WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

объективы O1. Пучок линейно поляризованной люмиИспользование данных по спектральной зависимости несценции превращается в свет, поляризованный по коэффициента поглощения, полученных другими авторакругу, с помощью фазовой пластинки /4 (четвертьволми, не должно приводить к большим ошибкам. Однако новые фазовые пластинки на диапазон сканирования точное определение диффузионной длины электронов спектра подбирались из слюды разной толщины). Затем и скорости поверхностной рекомбинации для данных два пучка света проходят фотоупругий модулятор поля- образцов имело принципиальное значение, поскольку ризации M — прямоугольный параллелепипед из плав- должно было послужить контролем для метода измереленого кварца, испытывающего одноосную деформацию ния динамических параметров, основанного на транспорФизика твердого тела, 2003, том 45, вып. 2156 Р.И. Джиоев, Б.П. Захарченя, К.В. Кавокин, М.В. Лазарев 3. Для измерения коэффициента поглощения были использованы те же самые образцы с разной толщиной слоя GaAs (2.5 и 5 µm). Интенсивность света, прошедшего через кристалл, равна Itr = I0R1R2e-d, (4) где R1, R2 — коэффициенты отражения от двух противоположных поверхностей кристалла, I0 —интенсивность падающего света. Измеряя отношение Itr1 I1-d2) = e-(d (5) Itr2 I(где I01, I02 — интенсивности света, падающего на образцы 1 и 2), можно исключить коэффициенты отра1-d2) жения и определить величину e-(d с точностьюдо постоянного множителя I01/I02. Постоянный множитель можно найти, если провести нормировку на длинновол1-d2) новую область, где величину e-(d можно считать равной единице (слабое поглощение).

Отношение Itr1/Itr2 измерялось по модуляционной методике, аналогичной применявшейся для измерения отношения люминесценции „на просвет“ и “на отражение“. На образцы падал свет, прошедший через монохроматор, который был согласован по длине Рис. 2. Спектры отношения интенсивностей фотолюминесволны с регистрирующим спектрометром (рис. 1). Это ценции в геометриях „на просвет“ и „на отражение“ (Itr/Iref), позволяло избавиться от влияния люминесценции на веизмеренные на образце GaAs : Ge (d = 2.5 µm) при T = 300 (a) личину измеряемого сигнала. Поскольку использовалась и 77 K (b). Светлые кружки соответствуют возбуждению оптическая схема сравнения интенсивности двух пучков через свободную поверхность, темные — возбуждению через света, распределение яркости и спектрального состава гетерограницу.

по площади пятна падающего света на обоих образцах должно было быть одинаковым (для устранения те спина электронов [3]. Поэтому измерения спектраль- влияния возможного рассогласования монохроматора и спектрометра). Световой пучок был расщеплен на два ной зависимости коэффициента поглощения () были пучка, различающихся только поляризацией. Для этого выполнены нами именно на исследовавшихся образцах.

был использован естественный кристалл исландского Измерялись отношения интенсивностей двух пучков света, прошедших через образцы фотокатодной струк- шпата (CaCO3 · H2O), который помещался между щелью монохроматора и конденсатором (рис. 3). Конденсатор туры с разной толщиной слоя GaAs. Используемые в давал в фокальной плоскости два изображения щели этом эксперименте образцы были получены из одной от линейно поляризованных в перпендикулярных друг структуры, в которой исходная толщина активного слоя GaAs была равна 8 µm. Далее этот слой стравливался другу направлениях пучков света. Подбирая толщину до 2.5 и 5 µm соответственно. кристалла исландского шпата, можно было менять Прежде чем определить диффузионную длину элект- расстояние между двумя изображениями щели. Они ронов и другие параметры, влияющие на стационарное проецировались конденсором на два образца GaAs распределение концентрации электронов от возбужда- разной толщины. Расстояние между изображениями емой светом поверхности в глубь образца, приведем в фокальной плоскости составляло 3 mm. Образцы результаты измерений (). размещались на таком же расстоянии на торце регулярРис. 3. Расщепление светового пучка для измерения коэффициента поглощения.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Эффект Ханле в неоднородно легированном GaAs возбуждении со стороны свободной поверхности GaAs).

Сплошные кривые рассчитаны по формуле (3). При расчете использованы измеренные ранее (рис. 4) значения коэффициента поглощения. Хорошее согласие экспериментальных и расчетных зависимостей достигается при L = 4 µm, f = f /L = 4, i < 0.1.

При температуре жидкого азота эксперименты по оптической ориентации выявили существеннное влияние переизлучения на распределение концентрации неравновесных носителей от возбуждаемой поверхности в глубь кристалла [3]. В этом случае определение кинетических параметров уже не является такой простой задачей, как при 300 K. Однако факт совпадения экспериментальных точек Itr/Iref при возбуждении люминесценции Рис. 4. Зависимость коэффициента поглощения от длины через гетерограницу и через свободную поверхность волны в образце GaAs : Ge при T = 300 K.

в пределах точности измерений (рис. 2, b) указывает на то, что рекомбинация на свободной поверхности практически не влияет на стационарное распределение концентрации электронов по глубине слоя (скоростью рекомбинации на гетерогранице можно пренебречь).

Итак, поверхностная рекомбинация не сказывается на пространственном распределении электронов и на их эффективном времени жизни при T = 77 K.

Для определения времени жизни фотовозбужденных электронов были проведены эксперименты по измерению степени циркулярной поляризации рекомбинационного излучения с участием оптически ориентированных электронов в поперечном магнитном поле (глава 1 в [4]). Люминесценция возбуждалась со стороны гетерограницы циркулярно поляризованным светом с энергией квантов Eh = 1.55 eV ( = 800 nm). Чтобы Рис. 5. То же, что на рис. 4, при T = 77 K.

уменьшить влияние рекомбинации на второй (свободной от AlGaAs) поверхности, измерения выполнялись на исходной структуре с толщиной слоя GaAs d = 8 µm. При величине g-фактора g = -0.44 [19] получено значение ного световода. После выхода из световода люминесвремени жизни = 2.3 · 10-9 s.

ценция была полностью деполяризована. Второй (выПо известным значениям L, и f вычисляходной) торец световода можно было развернуть так, что изображения кристаллов оказывались расположен- лись коэффициент диффузии D = L2/ = 70 cm2/s и скорость рекомбинации на свободной поверхности ными вертикально. Это позволяло отображать их на f = Lf / 7 · 105 cm/s. Для скорости рекомбинации входную щель регистрирующего спектрального прибора так, как показано на рис. 1. Впоследствии модуляция на гетерогранице получена оценка i < 104 cm/s.

интенсивности одного из пучков и измерение отношения Следует отметить, что важные параметры слоев арсеинтенсивностей двух пучков осуществлялись описанным нида галлия, такие как коэффициент поглощения, время выше способом (рис. 1). жизни фотовозбужденных электронов, их диффузионная На рис. 4 и 5 приведены значения коэффици- длина и скорость поверхностной рекомбинации, были ента поглощения в активном слое p-GaAs (Ge — измерены оптически в стационарном режиме с помощью (3-5) · 1018 cm-3) образцов фотокатодной структуры одних и тех же технических средств (с использованипри температуре кипения жидкого азота и при комнат- ем модуляции поляризации света). Определенные нами ной температуре. При 77 K на форме зависимости () значения параметров согласуются с данными других сказывается расщепление легких и тяжелых дырок из-за авторов [15,20].

остаточной деформации при термическом склеивании 5. Приведенные выше результаты были получены структуры со стеклом (влияние деформационного рас- на однородно легированных образцах, описание котощепления подзон проявляется еще отчетливее при более рых дано в начале раздела 2. Дальнейшие результаты низких температурах [18]). получены на образце № 1224, исследованном в ра4. На рис. 2, a приведены результаты измерения Itr/Iref боте [9]. Он представлял собой плоскопараллельную при комнатной температуре (темные кружки — при пластинку толщиной 0.4 mm из арсенида галлия, вывозбуждении через твердый раствор, светлые — при ращенного методом Чохральского. Через противопоФизика твердого тела, 2003, том 45, вып. 2158 Р.И. Джиоев, Б.П. Захарченя, К.В. Кавокин, М.В. Лазарев ложные поверхности пластины осуществлялось легирование методом диффузии цинка [21]. Была определена концентрация легирующей примеси на обеих поверхностях кристалла (Zn — 3 · 1018 cm-3). После этого на одной из поверхностей методом жидкофазной эпитаксии выращен слой твердого раствора Alx Ga1-xAs (x 0.6). Этот слой практически прозрачен для света, которым производилось возбуждение GaAs:

2.1 eV = Eg (AlGaAs) Eh Eg(GaAs) =1.52 eV.

В работе [9] при оптической ориентации электронов измерялась деполяризация люминесценции в поперечном магнитном поле при разных энергиях возбуждающих фотонов. Образец облучался со стороны свободной поверхности GaAs. Поляризация люминесценции регистрировалась на длине волны = 850 nm в геометрии „на просвет“. На рис. 6 приведены нормированные зависимости (H) для энергий возбуждающих квантов 1.85, 1.74 и 1.54 eV. Видна существенная разница в ширине кривых деполяризации. При разных значениях энергии возбуждающих фотонов Eh регистрируется люминесценция из областей разной толщины (диффузионная длина электронов при таком легировании незначительна:

Le 1 µm [3]). Таким образом, в слое GaAs у поверхности толщиной -1 0.3 µm (Eh = 1.85 eV) время жизРис. 6. Эффект Ханле в геометрии „на просвет“ при возни спиновой ориентации значительно короче времени, буждении свободной поверхности. Eh = 1.85 (1), 1.74 (2) измеренного для приповерхностного слоя -1 1 µm и 1.54 eV(3).

(Eh = 1.54 eV). Это свидетельствует о том, что около свободной поверхности GaAs имеется неоднородность легирования полупроводника по толщине.

толюминесценции (ФЛ) от поперечного магнитного поВ работе [21] был исследован результирующий проля описывается лоренцианом филь легирования после диффузии цинка в GaAs. Было (0) показано, что при температуре процесса 850C цинк (H) =.

1 +(H/H1/2)диффундирует от поверхности и создает концентрацию p 1018 cm-3 не глубже 0.5-1 µm; непосредственно Величины поляризации ФЛ в нулевом магнитном поу поверхности уровень легирования больше на два ле (0) и полуширины H1/2 определяются из подгонки порядка. Достижение более однородного легирования теоретической зависимости к экспериментальной. Зная затруднительно: концентрации цинка у поверхности и в величину H1/2, можно найти время жизни неравновесной -глубине различаются в несколько раз даже после примеспиновой ориентации Ts (Ts-1 = s-1 + ; и s — нения специальных методических ухищрений [22]. При соответственно времена жизни и спиновой релаксации приготовлении образца № 1224 работа по выравниваэлектронов) нию легирования не проводилась. Однако наращивание Ts = / µBgH1/2. (6) эпитаксиального Alx Ga1-xAs на одну из поверхностей Поляризация в нулевом магнитном поле (0) = могло существенно понизить концентрацию цинка в = max(Ts/ ). Здесь max — поляризация ФЛ в отсутслое GaAs вблизи гетерограницы.

ствие спиновой релаксации: при возбуждении вблизи Далее приводятся результаты экспериментов по опкрая фундаментального поглощения max = 25%; при тической ориентации, выполненных дополнительно на увеличении энергии возбуждения значение max уменьобразце № 1224. Эксперименты проводились при темшается и при определенной концентрации акцепторной пературе 77 K в геометрии „на отражение“ [23].

примеси может стать отрицательным. Отсюда, зная (0) Были измерены спектры люминесценции и степени ее и Ts, находим времена жизни и спиновой релаксации круговой поляризации при возбуждении с обеих сторон электронов образца и при различных энергиях возбуждения. В каmax честве источников возбуждающего света использова = Ts, s =(1/Ts - 1/ )-1. (7) (0) лись титан-сапфировый лазер с перестраиваемой длиной волны излучения и He-Ne-лазер (Eh = 1.96 eV). Были На рис. 7 приведены результаты экспериментов по определены времена спиновой релаксации электронов в эффекту Ханле при возбуждении со стороны гетероинразличных условиях эксперимента. терфейса (a) и со стороны свободной поверхности (b) При возбуждении циркулярно поляризованным све- при Eh = 1.55 (1) и 1.96 eV (2). Представленные затом зависимость степени циркулярной поляризации фо- висимости (H) нормированы; фактические значения Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Эффект Ханле в неоднородно легированном GaAs Параметры электрона в зоне проводимости p-GaAs Eh, eV H1/2, kOe (0),% Ts, ns s, ns µe, cm2/V · s D, cm2/s L, µm Ls, µm Гетероинтерфейс 1.55 0.60 7.5 0.4 0.6 19 500 130 4.3 2.1.96 0.58 -0.81 0.Свободная 1.55 0.87 7.15 0.3 0.поверхность 1.96 1.1 1.32 0.24 0.поляризации ФЛ в нулевом магнитном поле даны в спиновой релаксации связано с временем релаксации таблице. электронов по импульсу p. Если значение времени спиВ таблице также приведены значения времен, вы- новой релаксации s = 0.6ns, при T = 77 K для арсенида численные по формулам (6) и (7) с использованием галлия получаем p = 0.7 ps и подвижность электроэкспериментальных данных. При Eh = 1.55 eV возбужнов µe = ep/me = 19 500 cm2/V · s. Такие подвижности дение квазирезонансно; следовательно, max = 25% [4] электронов характерны для образцов p-GaAs с уровнем (для обеих поверхностей). Время спиновой релаксации, легирования порядка 1016 cm-3 [25], т. е. для довольно определенное при -1 0.3 µm (Eh = 1.85 eV) для обчистых образцов.

ласти вблизи гетероинтерфейса, равно 0.6 ns, а для своОбратим внимание на то, что экспериментальные забодной поверхности оно составляет 0.4 ns. При возбужвисимости на рис. 7, a совпадают друг с другом, т. е. вредении свободной поверхности с энергией Eh = 1.96 eV мя жизни спиновой ориентации электронов Ts в обоих (нерезонансное возбуждение) величина max считалась случаях одинаково. Это означает, что одинаковы и соотравной 7% в соответствии с параграфом 4.1 главы ветствующие времена спиновой релаксации. Последнее в [4]. В этом случае s = 0.3ns.

в свою очередь свидетельствует о том, что легирование По известным значениям времени спиновой релаксаоколо гетероинтерфейса практически однородно, так как ции оценим концентрации акцепторов с обеих сторон для этих двух экспериментов различными являются арсенида галлия. Поскольку степень легирования окотолько энергии возбуждения (глубина возбуждаемого ло гетероинтерфейса мала, доминирующим механизмом слоя).

спиновой релаксации электронов должен быть механизм Оценку степени легирования в непосредственной блиДьяконова-Переля [24]. При таком механизме время зости от свободной поверхности необходимо проводить по данным эксперимента, в котором возбуждение производилось высоко в зону проводимости (Eh = 1.96 eV).

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.