Elektronika 2011-10 I.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

Rys. 1. Widma fotoodbicia studni kwantowej InGaAsSb/GaSb otrzymanew układzie z monochromatorem (panel a) w układzie ze spektrometremFouriera (panel b)Fig. 1. Photoreflectance spectra of InGaAsSb/GaSb quantum well obtainedby using monochromatore based configuration (panel a) andFourier spectrometer configuration (panel b)nio wykonanymi obliczeniami struktury energetycznej) możliwośćbadania wielu istotnych parametrów wytwarzanych struktur jak np.:nieciągłości pasm [4], wartość wbudowanego pola elektrycznego[5], poziom Fermiego na powierzchni -między powierzchniach [6]czy stopień relaksacji (jakość optyczna) warstw [7].W związku z niewątpliwymi zaletami wspomnianymi powyżej,spektroskopia modulacyjna jest stosowana w szerokim zakresiespektralnym od ultrafioletu (ok. 275 nm) [8] do średniej podczerwieni(ok. 3 µm) [9]. Niemniej jednak, realizowana w klasycznymukładzie eksperymentalnym wykorzystującym monochromatorjako element dyspersyjny (np. monochromator z siatką dyfrakcyjną)ma pewne ograniczenia [10], które właściwie wykluczająstosowalność metody w obszarze fal dłuższych. Wynikają onegłównie z faktu strat w intensywności światła próbkującego naelemencie dyspersyjnym. Ograniczenia te można jednak wyeliminowaćpoprzez zastosowanie spektrometru Fouriera zamiastmonochromatora [10–12]. Rozwiązanie to pozwala ominąć wyżejwymienione trudności i realizować eksperymenty modulacyjnew obszarze dla fal dłuższych niż 3 µm. Na rysunku 2 został przedstawionyukład pomiarowy, który pozwala realizować pomiary PL,PR i FDR (ang. Fast Differential Reflectance) w obszarze średnieji długofalowej podczerwieni (do ~20 µm). Na rysunku tym widzimy,że odpowiednie ustawienie luster i dobór systemu detekcjiumożliwia w prosty sposób realizację wspomnianych pomiarów,gdzie wiązka optyczna prowadzona jest całkowicie w próżni. Tozaś pozwala eliminować niedogodności związanie z absorpcjągazów- składowych powietrza, jak CO 2, czy para wodna, co jestszczególnie istotne w przypadku eksperymentu FDR[12].Na rysunku 3 przedstawiono widma fotoluminescencji (szarelinie) i fotoodbicia (czarne linie) otrzymane w zakresie średniejpodczerwieni dla studni kwantowych drugiego rodzaju GaSb/AlSb/InAs/InGaSb/InAs/AlSb/GaSb o różnych grubościach warstwyInAs zmieniających się w zakresie 1,2…2,9 nm. Wraz zezmianą grubości InAs zmienia się energia poziomu elektronowego,a w konsekwencji energia podstawowego przejścia optycznego(typu drugiego, gdzie dziury zlokalizowane są w warstwieGaInSb). Im szersza warstwa InAs tym energia przejścia przesuwasię bardziej w stroną podczerwieni. Widzimy, że wykonaniepowyższych eksperymentów za pomocą układu ze spektrometremFouriera pozwoliło otrzymać wysokiej jakości widma PL i PRtemperaturze 300K w szerokim zakresie 2…6 µm. Przeprowadzonebadania pozwoliły wykazać możliwość zastosowania tegorodzaju struktur kwantowych do detekcji różnego rodzaju gazówtakich jak np.: CO 2, NH 3, węglowodory, których charakterystycznelinie spektralne zawierają się w tym obszarze spektralnym.Dotąd przedstawione wyniki otrzymywane za pomocą spektroskopiimodulacyjnej wykorzystującej spektrometr Fouriera pokazujązalety takiego podejścia w przypadku prowadzonych badańw obszarze średniej podczerwieni. Na wykresie 4 zostały przedstawionewyniki badań warstw HgCdTe w zakresie fal dłuższychniż 5 µm (osiągając zakres długofalowej podczerwieni). Z racjiwspomnianych wcześniej ograniczeń klasycznego układu pomiarowegoz monochromatorem siatkowym pomiary przeprowadzonezostały ze spektrometrem Fouriera: FTPR (panel b) i FDR(panel c), oraz dodatkowo poparte pomiarami emisji w formiefotoluminescencji (panel a). Zmiana koncentracji atomów kadmuw badanych próbkach, jak i zmiana temperatury pomiaru skutkująRys. 2. Układ pomiarowy do eksperymentów FTPL, FTPR i FDR wykorzystującypróżniowy spektrometr Fourierowski [11]Fig. 2. Scheme of experimental setup for FTPL, FTPR and FDR basedon Fourier transformed spectrometer [11]38Rys. 3. Widma FTPR otrzymane dla studni kwantowych drugiego rodzajuGaSb/AlSb/InAs/InGaSb/InAs/AlSb/GaSb o różnej grubości warstwyInAs zmieniającej się od 1,2 nm (panel a) do 2,9 nm (panel c)Fig. 3. FTPR spectra obtained for the GaSb/AlSb/InAs/InGaSb/InAs/AlSb/GaSb type II quantum wells with different InAs layers widthchanging from 1.2 nm (panel a) to 2.9 nm (panel c)Elektronika 10/2011