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

Obliczona przy pomocy formalizmu masy efektywnej [16] energiatakiego przejścia mieści się w granicach 1,516…1,531 eV.Wartość energii 1,516 eV oddaje przejście miedzy początkiempierwszego podpasma ciężko-dziurowego, a początkiem pierwszegopodpasma elektronowego w takiej supersieci (oznaczanejako Γ od rodzaju punktu krytycznego). Energia 1,531 eV oddajeto samo przejście ale między końcami (drugimi brzegami) tychpodpasm (oznaczany jako Π). Rezonans przy energii 1,561 eVoznaczony przez L1e1 związany jest z przejściem miedzy pierwszympodpasmem lekko-dziurowym a pierwszym podpasmemelektronowym. Obliczony przedział energii dla tego przejścia wynosi(1,542…1,560 eV). Rezonanse związane z podstawowymprzejściem absorpcyjnym w strukturze zostały zamodelowane(szara linia na rys. 1) za pomocą poniższego równania:⎡n∆Ri ⋅ϑ−m⎤jj ( E) = Re ⎢∑C⋅ ( − + ⋅Γ ) ⎥ (1)je E EjijR ⎣ j=1⎦gdzie, n-numer przejścia optycznego, C j– amplituda, ϑ – faza,E ji Γ jodpowiednio energia i poszerzenie modelowanej krzywej.Parametr m oddaje charakter przejścia optycznego i w tym przypadkuwynosi m = 3.Budowa tych dwóch struktur A i B – wykonanych w ramachoddzielnych procesów epitaksji – była nominalnie taka sama. Ponieważwidma fotoodbicia dla tych próbek są niemal identycznea otrzymane z dopasowania zgodnie z równaniem (1) energiei poszerzenia przejść optycznych są takie same (z dokładnościądo błędu eksperymentalnego ~ 1 meV), zatem możemy stwierdzić,że przeprowadzony proces wzrostu jest bardzo dobrze powtarzalnyz punktu widzenia wytwarzania kolejnych struktur z procesuna proces.Na rysunku 2 przedstawiono widoma fotoodbicia zmierzonew temperaturze pokojowej dla trzech próbek o różnych szerokościachwarstw studni i bariery (próbki C, D i E). Dla struktur o takiejsamej szerokości warstw bariery (C i D), energie przejść optycznychpomiędzy pierwszym poziomem elektronowym a pierwszymciężkodziurowym (linia kropkowana) i pomiędzy pierwszym poziomemelektronowym a pierwszym lekkodziurowym (linia kres-kowana) są mniejsze dla próbki C, czyli dla struktury o szerszychwarstwach materiału studni. W przypadku próbek o takiej samejszerokości warstw studni (C i E) niższą energię przejść optycznychzaobserwowano dla próbki o mniejszej szerokości warstwmateriału bariery, czyli E. Ponadto, dla tejże próbki można równieżzaobserwować rezonans związany z kolejnym przejściemciężkodziurowym (przy energii ok. 1,62 eV).W celu sprawdzenia jednorodności struktur tzn. sprawdzeniajak zmieniają się właściwości próbki wzdłuż promienia badanejpłytki wykonano tzw. eksperyment „mapowania” [6]. Pomiary fotoodbiciawykonano w różnych miejscach na próbce przesuwającsię z plamką światła próbkującego od środka wzdłuż promieniana zewnątrz, co zostało zilustrowane na rys. 3.Rys. 3. Schemat z zaznaczonymimiejscami pomiaru PR dla badanychpróbekFig. 3. Schematic illustration of mappingprocedure in photoreflectaneexperimentNa rysunku 4 przedstawiono widma fotoodbicia dla próbki Botrzymane w różnych miejscach na próbce (rys. 3). Do wszystkichwidm zastosowano procedurę dopasowania opisaną równaniem(1).Na rysunku 5 przedstawiono otrzymane energie oraz poszerzeniaenergetyczne dla podstawowego przejścia optycznegoprzedstawione w funkcji miejsca pomiaru (odległości plamkiświatła próbkującego od środka badanej płytki). Widzimy, że zarównoenergia jak i poszerzenie energetyczne są z dokładnościądo błędu eksperymentalnego takie same.Energia przejścia wynosi (1,530 ± 0,001) eV, a poszerzenie(16 ±1) meV. Rezultaty przedstawione na wykresie 4 dowodzą,że proces technologiczny pozwala wytwarzać struktury (płytkio średnicy 2 cali) o dużej jednorodności.GaAs/Al 0.45Ga 0.55As300KGaAs=8.1nmAlGaAs=4.6nmpróbka Cpróbka BH1e1L1e1(a)GaAs∆R/R (j.u.)próbka DGaAs=5.4nmAlGaAs=4.6nm∆R/R (j.w.)(b)(c)próbka EGaAs=8.1nmAlGaAs=1.1nm(d)1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65energia (eV)Rys. 2. Widma fotoodbicia (czarne linie) z temperatury pokojowejdla trzech próbek o różnych grubościach warstw barier i studni.Kolorami czerwonym i niebieskim zaznaczono przejścia optycznew supersieciachFig. 2. Room temperature photoreflectane spectra (black lines) forthree samples with different thickness of barrier and well layers. Redand blue lines are connected with optical transitions in superlattices1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60 1,65energia (eV)Rys. 4. Widma fotoodbicia dla próbki B (mapowanie wzdłuż promienia)Fig. 4. Photoreflectane spectra obtained for different places of thesample B (mapping procedure)Elektronika 10/2011 47