WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 7 Поглощение света в непериодических сверхрешетках PbS/C в электрическом поле © С.Ф. Мусихин, В.И. Ильин, О.В. Рабизо, Л.В. Шаронова, Л.Г. Бакуева Санкт-Петербургский государственный технический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 12 января 1998 г. Принята к печати 19 января 1998 г.) Исследовано поглощение света в непериодических сверхрешетках PbS/C Фибоначчи и Thue–Morse при комнатной температуре при двух ориентациях напряженности электрического поля световой волны. В первом случае вектор напряженности направлен параллельно плоскости сверхрешетки, во втором — имеется составляющая, перпендикулярная плоскости слоев. Исследовано поглощение света во внешнем электрическом поле, направленном вдоль оси сверхрешетки.

Характерной особенностью непериодических сверхре- такт к сверхрешетке. Решетки содержали 20 пар слоев, шеток является вид энергетического спектра электронов, причем каждая пара состояла из слоя алмазоподобного дырок, фононов и других коллективных возбуждений. углерода толщиной около 5 и слоя сульфида свинца Сверхрешетки на основе иерархических структур про- толщиной 114 или 57. Слои PbS имели проводимость должают привлекать внимание исследователей [1,2] как n-типа.

объекты, которые имеют энергетический спектр, постро- Исследованы оптические свойства сверхрешеток при енный по принципу кантерова множества. Формирование комнатной температуре. Как показали эллипсометриэнергетического спектра в непериодических сверхре- ческие измерения, коэффициент экстинкции на длине шетках происходит в результате выбора чередования волны 0.6328 мкм составил для периодической решетслоев различной толщины либо слоев из различных ки PbS/C значение, равное 1.2, а для решеток Фибоматериалов. Таким образом можно задать требующийся наччи и Thue–Morse, при близких значениях толщины вид энергетического спектра в процессе изготовления слоев в решетке — 1.3. Это свидетельствует о разрешетки. Среди различных видов сверхрешеток особое личном поглощении в периодических и непериодичевнимание уделяется структурам, в которых чередование ских сверхрешетках, а следовательно, и о различной слоев подчиняется определенным законам — решетки структуре энергетических спектров. Исследованы также Фибоначчи, Thue–Morse, Рудина–Шапиро и их обобще- спектры пропускания сверхрешеток в области энергии ния. Сверхрешетки Фибоначчи являются одномерным квантов 1 3 эВ. На спектрах пропускания в завианалогом квазикристалла и в этом отношении могут симости от энергии кванта хорошо видны характерслужить модельным объектом для исследования энерге- ные для сверхрешеток ступени, связанные с перехотических спектров электронов и фононов [3]. Однако и дами между уровнями пространственного квантования.

сами по себе непериодические сверхрешетки проявляют Благодаря непараболичности энергетических зон элекинтересные оптические и электрические свойства, иссле- тронов и дырок в PbS поглощение света, связанное с дуемые теоретически [4,5] и экспериментально [6–8]. С переходами между уровнями квантования, возможно и практической точки зрения они могут быть использованы при нормальном падении света на поверхность решедля конструирования материалов с заданной структурой ток, когда вектор напряженности электрического поля энергетического спектра и, в частности, для оптоэлек- параллелен слою сверхрешетки. Характер поглощения тронных применений. В этой связи представляет инте- света различен для составляющих вектора напряженрес исследование оптических свойств непериодических ности электрического поля световой волны вдоль и сверхрешеток и влияния на них электрического поля.

поперек слоев сверхрешетки. С целью изучения влиВ данной работе исследовано пропускание поляризо- яния параллельной и перпендикулярной составляющих ванного и неполяризованного света в сверхрешетках напряженности электрического поля исследовано проФибоначчи и Thue–Morse. Изучено также влияние пускание света при нормальном падении света и при электрического поля, приложенного вдоль оси роста падении поляризованного света под углом 45. В посверхрешетки.

следнем случае появляется составляющая напряженноСтруктуры были изготовлены методом импульсного сти электрического поля, перпендикулярная плоскости лазерного напыления в вакууме на подложки из стекла, слоя. Как показали измерения спектров пропускания кварца и кремния. На диэлектрическую подложку перед поляризованного света, при увеличении составляющей изготовлением сверхрешетки и на поверхность сверх- вектора напряженности электрического поля световой решетки после ее напыления наносили полупрозрачный волны, перпендикулярной плоскости решетки, поглощеслой серебра, представляющий собой электрический кон- ние возрастает.

858 С.Ф. Мусихин, В.И. Ильин, О.В. Рабизо, Л.В. Шаронова, Л.Г. Бакуева сти электрического поля световой волны появляются области поглощения в интервалах 1.671.69, 1.751.и 1.88 1.97 эВ.

Переходы электронов при поглощении света в сверхрешетках возможны между уровнями размерного квантования дырок и электронов. В наших сверхрешетках все уровни валентной зоны заняты электронами. Как показывает расчет уровней в сверхрешетке Фибоначчи PbS/C [9], в спектре энергии присутствуют участки запрещенных состояний и участки с частым расположением уровней. При переходах между областями с частым расположением уровней появляются широкие области поглощения. Из экспериментальных спектров видно, что расположение таких областей различно для решеток Фибоначчи и Thue–Morse. Это свидетельствует о различии энергетических спектров сверхрешеток двух типов.

Приложение электрического поля вдоль оси сверхрешетки вызывает изменение энергетического спектра. Как показано в работе [9], приложение электрического поля вызывает разрушение строгой иерархии уровней и при достаточно большом смещении (более 0.4 В) вызывает исчезновение щели между уровнями старшей иерархии.

Наши измерения показывают, что в решетках Фибоначчи поглощение в электрическом поле возрастает. В решетках Thue–Morse поглощение в области 1.55 2.06 эВ вызывает увеличение или уменьшение пропускания в зависимости от полярности приложенного напряжения (рис. 2), а в области 1.075 1.13 эВ наблюдается просветление при нормальном падении света, в то время как при наличии перпендикулярной составляющей Рис. 1. Зависимость разности падающего и прошешего свевектора напряженности электрического поля световой товых потоков (1 - T ) в относительных единицах от энерволны при любой полярности поглощение возрастает.

гии кванта E для решения Фибоначчи (a) и решетки Thue– Ранее в сверхрешетках Фибоначчи наблюдали также Morse (b). 1 — нормальное падение неполяризованного света;

гистерезис оптическо го пропускания при изменении вектор напряженности электрического поля световой волны электрического поля [10].

параллелен плоскости сверхрешетки, 2 — падение линейно поляризованного света под углом 45 к плоскости сверхрешетки;

вектора напряженности электрического поля световой волны имеет составляющую, перпендикулярную плоскости сверхрешетки.

На рис. 1, a приведен спектр разности падающего и прошедшего световых потоков (1 - T ) (T —оптическое пропускание) от энергии кванта E для решетки Фибоначчи при нормальном падении неполяризованного света (кривая 1) и поляризованного света, имеющего составляющую напряженности электрического поля, перпендикулярную плоскости слоя (кривая 2). На рис. 1, b приведены аналогичные спектры для решетки Thue–Morse. Как видно из рис. 1, a, при поглощении света, имеющего перпендикулярную составляющую вектора напряженности, появляется область поглощения в интервале 1.52 1.68 эВ. Вторая особенность связана Рис. 2. Зависимость разности падающего и прошедшего с уменьшением поглощения в области энергии квантов световых потоков (1-T) в относительных единицах от энергии больше 1.8 эВ. В решетках Thue–Morse при наличии кванта E для решетки Thue–Morse. Внешнее напряжение, перпендикулярной составляющей вектора напряженно- перпендикулярное слоям сверхрешетки, U = 0 (1) и 3 В(2).

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Поглощение света в непериодических сверхрешетках PbS/C в электрическом поле Таким образом, непериодические сверхрешетки обладают разнообразными оптическими и электрооптическими свойствами, которые могут быть использованы в оптоэлектронных устройствах.

Данная работаа поддержана ФЦП ”Интеграции” (проект № 75) и РФФИ (грант № 96-02-17200).

Список литературы [1] E. Diez, F. Dominguez-Adame, E. Maci, A. Snchez. Phys.

Rev. B, 54, 16 792 (1996).

[2] P. Carpena, V. Gasparian, M. Ortuo. Phys. Rev. B, 51, 12 (1995).

[3] M. Quilichini, T. Janssen. Rev. Mod. Phys., 69, 277 (1997).

[4] A. Rodriguez, F. Dominguez-Adame. Phys. Rev. B, 56, 10 (1997).

[5] P.E. de Brito, C.A.A. da Silva, H.N. Nazareno. Phys. Rev. B, 51, 6096 (1995).

[6] С.Ф. Мусихин, Л.Г. Бакуева, В.И. Ильин, О.В. Рабизо, Л.В. Шаронова. ФТП, 29, 474 (1995).

[7] С.Ф. Мусихин, В.И. Ильин, О.В. Рабизо, Л.Г. Бакуева, Т.В. Юдинцева. ФТП, 31, 56 (1997).

[8] V.I. Il’in, S.F. Musikhin, L.G. Bakueva, O.V. Rabizo, S.A. Rykov. Mater. Sci. Eng. B, 35, 120 (1995).

[9] Е.Я. Глушко, В.Н. Евтеев. ФТП, 31, 889 (1997).

[10] V.I. Il’in, S.F. Musikhin, L.G. Bakueva, O.V. Rabizo. In: Proc.

Int. Symp. ”Nanostructures: Physics and Technology” (St.Petersburg, Russia, June 26–30, 1995) p. 111.

Редактор Л.В. Шаронова Light absorption on non-periodical PbS/C superlattices in electric field S.F. Musikhin, V.I. Il’in, O.V. Rabizo, L.V. Sharonova, L.G. Bakueva St.Petersburg State Technical University, 195251 St.Petersburg, Russia A.F.Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St.Petersburg, Russia

Abstract

The light absorption has been investigated in nonperiodical PbS/C Fibonacci and Thue-Morse superlattices at room temperature and two orientations of the light wave electric field.

The first orientation is chosen along superlattice layers. At the second orientation there is an electric field component perpendicular to the superlattice layers. The light absorption was investigated in an electric field along the superlattice axis.

E-mail:smus@twonet.stu.neva.ru Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 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.