光致发光光谱CdTe / ZnTe自组装量子点

文摘

我们现在的光致发光(PL)测量两种不同,3层和12层(ml),集团自组装量子点(SAQD)样本。光谱被记录在20 K - 300 K温度范围内,与光致激发ZnTe阻挡层。PL光谱显示两个主要排放乐队。高能PL发射是ZnTe LO声子- (= 204.2(3毫升),= 207.3(12毫升))辅助去激。占主导地位的低能乐队介绍了直接退激CdTe量子点的基态。

1。介绍

极大的兴趣最近观察到在研究半导体材料层的属性不匹配之间的晶格参数。有利条件形成的自组装量子点在这样创建层(1]。宽的带隙CdTe / ZnTe系统是当前利益由于其潜在的应用在短波的光电设备,但大的晶格不匹配()使得很难生长CdTe / ZnTe结构高质量的2]。

在大多数实验报告到目前为止,点与尺寸大于激子玻尔半径研究[3- - - - - -5]。例如,族化合物的典型大小CdSe QD的激子波尔半径等于3海里的,范围从略大于这个值(3)甚至15 nm直径(4]。在这些情况下,泄漏的激子波函数进入壁垒预计不会大幅改变QD大小分布在一个合奏。因此,量子点对大型没有exciton-LO声子耦合的大小依赖。

PL的详细测量,光致发光激发(中国)和共振PL光谱在文献[执行类似的系统1,5]。研究载体激发过程CdTe / ZnTe SAQD荷载低于ZnTe差距的能量被用来识别CdTe QD的主要航空公司激励机制的5]。

在我们早期的论文使用远红外光谱[6),拉曼spectoscopy [7),和共振拉曼光谱8]调查结构和声子的属性CdTe / ZnTe SAQD。通过扩展这项研究phtoluminescence光谱学期望获得电子结构和光学性质的全貌这些样品。

2。样本和特征

调查样本增加了分子束外延砷化镓衬底上。CdTe缓冲层,4厚,是沉积在衬底上。0.6后厚ZnTe层,3层或12层(ml) CdTe沉积形成量子点的随机分布。导层覆盖的0.1ZnTe覆盖层,示意图如图1。高的晶格失配参数CdTe (6.482)和ZnTe (6.104)引发的聚会CdTe分子和量子点的形成。更多细节的增长可以找到样品1]。重要的是要注意,选择样本集使我们能够研究量子点与不同的横向尺寸(QD)。量子点即CdTe很小,估计透射电子显微镜和magneto-photoluminescence测量,其横向尺寸是直径2 - 4海里的顺序与3毫升样品。在第二个示例中(12毫升)没有CdTe岛屿;也就是说,有一层CdTe区域周围的合金材料。这项工作是集中强调不同属性的两种情况。

光致发光光谱(PL)兴奋的几行Ar-laser线(514.5 nm, 501.7 nm, 496.5 nm, 488海里)和Kr-laser线(647.5海里),测量使用Jobin Yvon模型U- - - - - -1000单色器,与传统的photocounting系统。在ZnTe所有Ar-laser行激发激子阻挡层。

3所示。结果与讨论

电子能带结构的特点是PL谱。PL光谱依赖能量激发。氩激光激发的PL光谱显示两个主要排放峰值。提出了典型的PL光谱数据2和3。注册的乐队是分开的,没有额外的分析需要遵循能量对应的温度依赖性的最大发射这些乐队。所有测量的结果呈现在图4。

我们强调的峰值位置温度的测量时间间隔。对于3毫升;我们有2.26 eV ()和1.84 eV ()K, 2.346 eV ()和2.17 eV ()K。的变化能源是85伏和变化大约是330伏。红移的高- - - - - -能量峰值随着温度的相同顺序转变一个期望的温度引起收缩ZnTe带隙。这个峰值注册甚至在室温下。红移的低- - - - - -能量峰值增加温度远远大于这一转变所期望的温度引起萎缩CdTe带隙。对于12毫升;我们有2.307 eV ()和2.11 eV ()K, 2.337 eV ()和2.13 eV ()K。的变化能量是大约30兆电子伏和变化大约是20兆电子伏。红色的- - - - - -增加温度低于两支乐队的价值观的转变温度引起收缩的一个期望ZnTe和CdTe带隙。

频带能量几乎随温度线性变化,呈现在图4。高能峰,,相关的带隙ZnTe障碍(9]。低- - - - - -频带,,与集团的复合量子点(5]。议员谐振过程是注册在200 K温度波形。这个过程是量子点主要为高发射能量,也就是说,大概尺寸较小的(5]。

能量量子点的局部状态,实验注册了PL发射量子点的特性,可以有效所描述的相当不错- - - - - -质量与抛物线近似(EMA)能量。计算的电子转换在EMA (10]。集团和ZnTe参数、有效质量和传导和价补偿从文献[11]。如果我们假设球形粒子的对称性,即单球体CdTe ZnTe包围,QD直径的计算值是3海里的3毫升匹配实验价值。

当添加大量的CdTe ZnTe两层之间,预计发现量子点更大。因此能量将会更低。这个期望没有实现12毫升样品;参见图4。解释实验结果在12毫升的例子中,我们使用模型核/壳型纳米结构,QD梯度组成。集团的核心半径周围是同心球层的作文(层中心的距离)成正比,最后从半径通过。我们假设QD的电子和空穴在球面状能量。Cd浓度在周围逐渐减少(),一步一步。我们假设的有效质量和传导和价补偿变化成正比。这些中间层次的存在,作为一个模型的级配组成,影响快速电子,洞,激子光谱。为测量核心的直径是1.55 nm和外球体的直径是6.48海里。

3毫升的有红移的低能峰()随着温度的增加,这是更大的比期望的转变温度引起收缩的CdTe带隙。在我们看来,甚至在3毫升的情况下,由于相互扩散有波动的QD化学成分和QD大小分布。所以,我们处理的量子点的不同深度相应的潜力。热诱导再分配点内的运营商合奏导致观察到的能量光致发光能量的转变。反对12毫升CdTe样本保存所有转换都由于相对均匀厚度的层。

当样本兴奋不已纳米Kr-laser线,PL只发生在缓冲层CdTe中清楚地看到数据4和5。PL排放的温度依赖性的峰值及其强度相同的依赖性注册CdTe大部分晶体。

原则上,注册议员谐振过程(见图2和3)可以被描述为如下方程:;和E入射光子能量和电子跃迁的能量,分别为(9),声子能量,K是议员秩序。

议员排放没有注册K。注册在温度低于议员发射过程K (2.41 ev激光能量,)。方程意味着当散射光子的能量接近的能量增强,喇曼线变得强烈。这是示意图提出的箭头在图4。

4所示。结论

结构和光学性质的集团/ ZnTe自组装量子点分子束外延(SAQDs)增长的调查。光致发光光谱包含两个主要排放峰值:高能乐队与屏障带隙和低能乐队有关CdTe QD电子空穴复合。两个弛豫机制存在于这个系统:放松直接CdTe量子点激子基态和光学phonon-assisted退激。看来CdTe量子点在嵌入式ZnTe屏障层非常高效的载波接收机。异质结构inhomogenity模仿,逐渐组成影响显著的基本转换能量。目前的观察可以帮助改善的理解光学和微观结构特性自组装量子点。注册multiphonon发射过程依赖于温度。当散射光子的能量接近的能量,在其相应的线变得强烈增强。

确认

这项工作是支持的协议下,波兰科学院之间的科学合作和塞尔维亚科学院和艺术。工作在塞尔维亚被塞尔维亚科技部支持(141028项目)。

引用

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