WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 5 Влияние интенсивности излучения на спектр краевого поглощения ферромагнитного полупроводника CdCr2Se4 © Л.Л. Голик, З.Э. Кунькова Институт радиотехники и электроники Российской академии наук, 141120 Фрязино, Россия (Получена 8 октября 1998 г. Принята к печати 10 ноября 1998 г.) В области температур 100-130 K исследовано влияние интенсивности падающего лазерного излучения на спектральные зависимости поглощения циркулярно поляризованного света в монокристаллах CdCr2Se4 в области края поглощения. Обнаруженное сильное изменение формы края связывается с обострением экситонного резонанса вследствие экранирования фотовозбужденными носителями заряда внутренних электрических полей в кристалле.

Ферромагнитный полупроводник CdCr2Se4 является ромагнитной фазе. Использовались образцы CdCr2Se4, одним из немногих соединений, в которых обнаружен на которых в работе [2] исследовалось нелинейное ФВ.

сильный нелинейный эффект Фарадея [1,2]. Нелинейный Оптическая плотность при низкой интенсивности изэффект имеет место при температурах, меньших 150 K, и лучения (DL) вычислялась с использованием величин наблюдается как в ферро-, так и в парамагнитной фазах. сигналов с фотоприемника при наличии и в отсутствие Вработе [2] показано, что нелинейное фарадеевское вра- образца на пути луча лазера с учетом пропускания щение (ФВ) имеет место в узкой полосе энергий вблизи соответствующих светофильтров и отражения от покрая собственного поглощения. Высказано предположе- верхностей образца. Оптическая плотность при высокой ние, что увеличение ФВ с ростом интенсивности пада- интенсивности излучения (DH) вычислялась по формуле ющего излучения связано с обострением экситонного DH = DL + ln(IL/IH), где IL и IH — величины сигналов резонанса вследствие экранирования фотовозбужденны- для случаев расположения одной и той же комбинами носителями заряда внутренних электрических полей ции светофильтров до и после исследуемого кристалла флуктуационного потенциала [2]. С целью проверки это- соответственно. Зависимость коэффициента отражения го предположения в данной работе исследовано влияние образца от интенсивности излучения не учитывалась.

интенсивности падающего излучения на спектральные Спектральные зависимости оптической плотности зависимости поглощения циркулярно поляризованного CdCr2Se4 для право- и левоциркулярно поляризованного света в монокристаллах CdCr2Se4 в области края соб- света (соответственно D+ и D-) при двух уровнях ственного поглощения. Отметим, что влияние мощной интенсивности падающего излучения, измеренные при лазерной подсветки на поглощение света в CdCr2SeT = 110 K, показаны на рис. 1. На вставке показана при T = 300 K исследовалось в работе [3]. Однако спектральная зависимость мощности излучения исполь считается, что при T 200 K в CdCr2Se4 меняются = зуемого лазера P(h). Низкий уровень интенсивноприрода уровней, формирующих дно зоны проводимости, сти излучения (кривые 1, 1 ) соответствовал плотности и электронные переходы, ответственные за край погло- мощности излучения в максимуме зависимости P(h), щения [4,5]. Pmax = 10 кВт/см2. Зависимости DL+(h), DL-(h), Исследования проводились на пластинках разме- измеренные с использованием монохроматора и лампы ром 1.5 2 мм и толщиной 12 мкм, полученных шли- накаливания, в пределах ошибки измерений совпадафовкой и полировкой монокристаллов. Использовалась ют с зависимостями 1, 1 (рис. 1). Для зависимооднолучевая методика. Источником излучения был пе- стей 2, 2 плотность мощности излучения, падающего рестраиваемый лазер на F2+-центрах окраски в LiF, на образец, на каждой длине волны в 47 раз больше возбуждаемый второй гармоникой неодимового лазера. (Pmax = 470 кВт/см2). Как следует из рис. 1, наблюдается Область перестройки лазера 830-1030 нм, пиковая мощ- заметная деформация спектральных зависимостей оптиность генерации в максимуме перестроечной кривой со- ческой плотности при высокой мощности падающего ставляет 25 кВт, длительность импульса излучения 9 нс, излучения. Край поглощения на зависимости DH+(h) частота генерации 10 с-1. Луч лазера, ослабленный (кривая 2) становится более резким и сопровождается комбинацией нейтральных светофильтров, фокусировал- просветлением образца для меньших и затемнением ся на поверхность образца, находящегося в вакуумном для больших энергий. На зависимости DH-(h) (крикриостате, в пятно диаметром порядка 1 мм. Измерения вая 2 ) наблюдается рост поглощения, кроме того на проводились на автоматизированной установке, описан- краю поглощения появляется слабо выраженный пик.

ной в работе [2], в качестве приемника излучения ис- Изменения коэффициента поглощения циркулярно попользовался фотоумножитель 18ЭЛУ-ФК. Исследования ляризованного света с ростом интенсивности излучения выполнены в интервале температур 110-130 K в маг- при более высоких T аналогичны зависимостям 2, нитном поле H = 4.8 кЭ, насыщающем образец в фер- (рис. 1), однако величины изменений уменьшаются с 584 Л.Л. Голик, З.Э. Кунькова На зависимостях DL+,-(h) не проявляются резонансные пики на краю поглощения, наблюдавшиеся в работе [7], что, по-видимому, свидетельствует о более низком качестве кристаллов, исследовавшихся в данной работе.

На это же указывает различие в величинах удельного ФВ при слабой интенсивности излучения в максимуме рассматриваемой полосы ФВ в работах [2] и [7]. При анализе зависимостей DH+,-(h) необходимо учесть следующие факторы. Во-первых, в соответствии с кривой P(h) (рис. 1) разным энергиям фотонов соответствуют различные интенсивности падающего излучения. Отсутствие просветления кристалла в левоциркулярно поляризованном свете, возможно, связано с недостаточной интенсивностью излучения лазера вблизи длинноволновой границы области перестройки. Во-вторых, в большей части исследуемого спектрального диапазона величины DH+,- > 1, и плотность фотовозбужденных носителей заряда сильно неоднородна по толщине образца. Оценка диффузионной длины (LD) с использованием величин подвижности µn µp 10 см2/(В · с) [8,9] и времени жизни неравновесных носителей заряда 10-8-10-7 с, что реалистично для высокоомных компенсированных кристаллов CdCr2Se4, дает LD 1 мкм. Следовательно, неоднородность не может устраняться за счет диффузии. Если нелинейное ФВ и нелинейное поглощение в CdCr2Se4 связаны с появлением неравновесных ноРис. 1. Спектральные зависимости оптической плотности (1, 1, 2, 2 ; левая ось координат) и коэффициента поглощения (1, 1, 3, 3 ; правая ось координат) для право- (1–3) и левоциркулярно поляризованного света (1 –3 ), измеренные при разных интенсивностях падающего на образец излучения Pmax, кВт/см2:

10 (1, 1 ) и 470 (2, 2, 3, 3 ); температура измерения T = 110 K.

На вставке — спектральная зависимость мощности излучения используемого лазера.

ростом температуры. Так как край поглощения CdCr2Seпри понижении T испытывает сильный сдвиг в сторону меньших энергий [6,7], где резко уменьшается интенсивность излучения используемого лазера, температурный диапазон измерений ограничен снизу T = 100 K.

На рис. 2 представлены осциллограммы сигналов, пропорциональных интенсивности света, прошедшего через кристалл CdCr2Se4 и светофильтр, когда светофильтр расположен до (1) ипосле (1 ) кристалла. Осциллограммы записаны в области просветления образца. Здесь же показана зависимость величины нелинейной части ФВ от момента времени измерения на протяжении импульса изРис. 2. Осциллограммы, полученные для правоциркулярно лучения. Видно, что относительные величины изменения поляризованного излучения с h = 1.246 эВ при низкой (1) пропускания и нелинейно ФВ нарастают на протяжении и высокой (1 ) интенсивностях падающего на образец излучеимпульса излучения. Подобие временных зависимостей ния Pmax, кВт/см2: 10 (1) и 470 (1 ); 2 — зависимость нелинейнелинейностей в ФВ и в поглощении свидетельствует ной части фарадеевского вращения (F) от момента времени об общности природы эффектов. Зависимости DH+,-(h) измерения для h = 1.265 эВ (сдвинута влево на 1.5 нс и DL+,-(h) (рис. 1) соответствуют моменту времени относительно осциллограмм 1, 1 ). Температура измерения t = 6 нс на осциллограммах.

T = 110 K.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Влияние интенсивности излучения на спектр краевого поглощения ферромагнитного... сителей заряда [2], то коэффициент поглощения при Effect of radiation intensity on spectrum высокой интенсивности падающего излучения (H+,-) of edge absorption of a CdCr2Seнеоднороден по толщине образца, и определение его ferromagnetic semiconductor из соотношения DH+,-/d (d — толщина образца) даL.L. Golik, Z.E. Kun’kova ет эффективное значение. Полагая, что измеряемые зависимости DH+,-(h) являются суммой оптических Institute of Radio Engineering and Electronics, плотностей слоев с изменившимся (H+,-) и неизRussian Academy of Sciences, менившимся (L+,-) коэффициентами поглощения, и 141120 Fryazino, Russia считая, что существенное изменение поглощения имеет место в слое толщиной dNL = 1/H, из соотношения

Abstract

Incident laser radiation intensity influence on specDH = HdNL +L(d -dNL) можно вычислить H+,-(h).

tral dependencies of the circularly polarized light absorption in Полученные таким способом зависимости H+,-(h) поCdCr2Se4 single crystals near the fundamental absorption edge казаны на рис. 1 (кривые 3, 3 ). Видно, что в области края was investigated in the temperature interval 110-130 K. Strong поглощения появляется ярко выраженный резонансный change of edge shape was observed. The effect is associated with the sharpening of the excitonic resonance through screening of пик. Зависимости L+,-(h) совпадают с зависимостями the internal electric field in single crystals by photoexcited charge DL+,-(h) (см. кривые 2, 2 на рис. 1), но соответствуют carriers.

правой оси ординат.

Полученные результаты подтверждают предположеE-mail: llg197@ire216.msk.ru ние [2], что нелинейное ФВ в CdCr2Se4 связано с нелинейным поглощением, обусловленным обострением экситонного резонанса в результате экранирования фотовозбужденными носителями заряда внутренних электрических полей.

Список литературы [1] В.Г. Веселаго, С.Г. Рудов, М.А. Черников. Письма ЖЭТФ, 40, 181 (1984).

[2] Л.Л. Голик, З.Э. Кунькова. Письма ЖЭТФ, 66, 409 (1997).

[3] В.С. Викторавичюс, Р.А. Гадонас, А.П. Гальдикас, С.И. Гребинский, С.Я. Захаров, В.В. Красаускас, А.С. Пелакаускас.

ФТТ, 32, 2938 (1990).

[4] М.И. Ауслендер, Н.Г. Бебенин. ФТТ, 30, 945 (1988).

[5] К.М. Голант, В.В. Тугушев, И.М. Юрин. ФТТ, 32, (1990).

[6] G. Harbeke, H. Pinch. Phys. Rev. Lett., 17, 1090 (1966).

[7] Л.Л. Голик, З.Э. Кунькова, Т.Г. Аминов, В.Т. Калинников.

ФТТ, 22, 877 (1980).

[8] K. Kodama, T. Nimi. Japan. J. Appl. Phys., 19, 307 (1980).

[9] K. Kodama, S. Doi, T. Matsumura, T. Nimi. Japan. J. Appl.

Phys., 19, 317 (1980).

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып.




© 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.