WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

которая также сдвинута в сторону большей энергии, поПараметр длинноволнового спада спектральной плотности скольку соответствующий матричный элемент перехода излучения равен нулю на крае 1e-1hh, но увеличивается с ростом энергии фотона. Мы можем отнести к переходам 1e-1lh, мэВ спектральное плечо при 1.454 эВ (см. рис. 1). Этот T, K J = 46 А · см-2 J = 9200 А · см-переход разрешен, но ослаблен из-за малой заселенности высокой подзоны 1lh. Коротковолновая полоса (1.42 эВ 4.2 3.2 3.при 286 K) имеет также некоторый преимущественный 286 4.4 8.вклад TE-компоненты, поэтому отнесена к переходу 2e-2hh, хотя в нее дают некоторый вклад состояния в Другой важный факт состоит в слабом насыщении барьерном слое GaAs. В данной работе поляризация не длинноволновой стороны вплоть до 150 мА. Для низ- изучалась, поскольку было замечено, что в образцах хотя котемпературных условий (kT = 0.36 мэВ) такое пове- бы с одним травленным торцом излучение может быть дение не согласуется с моделью заполнения состояний, существенно деполяризовано. Полосы 1e-2hh (1.415 эВ) согласно которой по мере роста тока и повышения и 2e-1hh (1.44 эВ) ослаблены в силу того, что являются квазиуровней Ферми должно происходить ”синее” смезапрещенными. Они видны лишь при малом токе, а с его щение спектрального пика с насыщением длинноволноувеличением маскируются растущим коротковолновым вого крыла. Это соответствует вырожденному заполнекрылом полосы 1e-1hh.

нию нижележащих уровней, если таковые существуют.

Ненасыщающееся длинноволновое крыло нужно скорее связывать с однородным уширением главной линии, находящейся на крае 1e-1hh, чем с ”хвостом” плотности состояний. Таким образом, экспоненциальный спад и в данном случае ассоциируется с однородным уширением столкновительного типа.

По аналогии с правилом Урбаха для поглощения (наблюдаемого обычно в пределе низкой интенсивности), такое же правило действительно для излучения, причем в широком диапазоне его интенсивности. Изменение параметра наклона может быть использовано для изучения влияния концентрации электронно-дырочной плазмы на внутризонную релаксацию. Температурное уменьшение ширины при охлаждении может быть связано с вымораживанием оптических колебаний решетки. Оценка по формуле (2) дает 30±10 мэВ, что не противоречит Рис. 4. Схема излучательных переходов в квантовой яме по порядку величины энергии оптических фононов. InGaAs при 4.2 K. Указаны энергии переходов в мэВ.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 476 П.Г. Елисеев, И.В. Акимова В широком диапазоне токов (не менее чем при субструктуры (при низкой температуре) или не видны 100-кратном увеличении) в излучение дают вклад фак- совсем (при комнатной температуре). Почти все наблютически единственная электроная подзона 1e и един- даемые субструктуры укладываются в непротиворечиственная дырочная подзона 1hh. Концентрации но- вую схему, показанную на рис. 4. Из анализа главного сителей в этих подзонах достигают предела (порядка спектрального пика мы заключаем, что:

5·1012 1013 см-2), что соответствует энергии вырожде1) его положение практически не зависит от тока; нет ния более 100 мэВ. При этих условиях бросается в глаза признаков красного сдвига, соответствующего теории факт, что положение пика совершенно не зависит от тока:

ренормализации зоны, хотя большой диапазон заполненет признаков ”красного” смещения вследствие известния квантовой ямы объективно следует из появления ного явления сужения запрещенной зоны при большой переходов на 100 мэВ выше края 1e-1hh;

плотности электронно-дырочной плазмы [2]. Таким 2) крутой край 1e-1hh подвержен размытию главобразом, край 1e-1hh не зависит от плотности плазмы ным образом за счет однородного (столкновительного) практически вплоть до предельного заполнения подуширения, что объясняет отсутствие насыщения в длинзон. Интересно, что такой же результат получен ранее новолновом крыле при 200-кратном увеличении тока;

при исследовании излучения GaAs-квантовой ямы под такое поведение не может быть согласовано с известной действием мощных ультракоротких (0.6 пс) оптических моделью заполнения (band-filling), в которой речь идет о импульсов [10]. Отсутствие смещения длинноволнового состояниях в неоднородно-уширенных краях зон;

края полосы при большом изменении накачки привело 3) аналогично краю поглощения, подчиняющемуся к выводу, что ренормализация запрещенной зоны не правилу Урбаха, длинноволновое крыло спонтанного наблюдается, тогда как по расчету сдвиг должен был излучения характеризуется экспоненциальным спадом составить не менее 30 мэВ при изменении концентрации спектральной плотности (это, по-видимому, справедлиот 5·1011 до 5·1012 см-2 ([10], см. также [3]). На подобное во, пока спад связан со столкновительным уширением и противоречие в InGaAs мы указали также в [1]. Здесь не маскируется субструктурами и прочими неоднородномы констатируем, что прямое наблюдение края 1e-1hh стями).

в достаточно широком интервале тока (200-кратное увеАвторы благодарят д-ра Г. Байстера (Институт Ф. Браличение при 4.2 и 286 K) не дает признаков красного смещения, и вопрос, чем в данном случае компенсирует- уна, Берлин) за предоставление образцов и А.Е. Дракина (ФИАН) за помощь в работе.

ся сужение запрещенной зоны, остается открытым.

Непрерывный рост главного пика (отсутствие насыРабота частично выполнена в рамках и при поддержке щения) может быть объяснен тем, что излучательная проекта Программы ”Физика твердотельных нанострукрекомбинация происходит в основном на крае 1e-1hh, тур”.

тогда как более высокие состояния поставляют носители за счет внутризонной релаксации к этому краю.

Сильное падение спектральной плотности на короткоСписок литературы волновом крыле согласуется с этим предположением.

Известно, что матричный элемент оптических переходов [1] I.V. Akimova, P.G. Eliseev. Proc. SPIE, 2693, 640 (1996).

для TE-поляризации убывает с ростом энергии фотона.

[2] W.W. Chow, S.W. Koch, M. Sargent, III. Semiconductor Laser Возможно, что приведенная плотность состояний в кван- Physics (Springer Verlag, Berlin et al., 1994) p. 94.

[3] C.-F. Hsu, P.S. Zory, C.-H. Wu, M.A. Emanuel. IEEE J. Select.

товой яме имеет максимум на крае 1e-1hh (вследствие Topics Quant. Electron., 3, 158 (1997).

плоского характера кривой дисперсии у верхней валент[4] П.Г. Елисеев, Г. Байстер, А.Е. Дракин, И.В. Акимова, ной зоны и (или) кулоновского притяжения носителей).

Г. Эрберт, Ю. Меге, Ю. Себастиан. Квант. электрон., 22, Отсутствие насыщения во всем длинноволновом крыле 309 (1995).

свидетельствует о том, что это крыло сформировано за [5] P.G. Eliseev, A.E. Drakin. Proc SPIE, 2399, 302 (1995).

счет однородного уширения края 1e-1hh.

[6] F. Urbach. Phys. Rev., 92, 1324 (1953).

[7] Y. Toyozawa. Progr. Theor. Phys., 20, 53 (1958).

[8] M. Schreiber, T. Toyozawa. J. Phys. Soc. Japan, 51, 4. Заключение (1982).

[9] M.V. Kurik. Phys. St. Sol. (a), 8, 9 (1971).

За счет использования безмодовых образцов кванто[10] B. Deveaud, F. Clerot, K. Fujivara, K. Mitsunaga. Appl. Phys.

вых ям стало возможным проследить эволюцию спонтанLett., 58, 485 (1991).

ного излучения при условиях, уникальных по высокому Редактор Л.В. Шаронова уровню накачки для низких температур (номинальный ток до 9 кА · см-2). Анализ структуры спектров кажется сравнительно простым вследствие того, что при малой толщине активного слоя мы имеем дело фактически с двумя разрешенными переходами, 1e-1hh и 2e-2hh, тогда как прочие переходы могут быть видны как слабые Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Излучение квантово-размерных структур InGaAs... Emission of InGaAs quantum wells I. Spontaneous emission spectra P.G. Eliseev, I.V. Akimova P.N. Lebedev Physics Institute, Russian Academy of Sciences, 117924 Moscow, Russia Temporary address: Center for High Technology Materials, University of New Mexico, Albuquerque, NM

Abstract

Spontaneous emission specta are studied experimentally of strained InGaAs quantum wells at 4.2 286 K under pumping current up to 9.2kA/cm2 in the spectral range 1.2 1.5 eV. The interpretation of observed bands is given. The transition 1e-1hh (TE-polarization) is dominating one in the spectrum, and its peak is practically independent on the current. It was not found of signs for ”red” shift, which is expected at high carrier density. Weak forbidden transitions are identified (1e-2hh etc.). The long-wave edge of the band obeys an exponential decay, in analogue with the known Urbach’s rule for absorption edge.

Fax: 007(095)1326649 (Akimova) E-mall: drakin@ares.lpi.msk.su Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №

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.