WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 10 Влияние неоднородности пространственного распределения неравновесных носителей на спектры краевого излучения прямозонных полупроводников © П.Г. Лукашевич Белорусская государственная политехническая академия, 220027 Минск, Белоруссия (Получена 7 февраля 1997 г. Принята к печати 2 февраля 1998 г.) Показано, что при высоких плотностях однофотонного возбуждения неоднородное распределение неравновесных носителей по глубине оказывает сильное влияние на соотношение интенсивностей различных полос и может приводит к практически полному подавлению полос электронно-дырочной плазмы в спектрах краевого излучения кристаллов. Оценена величина разлета неравновесной электронно-дырочной плазмы.

Расчеты (см. [1,2]) показывают, что неоднородное рас- в спектрах краевого излучения образцов будет доминипределение неравновесных электронно-дырочных (ЭД) ровать полоса излучения ЭДП. Однако из рис. 1 следует, пар по кристаллу искажает контуры спектров ряда полос что при уменьшении энергии квантов возбуждающего рекомбинационного излучения в прямозонных полупро- излучения от 3.68 до 2.58 эВ объем области, занимаемой водниках. В некоторых случаях можно ожидать даже ЭДП, увеличивается примерно в 2.5 раза. Объем области, превращения одной полосы спонтанного излучения в занимаемой экситонами, увеличивается в значительно несколько, казалось бы, независимых полос. меньшей степени. Поэтому можно ожидать, что при Неоднородное распределение неравновесных ЭД пар возбуждении кристаллов излучением с h = 2.58 эВ по глубине n(x) возникает при однофотонном возбужде- относительная интенсивность полосы приповерхностной нии полупроводников [3]. Однако влияние профиля n(x) ЭДП в нормированных на максимум спектрах на спектры краевого излучения прямозонных соединений рекомбинационного излучения должна возрасти.

при сильном однофотонном возбуждении, когда в ансамВ выполненных расчетах и в дальнейшем учитывабле неравновесных носителей проявляются различные лось, что для получения одинаковых концентраций ЭД виды взаимодействий и включаются нелинейные мехапар на границах образцов n0 при различных значенинизмы рекомбинации, не исследовалось.

ях hex в случае возбуждения лазером на красителе Данный вопрос удобно рассмотреть на приме- (hex = 2.58 эВ) интенсивность его излучения следует ре конкретного полупроводникового материала. На увеличить примерно в 2.5 раза, а плотность мощности рис. 1 приведены рассчитанные зависимости n(x) для Pex примерно в 1.8 раза.

двух значений коэффициента межзонного поглощения Для проверки приведенной выше гипотезы было проk1 = 5 · 104 см-1 и k2 = 2 · 104 см-1 и случая сильведено экспериментальное исследование рекомбинациного стационарного однофотонного возбуждения полуонного излучения специально не легированных объембесконечного образца теллурида цинка. В приближении ных монокристаллов теллурида цинка при указанных прямых межзонных переходов выбранные значения коэффициентов поглощения соответствуют возбуждению кристаллов излучением лазера на молекулярном азоте с энергией кванта hex = 3.68 эВ и лазера на красителе с hex = 2.58 эВ. Расчеты выполнены по методике, описанной в работе [3], с использованием приведенной в данной работе зависимости времени жизни ЭД пар от концентрации. Квантовый выход поглощения и коэффициент отражения кристаллов приняты равными 1 и 0.соответственно. Длина диффузии при низких концентрациях ЭД пар L0 = 0.5 мкм, температура T = 5K.

В приповерхностной области x < l1, l2, в которой выполняется условие перехода Мотта и n > nM 1.4 · 1017 см-3 [4], за краевое излучение ex теллурида цинка ответственна электронно-дырочная плазма (ЭДП); при x >l1, l2 за излучение ответственны в основном экситоны. Объемы областей, занимаемых экРис. 1. Рассчитанные зависимости n(x) для T = 5K и ситонами, больше объемов областей, занимаемых ЭДП.

L0 = 0.5мкм. 1 — hex = 3.68 эВ, Pex = 3МВт/см2;

Поэтому нет достаточно веских оснований ожидать, что 2 — hex = 2.58 эВ, Pex = 5.4МВт/см2.

Влияние неоднородности пространственного распределения неравновесных носителей... при hex = 2.58 эВ не может быть связано с развитием в них нового механизма рекомбинации, характерного для ансамбля неравновесных носителей более высокой плотности. В пользу этого свидетельствует и тот факт, что при возбуждении с энергией h = 3.68 эВ эта полоса не разрушается в спектрах вплоть до разрушения возбужденных поверхностей образцов.

Глубина области, занимаемой ансамблем неравновесных ЭД пар, мала и существенно не изменяется при уменьшении hex. По этой причине полосу 2.36 эВ не представляется возможным связать только с вынужденным излучением на частотах полосы 2.37 эВ.

Из ранее проведенного анализа (рис. 1) следует, что полоса 2.36 эВ обусловлена рекомбинацией носителей заряда в приповерхностной ЭДП, объем которой значительно увеличивается при уменьшении hex от 3.до 2.58 эВ. В случае возбуждения лазером на молекулярном азоте из-за малого объема ЭДП она участвует всего лишь в формировании длинноволнового крыла Рис. 2. Спектры излучения кристаллов ZnTe при T = 5K.

hex эВ: 1, 2 — 3.68; 3, 4 — 2.58. Pex, МВт/см2: 1 —1.5, 2 —3, полосы 2.37 эВ, хотя при этом и достигаются существен3 —2.7, 4 —5.4.

но большие значения n0, чем при Pex = 1МВт/сми hex = 2.58 эВ, когда она отчетливо проявляется в спектрах.

Выше для наглядности проведен упрощенный анализ энергиях квантов возбуждающего излучения. Люминесвлияния неоднородности распределения неравновесных ценция возбуждалась лазером на молекулярном азоте носителей на спектры краевого излучения прямозонных (hex = 3.68 эВ) и лазером на красителе (hex = 2.58 эВ) полупроводников при интенсивном лазерном возбуждеи исследовалась со свежих сколов образцов с помощью нии. Предполагалось, что ЭДП может иметь только одну стробоскопической системы регистрации. Для уменьшеполосу излучения. В действительности ситуация оказыния влияния вынужденного излучения и минимизации вается несколько более сложной. Электронно-дырочная влияния неоднородности распределения ЭД пар вдоль плазма в кристаллах ZnTe, как и свободные экситоны в возбужденных поверхностей образцов на спектры люкристаллах CdS (см. [7]), при рекомбинации с рождением минесценции излучение регистрировалось в направлесмешанных плазмон-фононных мод имеет две полосы.

нии, приблизительно нормальном к возбужденным поПолоса 2.36 эВ обусловлена рекомбинацией ЭД пар с верхностям из центральных частей пятен возбуждения.

рождением смешанных плазмон-фононных мод L+, поСпектральная ширина щели монохроматора составляла лоса рекомбинации ЭД пар в ЭДП с рождением L--мод 0.3 мэВ, диаметр пятна возбуждения 0.2 мм, темперарасположена вблизи 2.37 эВ (см. [4]). Она перекрыватура T = 5K.

ется с полосами рекомбинации экситонов с рождением В спектрах рекомбинационного излучения кристаллов, L--мод и неупругих экситон-экситонных столкновений, возбуждаемого квантами с hex = 3.68 эВ, с длинмаскируется ими и не разрешается в спектрах излучения новолновой стороны от линии связанных экситонов I1 исследованных образцов.

возникает и развивается новая полоса с максимумом Таким образом, проведенные исследования показывавблизи h = 2.37 эВ (рис. 2, кривые 1, 2). Она ют, что при высоких плотностях однофотонного возбуимеет сложный контур, изменяющийся с изменением ждения неоднородное распределение неравновесных ноинтенсивности возбуждения. При возбуждении квантами сителей по глубине оказывает сильное влияние не только с hex = 2.58 эВ на длинноволновом крыле развивается на контуры отдельных полос, но и на соотношение еще одна полоса с максимумом вблизи h = 2.36 эВ интенсивностей различных полос в спектрах краевого (кривые 3, 4). В некоторых кристаллах интенсивность излучения прямозонных кристаллов. При возбуждении (I) этой полосы может даже превосходить интенсивность неравновесных электронов глубоко в зону проводимости, полосы 2.37 эВ. Полученные результаты находятся в хокогда достигаются большие значения коэффициентов рошем соответствии с известными экспериментальными межзонного поглощения, оно может приводить к маскиданными [5,6].

ровке и даже к практически полному подавлению полос В условиях возбуждения при hex = 2.58 эВ и излучения ЭДП.

Pex = 2МВт/см2 вблизи возбужденных поверхно- В заключение остановимся на одном важном факте.

стей достигались меньшие концентрации неравновесных В работе [8] было обнаружено, что в кристаллах сульЭД пар, чем при возбуждении с hex = 3.68 эВ и фида кадмия эффект увлечения неравновесных экситоPex = 3МВт/см2. Поэтому разгорание полосы 2.36 эВ нов фононами исчезает при времени жизни экситонов 4 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1202 П.Г. Лукашевич ex 2 · 10-9 с. В проведенных расчетах n(x) пренебрегалось эффектом разлета неравновесных ЭД пар вследствие, например, фононного ветра (см. [9]). Очевидно, если бы постоянная длины разлета ЭД пар в приповерхностной ЭДП в приближении экспоненциальных зависи-мостей n(x) превышала величину l0 3k2 1мкм, то спектры краевого излучения, а следовательно, и пространственное распределение ЭД пар в ЭДП, не могли бы столь сильно зависеть от энергии квантов возбуждающего излучения. Поэтому на основании отмеченных выше данных [8], расчетов зависимостей n(x) [3] и проведенных исследований можно сделать вывод, что при низких температурах неравновесная ЭДП в соединениях типа AIIBVI со временем жизни ЭД пар 10-10 с имеет постоянную длины разлета не более 1 мкм.

Список литературы [1] А.А. Клочихин, Д.К. Нельсон, Б.С. Разбирин, М.А. Якобсон, Г.О. Мюллер, В.Д. Егоров. ФТТ, 29, 1123 (1987).

[2] П.Г. Лукашевич. ФТП, 29, 2002 (1995).

[3] П.Г. Лукашевич. ФТП, 29, 1253 (1995).

[4] П.Г. Лукашевич, В.Н. Павловский, В.А. Самойлюкович.

ФТП, 23, 578 (1989).

[5] M. Kwietniak. Zjawiska Luminescencji w ZnTe (Wroclaw– Warszawa–Krakow–Gdansk, PAN, 1980).

[6] П.Г. Лукашевич, В.А. Иванов. ЖПС, 36, 160 (1980).

[7] Н.Н. Зиновьев, И.Д. Ярошецкий. ФТП, 14, 464 (1980).

[8] Н.Н. Зиновьев, И.Д. Ярошецкий. Письма ЖЭТФ, 33, (1981).

[9] Электронно-дырочные капли в полупроводниках, под ред. К.Д. Джефриса, Л.В. Келдыша (М., Наука, 1988).

Редактор Л.В. Шаронова The influence of inhomogeneous spatial distribution of nonequilibrium carriers on the edge radiation spectra in direct-gap semiconductors P.G. Lukashevich State Polytechnical Academy, 220027 Minsk, Belarus

Abstract

It is shown that at high levels of the one-photon excitation the inhomogeneous distribution of nonequilibrium carriers over the depth strongly influences on intensity correlation of different bands and can lead to a practically complete suppression of the bands of electron-hole plasma in edge emission spectra of crystals.

The running size of the nonequilibrium electron-hole plasma was estimated.

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.