WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Влияние миграции энергии на форму линии излучения в структурах с квантовыми ямами... Для выяснения влияния особенностей кинетики неравновесных носителей на формирование линии излучения исследовалась эволюция времяразрешенных спектров люминесценции упомянутых выше образцов при возбуждении импульсным (азотным) лазером и изменением времени задержки td. При этом выяснились следующие особенности поведения формы линии излучения: во всех образцах наблюдается длительное послесвечение (наличие спектра) при td 10 µs; при равной (специально подобранной) интенсивности импульсного (N2-лазер) и непрерывного (He-Cd-лазер) возбуждения. При этом следует отметить тот факт, что в различных образцах эволюция формы линии при изменении времени задержки td является различной. В одном случае наблюдается сдвиг линии в сторону меньших энергий, а в другом случае в пределах контура неоднородного уширения наблюдается дублетная структура. Сдвиг линии при увеличении времени задержки td означает релаксацию возбуждения по ряду локализованных состояний в сторону меньших энергий, как это наблюдается в твердых растворах в случае соединений A2B6 [20] и донорно-акцепторной рекомбинации [21]. Наблюдаемый Рис. 7. Изменение величины спектрального интервала между сдвиг линии в сторону больших энергий указывает компонентами дублета при варьировании температуры измерена присутствие фактора, ограничивающего направление ния: спектр 1 — T = 77, 2 —4.2 K; td = 60 µs.

релаксации.

Ключом к пониманию этой ситуации является известное свойство III-нитридов, а именно наличие спонтанных пьезоэлектрических полей [6,7]. Поэтому, прежде чем переходить к анализу особенностей эволюции спектров в образцах с КЯ, обратимся к общей энергетической схеме КЯ при наличии поперечного электрического поля (перпендикулярного слоям) (рис. 6). Этот рисунок иллюстрирует ситуацию, возникающую в структуре при наличии электрического поля. Если величина напряженности поля Fpz достаточно велика, то это приводит к центрированию волновых функций вблизи гетерограниц, что порождает изменение (увеличение) вероятности локализации носителей на случайном потенциале гетерограниц. В таком случае дублетная форма линии излучения в задержанных спектрах (рис. 7) свидетельствует о наличии встроенного электрического поля, влияющего на заселение локализованных состояний, а спектральный интервал между линиями дублета отражает эффективную величину этого поля. Величина пьезоэлектрического поля по определению зависит от механических напряжений, существующих в образце. В свою очередь величина механического напряжения (пьезоэлектричесого поля) зависит от температуры образца. В таком случае следует ожидать, что изменение величины механического напряжения в зависимости от температуры может привести к изменению пьезоэлектрического поля и как следствие к изменению вида задержанных спектров PL. Действительно, при изменении температуры от 77 до 4.2 K и как следствие при увеличении Рис. 6. Энергетическая схема структур с КЯ и огибающих волновых функций носителей в присутствии встроенных элек- напряженности встроенного пьезоэлектрического поля трических полей различной величины (a и b) согласно [7]. (Fpz) в образцах наблюдается увеличение спектрального Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 2072 В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина интервала между компонентами дублета. Кроме того, расстояния R0 в латеральной плоскости между неодэффективную величину электрического поля в КЯ мож- нородностями, зависящего от средней концентрации но изменить: 1 — варьируя уровень возбуждения (Wex), кластеров Ncl. Поскольку Uph и R0 в разных образцах определяющего вследствие разной концентрации инжек- отличаются, зависимость Plin от Wex и T отражает тированных носителей величину экранирования поля;

особенности миграции возбуждения в каждом образце.

2 — приложением к структуре с КЯ обратного электрического поля Vb (величина обратного смещения Vb).

В этих случаях изменение эффективного электрического поля внутри структуры приводит к изменению формы линии в задержанных спектрах люминесценции, которое сводится к заметному уменьшению интенсивности одной линии дублета [15].

В условиях непрерывного возбуждения характер изменения формы неоднородно уширенной линии PL в зависимости от Wex (рис. 4 и 5) другой. А именно в отличие от случая импульсного возбуждения не изменяется соотношение между интенсивностями отдельных линий в пределах неоднородно уширенной линии PL. Наблюдается пороговое изменение формы линии в зависимости от Wex при T = 77 K. Такое изменение формы линии в зависимости от Wex свидетельствует об изменении заселенности различных кластеров. Из сравнения формы линии излучения при разных температурах (77 и 300 K) в зависимости от Wex видно, что эволюция формы линии определяется величиной E/kBT, от которой зависит Рис. 8. Степень линейной поляризации (Plin) линии электроперенос электронных возбуждений между неоднороднолюминесценции образца № 3 в зависимости от приложенного стями. Поэтому при рассмотрении процессов формиро- прямого смещения (инжекции) при T = 300 (1) и 77 K(2).

вания линий излучения необходимо принимать во внимание процессы миграции энергии (возбуждения), которые вносят вклад в заселение излучающих состояний.

Миграция энергии (перенос возбуждения) при определенных условиях оказывает влияние на величину степени линейной поляризации люминесценции Plin [22].

С целью исследования этого эффекта измерялась величина линейной поляризации, которая определялась из выражения Plin =(Ix - Iy )/(Ix + Iy ), где Ix и Iy — компоненты интенсивности люминесценции с электрическим вектором, направленным вдоль осей x и y соответственно (направление наблюдения вдоль оси z ).

Для исключения эффектов выстраивания возбуждение осуществлялось неполяризованным светом.

В результате было обнаружено, что излучение, возникающее в КЯ, обладает линейной поляризацией. При этом величина Plin не зависит от угла между волновым вектором возбуждающего (излучаемого) света и осью C6v (осью z ). В рамках модели, связывающей наличие линейной поляризации с миграцией энергии, различная величина степени линейной поляризации Plin люминесценции свидетельствует о различной вероятности процессов миграции возбуждения в разных образцах.

Вероятность миграции возбуждения, приводящей к заселению излучающих состояний, зависит от количества свободных неравновесных носителей заряда (Nne) и их способности перемещаться в кристалле. Вследствие этого эволюция величины Plin спектров люминесцен- Рис. 9. Степень линейной поляризации (Plin) линии фотолюции зависит от Nne( Wex), температуры (Uph/kBT ) и минесценции образца № 3 (a) и 4 (b) при 77 K.

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Влияние миграции энергии на форму линии излучения в структурах с квантовыми ямами... Для электролюминесценции зависимость Plin от Wex для Список литературы температур 77 и 300 K образца № 3 приведена на [1] S. Nakamura, S.F. Chichibu. Introduction to Nitride Semiрис. 8. Различное температурное поведение Plin можно conductor Blue Lasers and Light Emitting Diodes. Taylor объяснить тем, что при низкой температуре увеличи& Francis, N. Y. (2000).

вается локализация носителей, принимающих участие [2] H. Morkoc. Nitride Semiconductors and Devices. Springer в формировании линии излучения. Зависимость велиSer. Mater. Sci. 32, Springer, Berlin (1999). Vol. 32.

чины Plin от тока накачки свидетельствует о заметном [3] Yung-Chen Cheng, En-Chiang Lin, Cheng-Ming Wu, вкладе эффектов протекания, характерных при наличии C.C. Yang, Jer-Ren Yang, Adreas Rosenauer, Kung-Jen Ma, флуктуаций состава твердого раствора InGaN, в формиShin-Chen Shi, L.C. Chen, Chang-Chi Pan, Jen-Inn Chyi.

ровании линии излучения структур с КЯ InGaN/GaN.

Appl. Phys. Lett. 84, 2506 (2004).

В случае фотолюминесценции зависимость Plin от Wex [4] C. Skierbiszewski, Z.R. Wasilewski, M. Siekacz, A. Feduniewicz, P. Perlin, P. Wisniewski, J. Borysiuk, I. Grzegory, при T = 77 K для двух образцов (№ 2 и 4) предM. Leszczynski, T. Suski, S. Porowski. Appl. Phys. Lett. 86, ставлена на рис. 9. Как видно из рис. 9, Plin сначала 011 114 (2005).

увеличивается, а затем уменьшается с увеличением ин[5] M. Leroux, N. Grandjean, M. Laugt, J. Massies, B. Gil, тенсивности возбуждения, но наибольшее значение Plin, P. Lefebvre, P. Bigenwald. Phys. Rev. B 58, R13371 (1998).

после которого начинается деполяризация, соответству[6] Y.D. Jho, J.S. Yahng, E. Oh, D.S. Kim. Phys. Rev. B 66, ет различным значениям Wex. Разные значения Wex, с 035 334 (2002).

которых начинается деполяризация излучения, вероятно, [7] S. Kalliakos, P. Levebvre, T. Taliercio. Phys. Rev. B 67, обусловлены различным значением уровня протекания 205 307 (2003).

в этих образцах. Поскольку деполяризация люминесцен[8] Yukio Narukawa, Yochi Kawakami, Shizuo Fujita, ции происходит вследствие усреденения распределения Shigeo Fujita, Shuji Nakamura. Phys. Rev. B 55, Rвозбужденных состояний, относящихся к различным (1997).

неоднородностям [23], в образцах с меньшим количе- [9] Akihiro Satake, Yasuake Masumoto, Takao Miyajima, Tsunenori Asatsuma, Fumihiko Nakamura, Masao Ikela. Phys.

ством неоднородностей среднее расстояние R0 между Rev. B 57, R2041 (1998).

ними больше, и вследствие этого вероятность миграции [10] Jin Seo Im, H. Kollmer, J. Off, A. Sohmer, F. Scholz, меньше, а величина Plin больше, чем в образцах с A. Hangleiter. Phys. Rev. B 57, R9435 (1998).

большим количеством неоднородностей (меньшим R0).

[11] W. Chow, M. Kira, S.W. Koch. Phys. Rev. B 60, 1947 (1999).

Другими словами, различная величина Plin при одинако[12] K.S. Ramaiah, Y.K. Su, S.J. Chang, C.H. Chen, F.S. Juang, вой интенсивности возбуждения Wex отражает известный H.P. Liu, I.G. Chen. Appl. Phys. Lett. 85, 401 (2004).

для растворов [24] эффект концентрационной деполяри[13] В.Е. Кудряшов, А.Э. Юнович. ЖЭТФ 124, 1133 (2003).

зации, возникающий в результате миграции энергии.

[14] X.A. Cao, S.D. Arthur. Appl. Phys. Lett. 85, 3971 (2004).

[15] В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина. ФТТ 47, 1338 (2005).

[16] F. Widmann, J. Simon, B. Daudin, G. Feuilet, J.L. Rouviere, 4. Выводы N.T. Pelekanos, G. Fishman. Phys. Rev. B 58, R15989 (1998).

[17] S.J. Xu, Y.Y. Wang, Q. Li, X.H. Zhang, W. Liu, S.J. Chua.

Таким образом, разнообразие спектров люминесAppl. Phys. Lett. 86, 071 905 (2005).

ценции определяется неоднородным пространственно[18] W. Lu, C.R. Li, Z. Zhang. Appl. Phys. Lett. 86, 041 энергетическим распределением неравновесных носите(2005).

лей, обусловленным различием пространственного рас- [19] F. Bernardini, V. Fiorentini, D. Vanderbilt. Phys. Rev. B 56, R10024 (1997).

пределения и типом структурных неоднородностей, эф[20] S. Permogorov, A. Reznitsky, S. Verbin, V. Lysenko. Solid Stat.

фективным электрическим полем и процессами переCommun. 47, 5 (1983).

носа возбуждения как к излучающим состояниям, так [21] D.G. Thomas, J.J. Hopfield, W.N. Augutyniak. Phys. Rev. 140, и от них к диссипативной подсистеме. На основании 202 (1965).

исследования поляризации линии излучения MQW в [22] В.М. Агранович, М.Д. Галанин. Перенос энергии элекструктурах, имеющих различные величины R0 и E/kBT, тронного возбуждения в конденсированных средах. Наука, можно сделать вывод о том, что разное значение М. (1978). Гл. II, § 1.

Plin Wex свидетельствует о том, что миграция энергии [23] П.П. Феофилов. Поляризованная люминесценция атомов, обусловлена процессами с переносом заряда. Форма молекул и кристаллов. Физматгиз (1959). Гл. IV, V.

линии PL КЯ в различных образцах обусловлена осо- [24] Н.Д. Жевандров. ДАН СССР 83, 677 (1952).

бенностями пространственно-энергетического распределения излучающих локализованных состояний разных типов и процессами миграции возбуждения, влияющими на заселение (высвобождение) локализованных излучающих состояний свободными носителями в каждом конкретном образце.

Авторы признательны В.В. Лундину за предоставленные образцы.

Физика твердого тела, 2006, том 48, 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.