WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

выполнения условия (nd)-1/2 L, поэтому мы приняли N(t) exp(-wt), I(t) w exp(-wt). В случае рассеявеличину L = 20 нм [5]. Значения параметров wr ния квазиимпульса на примесях или шероховатостях граи nd определялись вариацией их величин до наилучшего ницы раздела вероятность рекомбинации экситона w слусогласия расчетных кривых затухания с эксперименталь- чайным образом зависит от положения примеси (шерохоными данными. Расчетные кривые затухания показаны на ватости). Усреднение интенсивности I(t) w exp(-wt) рис. 4 сплошными линиями.

по распределению случайной величины w приводит к На рис. 5 приведены зависимости концентрации цен- возникновению неэкспоненциального множителя в выратров безызлучательной рекомбинации nd и среднего тем- жении для закона затухания люминесценции экситонов:

степенного (1 + 2wrt)-3/2 в случае рассеяния импульса па излучательной рекомбинации экситонов wr от уровня легирования, полученные аппроксимацией кривых зату- на примесях [8] и более сложного при рассеянии на шероховатостях [4]. Наличие центров безызлучательной хания. Как видно из этого рисунка, концентрация центров безызлучательной рекомбинации nd растет при увеличе- рекомбинации приводит к появлению дополнительного множителя в выражении для кинетики затухания ФЛ нии концентрации примеси. При этом при повышении (второй сомножитель в формуле (2)), который в первом уровня легирования наблюдается сначала возрастание, приближении можно считать экспоненциальным, если а затем приблизительное постоянство величины wr.

пренебречь временной зависимостью логарифмического Рост wr на начальном участке зависимости практически сомножителя.

линеен по концентрации примеси. Следует подчеркнуть, что ввиду слабости изменения степенного сомножителя Увеличение концентрации примесей при -легиров соотношении (2) по сравнению с экспоненциальным вании приводит к изменению степенного фактора (увечленом погрешность определения значения wr превы- личение wr в выражении (2) при концентрации примешает погрешность определения концентрации nd. По- си до 1 · 1011 см-2) вследствие увеличения величины грешности определения nd и wr показаны на рис. 5, w ND, NA. При более высокой концентрации примесей, Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 488 К.С. Журавлев, А.К. Сулайманов, А.М. Гилинский, Л.С. Брагинский, А.И. Торопов, А.К. Бакаров когда характерное расстояние между примесями оказы- увеличение концентрации примеси в -слоях от 2 · вается сравнимым с размером экситона, в рекомбинации до 7.5 · 1011 см-2 приводит к падению интенсивности экситона участвуют одновременно несколько примесных экситонной ФЛ в 70-80 раз, в то время как интегральцентров, и относительная амплитуда флуктуации слу- ная интенсивность ФЛ уменьшается в 4-6 раз. При чайного потенциала снижается вследствие усреднения однородном легировании сверхрешетки до концентрации вкладов нескольких примесных атомов. В предельном примесей 5 · 1017 см-3, когда среднее расстояние меслучае плотно упакованного -слоя при рассеянии квази- жду примесями соответствует межпримесному расстоимпульса экситонов на ”ровной стенке” (плотно упако- янию в плоскости -слоя при наибольшей концентрации ванном -слое), так же как и при рассеянии квазиимпуль- 7 · 1011 см-2, тушения экситонной ФЛ не наблюдается.

са на идеальной гетерогранице, кинетика рекомбинации Показано, что темп излучательной рекомбинации экситостановится экспоненциальной, и степенной сомножитель нов в -легированных сверхрешетках увеличивается при в (2) отсутствует. Это объясняет наблюдаемое нами увеличении уровня легирования. Исследование темпераотсутствие зависимости wr от уровня легирования при турной зависимости и кинетики ФЛ показало, что туконцентрациях примеси, превышающих 1 · 1011 см-2.

шение бесфононной экситонной линии в -легированных Как видно из рис. 5, увеличение концентрации при- структурах не связано с уменьшением энергии локализамесей приводит к росту концентрации центров безыз- ции экситонов и не может быть объяснено одним лишь лучательной рекомбинации по степенному закону с по- увеличением концентрации центров безызлучательной казателем степени 0.6. При этом спад интегральной рекомбинации. Мы заключаем, что основной причиной интенсивности ФЛ сверхрешеток с ростом уровня леги- примесного тушения ФЛ являются встроенные электрирования происходит по аналогичному закону с тем же ческие поля, индуцированные ионизованными примесяпоказателем степени (рис. 2), а уменьшение интенсивми, препятствующие образованию экситонов.

ности бесфононной экситонной ФЛ — по степенному Авторы благодарны Российскому фонду фундамензакону с вдвое большим показателем. Тем самым завитальных исследований и Межотраслевой научно-техсимость интегральной интенсивности ФЛ сверхрешеток нической программе ”Физика твердотельных нанострукот уровня легирования вполне объясняется ростом контур” за поддержку данной работы в рамках гранта 00-02центрации центров безызлучательной рекомбинации, в 17658 и проектов 99-1133 и 2000-1Ф.

то время как более существенное уменьшение интенсивности экситонной ФЛ увеличением nd объяснено быть не может. Мы можем заключить, что примесное тушение Список литературы экситонной ФЛ и увеличение скорости излучательной рекомбинации связано с влиянием встроенных электри[1] Г.Г. Зегря, А.Д. Андреев. ЖЭТФ, 109 (2), 615 (1996).

ческих полей, создаваемых ионизованными примесями.

[2] V.G. Litovchenko, D.V. Korbutyak, A.L. Bercha, H.T. Grahm, Увеличивая концентрацию примесей, мы увеличиваем K.H. Ploog. Proc. 25th Int. Conf. Phys. Semicond. (Japan, величину этих встроенных электрических полей, причем 2000) D092.

в рассматриваемом случае -легирования величина этих [3] F. Minami, K. Hirata, K. Era, Y. Yao, Y. Masumoto. Phys.

Rev. B, 36, 4359 (1987).

полей существенно превышает величину полей в одно[4] L.S. Braginsky, M.Yu. Zaharov, A.M. Gilinsky, V.V. Preobродно легированном материале. Увеличение встроенных razhenskii, M.A. Putiato, K.S. Zhuravlev. Phys. Rev. B, 63, электрических полей приводит к тому, что большее 195 305 (2001).

число фотовозбужденных носителей принимает участие [5] I.N. Krivorotov, T. Chang, G.D. Gilliland, L.P. Fu, K.K. Bajaj, в экранировании этих полей и не связывается в экситоны.

D.J. Wildford. Phys. Rev. B, 58, 10 687 (1998).

Именно поэтому наблюдаемое нами тушение фотолю[6] G.D. Gilliland, A. Antonelli, D.J. Woldford, K.K. Bajaj, минесценции при увеличении концентрации примесей J. Klem. Phys. Rev. Lett., 79, 3717 (1993).

более значительно для интенсивности экситонной линии, [7] K.S. Zhuravlev, D.A. Petrakov, A.M. Gilinsky, T.S. Shamirzaev, чем для интегральной интенсивности ФЛ сверхрешеток.

V.V. Preobrazhenskii, B.R. Semyagin, M.A. Putyato. Superlatt.

Кроме того, наличие электрических полей в структуре Microstruct., 28 (2), 105 (2000).

нарушает симметрию кристалла и поэтому усилива- [8] M.V. Klein, M.D. Sturge, E. Cohen. Phys. Rev. B, 25, ет -X-смешивание электронных состояний [11], тем (1982).

[9] K.D. Glinchuk, A.V. Prokhorovich. Phys. St. Sol. (a), 29, самым увеличивая вероятность перехода электрона из (1975).

X-долины зоны проводимости AlAs в -долину зоны [10] M.M. Dignam, J.E. Sipe. Phys. Rev. B, 41, 2865 (1990).

проводимости GaAs. Это также приводит к увеличению [11] J. Feldmann, J. Nunnenkamp, G. Peter, E. Gbel, J. Kuhl, скорости излучательной рекомбинации.

K. Ploog, P. Dawson, C.T. Foxon. Phys. Rev. B, 42, (1990).

5. Заключение Редактор Л.В. Шаронова Таким образом, в данной работе впервые исследована излучательная рекомбинация экситонов в -легированных сверхрешетках второго рода. Обнаружено, что Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Рекомбинация экситонов в -легированных сверхрешетках второго рода GaAs/AlAs Excitonic recombination in -doped GaAs/AlAs type-II superlattices K.S. Zhuravlev, A.K. Sulaimanov, A.M. Gilinsky, L.S. Braginsky, A.I. Toropov, A.K. Bakarov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090 Novosibirsk, Russia

Abstract

An experimental study of excitonic recombination in -doped GaAs/AlAs type-II superlattices has been carried out.

It is found that the increase in the impurity density of -layers from 2 · 1010 to 7.5 · 1011 cm-2 results in (4-6)-fold decline in the integrated superlattice photoluminescence intensity and in a significant decrease of excitonic photoluminescence intensity (70-80 times as much) accompanied by an increase in the exciton radiative recombination rate. A homogeneous doping does not cause such a doping-induced quenching of the excitonic photoluminescence. Investigations of the temperature dependence and kinetics of photoluminescence show that the doping-induced quenching of no-phonon excitonic photoluminescence is not caused by the decrease in the exciton localization energy or the increase of the density of nonradiative recombination centers. We conclude that the built-in electric fields induced by ionized impurities inhibit the exciton formation being the principle reason for the fall of the excitonic photoluminescence intensity with the doping rise.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, 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.