WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1328 Р.П. Сейсян, В.А. Кособукин, М.С. Маркосов запрещенной зоны 4.2. Температурно-зависимое интегральное поглощение a1TEg(T ) =Eg(0) -, (17) Принципиально важным и наиболее интересным для a2 + T нас является анализ температурной зависимости интегрального поглощения K(T ), измеренной для твердых вычисленная при x = 0.15 по формулам из [37] с парарастворов в области экситонных резонансов. Экспериметрами a1 = 5.9 мэВ/K, a2 = 238.2 K. За начало отсчементальная функция K(T ), найденная на основе спектта в (17) принята энергия Eg(0) =(E1s + E1s )/2 + Ry, + ров поглощения образца Al0.15Ga0.85As (рис. 4, c), поравная 1.7033 эВ. Из сравнения 0(T ) и (17) казана на рис. 6. Видно, что интегральное поглощена рис. 5 следует, что энергия связи экситона ние K для твердого раствора возрастает при увелиRy = Eg(T ) - 0(T ) практически не зависит от темпечении температуры, а выше критической температуратуры. Вместе с тем, вплоть до самых высоких темры Tc 155 K становится постоянным с точностью до ператур, реализованных в эксперименте (380 K), когда экспериментальной ошибки. Представленная на рис. какие-либо указания на экситонный характер края поглокривая K(T ) — качественно такая же, как для кристалщения практически отсутствуют, природа края остается лических бинарных полупроводников [32,33], в которых тем не менее экситонной.

наблюдаются экситонные поляритоны, характеризуемые На рис. 5 показано также, что ширина линии пространственной дисперсией (модель I).

основного экситонного состояния почти постоянна Как показано в разд. 2, для твердых растворов воз(H 2.6мэВ) при температурах ниже 60 K, затем мономожны два механизма экситон-поляритонного переноса тонно возрастает приблизительно до 10 мэВ при 300 K.

с участием квазисвободных (модель I) или локализоВ низкотемпературной области величина H для твер- ванных (модель II) экситонов. Предсказываемые для дого раствора оказывается существенно больше, чем этих моделей теоретические зависимости интегрального для GaAs [40] даже после вычитания деформационного поглощения KI и KII (рис. 1) показывают низкотемперарасщепления. Предполагая, что неоднородное уши- турную аномалию и качественно согласуются с резульe рение линии exp не зависит от температуры, находим, татом эксперимента (рис. 6). Определяющие эту аномачто при T >150 K экспериментальная величина H(T ) лию критические параметры = 2 0 20 LT/Mcc превышает ширину экситонного уровня из (14) для модели I или радиационное затухание 0( 0 0L/c)d для модели II включают скорость R (T ) = + (T ) + (T ), (18) света, и это указывает на поляритонную природу эффек0 ac op та в обоих случаях. Исходя из этого мы делаем вывод, оцененную с учетом основных каналов нерадиаци- что наблюдаемая температурная аномалия интегрального поглощения имеет электромагнитное (поляритонное) онного затухания экситона. К ним относится вклад происхождение.

= (T = 0) от взаимодействия экситонов с заряженВыполнение условия K T =0> 0 для экспериментальными примесями и вклады ной зависимости K(T ) указывает на наличие температурно-независимого вклада в нерадиационное затуха (T ) =A · T, ac ние экситона. Поскольку разделить возможные вклады KI и KII в наблюдаемую зависимость K(T ) в рамках - (T ) =B exp( LO/kT) - 1, (19) op обусловленные, как в GaAs [17], взаимодействием экситона с акустическими и оптическими LO-фононами соответственно.

Из дальнейшего видно, что в случае твердых растворов Al0.15Ga0.85As имеется температурно-независимый вклад = 0.65 мэВ в однородное уширение экситона.

Этот вклад, который обычно связывается с рассеянием экситонов на заряженных примесных центрах, в наиболее „чистых“ кристаллах GaAs не превышает = 0.017 мэВ. Значительное возрастание величины в твердых растворах невозможно объяснить не привлекая дополнительный механизм рассеяния экситонов.

Таким механизмом является рассеяние на статических флуктуациях экситонного потенциала, которое при низРис. 6. Температурная зависимость интегрального поглощеких температурах обеспечивает главный вклад в одно- ния света K(T ), измеренная для тонких свободных образцов родное уширение экситонных линий. Al0.15Ga0.85As.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Экситоны и поляритоны в полупроводниковых твердых растворах AlGaAs данной работы не представляется возможным, мы полу- к GaAs по своей природе и атомной структуре, но чим грубые оценки параметров на основе теоретической имеют несколько большую среднюю ширину запрещензависимости KI. В пользу механизма I свидетельствует ной зоны. Установлено, что при низких температурах близость формы экспериментальной кривой K(T ) и те- (T = 1.7-60 K) в наших образцах твердых растворов оретической зависимости KI от T, полученной с учетом основной вклад в ширину линий экситонного спектра соотношений (12) и (18). Сопоставление этих зависимо- обусловлен неоднородным уширением, которое превыстей дает = 0.65 мэВ для однородного уширения эк- шает ожидаемые вклады в затухание экситона, обусловситона при T = 0 K. Затем, используя масштабирующую ленные его взаимодействием с фононами и ионизированными примесями. Неоднородное уширение экситонной функцию (18), которая включает фононные вклады (19), линии, связанное с наличием случайного потенциала в получаем = (Tc) =1.1 мэВ.

c Из соотношения obs + inh для экситонного со- твердом растворе, не влияет на проявление механизмов стояния 1s при низких температурах находим неод- интегрального поглощения, „унаследованного“ от основного кристаллического полупроводника.

нородную ширину линии inh 1.95 мэВ в хорошем согласии с экспериментальной и теоретической завиРабота выполнена при поддержке РФФИ (гранты симостями inh от x из работы [6]. Существенно, что № 02-02-16735 и 04-02-17592).

условие L > aB / µEB, введенное выше для дли Авторы благодарны С.А. Пермогорову за полезные ны локализации экситона как целого L / Minh, обсуждения.

совместимо с полученной из эксперимента оценкой неоднородного уширения inh. Заметим также, что при такой оценке рост ширины экситонной линии (T ) +inh Список литературы с температурой при T > 200 K существенно отстает от роста наблюдаемой величины H, представленной на [1] Экситоны, под ред. Е.И. Рашбы, М.Д. Стержа (М., 1985).

[2] S. Permogorov, A. Reznitsky, S. Verbin, G.O. Miller, P. Flogel, рис. 5. Количественное согласие с экспериментальной M. Nikiforova. Phys. Status Solidi B, 113, 589 (1982).

зависимостью H(T) формально можно получить, если [3] A. Klochikhin, A. Reznitsky, S. Permogorov, T. Breitkorf, учесть температурно-зависимый вклад в (T), обусловM. Grun, M. Herrerich, C. Klingshirn, V. Lyssenko, ленный взаимодействием экситонов с заряженными приW. Langbein, J.M. Hvam. Phys. Rev. B, 59, 12 947 (1999).

месями [40]. Однако при согласованной подгонке экс[4] Н.Н. Аблязов, М.Э. Райх, А.Л. Эфрос. ФТТ, 25, 353 (1983).

периментальных зависимостей H(T ) и K(T ) оценка 0 [5] A.L. Efros, M.E. Raikh. In: Optical Properties of Mixed существенно увеличивается, а inh — уменьшается.

Crystals, ed. by R.J. Elliott, I.P. Ipatova (Elsevier, 1988) p. 133.

[6] S.M. Lee, K.K. Bajaj. J. Appl. Phys., 73, 1788 (1993).

5. Заключение [7] С.И. Пекар. Кристаллооптика и добавочные световые волны (Киев, Наук. думка, 1982).

Мы исследовали интегральное по спектру экситонное [8] В.И. Сугаков, В.Н. Хотяинцев. ЖЭТФ, 70, 1566 (1976).

поглощение света в твердых растворах AlxGa1-xAs [9] F.L. Galeener, G. Lukovsky. Phys. Rev. Lett., 37, 1474 (1976);

высокого качества, выращенных методом молекулярK. Sekimoto, T. Matsubara. Phys. Rev. B, 26, 3411 (1982);

но-пучковой эпитаксии. Представлены две теоретиче- S.W. Leeuw, M.F. Thorpe. Phys. Rev. Lett., 55, 2879 (1985).

[10] H.L. Lemberg, S.A. Rice, D. Guidotti. Phys. Rev. B, 10, ские модели экситон-поляритонного переноса энергии (1974).

возбуждения, которые предсказывают появление низ[11] А.Г. Банщиков, В.Е. Корсуков, В.А. Кособукин. ФТТ, 19, котемпературной аномалии интегрального поглощения 3322 (1977).

(монотонного роста поглощения с температурой). Один [12] N.I. Afanasieva, E.G. Brame, M.G. Ezernitskaya, B.V. Lokмеханизм аномального поглощения связан с конкуренциshin, V.A. Yakovlev, G.N. Zhizhin. Polymer, 29, 821 (1988).

ей процессов энергопереноса квазисвободными эксито[13] В.А. Кособукин. ФТТ, 45, 1091 (2003).

нами и электромагнитным полем, как в случае полупро[14] К.С. Журавлев, А.К. Калагин, Н.Т. Мошегов, А.И. Торопов, водниковых кристаллов. Другой механизм аномального Т.С. Шамирзаев, О.А. Шегай. ФТП, 30, 1704 (1996).

поглощения возникает при когерентном переизлучении [15] R.P. Seisyan, V.A. Kosobukin, S.A. Vaganov, M.S. Markosov, локализованных экситонов между резонансными кванто- T.S. Shamirzaev, K.S. Zhuravlev, A.K. Bakarov, A.I. Toropov.

Phys. Status Solidi C, 2, 900 (2005).

выми ямами в отсутствие переноса экситонов. Экспери[16] В.Л. Бонч-Бруевич, И.П. Звягин, Р. Кайпер, В.Г. Миронов, ментально установлено, что температурное поведение Р. Эндерлайн, Б. Эссер. Электронная теория неупоряинтегрального поглощения в твердых растворах имеет доченных полупроводников (М., Наука, 1981).

особенности, связанные с экситон-поляритонным пере[17] А.С. Давыдов. Теория твердого тела (М., Наука, 1976).

носом энергии.

[18] Н.Н. Ахмедиев. ЖЭТФ, 79, 1534 (1980).

Значения экситонных параметров, найденные из эк[19] J.S. Nkoma. Phys. Status Solidi B, 97, 657 (1980).

ситонных спектров твердого раствора Al0.15Ga0.85As, [20] G. Battaglia, A. Quattropani, P. Schwendimann. Phys. Rev. B, несущественно отличаются от значений, относящихся к 34, 8258 (1986).

кристаллам GaAs. Это можно считать естественным для [21] В.А. Кособукин, М.М. Моисеева. ФТТ, 37, 3694 (1995).

изучаемых твердых растворов, которые очень близки [22] V.A. Kosobukin. Phys. Status Solidi B, 108, 271 (1998).

4 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1330 Р.П. Сейсян, В.А. Кособукин, М.С. Маркосов [23] J.J. Hopfield, D.G. Thomas. Phys. Rev., 132, 563 (1963). Excitons and polaritons in AlGaAs [24] В.М. Агранович, В.Л. Гинзбург. Кристаллооптика с учеsemiconductor solid solutions том пространственной дисперсии и теория экситонов R.P. Seisyan, V.A. Kosobukin, M.S. Markosov (М., Наука, 1979).

[25] V.A. Kiselev, B.S. Razhbirin, I.N. Uraltsev. Phys. Status Ioffe Physicotechnical Institute, Solidi B, 72, 161 (1975).

Russian Academy of Sciences, [26] А.И. Екимов, А.А. Онущенко, М.Э. Райх, Ал. Л. Эфрос.

194021 St. Petersburg, Russia ЖЭТФ, 90, 1795 (1986).

[27] A. Tredicucci, Y. Chen, F. Bassani, J. Massiers, C. Deparis, G. Neu. Phys. Rev. B, 47, 10 348 (1993).

Abstract

Spectra of absorption edge and temperature depen[28] С.А. Марков, Р.П. Сейсян, В.А. Кособукин. ФТП, 38, dence of integral absorption were measured for semiconductor (2004).

solid solutions AlxGa1-x As with x = 0.15 and 0.21 in the [29] S. Rudin, T.L. Reinecke, B. Segall. Phys. Rev. B, 42, 11 temperature range T = 1.7-380 K. The results are discussed (1990).

by two models of the exciton-polariton energy transfer, which [30] A.V. Selkin. Phys. Status Solidi B, 83, 47 (1977).

can explain the inconstancy of the integral absorption at low [31] R. Loudon. J. Phys. A, 3, 233 (1970).

temperatures in systems with random excitonic potential. One [32] V.A. Kosobukin, R.P. Seisyan, S.A. Vaganov. Semicond. Sci.

of the models explains the temperature anomaly of absorption Technol., 8, 1235 (1993).

as a result of competition between excitonic and electromagnetic [33] Г.Н. Алиев, О.С. Кощуг, Р.П. Сейсян. ФТТ, 36, 373 (1994).

transfers in a quasi-homogeneous medium (virtual crystal) with [34] G.N. Aliev, O. Coschug-Toates, R.P. Seisyan. J. Cryst. Growth, spatial dispersion. The other model attribute the effect to resonant 159, 843 (1996).

[35] Г.Н. Алиев, Н.В. Лукьянова, Р.П. Сейсян. ФТТ, 40, 869 re-radiation of localized excitons along finite-length chains of (1998).

quantum wells in the absence of mechanical transfer of excitons.

[36] D.S. Gerber, G.N. Maracas. J. Quant. Electron., 29, From the observation of a characteristic temperature dependence (1993).

of integral absorption it is concluded that excitonic polaritons [37] L. Pavesi, M. Guzzi. J. Appl. Phys., 75, 4779 (1994).

exist in solid solutions under study. Found for a sample of [38] Numerical Data and Functional Relationships in the solid solution Al0.15Ga0.85As was the critical temperatute Science and Technology, ed. by K.-H. Hellwege Tc = 155 K, above which the integral absorption saturates. For (LANDOLT-BRNSTEIN), Group III, v. 17 b (Springer, the solid solutions inhomogeneous broadening of the exciton line Berlin, 1982).

due to fluctuating potential is shown to dominate at temperatures [39] Р.П. Сейсян. Спектроскопия диамагнитных экситонов T = 1.7-60 K and to exceed considerably the homogeneous (М., Наука, 1984).

broadening originating in interaction of excitons with phonons and [40] J. Lee, E.S. Koteles, M.O. Vassell. Phys. Rev. B, 33, (1986); V. Srinivas, Y.J. Chen, C.E.C. Wood. Sol. St. Commun., charged impurities.

89, 611 (1994).

Pages:     | 1 | 2 ||



© 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.