Внутрицентровая люминесценция ионов Mn2+ в твердых растворах AiiBvi и гетероструктурах на их основе

• Автор: Философов, Николай Глебович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Список использованных сокращений..:
Глава 1. Характеристика соединений Л||ВУ| и твердых растворов на их основе
Твердые растворы на основе соединений Л"ВУ|
Твердые растворы АИВУІ с магнитной компонентой — разбавленные магнитные полупроводники (РМП)
Перенос энергии по 3(/-оболочкам ионов Мп2+
Глава 2. Методика и техника эксперимента
Глава 3. Перенос энергии возбуждения по внутренним Зс/-оболочкам ионов Мп2+ в
Сс^Мп^/Ге (кинетические свойства ЗгАлюминесценции)
Глава 4. Модель релаксации возбуждения по 3(/-оболочкам Мп2+ в РМП
Численные расчеты
Влияние нелинейных процессов
Глава 5. Люминесценция структур с пониженной размерностью на основе РМ1І группы
А"ВУ'
Кинетические свойства внутрицеитровой люминесценции Мп2+ в структурах с квантовыми ямами С(]0ВМп0/іТе/С(10і^Л^0 5'Ге
Экситоиная и внутрицентровая люминесценция в структурах с КЯ 2пМп'Гс/ХпМ^Т(е
Люминесценция нанокристаллов АПВУ|, активированных ионами Мп2+
Заключение (основные выводы)
Литература
Список использованных сокращений
ВЛ — внутрицеитровая люминесценция
КП — кооперативный процесс
КЯ — квантовая яма (20-гетероструктура)
МС —монослой
РМП —разбавленный магнитный полупроводник С!5 — сверхрешетка
ТР — твердый раствор
Разбавленные магнитные полупроводники (PMII) представляют собой особый тип твердых растворов, в которых катион частично замещается магнитной компонентой (ионами элементов группы железа или редких земель). Объектом исследования настоящей работы являются полупроводники группы AnBvl с ионами Мп.
Соединения AnBvl являются полупроводниковыми материалами, которые подробно изучались и находили применение на протяжении многих десятилетий. В последние годы интерес к этой группе соединений неуклонно возрастает в связи с успешными результатами по созданию на их основе наноструктур и выявляющимися широкими возможностями их практических применений.
Соединения этого класса обладают различными значениями ширины запрещенной зоны — от нулевых до нескольких электрон-вольт, вследствие чего их электрические, фотоэлектрические и оптические характеристики также варьируются в широких пределах. В соответствии с этим спектральный диапазон фоточувствительности, люминесценции и лазерного излучения может изменяться от инфракрасной до ультрафиолетовой области. Проводимость веществ этого класса варьируется от значений, соответствующих полуметаллу, до значений, соответствующих изолятору.
Многие твердые растворы на основе полупроводников AI1BV1 с анионным и катионным типом замещения к настоящему времени изучены так же подробно, как и бинарные соединения.
Научная новизна диссертации состоит в получении следующих результатов:
1. Влияние уровня оптического возбуждения, температуры и концентрации магнитной компоненты на оптические свойства и перенос энергии возбуждения но Зг/-оболочкам магнитных ионов в объемных РМП;
2. Кинетическое уравнение, описывающие затухание внутри центровой люминесценции (BJI) ионов Мп2+;
3. Анализ нелинейных членов кинетического уравнения, описывающего затухание ВЛ ионов Мп2+:
[24). Эта энергия меньше энергии квантов возбуждения 2,34 эВ, а при повышении температуры запрещенная зона еще сужается (см. рис. 19). В этой ситуации светом возбуждаются главным образом межзонпме переходы, для которых коэффициент поглощения на два порядка больше, чем для полос поглощения Мп2+, соответствующих внутриион-ным интеркомбинационным переходам. Таким образом, в топком приповерхностном слое С(1о/,МподТе светом создаются экситоны Ванье, которые переносят энергию на ноны марганца, переводя их в возбужденное состояние. Обратный процесс не реализуется вследствие быстрой релаксации энергии к равновесному состоянию возбужденного уровня 1 Тц иона Мп2 которое лежит ниже экситона. Изменение температуры практически не влияет на положение порога внутриионного поглощения (спектральное положение первой полосы поглощения иона Мп2+), но существенно для ширины запрещенной зоны. Благодаря этому в С(1о,бМп0/,Те уровень зонных экситонои при понижении температуры сдвигается от низкоэнергетического края первой полосы поглощения Мп2+ (6/1,—>17’|) в сторону ее максимума, т. е. в область большей плотности состояний 3 Для более детального изучения механизмов переноса энергии возбуждения по внутренним ЗгДоболочкам в РМП была проведена серия экспериментов по изучению кинетических свойств ВЛ Мп2+ [56]. Исследовались различные спектральные участки контура излучения ВЛ в образцах СбодМпддТе при различных уровнях оптического возбуждения. При возбуждении 2-ой гармоникой квазиимпульсного УЛС:Кс1 лазера с энергией кванта 2,34 эВ максимальный уровень возбуждения на поверхности кристалла достигал 4,5 МВт/см2.
Эксперимент показал, что кинетика ВЛ имеет сильную спектральную дисперсию и изменяется в зависимости от уровня возбуждения и температуры (рис. 31).
Па рис. 31 а видно, что при 77 К с ростом плотности мощности возбуждения 1ех время затухания на начальном неэкспоненциальпом участке кинетической кривой уменьшается, особенно сильно это проявляется на коротковолновом крыле полосы ВЛ. При 4 К результат качественно тот же (рис. 31 б), однако, время жизни возбужденного состояния