образом, в представленном случае ствующие величины отношения A.

спектры экситонной люминесценции анизотропны, с преимущественной линейной поляризацией излучения вдоль оси [011]. При комнатной температуре при тех ферным слоем ZnSe толщиной 25 нм, выращенным же условиях эксперимента обнаружить анизотропию непосредственно на подложке GaAs и наружным слоем люминесценции не удалось.

ZnSe толщиной 20 нм. По результатам рентгеновских Для энергий возбуждения вблизи резонанса E1H обнаизмерений разориентация поверхности подложки не преружено изменение характера анизотропии экситонного вышала 10.

излучения на противоположный, с преимущественной Возбуждение спектров люминесценции и рассеяния осуществлялось с помощью перестраиваемого лазера на красителе, накачиваемого ультрафиолетовыми (UV) линиями Ar+-лазера. Для исследования спектров отражения использовалось излучение лампы накаливания.

Исследования проводились при T 8 K. Возбуждение и регистрация осуществлялись в геометрии „назад“, под углами, близкими к нормальному падению на поверхность исследуемого образца. Линейные поляризации для возбуждающего и детектируемого света были ориентированы либо строго вертикально (пусть это будет ось y), либо строго горизонтально (ось x). Основные эксперименты были выполнены при ориентации кристаллографической оси [011] вдоль y, а оси [011] соответственно вдоль x. При необходимости исследования линейной поляризации вдоль кристаллографических направлений [010] и [001] образец поворачивался на 45.

В спектрах отражения исследованных структур проявлялись особенности, обусловленные тяжелым и легким экситонами. Интенсивность спектров отражения не зависела от поляризации падающего света. В пределах эксРис. 2. Спектры излучения, соответствующие Eex = 2.700 эВ.

периментальной ошибки спектры отражения совпадали Спектр 1 получен при использовании поляризаций друг с другом во всем исследованном диапазоне как для возбуждения и детектирования, параллельных оси [011] линейной поляризации света вдоль осей [011] и [011], (Eex Edet [011]), а спектр 2 при Eex Edet [011], так и для поляризации вдоль осей [010] и [001].

спектр 3 — результат деления спектра 1 на спектр 2.

В отличие от спектров отражения при исследовании Спектр 4 аналогичен спектру 3 для поляризаций возбуждения спектров фотолюминесценции (ФЛ) мы обнаружили и детектирования вдоль осей [010] и [001].

6 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 466 В.Х. Кайбышев, В.В. Травников на рис. 2 получен делением спектра 1 на спектр 2 и соответствует зависимости от энергии излучения Eem отношения:

A(Eem) =Ix (Eem)/Iy (Eem). (1) x y В этом соотношении для интенсивностей излучения использовано обозначение, в котором нижний, подстрочный индекс соответствует поляризации детектирования, а верхний, надстрочный знак соответствует поляризации возбуждения. Для поляризаций возбуждения и детектирования вдоль осей [001] и [010] спектры практически совпадают друг с другом. Спектр 4 на рис. 2 получен с использованием соотношения (1) для поляризаций вдоль осей [001] и [010]. Величина отношения A(Eem) в этом случае, в пределах экспериментальной точности, равна 1. При ориентации поляризаций возбуждения и детектирования вдоль осей [011] и [011] экситонное из лучение поляризовано преимущественно вдоль оси [011] и величина A(Eem) существенно превышает единицу (спектр 3).

Представленные на рис. 1 и 2 результаты говорят о том, что анизотропия экситонного излучения существенным образом зависит от энергии возбуждения. Для детального исследования этой зависимости мы измеряли спектры возбуждения (СВ) экситонного излучения — зависимости интенсивности детектируемого излучения от энергии возбуждающего света. На рис. 3 представлены СВ для энергий детектирования, меньших энергии основного экситонного состояния E1H ( 2.671 эВ): Edet = 2.659 эВ (a) и Edet = 2.669 эВ (b).

Для Edet = 2.659 эВ в спектрах выделяются два широких максимума, соответствующих основным состояниям тяжелого (E1H) и легкого экситона (E1L), а также слабые узкие линии 1LO и 2LO, образующиеся в результате процессов рассеяния с участием продольных оптических Рис. 3. Спектры возбуждения, соответствующие Edet = фононов (рис. 3, a). С увеличением энергии детектирова= 2.659 эВ (a) и Edet = 2.669 эВ (b). Спектры 1 измерены при ния линии LO становятся доминирующими особенностя использовании конфигурации Eex Edet [011], а спектры ми СВ (рис. 3, b), кроме того с длинноволновой стороны при Eex Edet [011]. Спектры 3 получены делением спекот этих линий появляется тонкая структура, связанная тров 1 на спектры 2. Соответствующие величины отношения A с участием в формировании детектируемого излучепредставлены на правой ординате. Стрелками отмечено полония упомянутых выше фононных состояний a, b, c [8].

жение дна зон тяжелого (E1H) и легкого (E1L) экситонов.

При регистрации спектров использованы следующие конфигурации поляризаций возбуждения и детектирова ния: Eex Edet x [011] (спектры 1) и Eex Edet y [011] поляризацией вдоль ортогональной оси [011]. На рис. (спектры 2). Спектры 3 получены делением спектров представлены спектры излучения, полученные при энерна спектры 2 и соответствуют зависимости от энергии гии возбуждения Eex = 2.700 эВ. При таком возбуждевозбуждения Eex отношения (1) для фиксированной нии в спектре помимо широкой полосы ФЛ основного энергии детектирования Edet:

экситонного состояния присутствует линия 1LO, соответствующая рамановскому рассеянию на продольном A(Eex) =Ix(Eex )/Iy(Eex ). (2) x y оптическом фононе материала ямы ZnCdSe, а также линии горячей люминесценции a, b и c, формирующиеся Из рис. 3 видно, что отношение A(Eex) имеет немос участием других оптических фононов ямы [8]. Спектр 1 нотонную зависимость с выраженным максимумом в на рис. 2 получен с использованием поляризаций воз- области 2.695 эВ. При этом энергетическое положебуждения (Eex ) и детектирования (Edet), параллельных ние максимума, его величина, а также общая форма оси x (совпадающей здесь и в дальнейшем с осью [011]), спектра A(Eex) при изменении энергии детектирования а для спектра 2 Eex Edet y (ось [011]). Спектр 3 в области Edet < E1H меняются незначительно. Следует Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние интерфейсных ступенек роста на анизотропию экситонного излучения квантовых ям... отношения A(Eex) (по всему спектру это отношение больше 1), так и по общей форме, спектр 3 аналогичен спектру 2, полученному по формуле (2). Это свидетельствует в пользу того, что процессы, ответственные за преимущественную поляризацию вдоль оси [011], величина которой зависит от энергии возбуждения, связаны с процессами возбуждения.

Спектр 4 на рис. 4 соответствует отношению интенсивностей ортогональных поляризаций излучения, полученных суммированием по обеим поляризациям возбуждения:

A(Eex) = Ix (Eex) +Iy(Eex) Ix (Eex) +Iy (Eex).

x x y y (4) Отношение (4) фактически характеризует анизотропию излучения для изотропного, неполяризованного возбуждения. Спектр 4 показывает, что только в небольшой области энергий возбуждения в области линий a, b, c Рис. 4. Спектры возбуждения для Edet = 2.672 эВ. Спектр величина A(Eex) больше единицы, т. е. только в области измерен при использовании конфигурации Eex Edet [011].

этих линий излучение характеризуется преимущественСпектры 2–4 измерены с использованием выражений (2)–(4) ной поляризацией вдоль направления [011]. За пределасоответственно.

ми этой области A(Eex) < 1, и излучение характеризуется преимущественной поляризацией вдоль оси [011].

Таким образом, в исследованных спектрах люминесотметить лишь увеличение значений A(Eex) в области ценции обнаружено два типа анизотропии линейно полиний a, b, c. В области максимума величина A(Eex) суляризованной экситонной люминесценции. Анизотропия щественно больше 1 и соответствует преимущественной первого типа (АПТ) соответствует преимущественной поляризации детектируемого излучения вдоль оси [011].

поляризации вдоль оси [011], и величина A в этом случае На длинноволновом и коротковолновом краях СВ великолеблется в диапазоне 0.8-1. Анизотропия второго чина A(Eex) меньше 1 и детектируемое излучение имеет типа (АВТ) соответствует поляризации ортогональной преимущественную поляризацию вдоль оси [011].

Pages:     || 2 | 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.