Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках
Проанализированы оптические спектры напряженных сверхрешеток второго типа ZnSe/ZnTe, как свежевыращенных, так и хранившихся в течение некоторого времени, с учетом образования на их гетерограницах смешанных слоев ZnSe1–xTex, имеющих кластерную структуру. Рассчитана зависимость энергии локализации...
Збережено в:
| Дата: | 2004 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2004
|
| Назва видання: | Физика низких температур |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/119466 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках / Н.В. Бондарь // Физика низких температур. — 2004. — Т. 30, № 2. — С. 233-243. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-119466 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1194662017-06-08T03:03:55Z Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках Бондарь, Н.В. Квантовые эффекты в полупpоводниках и диэлектриках Проанализированы оптические спектры напряженных сверхрешеток второго типа ZnSe/ZnTe, как свежевыращенных, так и хранившихся в течение некоторого времени, с учетом образования на их гетерограницах смешанных слоев ZnSe1–xTex, имеющих кластерную структуру. Рассчитана зависимость энергии локализации дырок от радиуса кластеров атомов Te, которая хорошо согласуется с экспериментальными данными. В образцах, хранившихся в течение некоторого времени, обнаружено изменение формы и монотонное смещение полосы фотолюминесценции в коротковолновую сторону. Показано, что причина смещения связана с изменением внутренней структуры смешанных слоев со временем и образованием локальных состояний, наведенных изоэлектронными примесями (атомами Te). Проаналізовано оптичні спектри напружених надграток другого типу ZnSe/ZnTe, як свіжовирощених, так і тих, що зберігалися на протязі деякого проміжку часу, з урахуванням утворення на їх гетеромежах змішаних шарів ZnSe1–xTex, які мають кластерну структуру. Розраховано залежність енергії локалізації дірок від радіуса кластерів атомів Te, яка добре погоджується з експериментальними даними. В зразках, які зберігалися на протязі деякого часу, виявлено зміну форми і монотонний зсув смуги фотолюмінесцеції в короткохвильовий бік. Показано, що причина цього зсуву пов’язана зі зміною внутрішньої структури змішаних шарів з часом і утворенням локальних станів, наведених ізоелектронними домішками (атомами Te). The optical spectra of type-II strained ZnSe/ZnTe superlattices, both fresh-prepared and kept for some time, are analyzed with taking into account the formation of mixed ZnSe1-xTex layers, at their interfaces which have a cluster structure. The dependence of the hole localization energy on the radius of Te atom clusters is calculated, which is in good agreement with the experiment. The samples kept for some time display a change of the shape and a monotonous shift of the luminescence band to a high-energy edge. It is shown that the shift is caused by the change in the internal structure of the mixed layers with time and the formation of local exciton states induced by isoelectronic Te atoms. 2004 Article Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках / Н.В. Бондарь // Физика низких температур. — 2004. — Т. 30, № 2. — С. 233-243. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 71.35.–y, 71.35.Cc http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/119466 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Квантовые эффекты в полупpоводниках и диэлектриках Квантовые эффекты в полупpоводниках и диэлектриках |
| spellingShingle |
Квантовые эффекты в полупpоводниках и диэлектриках Квантовые эффекты в полупpоводниках и диэлектриках Бондарь, Н.В. Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках Физика низких температур |
| description |
Проанализированы оптические спектры напряженных сверхрешеток второго типа
ZnSe/ZnTe, как свежевыращенных, так и хранившихся в течение некоторого времени, с учетом
образования на их гетерограницах смешанных слоев ZnSe1–xTex, имеющих кластерную
структуру. Рассчитана зависимость энергии локализации дырок от радиуса кластеров атомов
Te, которая хорошо согласуется с экспериментальными данными. В образцах, хранившихся в
течение некоторого времени, обнаружено изменение формы и монотонное смещение полосы фотолюминесценции
в коротковолновую сторону. Показано, что причина смещения связана с изменением
внутренней структуры смешанных слоев со временем и образованием локальных состояний,
наведенных изоэлектронными примесями (атомами Te). |
| format |
Article |
| author |
Бондарь, Н.В. |
| author_facet |
Бондарь, Н.В. |
| author_sort |
Бондарь, Н.В. |
| title |
Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках |
| title_short |
Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках |
| title_full |
Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках |
| title_fullStr |
Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках |
| title_full_unstemmed |
Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках |
| title_sort |
локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2004 |
| topic_facet |
Квантовые эффекты в полупpоводниках и диэлектриках |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/119466 |
| citation_txt |
Локальные экситонные состояния на изоэлектронных центрах в сверхрешетках / Н.В. Бондарь // Физика низких температур. — 2004. — Т. 30, № 2. — С. 233-243. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT bondarʹnv lokalʹnyeéksitonnyesostoâniânaizoélektronnyhcentrahvsverhrešetkah |
| first_indexed |
2025-07-08T15:55:35Z |
| last_indexed |
2025-07-08T15:55:35Z |
| _version_ |
1837094809393692672 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2, ñ. 233–243
Ëîêàëüíûå ýêñèòîííûå ñîñòîÿíèÿ
íà èçîýëåêòðîííûõ öåíòðàõ â ñâåðõðåøåòêàõ
Í.Â. Áîíäàðü
Èíñòèòóò ôèçèêè ÍÀÍ Óêðàèíû, ïð.Íàóêè, 46, ã. Êèåâ, 03028, Óêðàèíà
E-mail: jbond@iop.kiev.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 24 èþíÿ 2003 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 27 àâãóñòà 2003 ã.
Ïðîàíàëèçèðîâàíû îïòè÷åñêèå ñïåêòðû íàïðÿæåííûõ ñâåðõðåøåòîê âòîðîãî òèïà
ZnSe/ZnTe, êàê ñâåæåâûðàùåííûõ, òàê è õðàíèâøèõñÿ â òå÷åíèå íåêîòîðîãî âðåìåíè, ñ ó÷å-
òîì îáðàçîâàíèÿ íà èõ ãåòåðîãðàíèöàõ ñìåøàííûõ ñëîåâ ZnSe1–xTex, èìåþùèõ êëàñòåðíóþ
ñòðóêòóðó. Ðàññ÷èòàíà çàâèñèìîñòü ýíåðãèè ëîêàëèçàöèè äûðîê îò ðàäèóñà êëàñòåðîâ àòîìîâ
Te, êîòîðàÿ õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè. Â îáðàçöàõ, õðàíèâøèõñÿ â
òå÷åíèå íåêîòîðîãî âðåìåíè, îáíàðóæåíî èçìåíåíèå ôîðìû è ìîíîòîííîå ñìåùåíèå ïîëîñû ôî-
òîëþìèíåñöåíöèè â êîðîòêîâîëíîâóþ ñòîðîíó. Ïîêàçàíî, ÷òî ïðè÷èíà ñìåùåíèÿ ñâÿçàíà ñ èç-
ìåíåíèåì âíóòðåííåé ñòðóêòóðû ñìåøàííûõ ñëîåâ ñî âðåìåíåì è îáðàçîâàíèåì ëîêàëüíûõ ñî-
ñòîÿíèé, íàâåäåííûõ èçîýëåêòðîííûìè ïðèìåñÿìè (àòîìàìè Te).
Ïðîàíàë³çîâàíî îïòè÷í³ ñïåêòðè íàïðóæåíèõ íàäãðàòîê äðóãîãî òèïó ZnSe/ZnTe, ÿê ñâ³æî-
âèðîùåíèõ, òàê ³ òèõ, ùî çáåð³ãàëèñÿ íà ïðîòÿç³ äåÿêîãî ïðîì³æêó ÷àñó, ç óðàõóâàííÿì óòâîðåí-
íÿ íà ¿õ ãåòåðîìåæàõ çì³øàíèõ øàð³â ZnSe1–xTex, ÿê³ ìàþòü êëàñòåðíó ñòðóêòóðó. Ðîçðàõîâàíî
çàëåæí³ñòü åíåð㳿 ëîêàë³çàö³¿ ä³ðîê â³ä ðàä³óñà êëàñòåð³â àòîì³â Te, ÿêà äîáðå ïîãîäæóºòüñÿ ç
åêñïåðèìåíòàëüíèìè äàíèìè.  çðàçêàõ, ÿê³ çáåð³ãàëèñÿ íà ïðîòÿç³ äåÿêîãî ÷àñó, âèÿâëåíî çì³íó
ôîðìè ³ ìîíîòîííèé çñóâ ñìóãè ôîòîëþì³íåñöåö³¿ â êîðîòêîõâèëüîâèé á³ê. Ïîêàçàíî, ùî ïðè÷è-
íà öüîãî çñóâó ïîâ’ÿçàíà ç³ çì³íîþ âíóòð³øíüî¿ ñòðóêòóðè çì³øàíèõ øàð³â ç ÷àñîì ³ óòâîðåííÿì
ëîêàëüíèõ ñòàí³â, íàâåäåíèõ ³çîåëåêòðîííèìè äîì³øêàìè (àòîìàìè Te).
PACS: 71.35.–y, 71.35.Cc
1. Ââåäåíèå
Ìíîãî÷èñëåííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâà-
íèÿ ñâåðõðåøåòîê (ÑÐ) ñ ÷åðåäóþùèìèñÿ ñëîÿìè
ZnSe è ZnTe, âûðàùåííûìè íà ïîäëîæêàõ GaAs,
ïîêàçàëè, ÷òî îíè îáëàäàþò î÷åíü èíòåíñèâíîé ïî-
ëîñîé ôîòîëþìèíåñöåíöèè (ÔË), ñâèäåòåëüñòâóþ-
ùåé î âûñîêîì êâàíòîâîì âûõîäå ÔË òàêèõ ñòðóê-
òóð [1–6]. Ïîïûòêè îáúÿñíèòü ýòî ÿâëåíèå
èçëó÷àòåëüíîé ðåêîìáèíàöèåé ñîáñòâåííûõ ñîñòîÿ-
íèé ÑÐ ZnSe/ZnTe íàòàëêèâàþòñÿ íà ðÿä òðóäíî-
ñòåé. Îñíîâíàÿ èç íèõ ñîñòîèò â òîì, ÷òî äàííûå ÑÐ
ïðèíàäëåæàò ê êâàíòîâûì ñòðóêòóðàì âòîðîãî òèïà,
â êîòîðûõ ñîçäàííûå ôîòîâîçáóæäåíèåì äûðêè ëî-
êàëèçóþòñÿ â ñëîÿõ ZnTe, à äëÿ ýëåêòðîíîâ ýòè îá-
ëàñòè ñëóæàò ïîòåíöèàëüíûìè áàðüåðàìè. Õîðîøî
èçâåñòíî, ÷òî âåðîÿòíîñòü èçëó÷àòåëüíîé ðåêîìáè-
íàöèè ïðîñòðàíñòâåííî ðàçäåëåííûõ íîñèòåëåé êàê
â 3D, òàê è 2D ñòðóêòóðàõ íåçíà÷èòåëüíà, â ðåçóëü-
òàòå ÷åãî èíòåíñèâíîñòü ïîëîñû ÔË òàêèõ ÑÐ
ÿâëÿåòñÿ ñëàáîé è áûñòðî çàòóõàåò ïðè óâåëè÷åíèè
òîëùèíû ñëîåâ ZnSe è ZnTe, à òàêæå òåìïåðàòóðû Ò.
Îäíàêî óñòàíîâëåíî, ÷òî, íåçàâèñèìî îò òîëùèíû
ñëîåâ ZnSe è ZnTe, èíòåíñèâíîñòü ÔË ÑÐ
ZnSe/ZnTe âñåãäà î÷åíü âûñîêàÿ, è ÔË ëåãêî íà-
áëþäàåòñÿ âïëîòü äî êîìíàòíûõ Ò [1–6]. Ðåíòãåíî-
ãðàôè÷åñêèå è îïòè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ ýòèõ îáúåê-
òîâ ïîçâîëèëè óñòàíîâèòü, ÷òî èñòî÷íèêîì ñòîëü
èíòåíñèâíîé ÔË â òàêèõ ÑÐ ÿâëÿåòñÿ ðåêîìáèíàöèÿ
ýêñèòîíîâ, ëîêàëèçîâàííûõ â ñìåøàííûõ ñëîÿõ
ZnSe1–xTex, îáðàçóþùèõñÿ íà ãåòåðîãðàíèöàõ âî
âðåìÿ ðîñòà [4,5].
Îáðàçîâàâøèåñÿ ñìåøàííûå ñëîè îòëè÷àþòñÿ îò
ñâîèõ îáúåìûõ àíàëîãîâ, òâåðäûõ ðàñòâîðîâ çàìå-
ùåíèÿ (ÒÐÇ) ZnSe1–xTex, êàê ïî ñïîñîáó îáðàçîâà-
íèÿ (äèôôóçèÿ àòîìîâ Òå èç ïëîñêîñòè), òàê è ïî
âíóòðåííåìó ñîñòîÿíèþ, ÿâëÿþùåìóñÿ ðåçóëüòàòîì
ðåøåòî÷íîãî ðàññîãëàñîâàíèÿ ìåæäó ZnSe è ZnTe
© Í.Â. Áîíäàðü, 2004
(ñì. íèæå). Îäíàêî, íåñìîòðÿ íà ýòî, â îáåèõ
ñèñòåìàõ ïðè íåáîëüøèõ êîíöåíòðàöèÿõ Òå îñíîâ-
íóþ ðîëü, îïðåäåëÿþùóþ èõ èçëó÷àòåëüíûå ñâîéñò-
âà, èãðàþò ìàëûå êëàñòåðû Òån c n � 4, ïðåäñòàâ-
ëÿþùèå ñîáîé ñêîïëåíèÿ àòîìîâ â áëèæàéøèõ
óçëàõ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè. Ëîêàëèçàöèÿ ýêñè-
òîíîâ íà òàêèõ êëàñòåðàõ ñòîëü ýôôåêòèâíà, ÷òî
ïîëíîñòüþ ïîäàâëÿåò âñå äðóãèå êàíàëû ïåðåíîñà
ýíåðãèè ê èçëó÷àòåëüíûì è áåçûçëó÷àòåëüíûì öåí-
òðàì ðåêîìáèíàöèè [7–11]. Ýôôåêòèâíîñòü ëîêà-
ëèçàöèè ÿâëÿåòñÿ ðåçóëüòàòîì ïðèíàäëåæíîñòè
ÒÐÇ ZnSe1–xTex ê ñèñòåìàì ñ ñèëüíûì ðàññåÿíèåì,
â êîòîðûõ âîçìóùåíèå ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé, âíî-
ñèìîå äàæå îäèíî÷íûìè àòîìàìè Òå, äîñòàòî÷íî,
÷òîáû îòùåïèòü ëîêàëèçîâàííîå ñîñòîÿíèå îò äíà
çîíû [7–13]. Ýòî ñâîéñòâî ñèñòåìû îáóñëîâëåíî
òåì, ÷òî àòîìû Òå â ZnSe ñëóæàò èçîýëåêòðîííîé
ïðèìåñüþ è, èìåÿ áîëüøèé îáúåì è ìàññó, íî ìåíü-
øóþ ýëåêòðîîòðèöàòåëüíîñòü, ÷åì àòîìû Se, ñîçäà-
þò ïðèòÿãèâàþùèé êîðîòêîäåéñòâóþùèé ïîòåíöèàë
äëÿ äûðîê â ZnSe. Êóëîíîâñêîå ïîëå ïîñëåäíèõ çà-
õâàòûâàåò ýëåêòðîíû, ÷òî ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ
ëîêàëèçîâàííûõ ýêñèòîíîâ.
Àâòîðû [7–11], èññëåäîâàâøèå ÒÐÇ ZnSe1–xTex ñ
ìàëûìè êîíöåíòðàöèÿìè Òå, îáíàðóæèëè, ÷òî ïðè
x � 0,02 íà êîíòóðå ïîëîñû íèçêîòåìïåðàòóðíîé
ÔË íàáëþäàåòñÿ ñòðóêòóðà, îáóñëîâëåííàÿ ðåêîì-
áèíàöèåé ýêñèòîíîâ, ëîêàëèçîâàííûõ íà êëàñòåðàõ
Òån ñ n � 2. Ïî ìíåíèþ ýòèõ àâòîðîâ, îäèíî÷íûå àòî-
ìû Te1 íå ñîçäàþò ñâÿçàííûõ ñîñòîÿíèé äëÿ äûðîê
â çàïðåùåííîé çîíå ZnSå. Èññëåäîâàíèÿ òàêèõ ÒÐÇ
ñ àíàëîãè÷íûìè êîíöåíòðàöèÿìè, ïðîâåäåííûå äðó-
ãèìè ãðóïïàìè [1–6], ïîçâîëèëè óñòàíîâèòü, ÷òî
êàê â 3D, òàê è 2D ñòðóêòóðàõ ZnSe1–xTex ïðîèñõî-
äèò ëîêàëèçàöèÿ ýêñèòîíîâ íà êëàñòåðàõ Te n íà÷è-
íàÿ ñ n � 1. Ðàññ÷èòàííûå â [5] âåëè÷èíû ýíåðãèé
ñâÿçè äûðîê íà Òå1 è Òå2 â ÒÐÇ ZnSe1–xTex ñîñòàâè-
ëè 40 è 250 ìýÂ ñîîòâåòñòâåííî.
Äðóãàÿ ïðîáëåìà, â íàñòîÿùåå âðåìÿ ìàëî èññëå-
äîâàíàÿ, ñâÿçàíà ñ èçìåíåíèåì ñòðóêòóðû ñìåøàí-
íûõ ñëîåâ ZnSe Te1�x x ñ òå÷åíèåì âðåìåíè. Äàííàÿ
ïðîáëåìà èìååò áîëåå øèðîêèé àñïåêò, òàê êàê êàñà-
åòñÿ ïðàêòè÷åñêè âñåõ íàïðÿæåííûõ êâàíòîâûõ
ñòðóêòóð, è åå ðåøåíèå äàëî áû âîçìîæíîñòü ïðî-
ãíîçèðîâàòü ðàáîòó îïòîýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ, ðà-
áîòàþùèõ íà îñíîâå òàêèõ ìàòåðèàëîâ. Ñóòü åå
ñîñòîèò â òîì, ÷òî âñëåäñòâèå ðåøåòî÷íîãî ðàññîãëà-
ñîâàíèÿ (�7,3%) ñëîè ZnSe èñïûòûâàþò ðàñòÿæå-
íèå, à ZnTe — ñæàòèå â ïëîñêîñòè ðîñòà ÑÐ, ÷òî îï-
ðåäåëåííûì îáðàçîì âëèÿåò íà äèôôóçèþ àòîìîâ
Òå â ñëîè ZnSe. Îáðàçîâàíèå ñìåøàííûõ ñëîåâ ïðî-
èñõîäèò íà ýòàïå ðîñòà ÑÐ, îäíàêî è ïîñëå ïîëó÷å-
íèÿ îáðàçöîâ ýòîò ïðîöåññ ïðîäîëæàåòñÿ, ïîýòîìó
ñòðóêòóðà ñìåøàííûõ ñëîåâ ZnSe Te1�x x áóäåò
èçìåíÿòüñÿ ñ òå÷åíèåì âðåìåíè. Òàêîå ÿâëåíèå
îòìå÷åíî àâòîðàìè [14], èññëåäîâàâøèìè ÑÐ ñ
î÷åíü òîíêèìè ñëîÿìè ZnSe è ZnTe (â îäèí–äâà
àòîìíûõ ìîíîñëîÿ è ìåíüøå). Â ðåçóëüòàòå óæå íà
ýòàïå ðîñòà îáðàçóåòñÿ íåêîòîðàÿ ñìåøàííàÿ ñòðóê-
òóðà, íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê ÑÐ íå èìåþùàÿ. Ïîë-
íîñòüþ ïðîöåññû çàðîæäåíèÿ è ýâîëþöèè ñìåøàí-
íûõ ñëîåâ ZnSe Te1�x x , à òàêæå èõ âëèÿíèÿ íà
çîííóþ êàðòèíó ÑÐ ñ òîëùèíàìè ñëîåâ ZnSe è ZnTe
â íåñêîëüêî äåñÿòêîâ àíãñòðåì, ðàíüøå íèêåì íå íà-
áëþäàëèñü è íå áûëè èññëåäîâàíû.
 ïðåäëàãàåìîé ñòàòüå ïðåäñòàâëåíû è ïðîàíàëè-
çèðîâàíû ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ ÑÐ âòîðîãî òèïà
ZnSe(50Å)/ZnTe(50Å), çàïèñàííûå êàê íåïîñðåä-
ñòâåííî ïîñëå ïîëó÷åíèÿ îáðàçöîâ, òàê è â òå÷åíèå
íåêîòîðîãî âðåìåíè èõ õðàíåíèÿ ïðè êîìíàòíîé T â
îáû÷íûõ óñëîâèÿõ. Îñîáåííîñòüþ, êîòîðàÿ îòëè÷à-
åò èññëåäîâàííûå íàìè ÑÐ îò àíàëîãè÷íûõ îáðàç-
öîâ, èññëåäîâàííûõ äðóãèìè àâòîðàìè, ÿâëÿåòñÿ
áîëüøàÿ òîëùèíà ñëîåâ ZnSe è ZnTe. Ðàñòÿæåíèå
ñëîåâ ZnSe ïðèâîäèò ê îñëàáëåíèþ ñâÿçåé ìåæäó Zn
è Se, ÷òî äåëàåò áîëåå ëåãêîé äèôôóçèþ Òå â ñëîè
ZnSe è çàìåùåíèå àòîìîâ Se. Êðîìå òîãî, ñìåøàí-
íûå ñëîè ZnSe Te1�x x îêàçûâàþòñÿ ðàñòÿíóòûìè â
ïëîñêîñòè ðîñòà ÑÐ. Ñëó÷àéíîå çàìåùåíèå àòîìîâ
Se àòîìàìè Òå ïðèâîäèò ê êëàñòåðíîé ñòðóêòóðå
ñìåøàííûõ ñëîåâ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî íà êîíòóðå ïî-
ëîñû ÔË ïðîÿâëÿåòñÿ ñòðóêòóðà, ñîñòîÿùàÿ èç íå-
ñêîëüêèõ ïèêîâ, îáóñëîâëåííûõ ðåêîìáèíàöèåé ýê-
ñèòîíîâ, ëîêàëèçîâàííûõ íà ìàëûõ êëàñòåðàõ Òån ñ
n = 1, 2, 3, 4.  îòëè÷èå îò ÒÐÇ ZnSe Te1�x x ñ
x � 0 01, èëè ÑÐ ñ òîíêèìè ñëîÿìè ZnSe è ZnTe,
ñòðóêòóðà ïîëîñû ïðîÿâëÿåòñÿ íå ïðè ãåëèåâûõ òåì-
ïåðàòóðàõ, à ïðè T � 20 Ê, ÷òî, ïî-âèäèìîìó, íà-
áëþäàëîñü âïåðâûå â òàêèõ ñèñòåìàõ. Èñïîëüçóÿ
ìîäåëü ýêñèòîíà, â êîòîðîé ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî
òîëüêî äûðêà ëîêàëèçîâàíà íà êëàñòåðå, à ýëåêòðîí
ïðîñòðàíñòâåííî îòäåëåí îò íåå ïîòåíöèàëüíûì
áàðüåðîì â çîíå ïðîâîäèìîñòè è óäåðæèâàåòñÿ
âáëèçè íåå êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì, ðàññ÷è-
òàíà çàâèñèìîñòü ýíåðãèè ëîêàëèçàöèè äûðêè �b
n( ) è
ýêñèòîíà �x îò ðàäèóñà êëàñòåðà �, êîòîðàÿ õîðîøî
ñîãëàñóåòñÿ ñ ïîëó÷åííîé â ýêñïåðèìåíòå. Ïåðèîäè-
÷åñêàÿ çàïèñü ïîëîñû íèçêîòåìïåðàòóðíîé ÔË ýòèõ
ÑÐ â òå÷åíèå íåêîòîðîãî âðåìåíè èõ õðàíåíèÿ ïî-
çâîëèëà îáíàðóæèòü åå ìîíîòîííîå ñìåùåíèå â êî-
ðîòêîâîëíîâóþ ñòîðîíó ñ ïîñëåäóþùèì óìåíüøåíè-
åì åå ïîëóøèðèíû. Òàêîå ñìåùåíèå íàïðÿìóþ
ñâÿçàíî ñ èçìåíåíèåì âíóòðåííåé ñòðóêòóðû ñìåøà-
íûõ ñëîåâ ñ òå÷åíèåì âðåìåíè è îòðàæàåò äèíàìèêó
ëîêàëèçàöèè ýêñèòîíîâ (äûðîê) â íèõ è îáðàçîâà-
íèå ëîêàëüíûõ ñîñòîÿíèé, íàâåäåííûõ èçîýëåêòðîí-
íûìè ïðèìåñÿìè (àòîìàìè Òå).
234 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2
Í.Â. Áîíäàðü
2. Ýêcïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû
Èññëåäîâàííûå íàìè ÑÐ ZnSe/ZnTe ïîëó÷åíû
ìåòîäîì ìîëåêóëÿðíî-ëó÷åâîé ýïèòàêñèè íà ïîäëîæ-
êàõ GaAs(001) ïðè òåìïåðàòóðå ðîñòà 360 Ñ ñ áóô-
ôåðíûì ñëîåì ZnSe òîëùèíîé îêîëî 0,3 ìêì. Îáðàçöû
èìåëè ðàçíûå òîëùèíû: 30d, 25d è 10d, ãäå d = 100 Å
— ïåðèîä ÑÐ.  êà÷åñòâå èñòî÷íèêà âîçáóæäåíèÿ ÔË
èñïîëüçîâàí He–Cd ëàçåð ñ äëèíîé âîëíû
= 325 íì è
ñðåäíåé ìîùíîñòüþ P0 � 10 ìÂò.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî âèä ñïåêòðîâ îòðàæåíèÿ
(ÑÎ) è ÔË ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñåë îò îáùåé òîëùè-
íû îáðàçöîâ, ïîýòîìó íà ðèñ. 1 ïîêàçàí ÑÎ îäíîãî
èç íèõ (30d), à òàêæå ïîëîñà ÔË, çàïèñàííàÿ ïðè
ðàçíûõ Ò. Õîòÿ êîíòóð ÑÎ è óøèðåí, ÷òî õàðàêòåð-
íî äëÿ ñòðóêòóð ZnSe Te1�x x , íî áëàãîäàðÿ áîëüøîé
àìïëèòóäå ìîæíî äîñòàòî÷íî òî÷íî îïðåäåëèòü çíà-
÷åíèå ðåçîíàíñíîé ýíåðãè (E s1
0 = 2521ìýÂ) ýêñèòîí-
íîãî ïåðåõîäà â ñìåøàííûõ ñëîÿõ. Íà ðèñ. 1 âèäíî,
÷òî E s1
0 íàõîäèòñÿ â íà÷àëå êîðîòêîâîëíîâîãî ó÷àñò-
êà øèðîêîé (� 300 ìýÂ íà ïîëóâûñîòå) è áåññòðóê-
òóðíîé ïðè Ò � 5,5 Ê (êðèâàÿ 1) ïîëîñû ÔË, ôîðìà
êîòîðîé àñèììåòðè÷íà ñ çàòÿíóòûì äëèííîâîëíîâûì
êðûëîì. Ïðè óâåëè÷åíèè T äî 10 Ê íàáëþäàåòñÿ ðåç-
êîå ñìåùåíèå ïîëîñû â äëèííîâîëíîâóþ ñòîðîíó,
ïðèìåðíî íà 80 ìýÂ (êðèâàÿ 2), à ïðè T � 20 Ê ó íåå
ïðîÿâëÿåòñÿ î÷åíü ÷åòêàÿ ñòðóêòóðà â îáëàñòè íèæå
E s1
0 . Ñòðóêòóðà ñîñòîèò èç ïÿòè ïèêîâ, ñàìûé êîðîò-
êîâîëíîâûé èç êîòîðûõ (íóëåâîé) ñîâïàäàåò ïî ïî-
ëîæåíèþ ñ E s1
0 (ðèñ. 1, êðèâàÿ 3a). Äëÿ áîëåå òî÷íî-
ãî îïðåäåëåíèÿ ïîëîæåíèÿ ýòèõ ïèêîâ ïîâåðõíîñòü
ÑÐ ñêàíèðîâàëàñü ëàçåðíûì ïÿòíîì âîçáóæäåíèÿ
ïðè T � 20Ê è ïîëîñà çàïèñûâàëàñü â ðàçíûõ òî÷êàõ
ïîâåðõíîñòè (ðèñ. 1, êðèâàÿ 3á). Â ðåçóëüòàòå
îáíàðóæåíî, ÷òî ïèêè íàõîäÿòñÿ íà ðàññòîÿíèè 65,
127, 204 è 319 ìýÂ îò E s1
0 è èõ ñïåêòðàëüíîå ïîëîæå-
íèå î÷åíü ñëàáî çàâèñèò îò êîîðäèíàòû òî÷êè âîçáó-
æäåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè ÑÐ. Íà ðèñ. 2 âèäíî, ÷òî
ïåðâûå òðè ïèêà ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ èñ÷åçàþò
óæå ïðè T � 40Ê (êðèâàÿ 2) è ïðè äàëüíåéøåì óâå-
ëè÷åíèè Ò íàáëþäàåòñÿ ìîíîòîííîå ñìåùåíèå ÷åò-
âåðòîãî ïèêà â äëèííîâîëíîâóþ ñòîðîíó, êîòîðîå
äîñòèãàåò âåëè÷èíû �385 ìý (îòíîñèòåëüíî E s1
0 )
ïðè Ò � 60 Ê (ðèñ. 2, êðèâàÿ 3). Ñ äàëüíåéøèì ðîñ-
òîì Ò � 60 Ê ïðîèñõîäèò îáðàòíûé ñäâèã ïîëîñû, è
ïðè Ò � 100 Ê åå ìàêñèìóì ñîâïàäàåò ñ òåì ïîëîæå-
íèåì, êîòîðîå îí çàíèìàë ïðè T � 40Ê (ðèñ. 2, êðè-
âàÿ 4). Îòìåòèì, ÷òî ïðè óìåíüøåíèè ïëîòíîñòè íà-
êà÷êè íàáëþäàëàñü â îáùèõ ÷åðòàõ ïîõîæàÿ
êàðòèíà, îäíàêî óøèðåíèå ïèêîâ îñòàâàëîñü äîâîëü-
íî áîëüøèì, è ÷åòêîé ñòðóêòóðû ïîëîñû ÔË âûäå-
ëèòü íå óäàëîñü.
Íà ðèñ. 3 ïîêàçàíî èçìåíåíèå ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ
ÑÐ ñ òå÷åíèåì âðåìåíè åå õðàíåíèÿ â îáû÷íûõ
óñëîâèÿõ. Áûëî çàìå÷åíî, ÷òî ïðèìåðíî ÷åðåç ãîä
ïîñëå òîãî êàê îíà áûëà âûðàùåíà åå ïîëîñà ÔË
(ïîëîñà 2) íà÷àëà íåîáû÷íûì îáðàçîì ñìåùàòüñÿ â êî-
ðîòêîâîëíîâóþ ñòîðîíó, ÷òî ôèêñèðîâàëîñü â òå÷åíèå
ïîñëåäóþùèõ íåñêîëüêèõ ìåñÿöåâ (ïîëîñà 3). Â ðå-
çóëüòàòå áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ìàêñèìóì ïîëîñû ñòà-
áèëèçèðîâàëñÿ â îáëàñòè � 2900 ìýÂ, à åå ïîëóøèðèíà
(íà ïîëóâûñîòå) óìåíüøèëàñü äî � 190 ìýÂ (ïîëîñà 4).
Òàêèì îáðàçîì, çà ýòî âðåìÿ ïðîèçîøëî ïðàêòè÷åñêè
ïîëíîå èñ÷åçíîâåíèå èçëó÷åíèÿ èç îáëàñòè 2600–2400
ìýÂ è ñìåùåíèå ïîëîñû íà �500 ìýÂ â êîðîòêîâîëíî-
âóþ ñòîðîíó. Î÷åâèäíî, ÷òî åñëè áû ïðîèñõîäèëî ïðî-
ñòîå «ïåðåìåøèâàíèå» ïåðâîíà÷àëüíûõ ñëîåâ ZnSe è
ZnTe ñ îáðàçîâàíèåì ZnSe Te1�x x , òî íàïðàâëåíèå
Ëîêàëüíûå ýêñèòîííûå ñîñòîÿíèÿ íà èçîýëåêòðîííûõ öåíòðàõ â ñâåðõðåøåòêàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2 235
2,7 2,4 2,1 1,8
Ýíåðãèÿ ôîòîíîâ, ýÂ
1,2
0,8
0,4
0
ÑÎ
ÔË
È
í
òå
í
ñè
âí
î
ñò
ü,
ï
ð
î
è
çâ
. å
ä
.
1
2
3à
3á
Ðèñ. 1. Ñïåêòðû îòðàæåíèÿ è ôîòîëþìèíåñöåíöèè CP
ZnSe/ZnTe: 1 — 5,5 Ê; 2 — 10 Ê; 3a è 3á — 20 Ê, â
ðàçíûõ òî÷êàõ ïîâåðõíîñòè.
Ýíåðãèÿ ôîòîíîâ, ýÂ
È
í
òå
í
ñè
âí
î
ñò
ü
Ô
Ë
, ï
ð
î
è
çâ
. å
ä
.
1
2
3
4
2,7 2,4 2,1 1,8
1,2
0,8
0,4
0
1 — 20 Ê
2 — 40 Ê
3 — 60 Ê
4 — 100 Ê
Ðèñ. 2. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ôîðìû ïîëîñû ÔË
CP ZnSe/ZnTe ïðè T = 20–100 Ê; ïóíêòèðíàÿ ëèíèÿ —
ïîäãîíêà äëèííîâîëíîâîãî ó÷àñòêà ïîëîñû ýêñïîíåíöèà-
ëüíîé çàâèñèìîñòüþ.
ñìåùåíèÿ ïîëîñû áûëî áû ïðîòèâîïîëîæíûì, êàê ýòî
è íàáëþäàåòñÿ â ÒÐÇ. Â ïîñëåäíåì ðàçäåëå ìû îáñó-
äèì âîçìîæíîå âëèÿíèå íà ýòî ñìåùåíèå ðàçëè÷íûõ
ïðèìåñåé, â ÷àñòíîñòè êèñëîðîäà, òàê êàê îáðàçöû ÑÐ
õðàíèëèñü â îáû÷íûõ óñëîâèÿõ.
3. Ýíåðãåòè÷åñêèé ñïåêòð òÿæåëûõ ýêñèòîíîâ â
ÑÐ ZnSe/ZnTe
Ïðåæäå ÷åì ïåðåéòè ê àíàëèçó ïîëó÷åííûõ ðå-
çóëüòàòîâ, âû÷èñëèì ýíåðãèþ ñîáñòâåííûõ ñîñòîÿ-
íèé ÑÐ E dhh ( ), îãðàíè÷èâàÿñü òîëüêî òÿæåëûìè
hh-ýêñèòîíàìè, èñïîëüçóÿ ìîäåëü èäåàëüíûõ êâàíòî-
âûõ ÿì è ïðåäïîëàãàÿ íàëè÷èå èäåàëüíûõ ãðàíèö
ðàçäåëà ìåæäó ñîîòâåòñòâóþùèìè ñëîÿìè ÑÐ. Çà-
òåì, ñðàâíèâ ïîëó÷åííóþ âåëè÷èíó E dhh ( ) ñ ýêñïå-
ðèìåíòàëüíîé, ïîêàæåì, ÷òî ñîáñòâåííûå ñîñòîÿíèÿ
äàííîé ÑÐ ëåæàò çíà÷èòåëüíî íèæå ïî ýíåðãèè, ÷åì
ýêñïåðèìåíòàëüíî íàáëþäàåìàÿ ïîëîñà ÔË (ðèñ. 1).
Ïîýòîìó ïîñëåäíÿÿ íå ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíà èçëó-
÷àòåëüíîé ðåêîìáèíàöèåé ñâîáîäíûõ hh-ýêñèòîíîâ,
îáðàçîâàííûõ ýëåêòðîíàìè å1 è òÿæåëûìè äûðêàìè
hh1 èç ïåðâûõ ïîäçîí èõ ðàçìåðíîãî êâàíòîâàíèÿ. Â
ñëó÷àå èäåàëüíûõ ãðàíèö ðàçäåëà ìåæäó ñëîÿìè
èìååì
E d E L Lhh gSL e hh x( ) ( ) ( )�
�� � � , (1)
ãäå d L L�
1 2 (â äàëüíåéøåì èíäåêñ «1» áóäåò îò-
íîñèòüñÿ ê ZnSe, èíäåêñ «2» — ê ZnTe), EgSL —
øèðèíà çàïðåùåííîé çîíû ÑÐ, �e(L) è �hh(L) —
ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ è äûðîê â ñîîòâåòñòâóþùèõ ïî-
òåíöèàëüíûõ ÿìàõ �Ec è �Ev. Åñëè ïðåíåáðå÷ü
âíà÷àëå íàïðÿæåíèåì â ñëîÿõ ZnSe è ZnTe, òî,
ñîãëàñíî ñõåìå ðàñ÷åòà, ïðèâåäåííîé â [15], íåâîç-
ìóùåííûå âåëè÷èíû ðàçðûâîâ çîíû ïðîâîäèìîñòè
è âàëåíòíîé çîíû ïðè îáðàçîâàíèè ÑÐ áóäóò ñîîò-
âåòñòâåííî: �E c0 = �920 ìýÂ è �E v0 = 1360 ìýÂ.
Âíóòðåííåå íàïðÿæåíèå, âîçíèêøåå â ðåçóëüòàòå
ðåøåòî÷íîãî ðàññîãëàñîâàíèÿ ìåæäó ñëîÿìè, îáó-
ñëîâëèâàåò íîâîå ñîñòîÿíèå ÑÐ, êîòîðîå õàðàêòåðè-
çóåòñÿ äðóãèìè, ïî ñðàâíåíèþ ñ îáúåìíûìè a12, ,
çíà÷åíèÿìè ðåøåòî÷íûõ ïîñòîÿííûõ â ïëîñêîñòè
ðîñòà a| | è â íîðìàëüíîì íàïðàâëåíèè a�
12, . Ýòè âåëè-
÷èíû ìîæíî çàïèñàòü â àíàëèòè÷åñêîì âèäå, ìèíè-
ìèçèðóÿ âûðàæåíèå äëÿ óïðóãîé ýíåðãèè ÑÐ, îäíà-
êî ïðè óñëîâèè, ÷òî ïîñëåäíÿÿ íàõîäèòñÿ â
ñâîáîäíî ïîñàæåííîì ñîñòîÿíèè [15]. Ïî íàøèì
îöåíêàì, ýòî èìååò ìåñòî â ñëó÷àå èññëåäîâàííûõ
íàìè ÑÐ, òàê êàê èõ îáùàÿ òîëùèíà (� 0,3 ìêì)
âûøå êðèòè÷åñêîé, ïîýòîìó a| | è a�
12, îïðåäåëÿþòñÿ
ñëåäóþùèìè ñîîòíîøåíèÿìè [15]:
a
a G L a G L
G L G L| | �
1 1 1 2 2 2
1 1 2 2
, (2)
a a D
a
a� � � �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
12
12 12
12
1 1,
, ,
| |
,
, (3)
ãäå G12, — óïðóãèå ìîäóëè, D C /C12 11
12
12
122,
, ,� , C11
12, ,
C12
12, — óïðóãèå ïîñòîÿííûå (ñì. òàáëèöó).
Òàáëèöà
Ìàòåðèàëüíûå ïàðàìåòðû ZnSe è ZnTe [15].
Ïàðàìåòðû ZnSe ZnTe
a12, , Å 5,6684 6,089
a ac v
12 12, ,, , ýÂ –3,65, 1,67 –5,83, 0,79
Eg12, , ýÂ 2,823 2,39
C C11
12
12
12, ,, , Ìáàð 0,859, 0,506 0,713, 0,407
b12, , ýÂ –1,2 –1,26
G12, 1,447 1,311
� �
0
1 2, ýÂ 0,143 0,91
Ñõåìà ðàñ÷åòà ðàçðûâîâ çîí �Ec è �Ev ñ ó÷åòîì íà-
ïðÿæåíèÿ â ñëîÿõ ïðèâåäåíà â [15] è èñïîëüçîâàíà
íàìè ðàíüøå äëÿ àíàëîãè÷íîãî ðàñ÷åòà E Lhh ( ) â ÑÐ
ïåðâîãî òèïà ZnS/ZnSe [16], ïîýòîìó íèæå ïðèâå-
äåì òîëüêî íåîáõîäèìûå âûðàæåíèÿ äëÿ �Ec è �Ev
ñ ó÷åòîì îñîáåííîñòåé èññëåäîâàííûõ íàìè ÑÐ. Äëÿ
êîëè÷åñòâåííîãî îïèñàíèÿ äåôîðìàöèè ââåäåì òåí-
çîð äåôîðìàöèè ñ äèàãîíàëüíûìè ýëåìåíòàìè [15]:
236 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2
Í.Â. Áîíäàðü
Ýíåðãèÿ ôîòîíîâ, ýÂ
È
í
òå
í
ñè
âí
î
ñò
ü
Ô
Ë
, ï
ð
î
è
çâ
. å
ä
.
0,9
0,6
0,3
0
3,2 2,8 2,4 2,0
5
4
3 2 1
Ðèñ. 3. Èçìåíåíèå ôîðìû ïîëîñû ÔË CP ZnSe/ZnTe
(1–4) ñ òå÷åíèåì âðåìåíè õðàíåíèÿ îáðàçöîâ; 5 — ïîëî-
ñà ÔË CP ZnS/ZnSe.
� �xx yy
a
a
12 12
12
1, , | |
,
� � � , � zz
a
a
12
12
12
1,
,
,
� �� . (4)
Òîãäà �Ec îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì ñîîòíîøåíèåì:
� �
��
�
��
�
E E a ac c c c�
0
1 1
1
2 2
2
, (5)
ãäå �� �12 12
12 12 12
, ,
, , ,/ xx yy zz�
� � � — îòíîñèòåëüíîå
èçìåíåíèå îáúåìîâ ñîîòâåòñòâóþùèõ ýëåìåíòàðíûõ
ÿ÷ååê, ac
12, — èçîòðîïíûå äåôîðìàöèîííûå ïîòåíöèà-
ëû çîíû ïðîâîäèìîñòè. Íàïðÿæåíèå, âîçíèêøåå â
ñëîÿõ, ïðèâîäèò ê ñíÿòèþ âûðîæäåíèÿ â òî÷êå k = 0
âàëåíòíûõ çîí ZnSe è ZnTe, êîòîðûå ðàñùåïëÿþòñÿ
íà ïîäçîíû òÿæåëûõ Evhh
12, è ëåãêèõ Ev h1
12, äûðîê [15]:
E E Evhh v
12 12
001
121
2
, , ,� � � , (6)
E E Ev h v1
12 12
0
12
001
121
2
1
2
, , , ,� � � �
!
"
� �
� �
�
��
�
��
#
$
%
&
'� �0
12 2
0
12
001
12
001
12 2
059
4
, , , ,
,
) ( )� �E E
%
, (7)
� � �E b E E azz xx v v v001
12
12
12 12 12
0
12
122,
,
, , , ,
,( )� � �
è �� /�12, ,
a bv
12
12
,
,( ) — èçîòðîïíûå (îäíîîñíûå) äåôîðìàöèîí-
íûå ïîòåíöèàëû âàëåíòíûõ çîí. Îäíàêî â ZnSe,
ýëåìåíòàðíûå ÿ÷åéêè êîòîðîãî ðàñòÿíóòû â ïëîñêî-
ñòè ðîñòà ÑÐ, ìàêñèìóì hh-ïîäçîíû íàõîäèòñÿ
íèæå ïî ýíåðãèè (îòíîñèòåëüíî Ec
1) ìàêñèìóìà
1h-ïîäçîíû, è â ñèëó ðàçëè÷èÿ äèñïåðñèîííûõ êðè-
âûõ âûðîæäåíèå âàëåíòíîé çîíû ZnSe ñíîâà íàñòó-
ïàåò ïðè k ( 0, ãäå ýòè ïîäçîíû èìåþò îáùèå òî÷êè
ïåðåñå÷åíèÿ.  ZnÒe òàêîãî íå ïðîèñõîäèò, òàê êàê
ïîäçîíà òàì äâèæåòñÿ â îáðàòíóþ ñòîðîíó âñëåäñò-
âèå òîãî, ÷òî ýëåìåíòàðíûå ÿ÷åéêè ZnSe èñïûòûâà-
þò ñæàòèå â ïëîñêîñòè ðîñòà ÑÐ (ñì. ñõåìó â [4]).
Âûáåðåì ýíåðãèþ, ñîîòâåòñòâóþùóþ òî÷êàì ïåðåñå-
÷åíèÿ hh- è 1h-ïîäçîí â ZnSe, çà óðîâåíü îòñ÷åòà è,
èñïîëüçóÿ (2)–(9) è äàííûå èç [15], îïðåäåëèì
ìàêñèìàëüíóþ è ìèíèìàëüíóþ ãëóáèíû ïîòåíöè-
àëüíîé ÿìû äëÿ äûðîê â ZnTe, à òàêæå ìàêñèìàëü-
íóþ è ìèíèìàëüíóþ âåëè÷èíû çàïðåùåííîé çîíû
ÑÐ: �Ec � �1212 ìýÂ, �Ev
max � 1480 ìýÂ, �EgSL
min �
= 1280 ìýÂ; �Ec � �1212 ìýÂ, �Ev
min � 1202 ìýÂ,
�EgSL
max � 1450 ìýÂ. Îòìåòèì, ÷òî íàéäåííûå çíà÷å-
íèÿ �Ev õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ñ äàííûìè ðàáîòû
[17], ãäå ðåçóëüòàòû ïîëó÷åíû áîëåå ñòðîãèì ïó-
òåì â ðàìêàõ sp s3 ) ìîäåëè ñèëüíîé ñâÿçè ñ ó÷åòîì
ñïèí-îðáèòàëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.
Äëÿ âû÷èñëåíèÿ âåëè÷èí � e , �hh è �x ðåøàåì
óðàâíåíèå Øðåäèíãåðà, îïèñûâàþùåå äâèæåíèå å è
hh â ñîîòâåòñòâóþùèõ ñëîÿõ ñ ó÷åòîì èõ êóëîíîâ-
ñêîãî ïðèòÿæåíèÿ:
[ exÍ Í Íe h e h e hV z z z z
� �( , , )] ( , , )� �*
� E d z zhh e h' + *ex ( , , )� , (8)
ãäå
V z z
e
z z
e h
e h
/
( , , )
[ ( ) ]
�
� �
�
�
2
0
2 2 1 2
, (9)
�0 — îòíîñèòåëüíîå ðàññòîÿíèå ìåæäó íîñèòåëÿìè
â ïëîñêîñòè ÿìû, � — äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ,
êîòîðóþ âûáåðåì â ñèëó áëèçêèõ çíà÷åíèé �1 è �2
êàê � = 0,5(�1 + �2). Âîëíîâûå ôóíêöèè ýëåêòðîíîâ
è äûðîê â ïîòåíöèàëüíûõ ÿìàõ ñ êîíå÷íûìè èëè
áåñêîíå÷íî âûñîêèìè ñòåíêàìè õîðîøî èçâåñòíû,
ïîýòîìó çàäà÷à íà îòûñêàíèå � j L( ) ÿâëÿåòñÿ âïîë-
íå òðèâèàëüíîé. Äëÿ âû÷èñëåíèÿ �õ âîçüìåì âîëíî-
âóþ ôóíêöèþ îòíîñèòåëüíîãî äâèæåíèÿ ýëåêòðîíà
è äûðêè â ïëîñêîñòè ÑÐ â âèäå , �( , )0 z ze h� �
� � �B /a zx
/exp( ( )( ) )1 2
0
2 1 2� , ãäå B — êîýôôèöè-
åíò íîðìèðîâêè, ax — áîðîâñêèé ðàäèóñ ýêñèòîíà,
ÿâëÿþùèéñÿ âàðèàöèîííûì ïàðàìåòðîì. Îïðåäåëå-
íèå ýíåðãèè ñâÿçè ýêñèòîíîâ òðåáóåò ìèíèìèçàöèè
ïðè âàðüèðîâàíèè ïî ax âûðàæåíèÿ
�
-
.x x
x
a
a
( ) � � / 0
2 2
2
�
* *ex exH , (10)
ãäå . — ïðèâåäåííàÿ ìàññà hh-ýêñèòîíà. Íà ðèñ. 4 ïî-
êàçàíû äâå êðèâûå E dhh ( ), ðàññ÷èòàííûå ïðè �Ec �
= 1212 ìýÂ: 1 — ( max�EgSL � 1450 ìýÂ, �Ev
min � 1202
ìýÂ); 2 — ( min�EgSL � 1280 ìýÂ; �Ev
max � 1480ìýÂ), à
íà âñòàâêå — âåëè÷èíà �x d( ). Âèäíî, ÷òî âåëè÷èíà
Ehh ( )100 � (1550–1350) ìýÂ, ò.å. íàõîäèòñÿ ïðèìåðíî
íà 1000 ìýÂ íèæå E s1
0 , ïîýòîìó ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ
ïîëîñà ÔË íà ðèñ. 1 íå ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíà
ñîáñòâåííûìè ñîñòîÿíèÿìè ÑÐ, ò.å. èçëó÷àòåëüíîé
ðåêîìáèíàöèåé hh-ýêñèòîíîâ, êàê ýòî è ïðåäïîëàãàëîñü
Ëîêàëüíûå ýêñèòîííûå ñîñòîÿíèÿ íà èçîýëåêòðîííûõ öåíòðàõ â ñâåðõðåøåòêàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2 237
3,0
2,5
2,0
1,5
E
, ý
Â
h
h
25 50 75 100 125 150
d, Å
d, Å
0 40 80 120
75
50
35
, ì
ý
Â
� x
1
2
Ðèñ.4. Çàâèñèìîñòü ýíåðãèè òÿæåëûõ ýêñèòîíîâ Ehh îò
ïåðèîäà CP d, íà âñòàâêå — çàâèñèìîñòü èõ ýíåðãèè
ñâÿçè �x îò d.
âûøå. Òàêèì îáðàçîì, íàëè÷èå ñìåøàííûõ ñëîåâ
ZnSe Te1�x x íà ãåòåðîãðàíèöàõ ÑÐ ÿâëÿåòñÿ ïðàê-
òè÷åñêè åäèíñòâåííûì óñëîâèåì, ïîçâîëÿþùèì óäîâ-
ëåòâîðèòåëüíî îáúÿñíèòü ïîëó÷åííûå ýêñïåðèìåíòàëü-
íûå ðåçóëüòàòû.
Òåïåðü îöåíèì øèðèíó çàïðåùåííîé çîíû Eg
0
ñìåøàííûõ ñëîåâ ZnSe Te1�x x , ó÷èòûâàÿ, ÷òî ïîä
äåéñòâèåì âîçíèêøèõ íàïðÿæåíèé â ñëîÿõ ZnSe è
ZnTe èñõîäíûå âåëè÷èíû çàïðåùåííûõ çîí Eg1 è
Eg2 ïåðåíîðìèðóþòñÿ:
E E E a ag c v c v
12 12 12 12
12
12 12, , , ,
,
, ,( )� �
�
��
�
, (11)
îòêóäà ïîëó÷àåì íîâûå çíà÷åíèÿ1 Eg
1 � 2667 ìýÂ è
Eg
2 � 2589 ìý (Eg1 è Eg2 äàíû â òàáëèöå). Ñ÷èòàÿ,
÷òî çíà÷åíèå E s1
0 äîñòàòî÷íî òî÷íî îïðåäåëÿåò ýíåð-
ãèþ ðåçîíàíñíîãî ïåðåõîäà â ñìåøàííûõ ñëîÿõ, ïî-
ëó÷àåì: E Eg s x
0
1
0�
�� 2542 ìýÂ, ãäå �x � 21 ìý —
ýíåðãèÿ ñâÿçè ýêñèòîíà â îáúåìíîì ZnSe. Î÷åâèäíî,
÷òî áåç ó÷åòà ïåðåíîðìèðîâêè èñõîäíûå ñëîè ZnTe
áóäóò íåïðîçðà÷íûìè äëÿ ôîòîíîâ, îáðàçóþùèõñÿ â
ZnSe1–xTex, òàê êàê Åg2 = 2391 ìýÂ. Çàâèñèìîñòü
âåëè÷èíû E xg
0 ( ) îò êîíöåíòðàöèè îïðåäåëÿåòñÿ, êàê
è â ÒÐÇ, ñëåäóþùèì ñîîòíîøåíèåì [11,13]:
E x xE x E bx xg g g
0 2 11 1( ) ( ) ( )�
� � � , (12)
ãäå b = 1504 ìýÂ — êîýôôèöèåíò ïðîãèáà, îòêóäà
ïîëó÷àåì âåëè÷èíó êîíöåíòðàöèè àòîìîâ Òå â ñìå-
øàííûõ ñëîÿõ: x ~ 0,075, êîòîðàÿ íåïëîõî ñîãëàñó-
åòñÿ ñ ðåçóëüòàòàìè àâòîðîâ [18], îïðåäåëèâøèõ åå â
àíàëîãè÷íûõ ÑÐ ìåòîäîì ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíà-
ëèçà. Çäåñü íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïðè áîëüøèõ
òîëùèíàõ ZnSe, ZnTe è âñåé ÑÐ, êîãäà îíà äîñòèãàåò
ñâîáîäíî ïîñàæåííîãî ñîñòîÿíèÿ, ïîëîæåíèå E xg
0 ( ),
â îòëè÷èå îò ÒÐÇ, ñëàáî çàâèñèò îò êîíöåíòðàöèè
Òå. Ýòî ñëåäóåò óæå èç òîãî, ÷òî â ÒÐÇ âåëè÷èíà
�E E Eg g g� � �1 2 430 ìýÂ, òîãäà êàê â íàøåì ñëó-
÷àå ñîñòàâëÿåò âñåãî 75 ìýÂ. Ýòèì îáñòîÿòåëüñòâîì
ìîæíî îáúÿñíèòü òî, ÷òî ñòðóêòóðà ïîëîñû ÔË ÑÐ
íàáëþäàåòñÿ è ïðè x � 0,075, õîòÿ â îáúåìíûõ ÒÐÇ
îíà ðàçìûâàåòñÿ óæå ïðè x � 0 01, [7–11]. Êàê èç-
âåñòíî, ðàçìûòèå ñòðóêòóðû îáóñëîâëåíî ñìåùåíèåì
êðàÿ çîíû ÒÐÇ è óâåëè÷åíèì ðàäèóñà ñîñòîÿíèé, ëî-
êàëèçîâàííûõ íà êëàñòåðàõ ñ 1 3� �n , âñëåäñòâèå
÷åãî ïðîèñõîäèò ïîñëåäîâàòåëüíîå ñëèÿíèå ýòèõ ñî-
ñòîÿíèé ñ îñíîâíîé çîíîé, ÷òî îòñóòñòâóåò â ñìåøàí-
íûõ ñëîÿõ ZnSe1–xTex.
4. Ëîêàëèçàöèÿ ýêñèòîíîâ íà êëàñòåðàõ Òå â
ñìåøàííûõ ñëîÿõ ZnSe Te1�x x
1. Äîïóñêàÿ, ÷òî ñòðóêòóðà, íàáëþäàåìàÿ íà êîí-
òóðå ïîëîñû ÔË, îáóñëîâëåíà óðîâíÿìè ýêñèòîíîâ,
ëîêàëèçîâàííûõ íà ìàëûõ êëàñòåðàõ àòîìîâ Òå, ðàñ-
ñìîòðèì îñîáåííîñòè îáðàçîâàíèÿ ñâÿçàííûõ äûðî÷-
íûõ ñîñòîÿíèé â ñìåøàííûõ ñëîÿõ ZnSe Te1�x x . Ïðè
çàìåùåíèè àòîìà èñõîäíîãî ïîëóïðîâîäíèêà (ZnSe)
âíîñèòñÿ ëîêàëüíîå âîçìóùåíèå U = V0 – V, êîòîðîå
ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîÿâëåíèþ äèñêðåòíîé ñòðóêòóðû
óðîâíåé ýíåðãèè â åãî çàïðåùåííîé çîíå. Ñïåêòð ÷àñ-
òèöû ïðè íàëè÷èè âîçìóùàþùåãî ïîòåíöèàëà íàõî-
äÿò èç ðåøåíèÿ îäíîóçåëüíîãî óðàâíåíèÿ Êîñòå-
ðà–Ñëåéòåðà ñ ïðèìåñíûì ïîòåíöèàëîì U [19]. Äëÿ
ïîÿâëåíèÿ ñâÿçàííîãî ñîñòîÿíèÿ äûðêè â çàïðåùåí-
íîé çîíå ZnSe íåîáõîäèìî âûïîëíåíèå óñëîâèÿ
UG( )0 1� , ãäå G E( ) — ôóíêöèÿ Ãðèíà èäåàëüíîãî
êðèñòàëëà ñ ïðèìåñíûì ïîòåíöèàëîì ([G(0)]–1 = Ecr )
è Ecr — êðèòè÷åñêîå çíà÷åíèå U, ïðè êîòîðîì ïîÿâ-
ëÿåòñÿ ñâÿçàííîå ñîñòîÿíèå. Èñïîëüçóÿ ñîîòíîøåíèå
Ecr � ( ) ( )- ��
2
1
28/ mh
) , ãäå �1 � 3,5 Å — ðàäèóñ ïåðâî-
ãî äûðî÷íîãî ñâÿçàííîãî ñîñòîÿíèÿ (ñì. íèæå), ïîëó-
÷àåì Ecr � 1275 ìýÂ, ÷òî áëèçêî ê àíàëîãè÷íîé
âåëè÷èíå (1250 ìýÂ), ïîëó÷åííîé àâòîðàìè [11]. Äëÿ
âû÷èñëåíèÿ U íåîáõîäèìî çíàòü âåëè÷èíû èîííûõ
ïîòåíöèàëîâ àòîìîâ Òå è ZnSe, ó÷åñòü ýêðàíèðîâêó
ðàçíîñòè ýòèõ ïîòåíöèàëîâ âàëåíòíûìè ýëåêòðîíàìè
ïîñëåäíåãî, à òàêæå ñïèí-îðáèòàëüíîå âçàèìîäåéñò-
âèå [19].  êîíå÷íîì èòîãå ïîëó÷åííîå òàêèì îáðà-
çîì çíà÷åíèå U áóäåò â òî÷íîñòè ñîâïàäàòü ñ âåëè-
÷èíîé ðàçðûâà âàëåíòíûõ çîí ZnSe è ZnTe íà
ãåòåðîãðàíèöå [15]:
U E E E V Vv v v2 � �
�� ( ) ( )1 2 1 2
tot tot , (13)
ãäå V V V VHtot ion�
ECSL — óñðåäíåííûé îá-
ùèé ïîòåíöèàë àòîìîâ ZnSe è ZnTe. Ïîñêîëüêó àòî-
ìû Òå èìåþò áîëüøèé ðàçìåð, ÷åì àòîìû Se, âåëè-
÷èíà U òàêæå çàâèñèò îò äåôîðìàöèè ñëîÿ ZnSe,
ïîýòîìó äëÿ ïîÿâëåíèÿ ñâÿçàííîãî ñîñòîÿíèÿ óñëî-
âèåU/Ecr � 1 äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ âî âñåì èíòåðâà-
ëå èçìåíåíèÿ âåëè÷èíû U. Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè ëî-
êàëüíûõ èñêàæåíèé ðåøåòêè â îáúåìíûõ îáðàçöàõ
èñïîëüçóþò ïàðàìåòð X R R Ri h� �/ ( ), ãäå Ri è
Rh — äëèíû íåâîçìóùåííûõ êîâàëåíòíûõ ñâÿçåé ñ
íàëè÷èåì ïðèìåñè è áåç íåå [19].  íàøåì ñëó÷àå
äëÿ õàðàêòåðèñòèêè äåôîðìàöèè ñëîåâ ZnSe âîñ-
ïîëüçóåìñÿ âåëè÷èíîé Q = (a|| – a1)/(a2 – a1), â
ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåì Q1 = 0, U(Q1) = 1360 ìý — íå-
âîçìóùåííîå ñîñòîÿíèå; Q2 = 0,475, U(Q2) = 1480 ìýÂ
— ñâîáîäíî ïîñàæåííîå ñîñòîÿíèå; Q3 = 1, U Q( )3 �
= 1560 ìýÂ — ìàêñèìàëüíîå âîçìóùåíèå. Ìîæíî
óáåäèòüñÿ, ÷òî óñëîâèå U/Ecr � 1 âûïîëíÿåòñÿ âî
âñåì èíòåðâàëå U Q U Q( ) ( ).1 2� Äàííàÿ ñõåìà ïîçâî-
ëÿåò ïîëó÷èòü ïðàâèëüíûå ðåçóëüòàòû è äëÿ äðóãèõ
ñèñòåì, íàïðèìåð ZnS(Te) è CdS(Te), â êîòîðûõ
ôàêò ëîêàëèçàöèè ýêñèòîíîâ íà åäèíè÷íûõ àòîìàõ
Òå1 ñ÷èòàåòñÿ óñòàíîâëåííûì [12]. Èñïîëüçóÿ ñîîò-
âåòñòâóþùèå ïàðàìåòðû äëÿ ýòèõ ñèñòåì, ïðèâåäåí-
íûå â [15], íàõîäèì U Q( )1 � 2230 ìýÂ äëÿ ZnS è
U Q( )1 � 1330 ìýÂ äëÿ CdS (îòìåòèì, ÷òî â [12]
âåëè÷èíà U Q( )1 = 1320 ìý äëÿ CdS ïîëó÷åíà ïîä-
238 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2
Í.Â. Áîíäàðü
ãîíî÷íûì ïóòåì), îòêóäàU/Ecr � 1. Èçâåñòíî, ÷òî â
ÒÐÇ ZnS(Se) ñîñòîÿíèÿ íà åäèíè÷íûõ êëàñòåðàõ Se
íèêîãäà ýêñïåðèìåíòàëüíî íå íàáëþäàëèñü, ÷òî
ìîæíî ïîäòâåðäèòü: U Q( )1 � 860 ìýÂ è U Q( )3 �
= 923 ìýÂ, îòêóäàU/Ecr � 1 âî âñåì èíòåðâàëå èçìå-
íåíèÿ U Q U Q( ) ( ).1 3� Òàêèì îáðàçîì, ñîâîêóïíîñòü
ïîëó÷åííûõ äàííûõ ïîçâîëÿåò óòâåðæäàòü, ÷òî â
ñìåøàííûõ ñëîÿõ ZnSe Te1�x x âîçìîæíà ëîêàëèçà-
öèÿ äûðêè íà îäíîì àòîìå Òå, à ïîñêîëüêó êëàñòåð ñ
áîëüøèì ÷èñëîì àòîìîâ òàêæå ñîçäàåò ñâÿçàííîå ñî-
ñòîÿíèå, òî î÷åâèäíî, ÷òî ÷åòûðå îñíîâíûõ ïèêà ïî-
ëîñû ÔË ÿâëÿþòñÿ óðîâíÿìè ýêñèòîíîâ, ëîêàëèçî-
âàííûõ íà êëàñòåðàõ Òån (n = 1, 2, 3, 4) ñ ýíåðãèÿìè
ñâÿçè 65, 127, 204 è 319 ìýÂ.
2. Ðàññìîòðèì îñîáåííîñòè ôîðìû ïîëîñû ÔË è
åå èçìåíåíèå â íåêîòîðûõ òåìïåðàòóðíûõ èíòåðâà-
ëàõ. Ïðè ïîâûøåíèè T äî 20 Ê ïðîèñõîäèò äâà äèñ-
êðåòíûõ ñäâèãà ìàêñèìóìà ïîëîñû ÔË â äëèííî-
âîëíîâóþ ñòîðîíó íà ðàññòîÿíèÿ, ñðàâíèìûå ñ
ðàññòîÿíèÿìè ìåæäó îòäåëüíûìè åå ïèêàìè, è ïðî-
ÿâëÿåòñÿ ñòðóêòóðà ïîëîñû, êàê ýòî âèäíî íà ðèñ. 1.
 èíòåðâàëå 20–40 Ê ïîñëåäíÿÿ ïîëíîñòüþ èñ÷åçàåò
â ðåçóëüòàòå òåðìè÷åñêîãî ðàçâàëà ýêñèòîíîâ, ëîêà-
ëèçîâàííûõ íà êëàñòåðàõ ñ 1 3� �n . Ïðè äàëüíåé-
øåì ðîñòå T äî 60 Ê îòìå÷àåòñÿ óæå ìîíîòîííîå
ñìåùåíèå ïîëîñû â äëèííîâîëíîâóþ ñòîðîíó (ñì.
ðèñ. 2, êðèâûå 2 è 3).
Íàáëþäàåìûé äèñêðåòíûé ñäâèã ïîëîñû ÔË è åå
ìîíîòîííîå ñìåùåíèå ëåãêî îáúÿñíèòü, åñëè ó÷åñòü,
÷òî êëàñòåð ðàçìåðîì n èìååò îïðåäåëåííîå ÷èñëî
ïðîñòðàíñòâåííûõ êîíôèãóðàöèé, êàæäàÿ èç êîòîðûõ
õàðàêòåðèçóåòñÿ ýíåðãèåé ëîêàëèçàöèè ýêñèòîíîâ �b
n( )
(�b > 0 – ïîëîæèòåëüíàÿ âåëè÷èíà, îòñ÷èòûâàåìàÿ îò
E s1
0 â ãëóáèíó çàïðåùåííîé çîíû ñìåøàííîãî ñëîÿ)
[7–9]. Òàêèì îáðàçîì, êàæäîìó êëàñòåðó ñîîòâåòñòâó-
åò îáëàñòü çíà÷åíèé ��b
n( ), ïåðåêðûòèå êîòîðûõ âåäåò
ê îáðàçîâàíèþ êâàçèíåïðåðûâíîãî õâîñòà ïëîòíîñòè
ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé. Äëÿ òåõ êëàñòåðîâ, äëÿ
êîòîðûõ òàêîãî ïåðåêðûòèÿ íåò, íàáëþäàþòñÿ îòäåëü-
íûå óðîâíè ýêñèòîíîâ, êàê, íàïðèìåð, íà êëàñòåðàõ ñ
1 3� �n (ñì. ðèñ. 1 è 2), îäíàêî äëÿ êëàñòåðîâ ñ
n � 4 ( )( )� �b b� 4 îáðàçóåòñÿ êâàçèíåïðåðûâíûé õâîñò
ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé, èíà÷å íàáëþäàëèñü áû îòäåëü-
íûå óðîâíè ýêñèòîíîâ, ëîêàëèçîâàííûõ íà êëàñòåðàõ
ñ n = 5, 6, 7, ..., êàê ýòî èìååò ìåñòî â ñèñòåìå ZnS(Te)
[12]. Ïðè T = 40 Ê äëèííîâîëíîâîé ó÷àñòîê ïîëîñû
ÔË îòðàæàåò âèä ïëîòíîñòè ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿ-
íèé g b( )� , ïëàâíî ñïàäàþùèõ â ãëóáèíó çàïðåùåííîé
çîíû ñìåøàííîãî ñëîÿ ïî ýêñïîíåíöèàëüíîìó çàêîíó
g b( ) exp� � [–( )� �b/ 0 3, ãäå �0 � 150 ìýÂ — ýíåðãåòè-
÷åñêèé ìàñøòàá ëîêàëèçîâàííûõ ñîñòîÿíèé (ðèñ. 2,
êðèâàÿ 2 (ïðåðûâèñòàÿ ëèíèÿ)). Ïîëó÷åííûå äàííûå
ïîçâîëÿþò ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ýíåðãèÿ �b
( )4 � 319 ìýÂ
ÿâëÿåòñÿ ïîðîãîì äëÿ ïîäâèæíîñòè ëîêàëèçîâàííûõ
ýêñèòîíîâ. Ýòà ýíåðãèÿ ðàçäåëÿåò ñîñòîÿíèÿ, ëîêàëè-
çîâàííûå íà êëàñòåðàõ ñ 1 3� �n , è ñîñòîÿíèÿ, ïðè-
íàäëåæàùèå êâàçèíåïðåðûâíîìó õâîñòó ïëîòíîñòè.
Àâòîðû [10] òàêæå óñòàíîâèëè, ÷òî â ÒÐÇ
ZnSe Te1�x x ïðè x � 0,13 ïîðîã ïîäâèæíîñòè ëîêàëè-
çîâàííûõ ýêñèòîíîâ ðàñïîëîæåí â îêðåñòíîñòè ýíåð-
ãèè ëîêàëèçàöèè êëàñòåðà èç ÷åòûðåõ àòîìîâ Òå.
Íàáëþäàåìîå ìîíîòîííîå ñìåùåíèå ïîëîñû ÔË
ïðè óâåëè÷åíèå Ò � 40 Ê âûçâàíî òóííåëüíîé ðåëàêñà-
öèåé ýêñèòîíîâ (äûðîê) ïî ñîñòîÿíèÿì õâîñòà ïëîòíî-
ñòè ñ èñïóñêàíèåì àêóñòè÷åñêèõ ôîíîíîâ. Ïðè Ò =
= 60 Ê ýòî ñìåùåíèå äîñòèãàåò âåëè÷èíû �385 ìý îò-
íîñèòåëüíî E s1
0 , ÷òî ïðèìåðíî ñîîòâåòñòâóåò ýíåðãèè
ëîêàëèçàöèè äûðêè íà êëàñòåðå ñ n � 5. Â ðåçóëüòàòå
ïîëó÷àåì ïÿòü ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çíà÷åíèé: �b
n( ) �
= 65, 127, 204, 319 è 385 ìýÂ äëÿ1 5� �n , êîòîðûå áó-
äóò èñïîëüçîâàíû äëÿ ñðàâíåíèÿ ðàñc÷èòàííîé è ýêñ-
ïåðèìåíòàëüíîé çàâèñèìîñòåé � �b
n( )( ). Ñ äàëüíåéøèì
ðîñòîì Ò äî 100 Ê íà÷èíàþò ïðåîáëàäàòü ïðîöåññû ñ
ïîãëîùåíèåì ôîíîíîâ ëîêàëèçîâàííûìè ýêñèòîíàìè,
â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïîëîñà ÔË ñìåùàåòñÿ â êîðîòêîâîë-
íîâóþ ñòîðîíó, äîñòèãàÿ ïðè T = 100 Ê òîãî æå ñïåê-
òðàëüíîãî ïîëîæåíèÿ, ÷òî è ïðè T = 40 Ê (ðèñ. 2,
êðèâàÿ 4). Àíàëîãè÷íîå ïîâåäåíèå ïîëîñû ÔË îòìå÷à-
ëîñü è àâòîðàìè [8, ðèñ. 2], èññëåäîâàâøèìè ÒÐÇ
ZnSe Te1�x x ñ õ = 5%, ò.å. ïðè êîíöåíòðàöèÿõ, ïðè êî-
òîðûõ ïîëîñà ÔË ñòàíîâèòñÿ áåññòðóêòóðíîé.
Òåïåðü íà êà÷åñòâåííîì óðîâíå ðàññìîòðèì ïðè-
÷èíó, ïî êîòîðîé ñòðóêòóðà ïîëîñû ÔË â äàííûõ
ÑÐ ïðîÿâëÿëàñü ïðè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ
(� 20 Ê), ÷òî íàáëþäàëîñü âïåðâûå äëÿ òàêèõ ÑÐ.
Íàïîìíèì, ÷òî â ÑÐ ñ òîíêèìè ñëîÿìè ZnSe è ZnTe
(1–2 ìîíîñëîÿ è ìåíüøå) è ÒÐÇ ñ õ � 0,01 ñòðóêòóðà
ïîëîñ ÔË îò÷åòëèâî íàáëþäàåòñÿ ïðè ãåëèåâûõ
òåìïåðàòóðàõ [7,14]. Î÷åâèäíî, ÷òî áåññòðóêòóðíàÿ
ïîëîñà ÔË, íàáëþäàåìàÿ ïðè ãåëèåâûõ T â íàøèõ
ÑÐ, ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì áîëüøîé òîëùèíû ñëîåâ
ZnSe è ZnTe. Âçàèìíàÿ äåôîðìàöèÿ ýòèõ ñëîåâ ðàñ-
ùåïëÿåò èõ âûðîæäåííûå âàëåíòíûå çîíû è òåì
ñàìûì óâåëè÷èâàåò ãëóáèíó ïîòåíöèàëüíîé ÿìû,
ïðèâîäÿ ê áîëåå ñèëüíîé ëîêàëèçàöèè äûðêè ïî
ñðàâíåíèþ ñ îáúåìíûìè ÒÐÇ. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü,
óâåëè÷èâàåò çàñåëåííîñòü óðîâíåé ýêñèòîíîâ íà
êëàñòåðàõ ñ 1 3� �n , ïðèâîäÿ ê èõ óøèðåíèþ. Êî-
ãäà òåìïåðàòóðà óâåëè÷èâàåòñÿ äî 20 Ê, àêòè-
âèçèðóþòñÿ èçëó÷àòåëüíûå è áåçûçëó÷àòåëüíûå
ïðîöåññû è ïðîèñõîäèò îáùåå ïàäåíèå èíòåãðàëü-
íîé èíòåíñèâíîñòè ÔË, â ðåçóëüòàòå ÷åãî è íà÷è-
íàåò ïðîÿâëÿòüñÿ ñòðóêòóðà ïîëîñû. Ýòî òàêæå
ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòü ïîëîæåíèå ñàìîãî êîðîòêîâîë-
íîâîãî ïèêà ïîëîñû ÔË (íóëåâîãî), ñîâïàäàþùåãî ñ
E s1
0 , è ñâÿçàòü åãî ñ ðåêîìáèíàöèåé ñâîáîäíûõ
ýêñèòîíîâ â ñìåøàííûõ ñëîÿõ ZnSe Te1�x x . Òàêèì
îáðàçîì, ïîëó÷åííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ïî-
çâîëÿþò ñäåëàòü âïîëíå îïðåäåëåííûå ïðåäïîëîæå-
Ëîêàëüíûå ýêñèòîííûå ñîñòîÿíèÿ íà èçîýëåêòðîííûõ öåíòðàõ â ñâåðõðåøåòêàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2 239
íèÿ î òîì, ÷òî â ñèñòåìàõ ñ ïîíèæåííîé ðàçìåðíî-
ñòüþ, ò.å. ñìåøàííûõ ñëîÿõ ZnSe Te1�x x , ïðîöåññû
îáðàçîâàíèÿ êëàñòåðîâ èìåþò òàêîé æå õàðàêòåð,
êàê è â îáúåìíûõ ÒÐÇ, íåñìîòðÿ íà äåôîðìàöèþ
(ðàñòÿæåíèå) ñëîåâ èñõîäíûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ
âñëåäñòâèå èõ ðåøåòî÷íîãî ðàññîãëàñîâàíèÿ.
3. Ïåðåéäåì ê ðàñ÷åòó çàâèñèìîñòè ýíåðãèè ëîêà-
ëèçàöèè äûðêè îò ðàäèóñà êëàñòåðà � �b
n( )( ). Êàê
âèäíî èç òðåòüåãî ðàçäåëà, âåëè÷èíà ïðèìåñíîãî ïî-
òåíöèàëà, ëîêàëèçóþùåãî hh-äûðêó â ñìåøàííîì
ñëîå ZnSe Te1�x x , ñîñòàâëÿåò V Ev0 2 �� 1480 ìýÂ.
Îáû÷íî ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ïðèìåñíûé ïîòåíöèàë
V0( )r ñîäåðæèò äâå ÷àñòè: êîðîòêîäåéñòâóþùóþ
V V0 0( )r � äëÿ r � � è äàëüíîäåéñòâóþùóþ, ó÷èòû-
âàþùóþ ëîêàëüíûå èñêàæåíèÿ ðåøåòêè V0(r) =
= V0f(�/r) äëÿ r > �, ãäå f(�/r) – íåêîòîðàÿ ôóíê-
öèÿ r è �.  íàøåì ñëó÷àå òàêîé âûáîð ïîòåíöèàëà
îáóñëîâëåí òåì, ÷òî, ïîñêîëüêó àòîìû Òå ïî ðàçìå-
ðàì áîëüøå àòîìîâ Se, ýòî ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâå-
íèþ äîïîëíèòåëüíîãî ïîëÿ íàïðÿæåíèÿ âîêðóã íèõ
è ïîÿâëåíèþ õâîñòà ïîòåíöèàëà ïðè r � � [20]. Ïðè
ýòîì V0(r) èìååò ñëåäóþùèé âèä:
V0
0
0
3( )
, ,
,
r
V r
V
r
r
�
�
�
�
�
�
�
� �
!
%
"
%
�
�
�4 (14)
Ïðè âûáîðå âîëíîâîé ôóíêöèè ëîêàëèçîâàííîãî
ñîñòîÿíèÿ íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü âûðîæäåíèå âà-
ëåíòíûõ çîí ZnSe è ZnTe, íî ïîñêîëüêó â ðåçóëüòà-
òå äåôîðìàöèè îíî ñíèìàåòñÿ, òî, èñõîäÿ èç ñôåðè-
÷åñêîé ñèììåòðèè çàäà÷è è ó÷èòûâàÿ õàðàêòåð
ëîêàëèçàöèè ÷àñòèöû íà èçîýëåêòðîííîé ïðèìåñè,
çàïèøåì âîëíîâóþ ôóíêöèþ ñîñòîÿíèÿ â âèäå [21]:
*1
3 1 2
08( ) ( ) exp( ),r j r r r
/
�
�
�
�
�
�
�
�
�
� �
5
-
5 5 �, (15à)
*2
3 1 24( ) ( ) exp( ),r r r/� � �6 6 �, (15á)
ãäå j r0( )5 — ñôåðè÷åñêàÿ ôóíêöèÿ Áåññåëÿ, 5 —
âàðèàöèîííûé ïàðàìåòð. Êîýôôèöèåíòû ïðè âîë-
íîâûõ ôóíêöèÿõ ïîëó÷åíû èç óñëîâèé èõ íîð-
ìèðîâêè â ñîîòâåòñòâóþùèõ îáëàñòÿõ, à âåëè÷èíà
6 5 �( , ) �
�1 1/� 5 5 �[ ( , )]ctg — èç óñëîâèÿ íåïðå-
ðûâíîñòè 78/7 ïðè r = �. Ýíåðãèþ ëîêàëèçàöèè
äûðêè � �b
n( )( ) íàéäåì, ìèíèìèçèðóÿ ïî 5 âûðàæåíèå
/ � 9
0)7 7( )| ( )| ( )r / m V r rh h h h h�
2 2 2 , ãäå 7( )rh �
�
* *1 2( ) ( )r r . Âûïîëíÿÿ èíòåãðèðîâàíèå ïî ïðî-
ñòðàíñòâåííîé êîîðäèíàòå, ïîëó÷àåì âûðàæåíèÿ,
îïðåäåëÿþùèå êèíåòè÷åñêóþ ÊÅ(5,�) = ÊÅ1(5,�) +
+ ÊÅ2(5,�) è ïîòåíöèàëüíóþ ÐÅ(5,�) ýíåðãèè:
KE1( , )5 � �
� �
�
) :8 1 1
2 3
1
2
0
� 5
-
7 5 5 5
�
m
r r r r dr
h
( ) [( )( ( )]ctg ,
(16)
KE2 2 2
2
5 2( , ) exp( )5 � 6 6�
�
� � �
)
;
:
�
m
r dr
h
, (17)
PE( , )5 � � <V0
< �
�
�
�
�
�
�
�1
2 2 2
2
4 23 3cos( ) sin( )
exp( )
( )
5� 5�
5�
6 � 6�Ei ,
(18)
ãäå m mh
) � 0 6 0, — ýôôåêòèâíàÿ ìàññà hh-äûðêè,
Ei(x) — èíòåãðàëüíàÿ ïîêàçàòåëüíàÿ ôóíêöèÿ.
Ýêñïåðèìåíòàëüíîå ïîëîæåíèå ïèêîâ 1–4 ïî-
ëîñû ÔË (ñì. ðèñ. 1) îïðåäåëÿåòñÿ êàê �=n �
� � �Eg b
n
x
0 � � � �+( )( ) ( , ãäå � �+x( – ýíåðãèÿ ñâÿçè ýê-
ñèòîíà íà êëàñòåðå. Îáðàçîâàâøèéñÿ êëàñòåð ïðåä-
ñòàâëÿåò ñîáîé ïîòåíöèàëüíóþ ÿìó äëÿ äûðêè è
ïîòåíöèàëüíûé áàðüåð äëÿ ýëåêòðîíà, êîòîðûé ñ
óâåëè÷åíèåì � «÷óâñòâóåò» íåêîòîðûé ðàçìàçàííûé
ïî êëàñòåðó äûðî÷íûé çàðÿä q(�) = –e(71(�))
2,
âñëåäñòâèå ÷åãî êóëîíîâñêîå ïðèòÿæåíèå Vñ(rå) =
= eq(�)/�re, à ñëåäîâàòåëüíî, è � �x( ) óìåíüøàþòñÿ
[22]. Äëÿ îöåíêè � �x( ) íåîáõîäèìî ó÷åñòü, ÷òî âîë-
íîâàÿ ôóíêöèÿ ýêñèòîíà, ëîêàëèçîâàííîãî íà êëà-
ñòåðå, äîëæíà óäîâëåòâîðÿòü ãðàíè÷íîìó óñëîâèþ
*eõ(re = �, rh) = 0, ò.å. èñ÷åçàòü íà ïîâåðõíîñòè êëà-
ñòåðà. Ýòà çàäà÷à áûëà ðåøåíà àâòîðàìè [22], êîòî-
ðûå äëÿ � < 0,5Re, ò.å. â îáëàñòè ðàçìåðîâ êëàñ-
òåðîâ, ôîðìèðóþùèõ ïîëîñó ÔË ïðè ìàëûõ x,
ïîëó÷èëè ñëåäóþùåå âûðàæåíèå:
� �
�
x
e
eR
E( ) ,� �
�
�
��
�
�
��
�
�
�
�
�
�
�
�
1 0 4
2
, (19)
ãäå E m e / R / m ee e e e� �) )4 2 2 2 22( ), ( )� �� � , me
) �
� 017 0, m — ýôôåêòèâíàÿ ìàññà ýëåêòðîíà. Èç (19)
âèäíî, ÷òî ïðè � > 0 âåëè÷èíà � �x eE( ) > � 26,3
ìýÂ, ò.å. ñòðåìèòñÿ ê âåëè÷èíå ýíåðãèè ñâÿçè ýëåê-
òðîíà íà äîíîðå â ZnSe. Ñ ïîìîùüþ óðàâíåíèé
(16)–(18) íàõîäèì ðàäèóñ ïåðâîãî äûðî÷íîãî ñâÿ-
çàííîãî ñîñòîÿíèÿ �1 � 3,5 Å, âåëè÷èíà êîòîðîãî
ñîïîñòàâèìà ñ àíàëîãè÷íûìè âåëè÷èíàìè â óæå óïî-
ìèíàâøèõñÿ ñèñòåìàõ ZnS:Te(3,2Å) è CdS:Te (3,9Å)
[12]. Íà ðèñ. 5 ñïëîøíîé ëèíèåé ïîêàçàíà ðàññ÷è-
òàííàÿ çàâèñèìîñòü � �b
n( )( ), à òî÷êàìè — ýêñïåðè-
ìåíò � � = � �b
n
g n xE( )( ) ( )� � �0
� , ñ ó÷åòîì (19), ãäå
ðàäèóñ êëàñòåðà âûáèðàëñÿ êàê � �n
/n� 1 3
1. Íà ðè-
ñóíêå òàêæå ïîêàçàí êðèòè÷åñêèé ðàçìåð ïîòåíöè-
àëüíîé ÿìû �cr � 2,51Å, â êîòîðîé îáðàçóåòñÿ ñâÿ-
240 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2
Í.Â. Áîíäàðü
çàííîå ñîñòîÿíèå äûðêè ñ ïðàêòè÷åñêè íóëåâîé
ýíåðãèåé ñâÿçè, ïîýòîìó ïåðâàÿ ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ
òî÷êà � �x( )cr � 26,3 ìý îáîçíà÷åíà çâåçäî÷êîé.
Åñëè ïðèíÿòü âî âíèìàíèå êîâàëåíòíûå ðàäèóñû
ZnSe (rc = 2,45 Å) è ZnTe (rc = 2,63 Å) è ó÷åñòü
ðàñòÿæåíèå ñëîåâ ZnSe Te1�x x â ïëîñêîñòè ÑÐ, òî
ñòàíîâèòñÿ î÷åâèäíûì, ÷òî �cr êîððåëèðóåò ñ ýòèìè
âåëè÷èíàìè. Êàê óæå îòìå÷àëîñü, ñ óâåëè÷åíèåì
÷èñëà àòîìîâ â êëàñòåðå ýêñïîíåíöèàëüíî ðàñòåò è
êîëè÷åñòâî åãî ïðîñòðàíñòâåííûõ êîíôèãóðàöèé. Â
ïåðâîì ïðèáëèæåíèè êàæäàÿ êîíôèãóðàöèÿ õàðàê-
òåðèçóåòñÿ íåêîòîðîé óñðåäíåííîé ñôåðè÷åñêîé
âîëíîâîé ôóíêöèåé *( )rh , âñëåäñòâèå ÷åãî íàáëþ-
äàåòñÿ íåçíà÷èòåëüíîå ðàñõîæäåíèå ìåæäó ýêñïå-
ðèìåíòàëüíûìè è ðàññ÷èòàííûìè çíà÷åíèÿìè
� �b
( , )
,( )23
23 . Ñ ðîñòîì n ôîðìà êëàñòåðà áóäåò âñå
áîëüøå ïðèáëèæàòüñÿ ê ñôåðè÷åñêîé, à ïîýòîìó è
ñîñòîÿíèÿ íà òàêèõ êëàñòåðàõ áóäóò íàèáîëåå òî÷íî
îïèñûâàòüñÿ ñôåðè÷åñêèìè âîëíîâûìè ôóíêöèÿìè.
5. Ýâîëþöèÿ ýêñèòîííîãî ñïåêòðà
ñâåðõðåøåòêè ZnSe/ZnTe, îáóñëîâëåííàÿ
èçìåíåíèÿìè ñòðóêòóðû ñìåøàííûõ ñëîåâ
Èçìåíåíèÿ ôîðìû è ñïåêòðàëüíîãî ïîëîæåíèÿ ïî-
ëîñû ÔË, ïîêàçàííûå íà ðèñ. 3, ìîæíî îáúÿñíèòü ïðî-
öåññàìè ðåëàêñàöèè óïðóãîé ýíåðãèè, ïðîòåêàþùèìè
ïðàêòè÷åñêè â ëþáîé íàïðÿæåííîé êâàíòîâîé ñòðóêòó-
ðå.  íàøåì êîíêðåòíîì ñëó÷àå ýòî ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò
óâåëè÷åíèå êîíöåíòðàöèè àòîìîâ Òå â ñëîÿõ ZnSe ïó-
òåì äèôôóçèè. Íàïîìíèì, ÷òî ïîñëåäíèé ïðîöåññ îá-
ëåã÷åí òåì, ÷òî ñâÿçè ìåæäó Zn è Se â ñëîÿõ ZnSe îñ-
ëàáëåíû çà ñ÷åò ðàñòÿæåíèÿ ïîñëåäíèõ â ïëîñêîñòè
ðîñòà. Â ÒÐÇ ðîñò êîíöåíòðàöèè Òå ïðèâîäèò ê èçìåíå-
íèþ øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû è óâåëè÷åíèþ ÷èñëà è
ñðåäíåãî ðàçìåðà êëàñòåðîâ. Ïåðâûé ôàêòîð â ÑÐ íå
èãðàåò ñóùåñòâåííîé ðîëè, òàê êàê E xg
0 ( ) êîíòðîëèðó-
åòñÿ â îñíîâíîì ïåðåíîðìèðîâàííûìè çàïðåùåííûìè
çîíàìè ñëîåâ ZnSe è ZnTe. Ýòî ñëåäóåò èç ðèñ. 3, ãäå
ïîëîñà 2, çàïèñàííàÿ â îáðàçöàõ, õðàíèâøèõñÿ â òå÷å-
íèå íåêîòîðîãî âðåìåíè, ñìåùàåòñÿ â êîðîòêîâîëíîâóþ,
à íå äëèííîâîëíîâóþ ñòîðîíó, êàê ýòî íàáëþäàåòñÿ â
ÒÐÇ ZnSe1–xTex ñ ðîñòîì êîíöåíòðàöèè.
Âòîðîé ôàêòîð, óâåëè÷åíèå ÷èñëà è ñðåäíåãî ðàç-
ìåðà êëàñòåðîâ ñ ðîñòîì êîíöåíòðàöèè, ïðèâîäèò ê
ïåðåêðûòèþ âîëíîâûõ ôóíêöèé ñîñòîÿíèé, ëîêàëèçî-
âàííûõ íà íèõ è, êàê ñëåäñòâèå, ê îáðàçîâàíèþ ïåð-
êîëÿöèîííîãî êëàñòåðà. Â ðåçóëüòàòå ïîÿâëåíèÿ óðîâ-
íÿ ïðîòåêàíèÿ äëÿ äûðî÷íûõ ñîñòîÿíèé îíè ìîãóò
ñâîáîäíî äâèãàòüñÿ è áûòü çàõâà÷åííûìè â ñëîè
ZnTe, ïîýòîìó ëîêàëèçàöèÿ â ñìåøàííûõ ñëîÿõ ïðî-
ïàäàåò. Ýòèì îáúÿñíÿåòñÿ äîâîëüíî íåîáû÷íîå ÿâëå-
íèå ïðàêòè÷åñêè ïîëíîãî èñ÷åçíîâåíèÿ èçëó÷åíèÿ èç
îáëàñòè 2600 – 2400 ìýÂ (ðèñ. 3, ïîëîñû 2 è 3). Îäíà-
êî ïðîèñõîäèò íå ïðîñòî èñ÷åçíîâåíèå èçëó÷åíèÿ èç
íàçâàííîé âûøå îáëàñòè, à ìîíîòîííîå ñìåùåíèå ïî-
ëîñû ÔË â êîðîòêîâîëíîâóþ ñòîðîíó, â îáëàñòü, çíà-
÷èòåëüíî ïðåâûøàþùóþ äàæå çàïðåùåííóþ çîíó îáú-
åìíîãî ZnSe (2823 ìýÂ). Îòìåòèì, ÷òî ìåæäó
ïîëîñàìè 2 è 3 ñóùåñòâóåò åùå íåñêîëüêî, çàïèñàí-
íûõ íàìè â ðàçíûå âðåìåíà, ïîêàçûâàþùèõ ïëàâíûé
ïåðåõîä ìåæäó íèìè, îäíàêî íà ðèñ. 3 îíè íå ïðèâå-
äåíû, ÷òîáû íå çàãðîìîæäàòü ðèñóíîê. Êîðîòêîâîëíî-
âîå ñìåùåíèÿ ïîëîñû ÔË ñîñòàâëÿåò îêîëî 500 ìýÂ è
ñîïðîâîæäàåòñÿ åå ñóæåíèåì íà ïîëóâûñîòå äî 190 ìýÂ
(ïîëîñà 4).
Äëÿ êà÷åñòâåííîãî îáúÿñíåíèÿ íàáëþäàåìîãî ñìå-
ùåíèÿ ïîëîñû â êîðîòêîâîëíîâóþ ñòîðîíó íà ðèñ. 3
äëÿ ñðàâíåíèÿ ïðèâåäåíà ïîëîñà ÔË (5) ÑÐ ïåðâîãî
òèïà ZnS(60 Å)/ZnSe(20 Å), èññëåäîâàííûõ íàìè
ðàíåå, â êîòîðûõ ýêñèòîíû ëîêàëèçîâàíû â ñëîå
ZnSe [16]. Ñðàâíèâ ñïåêòðàëüíûå ïîëîæåíèÿ ïîëîñ
ÔË 1, 2, 3 è 5, ìîæíî ñäåëàòü ñëåäóþùèé âûâîä.
Ñâåæåâûðàùåííûå ÑÐ ZnSe/ZnTe è ÒÐÇ ñ ìàëûìè
êîíöåíòðàöèÿìè Òå îáëàäàþò ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâû-
ìè èçëó÷àòåëüíûìè ñâîéñòâàìè, êîòîðûå îáóñëîâëåíû
ëîêàëèçàöèåé ýêñèòîíîâ íà èçîëèðîâàííûõ ëîâóøêàõ
è êëàñòåðàõ. Ýòî ïîäòâåðæäàåòñÿ îäèíàêîâîé ôîðìîé
ïîëîñ ÔË è ñîâïàäåíèåì èõ ñïåêòðàëüíûõ ïîëîæåíèé
[7,14]. Îäíàêî ñ òå÷åíèåì âðåìåíè ïðîèñõîäèò óâåëè-
÷åíèå òîëùèíû ñìåøàííûõ ñëîåâ è, ñîîòâåòñòâåííî,
óìåíüøåíèå òîëùèíû ñëîåâ ZnSe. Ýíåðãèÿ ðàçìåð-
íîãî êâàíòîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ, ëîêàëèçîâàííûõ â ïî-
ñëåäíèõ, íà÷èíàåò ïðåâûøàòü èõ ýíåðãèþ ñâÿçè íà
èçîëèðîâàííûõ ëîâóøêàõ è êëàñòåðàõ, â ðåçóëüòàòå
÷åãî ïîëîñà ÔË ìîíîòîííî ñìåùàåòñÿ â êîðîòêî-
âîëíîâóþ ñòîðîíó. Òàêèì îáðàçîì, ïåðèîäè÷å-
ñêàÿ ñòðóêòóðà ñ ÷åðåäóþùèìèñÿ ñëîÿìè ZnSe è
ZnTe ÷åðåç íåêîòîðîå âðåìÿ íà÷èíàåò ïðèîáðå-
òàòü õàðàêòåðíûå ÷åðòû êâàíòîâîé ñòðóêòóðû, â
Ëîêàëüíûå ýêñèòîííûå ñîñòîÿíèÿ íà èçîýëåêòðîííûõ öåíòðàõ â ñâåðõðåøåòêàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2 241
0 3 6 9 12
�
�
ñr
0
200
400
600
800
�
, ì
ý
Â
(n
)
b
, Å
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòü ýíåðãèè ëîêàëèçàöèè äûðîê �b
n( ) îò
ðàäèóñà êëàñòåðîâ �.
êîòîðîé êîðîòêîâîëíîâûé ñäâèã ïîëîñû ÔË îáó-
ñëîâëåí ðàçìåðíûì êâàíòîâàíèåì äâèæåíèÿ îáîèõ
èëè îäíîãî èç íîñèòåëåé â ýêñèòîíå.
Êàê ïîêàçûâàåò ðàñ÷åò, ïðåâûøåíèå ýíåðãèè ðàç-
ìåðíîãî êâàíòîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ íàä èõ ýíåðãèåé
ñâÿçè íà èçîýëåêòðîííûõ ëîâóøêàõ â ñìåøàííûõ
ñëîÿõ íà÷èíàåò äîìèíèðîâàòü ïðè òîëùèíàõ ZnSe
L � 30 Å. Íà ñîñòîÿíèÿ äûðîê ðàçìåðû ñëîåâ ZnSe
íå îêàçûâàþò íèêàêîãî âëèÿíèÿ âñëåäñòâèå ñèëüíîé
èõ ëîêàëèçàöèè. Ýòà ìîäåëü ýêñèòîíà áûëà ðàññìîò-
ðåíà àâòîðàìè [23], êîòîðûå ðàññ÷èòàëè çàâèñè-
ìîñòü ýíåðãèè åãî ëîêàëüíûõ ñîñòîÿíèé, íàâîäèìûõ
èçîýëåêòðîííûìè ëîâóøêàìè èëè êëàñòåðàìè ïðå-
äåëüíî ìàëîãî ðàäèóñà, îò øèðèíû êâàíòîâîãî ñëîÿ
(ZnSe) è ðàçëè÷íîãî ïîëîæåíèÿ ïðèìåñè â íåì. Íà
ðèñ. 3 âèäíî, ÷òî ñìåùåíèå ïîëîñû ÔË îòíîñèòåëü-
íî E s1
0 ñîñòàâëÿåò �1 = 500 ìýÂ, ÷òî ìîæíî çàïèñàòü
ñëåäóþùèì îáðàçîì: �1 1
2
1
22� )( ) ( )�t / m Le , ãäå t1 –
ïåðâûé êîðåíü óðàâíåíèÿ, ñâÿçûâàþùåãî øèðèíó
êâàíòîâîãî ñëîÿ L1, åãî ãëóáèíó �Ec è ñîîòíîøåíèå
ìàññ ýëåêòðîíîâ â ZnTe ( mb
) � 0,13m0) è ZnSe [24]:
tg
t m
m
q t
t
e
b
/ /
1
1 2 2
1
2
1
2
1 2
2
�
�
�
�
�
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
��
�
�
�
�
�
�
�
)
)
, (20)
ãäå q m L E /e c
2
1
2 22� ) � � . Ïîñêîëüêó �Ec � 1212 ìýÂ,
òî áåç ïîòåðè îáùíîñòè ìîæíî ïîëîæèòü �Ec > ;
è t1 = -, òîãäà ïîëó÷àåì L1 � 20 Å è Lx � 30 Å.
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî äàííûå âû÷èñëåíèÿ
ÿâëÿþòñÿ òîëüêî îöåíî÷íûìè ïî ñëåäóþùèì ïðè÷è-
íàì. Â ðåçóëüòàòå äèôôóçèè àòîìîâ Òå â ñëîè ZnSe
ïðîèñõîäèò ðàçìûòèå ãåòåðîãðàíèö, ïîýòîìó ñëîé
ZnSe íåëüçÿ ïðåäñòàâèòü â âèäå ïðÿìîóãîëüíîé ïî-
òåíöèàëüíîé ÿìû, à ñêîðåå òàêîé, â êîòîðîé ïîòåí-
öèàë ìåíÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì: V = –V0/f(r),
ãäå f(r) — ôóíêöèÿ, îïèñûâàþùàÿ ðàçìûòèå ãðà-
íèö êâàíòîâîãî ñëîÿ è îáëàäàþùàÿ ñëåäóþùèìè
ñâîéñòâàìè: f(r = 0) = 1 â öåíòðå ñëîÿ è f(r) > ; ñ
ðîñòîì r. Î÷åâèäíî, ÷òî ïîëîæåíèå óðîâíÿ ðàçìåð-
íîãî êâàíòîâàíèÿ ÷àñòèöû â òàêîì ïîòåíöèàëå áóäåò
îòëè÷àòüñÿ îò ïîëîæåíèÿ â îáû÷íîì ïðÿìîóãîëüíîì
ñ ðåçêèìè ãðàíèöàìè ðàçäåëà [23]. Ðàçìûòèå ãðàíèö
ðàçäåëà ïðèâîäèò ê ñèëüíûì ôëóêòóàöèÿì òîëùè-
íû ñëîÿ ZnSe è, êàê ñëåäñòâèå, ê ôëóêòóàöèÿì
óðîâíÿ ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ â íåì, ÷òî ïðèâîäèò ê
ñèëüíîìó óøèðåíèþ ïîëîñû ÔË, êàê ýòî âèäíî íà
ðèñ. 3. Õîòÿ ôëóêòóàöèè òîëùèíû ñëîåâ ZnSe â ÑÐ
ZnS/ZnSe òàêæå èìåþò ìåñòî, íî îíè çíà÷èòåëüíî
ìåíüøå, ÷òî âèäíî èç ñðàâíåíèÿ ïîëîñ ÔË 4 è 5.
Çàêëþ÷åíèå
 çàêëþ÷åíèå îáñóäèì âîçìîæíîå âëèÿíèå êèñëî-
ðîäà íà ïîëó÷åííûå ñïåêòðû ÑÐ, ïîñêîëüêó îáðàçöû
õðàíèëèñü â îáû÷íûõ óñëîâèÿõ ïðè êîìíàòíîé òåì-
ïåðàòóðå. Ïî ñâîåìó ïîëîæåíèþ â ïåðèîäè÷åñêîé
òàáëèöå êèñëîðîä ÿâëÿåòñÿ èçîýëåêòðîííûì àêöåïòî-
ðîì ïî îòíîøåíèþ ê ZnSe è ZnTe. Îäíàêî â ñèñòåìå
ZnSe1O ïîëîñà ÔË (I1 = 2,791 ýÂ), îáóñëîâëåííàÿ
ðåêîìáèíàöèåé ýêñèòîíîâ, ñâÿçàííûõ íà àòîìàõ Î,
íå ÿâëÿåòñÿ äîìèíèðóþùåé â ñïåêòðå, è ðÿäîì ñ íåé
íàáëþäàþòñÿ äðóãèå ïîëîñû ( ,I I d
2 è äð., áîëåå ïîä-
ðîáíî ñì. [25]). Î÷åâèäíî, ÷òî â ïðèâåäåííûõ ñïåê-
òðàõ ÑÐ ýòè ïîëîñû íèêàê íå ïðîÿâëÿþòñÿ. Â îòëè-
÷èå îò ZnSe, êèñëîðîä â ZnTe èãðàåò ñóùåñòâåííóþ
ðîëü, è äàæå ïðè íåáîëüøèõ åãî êîíöåíòðàöèÿõ íà-
áëþäàåòñÿ çíà÷èòåëüíàÿ ïåðåñòðîéêà ïåðâîíà÷àëüíî-
ãî ýêñèòîííîãî ñïåêòðà ZnTe, â êîòîðîì ïîÿâëÿåòñÿ
åäèíñòâåííàÿ ïîëîñà, îáóñëîâëåííàÿ ðåêîìáèíàöèåé
ýêñèòîíîâ íà êëàñòåðàõ Î ðàçëè÷íîé ôîðìû [25].
Îäíàêî ïîëîñà ÔË ïðè ýòîì ñäâèíóòà â îáëàñòü
ýíåðãèé 2,2–1,8 ýÂ, ÷òî òîæå íèêàê íå ñêàçûâàåòñÿ
íà ñïåêòðàõ èññëåäîâàííûõ íàìè ÑÐ. Ïîýòîìó î÷å-
âèäíî, ÷òî èçìåíåíèå âíóòðåííåé ñòðóêòóðû ÑÐ
ZnSe/ZnTe, îáóñëîâëåííîå äåéñòâèåì ðåëàêñàöèîí-
íûõ ïðîöåññîâ, ïðèâîäÿùèõ ê ïîíèæåíèþ âåëè÷èíû
óïðóãîé ýíåðãèè â ñèñòåìå, ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì
èñòî÷íèêîì ïåðåñòðîéêè èçëó÷àòåëüíûõ ñïåêòðîâ
äàííûõ ÑÐ.
1. N. Takojima, F. Iida, K. Imai, and K. Kumazaki, J.
Cryst. Growth 138, 633 (1994).
2. S. Nakashima, A. Wada, H. Fujiyasu, M. Aoki, and
H. Yang, J. Appl. Phys. 62, 2009 (1987).
3. H. Kuwabara, H. Fujiyasu, M. Aoki, and Sh. Yamada,
Jpn. J. Appl. Phys. 25, L707 (1986).
4. M. Kobajashi, N. Mino, H. Katagiri, R. Kimura, M.
Kanagi, and K. Takahashi, J. Appl. Phys. 60, 773
(1986); C.D. Lee, H.K. Kim, H.L. Park, C.H. Chung,
and S.K. Chang, J. Lumin. 48–49, Part 1, 116 (1991).
5. J.J. Davies, Semicond. Sci. Technol. 3, 219 (1988);
T. Yao, M. Kato, J.J. Davies, and H. Tanino, J. Cryst.
Growth 86, 552 (1988).
6. D. Lee, A. Mysyrowicz, A.V. Nurmikko, and B.J.
Fitzpatrick, Phys. Rev. Lett. 58, 1475 (1987).
7. À.Þ. Íàóìîâ, Ñ.À. Ïåðìîãîðîâ. À.Í. Ðåçíèöêèé,
Â.ß. Æóëàé. Â.À. Íîâîæèëîâ, Ã.Ò. Ïåòðîâñêèé,
ÔÒÒ 29, 377 (1987).
8. À.Í. Ðåçíèöêèé, Ñ.À. Ïåðìîãîðîâ, À.Þ. Íàóìîâ,
Èçâ. ÀÍ ÑÑÑÐ, ñåð. ôèç. 52, 691 (1988); òàì æå
49, 2019 (1985).
9. S. Permogorov, A. Reznitsky, A. Naumov, H. Stolz,
and W. von der Osten, J. Phys: Condens. Matter. 1,
5125 (1989).
10. À.À. Êëî÷èõèí, Ñ.À. Ïåðìîãîðîâ, Ñ.Ã. Îãëîáëèí,
À.Í. Ðåçíèöêèé, Ñ. Êëèíøèðí, Â. Ëûñåíêî, Äæ.Ì.
Ãâàí, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ 72, 463 (2000).
11. À.À. Êëî÷èõèí, Ñ.À. Ïåðìîãîðîâ, À.Í. Ðåçíèöêèé,
ÆÝÒÔ 115, 1039 (1999).
12. O. Goede, W. Heimbrodt, Phys. Status Solidi B135,
795 (1986); D. Hennig, O. Goede, W. Heimbrodt, and
R. Muller, Phys. Status Solidi B105, 543 (1981).
242 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2
Í.Â. Áîíäàðü
13. K. Dhese, J. Goodwin, W.E. Hadston, J.E. Nicholls,
J.J. Davies, B. Cockayne, and P.J. Wright, Semicond.
Sci. Technol. 7, 1210 (1992).
14. I.L. Kuskovsky, C. Tian, G.F. Neumark, J.E. Spanier,
I.P. Herman, W.C. Lin, S.P.Guo, and M.C. Tamargo,
Phys. Rev. B63, 155205 (2001).
15. Ch. van der Walle, Phys. Rev. B39, 1871 (1989);
A. Oteish and R.J. Needs, Phys. Rev. B45, 1317 (1992).
16. Í.Â. Áîíäàðü, Â.Â. Òèùåíêî, Ì.Ñ. Áðîäèí, ÔÒÏ
34, 588 (2000); Í.Â. Áîíäàðü, ÔÒÒ 42, 1486 (2000).
17. F. Malonga, D. Bertho, C. Jouanin, and J.-M. Jancu,
Phys. Rev. B52, 5124 (1995).
18. K. Suzuki, K. Wundke, G. Bley, U. Neukirch, J.
Gutowski, N. Takojima, T. Sawada, and K. Imai,
Phys. Status Solidi B202, 1013 (1997).
19. Â.Ê. Áaæåíîâ, Â.È. Ôèñòóëü, ÔÒÏ 18, 1345 (1984);
J.J. Hopfield, D.G. Thomas, and R.T. Lynch, Phys. Rev.
Lett. 17, 312 (1966); A. Baldereshi, J. Lumin. 7, 79
(1973).
20. A van Vechten and J.C. Phillips, Phys. Rev. B2, 2160
(1970).
21. S.H. Sonh and Y. Hamakawa, Phys. Rev. B46, 9452
(1992).
22. U.E.H. Laheld and P.C. Hemmer, Phys. Rev. B39,
1871 (1989); U.E.H. Laheld, P.C. Hemmer, and F.B.
Pedersen, Phys. Rev. B48, 4659 (1993); ibid. 52,
10739 (1994).
23. Ë.Ä. Ëàíäàó, Å.Ì. Ëèôùèö, Êâàíòîâàÿ ìåõàíè-
êà, Íàóêà, Ìîñêâà (1989).
24. À.À. Ïàõîìîâ, Ê.Â. Õàëèïîâ, È.Í. ßñèåâè÷, ÔÒÏ
30, 1387 (1996).
25. K. Akimoto, T. Miyajima, and Y. Mori, Phys. Rev.
B39, 3138 (1989).
Local exciton states at isoelectronic
centers in superlattices
N.V. Bondar
The optical spectra of type-II strained
ZnSe/ZnTe superlattices, both fresh-prepared and
kept for some time, are analyzed with taking into
account the formation of mixed ZnSe Te1�x x la-
yers, at their interfaces which have a cluster struc-
ture. The dependence of the hole localization en-
ergy on the radius of Te atom clusters is
calculated, which is in good agreement with the
experiment. The samples kept for some time dis-
play a change of the shape and a monotonous shift
of the luminescence band to a high-energy edge. It
is shown that the shift is caused by the change in
the internal structure of the mixed layers with
time and the formation of local exciton states in-
duced by isoelectronic Te atoms.
Ëîêàëüíûå ýêñèòîííûå ñîñòîÿíèÿ íà èçîýëåêòðîííûõ öåíòðàõ â ñâåðõðåøåòêàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2004, ò. 30, ¹ 2 243
|