WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 4 Анизотропия оптических констант гетероструктур ZnSe/BeTe без общего атома на интерфейсах © А.С. Гуревич, В.П. Кочерешко, А.В. Платонов, А. Вааг, Д.Р. Яковлев, Г. Ландвер Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Universitt Ulm, 89091 Ulm, Germany Physikalisches Institut der Universitt Wrzburg, 97074 Wrzburg, Germany (Поступила в Редакцию 28 августа 2003 г.) Методом эллипсометрии на отражение исследована анизотропия в плоскости структуры показателей преломления и поглощения света в сине-зеленой области спектра в гетероструктурах типа II без общего атома на интерфейсах — ZnSe/BeTe. Установлено, что относительная разность (анизотропия) показателей преломления и поглощения света остается ненулевой во всем исследованном диапазоне и достигает 0.6% для показателя преломления и 85% для показателя поглощения света. Обнаружено, что в отличие от экситонных переходов с участием тяжелой дырки для экситона с легкой дыркой анизотропия показателя поглощения больше по величине и имеет противоположный знак.

Работа поддержана грантами Российского фонда фундаментальных исследований № 01-02-17758-a и Министерства науки России.

1. Введение диапазоне получить спектры пропускания не представлялось возможным. Поэтому для исследования оптической Недавно в периодических гетероструктурах типа II анизотропии наших образцов мы использовали метод ZnSe/BeTe было обнаружено, что сигнал фотолюмиэллипсометрии на отражение. Период исследованных несценции (ФЛ) пространственно непрямого экситона гетероструктур был много меньше, чем длина волны линейно поляризован в плоскости структуры [1,2] со света в используемом спектральном диапазоне, поэтому степенью поляризации порядка 80% вдоль кристаллодля описания оптических свойств таких структур можно графических осей [110] и [110]. Этот эффект связан с пользоваться эффективными показателями преломления более низкой локальной симметрией границы раздела и поглощения или тензором эффективной диэлектридвух контактирующих веществ со структурой цинковой ческой проницаемости [4].

обманки по сравнению с симметрией исходных полупроС помощью метода эллипсометрии на отражение водников.

были измерены спектральные зависимости эффективВ отличие от исходного, объемного полупроводника ных показателей преломления и поглощения света СР со структурой цинковой обманки, обладающего точечZnSe/BeTe в сине-зеленой области спектра. Обнаружено ной симметрией Td, идеальный интерфейс, а следоваразличие значений эффективных показателей преломлетельно, и одиночный гетеропереход обладает симметриния и поглощения света, отвечающих кристаллографичеей C2v. Такая пониженная точечная симметрия гетеро ским направлениям [110] и [110] СР ZnSe/BeTe, во всем перехода допускает проявление анизотропии оптических исследованном спектральном диапазоне.

свойств в плоскости структуры, что и проявлялось в линейной поляризации в плоскости сигнала ФЛ непрямого экситона, локализованного вблизи интерфейса [3]. 2. Эксперимент Спектры ФЛ непрямого экситона отражают только локальные свойства данного интерфейса и не дают инфор- В работе исследовались СР ZnSe/BeTe с разрывом зон типа II, выращенные методом молекулярно-пучкомации об оптических свойствах образца в целом. Для измерения оптических констант полупроводниковых ге- вой эпитаксии на полуизолирующих подложках GaAs в направлении [001]. Толщина слоев ZnSe в СР 100, тероструктур, как правило, используют спектроскопию толщина слоев BeTe 50, общая толщина СР составотражения и пропускания света. Однако одни только ляла 3000, т. е. была равна 20 периодам ZnSe/BeTe.

спектры отражения не позволяют независимо измерять Благодаря тому, что разница в постоянных решетки совещественную и мнимую части показателя преломления единений ZnSe, BeTe и GaAs не превышает 0.4%, данные света. Для этого нужно иметь два спектра (отражения и пропускания), измеренных для одного образца. гетероструктуры практически не содержат напряжений.

В данной работе использовались образцы сверхре- Специального легирования исследованных образцов не шеток (СР) на основе ZnSe/BeTe, выращенные на проводилось. Зонная диаграмма исследованных СР типодложках GaAs. Из-за сильного поглощения света в па II представлена на рис. 1. В такой СР электроны таких подложках в интересующем нас спектральном локализованы в слоях ZnSe, а дырки — в слоях BeTe.

760 А.С. Гуревич, В.П. Кочерешко, А.В. Платонов, А. Вааг, Д.Р. Яковлев, Г. Ландвер ственно прямым экситоном с легкой дыркой (e1-lh1), отсутствующая в случае поляризации вдоль [110]. Такое различие спектров отражения указывает на то, что показатель преломления света вблизи экситонного резонанса зависит от взаимной ориентации образца и плоскости поляризации света, т. е. наблюдается анизотропия оптических свойств в плоскости структуры.

Анализ одних только спектров отражения не позволяет независимо измерить показатели преломления и поглощения света (или вещественную и мнимую части диэлектрической проницаемости). Для того чтобы установить вещественная или мнимая часть диэлектрической проницаемости образца проявляет анизотропное Рис. 1. Зонная диаграмма периодической гетероструктуры (сверхрешетки) ZnSe/BeTe с разрывом зон типа II. Структу- поведение и измерить их спектральные зависимости, мы ра содержит 20 периодов. DT — пространственно прямые воспользовались методом эллипсометрии на отражение.

оптические переходы в слоях ZnSe с энергией E 2.8eV, Данный метод исследования оптических свойств тверIT — пространственно непрямые оптические переходы с энердых тел основан на анализе изменения состояния погией E 1.9eV.

ляризации плоской световой волны при отражении от поверхности исследуемого образца. В работе использовался метод эллипсометрии на отражение в схеИсследовались СР ZnSe/BeTe с неэквивалентными ин- ме с вращающимся компенсатором (фазовращательной пластиной) [5]. Такая схема эллипсометра позволяет терфейсами (Zn-Te... Be-Se). Такие интерфейсы облаосуществлять полное измерение состояния поляризадают точечной симметрией C2v и понижают симметрию до C2v всего образца в целом [3].

Нормированные на интенсивность источника света и спектральную характеристику детектора спектры отражения линейно поляризованного света от СР ZnSe/BeTe в области пространственно прямых экситонных переходов, т. е. переходов в слоях ZnSe, представлены на рис. 2. Спектры отражения регистрировались при углах падения света на образец, близких к нормальному (угол падения не превышал 12). Температура образца составляла 77 K; образец был установлен в криостат и закреплен на погруженном в жидкий азот медном держателе, который обеспечивал теплообмен между жидким азотом и образцом. Для того чтобы исключить влияние преломления света на границе между жидким азотом и окнами криостата, сам образец в жидкий азот погружен не был. Падающий на образец и отраженный от него свет пропускался через линейные поляризаторы, оси которых были параллельны. Измерения проводились для двух различных ориентаций осей поляризаторов относительно кристаллографических осей образца.

В первом случае свет был линейно поляризован в направлении [110], т. е. плоскость поляризации света параллельна кристаллографической оси образца [110] (рис. 2, a). Во втором случае свет был линейно поля ризован в направлении [110] (рис. 2, b).

В приведенных спектрах отражения наблюдается линия пространственно прямого экситона, локализованного в слоях ZnSe (e1-hh1). Сравнивая спектры отраРис. 2. Спектры отражения линейно поляризованного света жения, измеренные при различных поляризациях света, от сверхрешетки ZnSe/BeTe в спектральной области, соответможно заметить некоторое различие амплитуды линии ствующей пространственно прямым оптическим переходам в экситонного резонанса для двух поляризаций. В случае слоях ZnSe. a — спектр отражения света, линейно поляризополяризации света вдоль оси [110] (рис. 2, a) ампливанного вдоль кристаллографического направления [110] обтуда резонанса больше, чем при поляризации света разца, b — спектр отражения света с линейной поляризацией вдоль [110]. Кроме того, при поляризации вдоль [110] вдоль [110]. Угол падения близок к нормальному: 0 = 12.

(рис. 2, b) видна особенность, связанная с простран- Температура образца T = 77 K.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Анизотропия оптических констант гетероструктур ZnSe/BeTe без общего атома на интерфейсах ции света (азимутальный угол эллипса поляризации, отношение длин его полуосей, знак этого отношения), что необходимо для нахождения оптических констант тонких пленок, толщина которых сравнима с длиной волны света в используемом спектральном диапазоне.

Согласно принятой терминологии (см., например, [6]), будем называть плоскую линейно поляризованную монохроматическую волну s-волной (p-волной), если ее электрический вектор перпендикулярен (параллелен) плоскости падения света на образец. При этом плоскость падения света задается падающим на образец и отраженным от него лучами. В процессе эллипсометрических измерений на образец под некоторым углом падал линейно поляризованный свет. Измерялось состояние поляризации отраженного от образца света.

По известному состоянию поляризации световой волны до и после отражения от образца находилось отношение комплексных амплитудных коэффициентов отражения Френеля [6] r p exp( ) = abs( ) exp i ( ). (1) rs Здесь r и rs — комплексные амлпитудные коэфp фициенты отражения Френеля для p- и s-волн соот- Рис. 3. Спектральные зависимости величин abs и, измеренные при угле падения света на образец 0 = 53.64.

ветственно, abs — модуль отношения коэффициентов 1 — кристаллографическая ось образца [110] параллельна Френеля (часто вместо величины abs рассматривают плоскости падения. 2 —ось [110] перпендикулярна плоскости угол, связанный с abs соотношением tg = abs), — падения. Температура образца T = 77 K.

аргумент отношения коэффициентов Френеля. Модуль отношения коэффициентов Френеля abs показывает, насколько слабее отражается p-волна по сравнению с s-волной для данной энергии фотонов, падающих на при температуре образца, равной 77 K. Для точного образец. В свою очередь аргумент отношения коэффиконтроля угла падения света образец не погружался в циентов Френеля есть не что иное, как разность жидкий азот, а был закреплен на находящемся в жидком фаз между p- и s-волнами, возникающая при отражеазоте медном держателе.

нии последних от образца. Таким образом, в процесНа рис. 3 представлены измеренные методом эллипсосе эллипсометрических измерений для данной длины метрии зависимости величин abs и от частоты падаюволны света и при заданных угле падения света на щего на образец света для угла падения 0 = 53.64 при образец и ориентации кристаллографических осей обпараллельной и перпендикулярной ориентации кристалразца относительно плоскости падения определялись две лографической оси образца [110] относительно плосконезависимые действительные величины, характеризуюсти падения. Приведенные на этом рисунке зависимости щие оптические свойства исследуемой гетероструктуры.

однозначно указывают на наличие оптической анизоИзмеренное значение комплексной величины exp для тропии в плоскости исследуемой структуры, поскольку заданной длины волны света позволяет найти оптичепри всех прочих равных условиях измеренные значения ские постоянные образца (показатели преломления и величин abs и зависят от взаимной ориентации поглощения) в той же спектральной точке.

плоскости падения света и кристаллографических осей образца. Характерной особенностью представленных на рис. 3 результатов является также и то, что наблюдае3. Результаты эксперимента мая оптическая анизотропия максимальна при энергиях, близких к энергии пространственно прямого экситона в В данной работе эллипсометрические измерения слоях ZnSe (E 2.8eV), и остается ненулевой практипроводились при углах падения света на образец 50.0 <0 < 65.0. Точность установки углов падения чески во всем использованном спектральном диапазоне.

была не хуже ±0.02 и непрерывно контролировалась Периодический характер изменения приведенных на в процессе экспериментов. Для определенного угла рис. 3 величин в широком спектральном диапазоне отвепадения света проводились два измерения: в первом чает интерференции света в исследуемой СР ZnSe/BeTe, случае кристаллографическая ось образца [110] была поскольку ее толщина, равная 3000, сравнима с длипараллельна плоскости падения, во втором перпендику- ной волны света в используемом спектральном диапалярна ей. Эллипсометрические измерения выполнялись зоне ( = 4200-6200 ).

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 762 А.С. Гуревич, В.П. Кочерешко, А.В. Платонов, А. Вааг, Д.Р. Яковлев, Г. Ландвер 4. Обработка экспериментальных ния Френеля r и rs следующие выражения:

p результатов r p theory =, rs Поскольку период СР много меньше длины волны света в исследуемом спектральном диапазоне (Kd0 1, r01p + r12p exp(2ip) где K — волновой вектор света, d0 — период СР r =, p 1 + r01pr12p exp(2ip) ZnSe/BeTe), можно рассматривать такую СР в приближении оптически анизотропной однородной эффективr01s + r12s exp(2is ) rs =. (2) ной среды [4] и описывать ее взаимодействием со светом 1 + r01sr12s exp(2is) тензором эффективной диэлектрической проницаемости.

Здесь r01p и r12p — комплексные амплитудные коПолупроводниковые соединения, образующие исследуеэффициенты отражения p-волны от границ внешняя мую СР, кристаллизуются в структуру цинковой обмансреда-анизотропный слой и анизотропный слой-подки, обладающую симметрией Td.

ложка соответственно, p — набег фазы p-волны при Как уже отмечалось, наличие неэквивалентных интерпрохождении через анизотропный слой, r01s, r12s и s — фейсов в СР ZnSe/BeTe, каждый из которых обладает аналогичные величины для s-волны. Выражая данные точечной симметрией C2v, приводит к понижению симвеличины через главные значения тензора диэлектриметрии до C2v всего образца в целом [3]. Следовательно, ческой проницаемости исследуемой СР, получаем тензор диэлектрической проницаемости исследуемой СР диагонализуется в кристаллографических направлениях, 0 - 0 sin2 0 - xx - 0 sin2 совпадающих с направлениями осей симметрии второго r01s =, порядка C2, т. е. вдоль кристаллографических направле- 0 - 0 sin2 0 + xx - 0 sin2 ний [110], [110] и [001]. Для нахождения главных значе- ний тензора диэлектрической проницаемости СР из эксxx - 0 sin2 0 - sub - 0 sin2 периментальных данных, полученных методом эллипсо r12s =, метрии, выразим отношение комплексных амплитудных xx - 0 sin2 0 + sub - 0 sin2 коэффициентов отражения Френеля для p- и s-волн че- рез угол падения света на образец, толщину СР, главные d s = 2 xx - 0 sin2 0, (3) значения тензора диэлектрической проницаемости СР и диэлектрическую проницаемость подложки.

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.