WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

(спектр 1) с максимальной интенсивностью, более чем (a/) sin 0.42, а 3/4 0.43. Последнее свидена 2 порядка превышающей интенсивность соответствутельствует о том, что структура исследуемого образца ющей полосы в композите опал-GaP (спектр 2). На соответствует ГЦК решетке. Если это так, то должно рис. 4 показано, что, хотя по положению максимувыполняться и соотношение (2), из которого на длине мов наблюдаемые полосы ФЛ созданных композитов волны можно оценить величину 0 = 2.0. С другой находятся в одной спектральной области, по общей стороны, величина 0 удовлетворяет соотношению форме они заметно отличаются друг от друга. Поло0 = a(1 - f ) +b f, (3) са ФЛ композита опал-GaP заметно шире полосы ФЛ в опале-GaPN и в целом смещена в длинноволновую где a и b — средние диэлектрические проницаемости сторону относительно последней.

межшарового пространства и шаров соответственно, Максимумы полос ФЛ композита опал-GaP сущеа f — фактор заполнения структуры шарами. Тогда ственно смещены в коротковолновую сторону отнопри известных значениях b и f [9], используя оценку сительно максимумов брэгговского отражения, расподля 0, можно найти величину a 2.0. Полученное ложенных в области 680 нм. В композите опал-GaPN значение a дает среднее значение диэлектрической наблюдаемые полосы ФЛ попадают в спектральную проницаемости межшарового пространства, которое чаобласть ФЗЗ. Этот факт наряду с большой интенсивстично заполнено воздухом и материалом GaPN. Если ностью ФЛ позволил наблюдать проявление ФЗЗ в в качестве грубого приближения допустить, что a спектрах люминесценции. На рис. 5 изображены спектры является линейной функцией степени заполнения пор люминесценции от упорядоченной области композита твердым раствором, то с учетом погрешности гравиопал-GaPN при разных углах выхода излучения отнометрических данных для диэлектрической проницаемосительно нормали к поверхности. В спектрах наблюдасти синтезированного нами аморфного GaPN получаем ется провал, положение и смещение которого по мере В ряде чистых опалов и синтезированных композитов при подстаувеличения угла выхода коррелирует с положением и новке измеренных значений (, ) в левую часть соотношения (1) смещением максимумов в спектрах отражения. Возникобнаружено заметное (более 10%) отклонение от соотношения (1), новение провала в ФЛ обусловлено тем, что интенчто свидетельствует об отличии пространственной симметрии этих ФК от симметрии ГЦК решетки. сивность излучения, выходящего под некоторым углом Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Фотонные кристаллы на основе композитов опал-GaP и опал-GaPN... с излучением опаловой матрицы [3,16,17]. Мы предполагаем, что эта полоса обусловлена в основном фотолюминесценцией рентгеноаморфного вещества, синтезированного в порах опала. Учитывая неоднозначность наших выводов о природе этого вещества, обсудим возможные альтернативы происхождения рассматриваемой полосы. Если бы в порах опала возникали разделенные аморфные фазы (см. выше), то полоса могла бы быть связана с излучательной рекомбинацией либо в GaP, либо в GaN. При комнатной температуре максимум ФЛ кристаллического GaP (2.3 эВ [6]) смещен в длинноволновую сторону относительно максимума рассматриваемой полосы. Добавление незначительного количества азота, согласно литературным данным [6], сдвигает полосу люминесценции GaP в длинноволновую (красную) область спектра. Учитывая сказанное, мы полагаем, что наблюдаемая полоса ФЛ не может быть связана с излучением аморфной фазы GaP (полосы люминесценции в аморфных материалах обычно смещены в длинноволновую сторону относительно их положения в кристаллических аналогах). В работе [19] обнаружено, что широкая полоса люминесценции аморфного GaN расположена в области 2.8 эВ и, таким образом, она существенно сдвинута в коротковолновую область по сравнению с Рис. 4. Спектры фотолюминесценции неупорядоченных областей (характеризуемых отсутствием брэгговской компоненты в спектрах отражения) композитов опал-GaPN (1) и опал-GaP (2).

к поверхности (111), должна заметно уменьшаться в спектральном интервале, соответствующем условиям брэгговского отражения (из-за влияния ФЗЗ на условия распространения фотонов).

В случае опалов, заполненных полупроводниками, вклад в ФЛ могут давать как электронно-дырочная излучательная рекомбинация в самих полупроводниках, так и излучение опаловой матрицы (например, вакансии кислорода в SiO2) [3,16,17]. Согласно [18], спектры ФЛ аморфного SiO2 при T = 300 K содержат в исследованной нами спектральной области две полосы излучения: четко выраженную и довольно узкую (полуширина 0.19 эВ) полосу 645 нм (1.92 эВ) и менее интенсивную, но более широкую (полуширина 0.35 эВ) полосу 516 нм (2.40 эВ). В спектрах ФЛ чистых опалов и опалов, заполненных ZnS, максимумы широких полос ФЛ, связанных с излучением SiO2, соответствуют энергии 2.3 эВ ( 539 нм) [17]. Положение максимума широкой (полуширина 0.5 эВ) полосы ФЛ в композите опал-GaP также может быть оценено как 2.30 эВ (рис. 4).

Рис. 5. Спектры фотолюминесценции высокоупорядоченной Поэтому можно предположить, что наблюдаемая поло(в пределах одного домена) области композита опал-GaPN са ФЛ в композите опал-GaP в значительной степени при разных углах выхода излучения относительно нормали к связана с излучением самой опаловой матрицы.

поверхности образца: 1 —0, 2 —14, 3 —26, 4 —45, По своей форме, полуширине (0.2 эВ) и положению 5 —51; для удобства сопоставления спектры сдвинуты по (505 нм, 2.45 эВ) полоса ФЛ в композите опал-GaPN оси ординат. Скачок в спектрах в районе 550 нм связан с (рис. 4) заметно отличается от полос ФЛ, связанных переключением диапазонов регистрации.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1454 Г.М. Гаджиев, В.Г. Голубев, М.В. Заморянская, Д.А. Курдюков, А.В. Медведев, J. Merz, A. Mintairov...

полосой ФЛ в композите опал-GaPN. В свете вышеизло- Список литературы женного остается предположить, что основной вклад в [1] Photonic Crystals and Light Localization in the 21st Cenнаблюдаемую люминесценцию в исследованном образце tury, ed. by C.M. Soukoulis (Dordrecht, Kluwer, 2001).

связан с излучательной рекомбинацией неравновесных [2] K. Bush, S. John. Phys. Rev. E, 58, 3896 (1998).

носителей в аморфной фазе полупроводника GaPN.

[3] S.G. Romanov, R.M. De La Rue, H.M. Yates, M.E. Pemble.

В работе [20] представлены результаты расчетов ширины запрещенной зоны твердого раствора GaP1-xNx [4] J. Phys.: Condens. Matter, 12, 339 (2000).

Yu. Davydov, V.G. Golubev, N.F. Kartenko, D.A. Kyrdyukov, как функции x. Для оцененной нами концентрации азота A.B. Pevtsov, S.M. Samoilovich, N.V. Sharenkova, P. Bro(x = 0.8) край поглощения твердого раствора соответgueira, R. Schwarz. Nanotechnology, 11, 291 (2000).

ствует прямым переходам ( - -переход в кристалли[5] S. Nakamura, G. Fasol. The Blue Laser Diode: GaN based ческой фазе) и должен располагаться, согласно [20], в Light Emitters and Lasers (Berlin, Springer, 1997).

районе 2.6 эВ. Такое положение края запрещенной зоны [6] C.W. Tu. J. Phys. Condens. Matter, 13, 7169 (2001).

[7] E. Yablonovitch. Phys. Rev. Lett., 58, 2059 (1987).

согласуется с наблюдаемым положением максимума [8] В.Г. Голубев, В.А. Кособукин, Д.А. Курдюков, А.В. Медизлучения (2.45 эВ, рис. 4) полосы ФЛ в композите ведев, А.Б. Певцов. ФТП, 35, 710 (2001); V.G. Goопал-GaPN. Для окончательного установления конкретlubev, V.Yu. Davydov, N.F. Kartenko, D.A. Kurdyukov, ной природы наблюдаемых полос ФЛ необходимы дальA.V. Medvedev, A.B. Pevtsov, A.V. Scherbakov, E.B. Shadrin.

нейшие исследования.

Appl. Phys. Lett., 79, 2127 (2001); G. Gajiev, V.G. Golubev, D.A. Kurdyukov, A.B. Pevtsov, A.V. Sel’kin, V.V. Travnikov.

Phys. St. Sol. (b), 231 (1), R7 (2002).

4. Заключение [9] V.G. Golubev, A.V. Il’inskii, D.A. Kurdyukov, A.V. Medvedev, A.B. Pevtsov, A.V. Scherbakov, A.V. Sel’kin, E.B. Shadrin.

Таким образом, в настоящей работе продемонстриAbstracts 10th Int. Symp. „Nanostructures: Physics and рована возможность создания трехмерных фотонных Technologies“ (St. Petersburg, 2002) p. 108.

кристаллов на основе полупроводниковых композитов [10] Г. Гаджиев, В.Г. Голубев, В.Ю. Давыдов, Д.А. Куропал-GaP и опал-GaPN. Проведенные спектрально-оптидюков, А.В. Медведев, А.Б. Певцов, В.В. Травников.

ческие исследования показали, что полученные струкСб. тр. III межд. конф. „Аморфные и микроскристаллитуры обладают ярко выраженными фотонно-кристаллические полупроводники“ (СПб., 2002) с. 9; A.B. Pevtsov, ческими свойствами и могут рассматриваться в качестве V.G. Golubev, D.A. Kurdyukov, A.V. Medvedev, A.V. Sel’kin, перспективных объектов для фундаментальных исследо- V.V. Travnikov, J. Merz, A. Mintairov. Abstracts MRS ваний и практических разработок. Fall Meeting (Boston, USA, 2002) p. 361; G. Gajiev, V.G. Golobev, D.A. Kurdyukov, A.B. Pevtsov, V.V. Travnikov.

В спектрах брэгговского отражения композита Abstracts 10th Int. Symp. „Nanostructures: Physics and опал-GaPN обнаружены четкие особенности, связанные Technologies“ (St. Petersburg, 2002) p. 134.

с множественным характером дифракции света на систе[11] W.G. Bi, C.W. Tu. Appl. Phys. Lett., 69, 3710 (1996).

ме непараллельных кристаллографических плоскостей [12] В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. Краткий химический спратипа {111}. Показано, что спектральные положения этих вочник (Л., Химия, Ленингр. отд-ние, 1977).

особенностей, их зависимость от угла падения света [13] H.M. van Driel, W.L. Vos. Phys. Rev. B, 62, 9872 (2000).

непосредственно связаны с оптическими и геометри[14] A. Reynolds, F. Lopez-Tejeira, D. Cassagne, F.J. Garca-Vidal, ческими параметрами композита.

C. Jouanin, J. Sanchez-Dehesa. Phys. Rev. B, 60, 11 Изучены спектры фотолюминесценции композитов (1999).

опал-GaP и опал-GaPN. Благодаря тому что фотонная [15] G. Yu, G. Wang, H. Ishikawa, M. Umeno, T. Soga, T. Egawa, J. Watanabe, T. Jimbo. Appl. Phys. Lett., 70, 3209 (1997).

запрещенная зона композита опал-GaPN оказывается по [16] R.C. Schroden, M. Al-Daous, A. Stein. Chem. Mater., 13, своему энергетическому положению в пределах широ(2001).

кой полосы излучения полупроводникового материала, [17] S.G. Romanov, A.V. Fokin, R.M. De La Rue. Appl. Phys. Lett., в работе удалось наблюдать заметную модификацию 74, 1821 (1999).

спектра излучения под влиянием фотонной запрещенной [18] M.A. Stevens Kalceff. Phys. Rev. B, 57, 5674 (1998).

зоны. Таким образом, в работе показано, что синтезиро[19] А.А. Андреев. ФТТ, 45, 395 (2003).

ванная структура опал-GaPN может в принципе исполь[20] S. Miyoshi, K. Onabe. Jap. J. Appl. Phys., 37, pt 1, зоваться для управления характеристиками спонтанного (1998).

излучения и рассматриваться как перспективная система при разработке низкопороговых лазерных источников Редактор Л.В. Беляков света.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Программ Президиума РАН „Низкоразмерные квантовые структуры“ и Министерства промышленности, науки и технологий „Физика твердотельных наноструктур“, гранта HATO PST. CLG. 978079.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Фотонные кристаллы на основе композитов опал-GaP и опал-GaPN... Photonic crystals based on opal-GaP and opal-GaPN composites: fabrication and optical properties G.M. Gajiev+, V.G. Golubev, M.V. Zamoryanskaya, D.A. Kurdyukov, A.V. Medvedev, J. Merz, A. Mintairov, A.B. Pevtsov, A.V. Sel’kin, V.V. Travnikov, N.V. Sharenkova Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia University of Notre Dame, Notre Dame, 46556 IN, USA + Daghestan Institute of Physics, Russian Academy of Sciences, 367003 Makhachkala, Russia

Abstract

Both nanocrystalline GaP and amorphous solid solution GaPN have been synthesized in pores of artificial opals.

Opal-GaP and opal-GaPN composites fabricated demonstrate pronounced photonic band gap properties. Reflection spectra of the opal-GaPN show additional peculiarities due to multiple Bragg diffraction on the lateral and non-lateral systems of the {111} crystallographic planes. Photoluminescence spectra of the composites were studied as well. Appreciable modification of the opal-GaPN emission contour under photonic band gap was observed.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.