WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 1 Резонансное стоксовое и антистоксовое комбинационное рассеяние света в наноструктурах CdSe / ZnSe © М.Я. Валах, В.В. Стрельчук, Г.Н. Семенова, Ю.Г. Садофьев Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117927 Москва, Россия E-mail: valakh@isp.kiev.ua Исследованы спектры комбинационного рассеяния многослойных наноструктур CdSe / ZnSe с номинальной толщиной CdSe-вставки 2.1 монослоя. Обнаружена сильная зависимость интенсивности и частотного положения многофононных стоксовых и антистоксовых LO-полос от условий возбуждения. Полученные результаты интерпретированы как резонанс с различными экситонными переходами областей CdSe-вставки и барьерных слоев ZnSe. Отличие стоксовых и антистоксовых частот LO-полос при изменении условий резонанса подтверждает неоднородный характер полосы фотолюминесценции квантовых точек CdSe.

Работа выполнена в рамках совместной Российско-украинской исследовательской программы „Нанофизика“.

Полупроводниковые квантовые точки (КТ) на осно- ного слоев ZnSe — 200 и 100 nm соответственно. Буве широкозонных соединений II-VI групп являются ферный слой ZnSe выращивался при 280C, а барьерные перспективным материалом для создания эффективных слои ZnSe — при 230C. Слои CdSe осаждались при светоизлучающих оптоэлектронных приборов. Движу- температуре 230C. Для активации процесса формироващей силой процесса самоорганизации КТ являются поля ния трехмерных островков CdSe использовался прогрев упругих напряжений, возникающие за счет различия до 340C с последующим охлаждением до 230C в постоянных решеток подложки и гетерослоя. Формиро- парах селена. Переход от двумерного осажденного слоя вание трехмерных когерентно-напряженных КТ приво- CdSe к формированию трехмерных образований контродит к уменьшению упругой энергии системы. КТ CdSe лировался in situ с помощью дифрактометра быстрых нанометровых размеров (10-100 nm) получены методом электронов.

молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). В отличие, на- Спектры КРС и ФЛ регистрировались на двойном пример, от гетеросистемы InAs / GaAs при осаждении спектрометре ДФС-24. Геометрия эксперимента — на слоев CdSe на гетерограницах CdSe / ZnSe реализуются отражение. Возбуждение осуществлялось дискретными эффективные процессы интердиффузии и сегрегации линиями излучения Ar+-лазера. Спектральное разрешеатомов Cd, обусловленные образованием в процессе ние при измерении спектров КРС составляло 1-2cm-1.

эпитаксиального роста высокой неравновесной плотно- Точность определения частотного положения линии бысти катионных вакансий. В результате при осаждении ла не хуже 0.2 cm-1, что обеспечивалось одновременной CdSe-эпислоя с номинальной толщиной 0.5-3.0 моно- регистрацией в спектре лазерных плазменных линий.

слоя (МС) в ZnSe-матрице образуется двумерный (2D) слой смешанного состава Zn1-xCdx Se толщиной около 2. Экспериментальные результаты 10 МС, содержащий наноостровки, обогащенные Cd.

и обсуждение Увеличение толщины осаждаемого слоя CdSe приводит к возрастанию концентрации Cd в 2D-слое и островНа рис. 1 приведены спектры ФЛ многослойной струкках [1].

туры CdSe / ZnSe с номинальной толщиной CdSe-вставки В настоящей работе исследованы стоксовое и анти2.1 МС при резонансном возбуждении в области собстоксовое комбинационное рассеяние света (КРС), фотоственного поглощения слоев ZnSe (кривая a) и полосы люминесценция (ФЛ) при нерезонансном возбуждении излучения КТ CdSe (кривая b). В спектрах присутствует как слоев ZnSe, так и КТ CdSe.

интенсивная асимметричная полоса излучения КТ CdSe при 2.559 eV (кривая a) и 2.554 eV (кривая b). При комнатной температуре асимметрия полосы наблюда1. Методика эксперимента лась с высокоэнергетической стороны, а при низкой Структуры CdSe / ZnSe получены методом МЛЭ на температуре — с низкоэнергетической. Такая асимметполуизолирующем GaAs (100). Образцы содержали оди- рия полосы интерпретируется одновременным вкладом ночную CdSe-вставку с номинальной толщиной 3.5 МС в ФЛ 2D-смачивающего слоя Zn1-xCdx Se (области с или двенадцать слоев CdSe толщиной по 2.1 МС, разде- пониженным содержанием Cd — высокоэнергетическое ленных барьерными слоями ZnSe. Толщина барьерных крыло) и КТCdSe (низкоэнергетическое крыло) [2]. При слоев составляла 18 nm, а толщины буферного и защит- энергии вобуждения E = 2.71 eV на фоне зона-зонной Резонансное стоксовое и антистоксовое комбинационное рассеяние света в наноструктурах... ФЛ слоев ZnSe проявляются линии резонансного КРС первого и второго порядков. При E = 2.54 eV спектр резонансного КРС регистрируется как в стоксовой, так и в антистоксовой области.

Из рис. 1 видно, что полоса антистоксовой ФЛ (АФЛ) (кривая b) незначительно смещена в низкоэнергетическую сторону по сравнению со стоксовой полосой (кривая a) и имеет меньшую (на 4-6meV) полуширину. Механизм возбуждения АФЛ КТ CdSe при низкой температуре интерпретирован как процесс двухступенчатого поглощения через уровни дефектов вакансионной природы, локализованные на интерфейсе КТ [3]. При резонансном возбуждении в области поглощения КТ существенный вклад в процесс возбуждения АФЛ вносит и двухступенчатый процесс поглощения через энергетические уровни КТ [4]. При повышенных температурах актуальным становится также процесс термической активации носителей из низко- в высокоэнергетические основные состояния различных КТ.

Отметим ряд особенностей, наблюдаемых на рис. 1.

Во-первых, регистрируется практически непрерывное Рис. 1. Спектр ФЛ наноструктуры CdSe / ZnSe с двенадцатью излучение, простирающееся по энергии от края погло- CdSe-вставками номинальной толщины 2.1 МС. Eexc = 2.71 (a) и 2.54 eV(b). T = 300 K.

щения слоев ZnSe до максимума полосы излучения КТ CdSe, что может свидетельствовать о значительных флуктуациях компонентного состава твердого раствора Zn1-xCdxSe 2D-слоя вставки и размеров малых КТ CdSe. Во-вторых, ФЛ слоев ZnSe наблюдается как при прямом (стоксова ФЛ), так и при антистоксовом (АФЛ) возбуждении. Проявление АФЛ обусловлено наличием значительного количества горячих фотовозбужденных носителей, генерируемых в результате двухступенчатого поглощения через уровни КТ и дефектов. Вследствие внутриподзонной релаксации фотовозбужденных электронно-дырочных пар возможно появление неравновесных LO-фононов.

На рис. 2 приведены спектры КРС в стоксовой и антистоксовой областях многослойной структуры CdSe / ZnSe при резонансном возбуждении в области поглощения слоев ZnSe (рис. 2, a) и в области прозрачности всех слоев гетероструктуры (рис. 2, b). В обоих областях использовались низкие плотности возбуждения (< 10 W / cm2). Анализ спектров КРС при возбуждении в области поглощения ZnSe осложнен тем, что в ней сечение резонансного КРС и коэффициент поглощения, определяющий глубину проникновения света в образец, быстро меняются с частотой. Ситуация усложняется и вследствие различных резонансных свойств стоксовой и антистоксовой компонент рассеяния. Интенсивность антистоксового рассеяния максимальна при совпадении частоты экситонного перехода (в нашем случае максимум ФЛ) с частотой возбуждающего света (входной резонанс) и мала в условиях резонанса с рассеянным светом (выходной резонанс) [5]. Напротив, для стоксовой компоненты рассеяния величина интенсивности Рис. 2. Спектр КРС многослойной наноструктуры CdSe / ZnSe линии рассеяния на LO-фононах больше в случае выс номинальной толщиной CdSe-вставки 2.1 МС. Eexc = 2.71 (a) ходного резонанса. Таким образом, в отличие от стоки 2.41 eV(b). T = 300 K.

сового процесса резонансного КРС для антистоксового Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 176 М.Я. Валах, В.В. Стрельчук, Г.Н. Семенова, Ю.Г. Садофьев (2.554 eV). Видно, что в стоксовой области кроме линий LO-фонона и TO-фонона ( 206.4cm-1) барьерных слоев ZnSe в спектре присутствуют интенсивная линия LO-фонона ( 292.4cm-1) и слабая линия TO-фонона ( 269 cm-1) GaAs-подложки. Соответствующие фононные линии ZnSe и GaAs регистрируются и в антистоксовой области, но имеют меньшую интенсивность.

Различные резонансные зависимости для стоксовой IS и антистоксовой IAS компонент рассеяния демонстрирует рис. 3. Видно, что при изменении энергии кванта возбуждения в пределах полосы излучения КТ от ее высокоэнергетического до низкоэнергетического крыла (кривые 1–3) имеет место уменьшение отношения интенсивностей стоксовой и антистоксовой линий IS/IAS.

Кроме того, при возбуждении в низкоэнергетическое крыло полосы (кривая 3) наблюдается заметное смещение максимума полосы ФЛ в сторону меньших энергий.

Мы сопоставили частоты стоксовых и антистоксовых LO- и 2LO-полос для различных условий возбуждения по отношению к максимуму полосы ФЛ. Факт их различия, особенно заметный для 2LO- и -2LO-полос, свидетельствует о реализации резонансного КРС с различными электронными переходами, излучение которых и определяет природу неоднородно уширенной полосы излучения КТ, обусловленную флуктуациями размеров и особенно концентрации Cd.

Итак, мы исследовали резонансную зависимость стоксовых и антистоксовых компонент рассеяния при резонансном возбуждении спектров КРС вблизи экситонных переходов КТ CdSe. Показано, что интенсивность антистоксовых LO-фононных линий возрастает как вследствие входного резонанса с электронными переходами КТ, так и из-за неравновесного заполнения LO-фононов, Рис. 3. Спектры резонансного КРС многослойной структу- генерируемых в результате внутриподзонной релаксации ры CdSe / ZnSe при различных энергиях кванта возбуждения. фотовозбужденных электронно-дырочных пар. ИзменеT = 300 K. ние частот 2LO- и -2LO-полос при изменении условий резонанса подтверждает неоднородный характер полосы ФЛ.

рассеяния резонанс с возбуждающим светом является основным и сравнивать интенсивности „стоксова“ и „анСписок литературы тистоксова“ сигналов необходимо с учетом этого факта.

В нашем случае (рис. 2, a) для стоксовой компоненты [1] N. Peranio, A. Rosenauer, D. Gerthsen, S.V. Sorokin, рассеяния реализуются более близкие условия выход- I.V. Sedova, S.V. Ivanov. Phys. Rev. B 61, 16 015 (2000);

ного резонанса с ФЛ ZnSe и, как следствие, интенсив- D. Litvinov, A. Rosenauer, D. Gerthsen, N.N. Ledentsov. Phys.

ность линий LO(ZnSe) и 2Lo(ZnSe) значительно больше Rev. B 61, 16 819 (2000).

[2] C.S. Kim, M. Kim, S. Lee, J.K. Furdyna, M. Dobrowolska, соответствующих антистоксовых LO-фононных линий, H. Rho, L.M. Smith, H.E. Jackson. J. Cryst. Growth 214 / 215, усиление которых обеспечивается условиями входного 761 (2000).

резонанса. Интересно отметить, что, хотя стоксовые и [3] M.Ya. Valakh, Yu.G. Sadofyev, N.O. Korsunska, G.N. Semeантистоксовые LO-фононные линии имеют практически nova, V.V. Strelchuk, L.V. Borkovska, M.V. Vuychik, M.M. Shaодинаковые значения полуширины, их заметное уширеribaev. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoние ( = 10-11 cm-1), по-видимому, свидетельствует о electronics 5, 3, 254 (2002).

возможных структурных дефектах и возможной неодно[4] M.Ya. Valakh, N.O. Korsunska, Yu.G. Sadofyev, V.V. Strelchuk, родности в распределении деформаций в зондируемых G.N. Semenova, L.V. Borkovska, V.V. Artamonov, слоях ZnSe.

M.V. Vuychik. Mater. Sci. Eng. B, in press (2003).

На рис. 2, b представлен спектр КРС этой структуры [5] А.А. Клочихин, А.Г. Плюхин, Л.Г. Суслина, Е.Б. Шадрин.

в стоксовой и антистоксовой областях при нерезонансФТТ 18, 7, 1909 (1976).

ном возбуждении фотонами с энергией 2.41 eV, меньшей энергетической щели Eg слоев ZnSe (2.69 eV) и энергии максимума экситонной полосы излучения КТ Физика твердого тела, 2004, том 46, вып.




© 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.