WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 8 Акустические, оптические и интерфейсные фононы в сверхрешетках BeTe/ZnSe © И.И. Решина, С.В. Иванов, В.А. Кособукин, С.В. Сорокин, А.А. Торопов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия E-mail: reshina@dnm.ioffe.rssi.ru (Поступила в Редакцию 23 декабря 2002 г.) Исследовано рамановское рассеяние для ряда сверхрешеток II типа BeTe/ZnSe, не имеющих общих катионов или анионов на интерфейсах. При возбуждении в резонансе с прямым экситонным переходом в слоях ZnSe наблюдались сложенные акустические фононы, LO-фононы первого, второго и третьего порядков в слоях ZnSe и электростатические интерфейсные фононы типа Кливера–Фукса. При нерезонансном возбуждении наблюдались LO-фононы в слоях ZnSe и BeTe и высокочастотная механическая интерфейсная мода, связанная предположительно с локальным колебанием связи BeSe на интерфейсе.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 00-0216997), гранта Министерства науки РФ №-95, гранта Министерства науки РФ „Физика твердотельных наноструктур“ и гранта Российско-украинской научно-исследовательской программы „Нанофизика и наноэлектроника“.

В последнее время значительное внимание уделя- Отсутствие общих атомов на интерфейсах оказывает ется исследованию полупроводниковых сверхрешеток также влияние на фононные спектры. Расчеты, прове(СР) со структурой цинковой обманки типа AB/CD. денные впервые для СР InAs/GaSb в модели линейной цепочки [7], показали, что наличие на интерфейсах Характерные свойства таких СР связаны с тем, что особых связей типа GaAs и InSb приводит к появна их интерфейсах отсутствуют общие катионные или лению двух дополнительных специфических фононных анионные атомы. В структуре с решеткой цинковой мод (поперечных и продольных), локализованных на обманки и одиночным гетероинтерфейсом химические интерфейсах. Одна из этих мод, обусловленная связью связи по обе стороны интерфейса расположены во GaAs (на так называемом „легком интерфейсе“), локавзаимно перпендикулярных плоскостях (110) и (110), лизована очень сильно и имеет самую высокую частоту что может приводить к оптической анизотропии в плосв спектре. Другая мода, обусловленная связью InSb на кости интерфейса. Оптические свойства отличаются при „тяжелом интерфейсе“, расположена между акустиче поляризации света e [110] и e [110]. В симметричных ской и оптической областями фононного спектра СР квантовых ямах с общим анионом для ям и барьеров и локализована слабее. Подобные моды наблюдались эта оптическая анизотропия имеет противоположный экспериментально методом рамановской спектроскопии знак на прямом и обратном интерфейсах и поэтому в СР InAs/GaSb [8,9] и CdSe/ZnTe [10,11]. Эти локальные не проявляется (компенсируется) при условии, что оба моды чувствительны к природе и качеству интерфейсов;

интерфейса эквивалентны. Однако в структурах типа было высказано предположение, что они могут испольAB/CD прямой и обратный интерфейсы могут быть зоваться для характеризации интерфейсов.

химически различными, что приводит к сильной оптиРамановское рассеяние на фононах в СР BeTe/ZnSe ческой анизотропии (вплоть до 80-90%). Теоретически исследовалось, насколько нам известно, только в рабоэти вопросы рассматривались в работах [1,2].

те [12], в которой наблюдались сложенные акустические К числу новых СР типа AB/CD относится BeTe/ZnSe.

фононы и LO-фононы слоев BeTe и ZnSe. Поэтому Было установлено, что ее зонная структура принадлежит представляется интересным продолжить исследование к типу II и характеризуется очень большими разрывами рамановских спектров СР BeTe/ZnSe в условиях резозон (band offsets) [3]. Минимум зоны проводимости нансного и нерезонансного возбуждения и попытаться находится в слоях ZnSe, а максимум валентной зоны — наблюдать интерфейсные фононы.

в слоях BeTe. Перекрытие волновых функций электронов и дырок имеет место только вблизи интерфейсов, и поэтому роль последних очень велика. Два интерфейса 1. Приготовление образцов (прямой и обратный) в общем случае химически различи методика эксперимента ны и содержат особые связи типа BeSe и ZnTe, которые отсутствуют во внутренних слоях СР. Оптическая ани- Мы исследовали два набора СР BeTe/ZnSe, выращензотропия таких СР с неэквивалентными интерфейсами ных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ).

проявляется в очень большой линейной поляризации Рост производился на полуизолирующих подложках непрямой экситонной люминесценции [4–6]. GaAs с ориентацией (001). Для улучшения качества 1504 И.И. Решина, С.В. Иванов, В.А. Кособукин, С.В. Сорокин, А.А. Торопов Таблица 1. Параметры сверхрешеток температуре 30 K при возбуждении линией 488 nm Ar+-лазера.

Тип Номер Число d=d1+d2, d1, nm d2, nm интерфейсов образца периодов nm (ZnSe) (BeTe) (по условиям 2. Экспериментальные результаты, роста) расчеты и обсуждение 1522 20 6.76 4.97 1.79 ZnTe 1794 10 9.5 6.0 3.5 ZnTe На рис. 1, a приведен рамановский спектр СР 1795 10 8.0 3.76 4.24 ZnTe в области акустических фононов при возбуждении ли1797 10 3.3 0.8 2.5 ZnTe нией 441.6 nm (2.807 eV) He–Cd-лазера. При комнатной 1798 10 3.3 0.8 2.5 ZnTe и BeSe температуре эта энергия возбуждения находится в ре1799 10 3.3 0.8 2.5 BeSe зонансе с прямым экситонным переходом в слое ZnSe.

Даже при очень малой интенсивности возбуждения (менее 2 mW) в спектре в стоксовой и антистоксовой областях наблюдался характерный дублетный пик, поверхности выращивался эпитаксиальный буферный соответствующий сложенному акустическому фонону слой GaAs. Рост производился при температуре подпервого порядка. По частоте = 20.3cm-1, соответложки 300C. В первом наборе, предназначенном в ствующей центру дублетного пика, и скорости звука основном для измерений поляризованной люминесцендля ZnSe v = 4.07 · 105 cm/s мы определили период СР ции, 20-периодная СР состава BeTe (1.8 nm)/ZnSe (5nm) d = /cv = 66.8, что хорошо согласуется с рентгебыла выращена между сравнительно толстыми слоями новскими данными, приведенными в табл. 1. Наличие в (обкладками) Be0.03Zn0.97Se. Рост производился таким спектре дублетного пика сложенного фонона является образом, чтобы все интерфейсы были преимущественно свидетельством достаточно высокой однородности по типа ZnTe. Для этого, например, интерфейс BeTe–ZnSe периоду и толщинам слоев, а также удовлетворительно(эпитаксия ZnSe на BeTe) создавался путем выращивания 0.5 монослоя ZnTe на поверхности BeTe, которая оканчивалась атомами Te. После этого источник Te закрывался и поверхность подвергалась односекундной экспозиции потока Zn. Эпитаксия BeTe на ZnSe производилась при противоположной последовательности включения затворов. Анализ рентгеновских измерений позволил определить толщины слоев ZnSe и BeTe.

К этому типу относится СР 1522. Второй набор СР выращивался без слоев Be0.03Zn0.97Se. Вращение подложки в процессе роста не производилось. Это приводило к градиенту соотношения потоков Te/Be и толщин слоев вдоль некоторого направления в плоскости образца.

Эти СР состояли всего из 10 периодов; толщины слоев, соответствующие центру, определенные с помощью рентгеновских измерений и калибровок скоростей роста, приведены в табл. 1. Обращаем внимание на то, что толщины слоев в наших образцах очень малы, и поэтому их свойства должны быть очень чувствительны к интерфейсам. В структурах с ультратонкими слоями (2-3 монослоя) ZnSe между слоями BeTe толщиной 2.5 nm концентрация интерфейсных связей сравнима с концентрацией регулярных связей ZnSe. Из рентгеновских измерений известно, что не удается избежать образования связей BeSe, даже если пытаться вырастить интерфейсы только типа ZnTe [13]. Как показано далее, этот вывод подтверждается также исследованиями рамановского рассеяния.

Рамановские измерения проводились в 90 геометРис. 1. Спектр рамановского рассеяния на сложенных рии при температурах 100 и 300 K на спектрометакустических фононах в СР 1522 в стоксовой области, ре Жобен–Ивон U-1000 с двойным монохроматором Eex = 2.807 eV (резонанс с экситоном ZnSe), T = 300 K (a) и (линейная дисперсия 0.24 nm/cm). Возбуждение осуспектр рамановского рассеяния при нерезонансном возбуждеществлялось линией 488 nm Ar+-лазера или линией нии, Eex = 2.54 eV (наблюдается рассеяние из подложки GaAs, 441.6 nm He–Cd-лазера. Люминесценция измерялась при звездочкой отмечена линия лазерной плазмы) (b).

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Акустические, оптические и интерфейсные фононы в сверхрешетках BeTe/ZnSe Рис. 3. Рамановский спектр СР 1522 при возбуждении в резонансе с прямым экситоном ZnSe. Eex = 2.807 eV. T = 300 K. На Рис. 2. Рамановский спектр СР 1522 в области оптичефоне полосы люминесценции из обкладок видно рамановское ских фононов при нерезонансном возбуждении. Eex = 2.54 eV.

рассеяние на LO-фононах ZnSe первого, второго и третьего T = 100 K. Видны линии рассеяния из слоев ZnSe (250 cm-1), порядков.

BeTe (497 cm-1) и подложки GaAs (291 cm-1). Очень слабая линия (534.6 cm-1), указанная стрелкой, обусловлена предположительно связями BeSe на интерфейсах. Звездочкой отмечена линия лазерной плазмы.

го качества интерфейсов. При нерезонансном возбуждении пики сложенных фононов не наблюдались (рис. 1, b).

Вероятно, они замаскированы некоей структурой в спектре в виде ступеньки, которая, по-видимому, относится к рассеянию из подложки или буферного слоя GaAs.

На рис. 2 приведен рамановский спектр в области оптических фононов СР при нерезонансном возбуждении. Пик при 250 cm-1 соответствует LO-фонону из слоев ZnSe СР и обкладок Be0.03Zn0.97Se. Сильный пик при 291 cm-1 отвечает LO-фонону из подложки и буфера GaAs. Пик при 497.0 cm-1 соответствует LOфонону слоев BeTe. Очень слабый пик наблюдается у 534.6 cm-1. Мы предполагаем, что он обусловлен связями BeSe на интерфейсах. О том, что такие связи существуют (т. е. интерфейсы не являются эквивалентными), свидетельствует значительная ( 50%) линейная поляризация люминесценции непрямого перехода в данной СР BeTe/ZnSe.

Рамановский спектр при резонансном возбуждении с прямым экситонным переходом в ZnSe показан на рис. 3.

Рис. 4. Полоса люминесценции СР 1795 и две полосы В этом случае видны интенсивные LO-фононы из слоев ее фононных повторений, обусловленные LO-фононами ZnSe и BeTe. T = 30 K. Eex = 2.54 eV.

ZnSe первого, второго и третьего порядков, наложенные 11 Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1506 И.И. Решина, С.В. Иванов, В.А. Кособукин, С.В. Сорокин, А.А. Торопов на полосу люминесценции из обкладок BeZnSe. К сожалению, в СР BeTe/ZnSe частота 2LO-фонона ZnSe совпадает с частотой LO-фонона BeTe и при возбуждении в резонансе с прямым экситоном ZnSe пики, соответствующие BeTe и интерфейсной моде BeSe, не видны. Возбуждение в резонансе с запрещенной зоной BeTe невозможно, так как она превышает 4 eV.

Обратимся к обсуждению результатов для СР без обкладок. На рис. 4 в качестве примера приведен спектр люминесценции СР 1795 при 30 K. Видна линия непрямого экситонного перехода, а также два фононных повторения, соответствующие LO-фононам ZnSe и BeTe.

Линейная поляризация составляет 10%. Возбуждение в резонансе с прямым экситоном ZnSe удалось осуществить для СР 1794. Соответствующие рамановские спектры в области акустических и оптических фононов приведены на рис. 5 и 6. Мы полагаем, что пики на рис. 5 отвечают неразрешенным дублетам сложенных фононов первого и второго порядков. Период СР, определенный по их частотам, находится в пределах значений периода (84-105 ), полученного с помощью рентгеновских измерений для образца, из которого был выколот исследуемый кусочек. Тот факт, что пики не разрешаются в дублеты, указывает на некоторую неоднородность образца, а также, возможно, на дополнительное Рис. 6. Спектры рамановского рассеяния СР 1794 на LO-фоноуширение, связанное с малым числом периодов. При не ZnSe первого (a) и второго (b) порядков при возбуждении в резонансе с экситоном ZnSe. Eex = 2.807 eV. T = 300 K.

Пунктиром показано разложение наблюдаемых пиков на два гауссовых контура. Низкочастотные контуры соответствуют электростатическим интерфейсным модам сверхрешетки в области частот ZnSe (a) и BeTe (b).

нерезонансном возбуждении сложенные фононы не наблюдались, как и в случае СР 1522 (см. выше).

В области частот оптических фононов (рис. 6) наблюдались сильные пики LO- и 2LO-фононов ZnSe. С низкочастотной стороны этих пиков видна неразрешенная структура. Каждый из пиков был разложен на два гауссовых пика, показанных пунктиром на рис. 6. Низкочастотные пики имеют частоты 228 и 484 cm-1. Мы полагаем, что они обусловлены электростатическими интерфейсными модами типа Кливера–Фукса, связанными с разницей диэлектрических функций 1() и 2() двух соседних сред. Интенсивность интерфейсных мод этого типа усиливается в условиях резонансного возбуждения. Их частоты (kx ) при пренебрежении запаздыванием могут быть определены из дисперсионного уравнения [14] cos(kz d) = (2 + 1)/2 sh(kx d1) sh(kxd2) Рис. 5. Спектр рамановского рассеяния СР 1794 на сло+ ch(kx d1) ch(kxd2), (1) женных акустических фононах первого и второго порядков при резонансном возбуждении (Eex = 2.807 eV). T = 300 K.

где d = d1 + d2, = 1()/2(). Здесь 1() и 2() — Дублетной структуры полос не наблюдается.

диэлектрические функции ZnSe и BeTe соответственно, Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Акустические, оптические и интерфейсные фононы в сверхрешетках BeTe/ZnSe 2 i = i (2 - LOi )/(2 - TOi), где LOi и TOi — частоты продольных и поперечных оптических фононов для слоя i. Результаты расчета по формуле (1) в зависимости от kxd2 для значений kz = 0 и /d, соответствующих краям фононных мини-зон при заданном значении kx, приведены на рис. 7. Мини-зоны разрешенных значений частот разделены запрещенной зоной. Экспериментальные значения частот интерфейсных мод согласуются с расчетными при больших значениях kx. Таким образом, рассеяние на интерфейсных модах происходит без сохранения волнового вектора, что возможно при участии примесей и шероховатостей на интерфейсах [15].

На рис. 8 сравниваются два рамановских спектра в области LO-фонона BeTe. В спектре a, полученном при нерезонансном возбуждении, видны линии LO-фонона BeTe и более высокочастотная мода, которую мы приписываем связи BeSe на интерфейсе. В спектре b, полученном при резонансном возбуждении с экситоном ZnSe, видна только более широкая линия 2LO-фонона ZnSe. Таким образом, линия, связанная с модой BeSe, не испытывает, по-видимому, значительного усиления при Рис. 7. Результаты расчета мини-зон частот электростатических интерфейсных фононов для СР 1794 в зависимости от kx d2 (d2 — толщина слоя BeTe). kz = 0 и /d.

Pages:     || 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.