Магнитополяризационная спектроскопия флуктуационных электронных состояний тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ВЕРБИН СЕРГЕЙ ЮРЬЕВИЧ

МАГНИТОПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ФЛУХТУАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ

Специальность 01.04.07 -- физика конденсированного состояния

Автореферат

гиссертацш* нг соискание ученой степени доктора физико-математических ь'лук

Санкт-Петербург - 2006

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте физики им. В.А.Фока Санкт-Петербургского государственного университета

Научный консультант: доктор физико-математических

наук, профессор НОВИКОВ Борис Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, ст.научн.сотр.

КУСРАЕВ Юрий Георгиевич,

доктор физико-математических наук, ст.научн.сотр.

ПРЖЕВУСКИЙ Александр Кириллович,

доктор физико-математических наук, профессор

ФЕДОРОВ Дмитрий Леонидович.

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический

Университет.

Защита диссертации состоится « ^ ^ » У'_2006 г.

, I ъО

в I 1_ часов на заседании диссертационного совета

Д 212.232.33 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Санкт-Петербургском государственном унизерситете в конференц-зале НИИФизики им.В.А.Фока СПбГУ по адресу: 198504, СПб, Старый Петергоф, ул.Ульяновская., д.1, НИИФизики им.В.А.Фока Санкт-Петербургского государственного

университета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им.М.Горького СПбГУ.

Автореферат разослан «

2006 г.

»

Ученый секретарь диссертационного совета

г

профессор А.В.Ледов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На свойства многих полупроводниковых систем - твердых растворов (ТР), гетероструктур с пониженной размерностью и др. оказывает влияние их неупорядоченность, которая приводит к флуктуадиям электронного потенциала, локализующим электронные состояния. Такие состояния, называемые ниже флуктуационными, обладают рядом общих. . свойств, даже в случае различия физической природы флуктуаций, вызывающих их появление. Влияние же локализации электронного возбуждения на оптические и транспортные свойства полупроводниковых систем в определенных условиях часто оказывается доминирующим. Это определяет актуальность исследования свойств флуктуационных . состояний, в частности, их спиновых свойств, особенно с учетом_роста в последние годы интереса к спинтронике - применению в прикладных целях эффектов, определяемых спиноёыми свойствами электронных состояний в полупроводниковых структурах.

Цель работы - выявление общих закономерностей влияния неупорядоченности на электронные, в т.ч. спиновые свойства флуктуационных состояний, а также на характер переноса и процессы релаксации электронного возбуждения с участием таких состояний в ТР 11-У1 полупроводников и структурах на их основе.

Научная новизна. .Важнейшей особенностью

неупорядоченных полупроводниковых систем является •неоднородное уширение их спектров. Поэтому применение для исследования таких систем магнитооптических методов в их

традиционном виде, связанным с точным измерением сдвигов

и расщеплений достаточно узких спектральных линий, весьма

затруднительно. В результате при изучении II-VI

полупроводников и систем на их основе основное внимание

до недавнего времени уделялось исследованию ■так

называемых полумагнитных полупроводников, в которых в

результате обменного взаимодействия носителей с ионами

переходных металлов (чаще всего Мп2+) с

i

нескомпенсированНыми спинами магнитооптические эффекты усиливаются на порядки по сравнению с наблюдаемыми для обычных полупроводников.

Тем не менее, развитые в диссертации подходы показывают, что магнито-поляризационная спектроскопия может быть с успехом применена и в случае немагнитных полупроводниковых неупорядоченных систем, даже когда неоднородное уширение спектров существенно превышает расщепление спиновых подуровней.

Практическая значимость работы. Наибольшее внимание в физике и технике полупроводников к настоящему времени сосредоточено на структурах на базе III-V соединений в силу более развитой технологии их создания. Однако по-прежнему актуальной задачей остается совершенствование технологии выращивания более широкозонных полупроводников и структур на их основе для изготовления оптоэлектронных приборов, работающих в более коротковолновой части оптического диапазона. Достижение этой цели связывается с развитием исследований структур на базе широкозонных II-VI полупроводников и, в самое последнее время, также и нитридов металлов III группы. Усилия, сосредоточенные на создании структур на базе нитридов, все еще наталкиваются

на ряд проблем, решению которых может способствовать их анализ методами, разработанными при проведенном в диссертации спектроскопическом исследовании структур на базе IX-VI полупроводников, таких как халькогениды кадмия и цинка.

На защиту выносятся следующее положения:

I. Модуляция полевой зависимости циркулярной поляризации люминесценции флуктуационных экситонов в продольном магнитном поле является результатом их теплового перераспределения между оптически активными и неактивными спиновыми подуровнями, испытывающими антипересечение в магнитном поле.

II. Линейная поляризация люминесценции, обнаруженная при резонансном возбуждении линейно поляризованным светом (оптическое выстраивание) полупроводниковых твердых растворов и гетероструктур в изотропной геометрии, отражает скрытую анизотропию системы флуктуационных экситонов.

III. В системе флуктуационных экситонов существуют состояния с различной степенью анизотропии, что приводит к нелоренцевой зависимости степени оптического выстраивания флуктуационных экситонов от величины продольного магнитного поля.

IV. Характер переноса электронного возбуждения в двумерных полупроводниковых структурах при низких температурах определяется локализацией экситонов во флуктуационных состояниях даже в том случае, когда в объемных TP полупроводников аналогичного состава влияния таких состояний на процессы переноса не наблюдается и при самых низких температурах.

V. Величина обменного взаимодействия для флуктуационных экситонов увеличивается с ростом энергии локализации таких состояний.

VI. Процессы, происходящие с одновременным переворотом разнонаправленных спинов электрона и дырки, дают преимущественный вклад в релаксацию возбуждения между спиновыми подуровнями флуктуационных экситонов по сравнению с остальными процессами, в частности, происходящими только с переворотом спина дырки.

VII. Флуктуации потенциала в приповерхностном слое обработанных электролитом полупроводников вызваны беспорядочным распределением противоположно заряженных примесей на поверхности полупроводника, что определяет крупномасштабный характер флуктуации.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались

на Всесоюзных конференциях, совещаниях и семинарах по экситонам (Ленинград, 1982; Черноголовка, 1984; Киев, 1986; Вильнюс, 1988), "Физика и техническое применение полупроводников II-VI" (Вильнюс, 1983), по люминесценции (Ровно, 1984), по физике полупроводников (Кишинев, 1988; Киев, 1990);

на Международных конференциях "RECON" (Прага, 1983), по II-VI соединениям (Берлин, 1989; Гренобль 1997), по прыжковой проводимости и сопутствующим явлениям (Глазго, 1993), по люминесценции (Москва, 1994), по люминесценции и оптической спектроскопии конденсированных сред (Прага, 1996), по физике полупроводников (Берлин, 1996; Иерусалим, 1998; Осака, 2000; Флагстафф, 2004), "Оптика экситонов в конденсированных средах" (С-Петербург, 1997),

по дефектам в полупроводниках (Беркли, США, 1999), по физике и применению спиновых явлений (Сендай, Япония, 1999 и 2000), "Наноструктуры: Физика и технология" (С-Петербург, 2000), "Квантовые точки в полупроводниках" (Мюнхен, 2000);

на Европейском семинаре по II-VI полупроводникам (Линд, 1994), Осенней конференции Американского общества по исследованию материалов (Бостон, 1995), II и III Российских конференциях по физике полупроводников (С-Петербург, 1996; Москва, 1997).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата {Д1-Д30].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, заключения, приложения и списка литературы. Общий объем работы составляет 4 08 страниц, включая 296 страниц текста, 79 рисунков и 2 таблицы. Список литературы включает 147 наименований работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование целесообразности и актуальности проведенных исследований, их научная новизна. Обосновывается выбор методов исследования. Сформулированы цель и задачи работы, а также положения, выносимые на защиту. !

В первой главе j приведены результаты исследования спектров низкотемпературной (Т = 2-^5 К) фотолюминесценции (ФЛ) объемных TP IlrVI полупроводников с замещением в анионной подрешетке.

Показано, что интенсивная неоднородно уширенная полоса излучения флуктуационных экситонов (ФЭ) доминирует в спектрах не только ТР Сб31-Ь3еь [1, доп. к гл.9], но и других ТР (Рис.1) (гпЭ^ьЗеь, гпЗе1гйТеь) в областях

Рис. 1. Оптические спектры твердых растворов саЗо.вЭео.г (а) и ZnSeo.e5Teo.15 («*)- 1, 2 - спектры люминесценции в линейном и полулогарифмическом масштабах, соответственно; 3 - спектр отражения; 4 - спектральная зависимость коэффициента поглощения в полулогарифмическом масштабе, 5 - результаты расчета спектра люминесценции.

составов 0.02<Ь<0.6, где Ь - содержание узкозонной компоненты ТР. Доминирование излучения ФЭ свидетельствует о существенном влиянии флуктуаций состава на процессы переноса электронного возбуждения в этих ТР. Наблюдение различной эффективности локализации во флуктуационных состояниях в ТР разного типа стимулировало разработку

О 2 и 6 !Вм-К>/,:

2,36 2.3 и 2.32,в"5

0 2 4

новой модели их возникновения в ТР ÍI-VI полупроводников с . замещением в анионной подрешетке на кластерах из небольшого числа изоэлектронных замещающих атомов [2], которая идейно близка к рассмотренной в [3] модели, учитывающей дискретный характер замещения атомов в ТР.

Проведены прямые количественные измерения внешнего квантового выхода ФЛ t|ium в ТР разного типа и бинарных II-VI полупроводниках, измерены температурные зависимости и определена энергия активации состояний, определяющих доминирующий механизм ФЛ. Показано, что при увеличении количества точечных дефектов, являющихся центрами излучательной и безизлучательной рекомбинации, вклад этих каналов в рекомбинацию может оказаться существенным даже при наличии флуктуационных состояний.

Детально исследована форма полосы ФЛ ФЭ CdSi-tSeb и ZnSei-bTeb, в частности положение ее максимума относительно разделяющего состояния свободных и локализованных экситонов порога подвижности Е„, в зависимости от состава ТР и интенсивности возбуждения. Проведены расчеты энергетического распределения и формы полосы ФЛ ФЭ и получены разумные оценки для концентрации флуктуационных состояний N0 в рамках модифицированной модели туннельной релаксации ФЭ, разработанной на основе описания междупарной рекомбинации в аморфных полупроводниках. Согласия результатов расчетов в этой модели с экспериментальными достичь удалось, но лишь качественного, что стимулировало разработку новой модели процессов релаксации ФЭ в ТР на базе классической теории протекания по перекрывающимся сферам [4].

Во второй главе приведены результаты измерения спектров пропускания образцов Сс^-ьБег, и гп3е1-ьтеь (0.02<Ь<0.6) в области края экситонной зоны при Т = 2 К в широком диапазоне толщин образцов. По этим результатам найдены спектры поглощения а(Лу) таких ТР в динамическом диапазоне от максимума коэффициента поглощения до 10~3 от этой величины.

Обнаружено, что длинноволновый спад поглощения, формируемый флуктуационными состояниями, описывается экспоненциальным законом Урбаха

a(hv) ~ ехр (Ьу/е0) ~ ехр [ (Е„-е) /еа] (1),

где е - энергия локализации флуктуационных состояний (Рис.1), свидетельствуя, что ход их плотности дг(е) существенно отличается от предсказываемого в модели крупномасштабных флуктуаций состава ТР [5] , в которой дискретный характер замещения атомов в ТР не учитывался. Концентрационная зависимость Урбаховского параметра е0 (Ь) сильно асимметрична, достигая максимальных значений е0(0.2)«5 мэВ и е0 (0.15) »25 мэВ для СёБх-ьЗеь и гпБе1-ьТеь, соответственно. Оба этих результата подтверждают невозможность описать флуктуационные состояния в ТР в рамках существовавшей модели крупномасштабных флуктуаций [5] и послужили основой для развития кластерной модели флуктуационных состояний [2; 4], в рамках которой удалось добиться наиболее точного к настоящему времени теоретического описания плотности флуктуационных состояний в ТР и фотолюминесценции с их участием.

Уточнение зависимости ширины запрещенной зоны Ед(Ь) Сс^-ьЗеь и гпБе^ьТеь от их состава, сделанное по результатам измерения экситонного поглощения в этих ТР,

10

дало возможность выделить в нелинейной части Ед(Ь) асимметричный вклад АЕ2(Ь) , который коррелирует с е0(Ь). Это позволяет считать причиной его возникновения наличие флуктуаций состава ТР и свидетельствует в пользу теоретической модели [6], в которой появление нелинейной части в концентрационных зависимостях Ед(Ь) в ТР объясняется сложением вкладов, возникающих как в модели виртуального кристалла, так и в результате наличия флуктуаций состава.

Исследовано определяемое флуктуационными состояниями поглощение циркулярно поляризованного света ТР Сс13о.еЗео.2 в продольном магнитном поле обоих направлений величиной до 6 Тл. При приложении магнитного поля между "хвостами" поглощения света, циркулярно поляризованного в противоположных направлениях, возникал спектральный сдвиг. Этот эффект магнитного кругового дихроизма (МКД) был приписан зеемановскому сдвигу между спиновыми подуровнями ФЭ с т2=+1 и Измерение величины и знака

эффекта МКД позволило' определить дг-факторы для CdSo.8Sea.2-

В третьей главе излагаются результаты исследования поляризации фотолюминесценции флуктуационных экситонов.

При межзонном возбуждении неполяризованным светом в квазиизотропной геометрии обнаружена циркулярная поляризация ФЛ, возникающая при приложении внешнего магнитного поля в конфигурации Фарадея, и исследованы ее спектральная (Рис. 2) и полевая (Рис.За) зависимости. Знак и величина этой' поляризации для данной длины волны определяются направлением и величиной приложенного магнитного поля В.

При уменьшении длины волны ФЛ вблизи коротковолнового

1Р£, отн.ед.

о.з

о

Г

о

-0.3

_1_I_1_I_I_I_1_I_1_1_I.. I_|_.|

г, зо г.зг ¿.¿ь 2.36

Рис. 2. Спектр фотолюминесценции (1) твердого раствора CdSo.05Seo.1s и степень рс циркулярной поляризации фотолюминесценции в отсутствие магнитного поля (2) и в магнитном поле величиной 5.2 Тл двух противоположных направлений (3; 4) в геометрии Фарадея.

края полосы ФЛ ФЭ происходит уменьшение степени ее циркулярной поляризации рс (М») , во многих случаях сопровождающееся даже изменением знака Полевая

зависимость рс(В) для достаточно глубоких флуктуационных состояний оказывается в некоторой области значений В существенно нелинейной. При этом зависимость рс(В) часто промодулирована настолько сильно, что становится немонотонной (Рис.За).

Появление в продольном магнитном поле циркулярной поляризации люминесценции рМСР1, для достаточно глубоких флуктуационных состояний объяснено т.н. тепловой ориентацией угловых моментов экситонов, которая происходит в результате спиновой релаксации

флуктуационных экситонов между расщепленными продольным

р

с

0,05

Е

т

-0.05

-0.15

-О.Ю

0,00

9

а

б)

Рис. 3. а) - полевая зависимость степени циркулярной поляризации, измеренная на коротковолновом краю (1), вблизи максимума (2) и на длинноволновом спаде (3) полосы фотолюминесценции твердого раствора CdS0.9aSe0.02. Сплошные линии - эксперимент, точки - результат подгонки, б) -схема, иллюстрирующая эффект антипересечения оптически активных и неактивных спиновых подуровней экситона в продольном магнитном поле В. Д0 и - обменное

расщепление и расщепление излучательного дублета, соответственно.

магнитным полем излучательными спиновыми подуровнями и приводит к преимущественному заселению нижнего из них.

Уменьшение степени и изменение знака циркулярной поляризации рс(М>) на коротковолновом краю полосы ФЛ ФЭ связаны с тем, что спиновая релаксация в состояниях вблизи порога подвижности не успевает произойти вследствие усиления процесса туннельной релаксации из них и соответствующего укорочения времени жизни в этих состояниях.

Модуляция полевой зависимости магнитоциркулярной поляризации люминесценции р МСРЬ(В) флуктуационных экситонов интерпретирована как результат антипересечения между оптически активными и неактивными спиновыми подуровнями, вызванного низкой симметрией излучающих состояний ФЭ (Рис.36). Экспериментально наблюдавшиеся зависимости рМСР!,{В) могут быть хорошо численно приближены в теоретической модели [7], разработанной для описания этой ситуации.

При резонансном возбуждении линейно поляризованным светом в изотропной геометрии обнаружена линейная поляризация р1 люминесценции ФЭ (Рис.4), величина которой

фотолюминесценция при межзонном возбуждении; 2 и 3 -фотолюминесценция в поляризациях Е11 и Есоответственно, и 4 - степень линейной поляризации р'1 фотолюминесценции при резонансном возбуждении лазерной линией Ь (Л=514.5 нм). Геометрия эксперимента показана на вставке в верхнем правом углу.

практически не зависит от поворота образцов ТР вокруг их оси симметрии . Показано, что такая поляризация р1 возникает в результате расщепления уровней Г5 ФЭ в анизотропных потенциальных ямах, локализующих ФЭ. При этом ансамбль флуктуационных экситонов остается макроскопически изотропным, т.е. эта анизотропия является скрытой.

Обнаружена зависимость степени поляризации pJ(Лvex) от длины волны возбуждающего света и показано, что она отражает как зависимость степени анизотропии флуктуационных состояний от глубины их локализации, так и усиление процесса туннельной релаксации из локализованных состояний при уменьшении глубины их локализации. Последний эффект использован для определения положения порога подвижности Ем в системе флуктуационных экситонов.

Исследованы полевые зависимости степеней оптической ориентации рор1:"ог'(В) , р1(В) и р1'(В) ФЛ ФЭ при резонансном возбуждении (Рис.5), где р2'(В) - степень линейной

Р

В, Тл

Рис. 5. Полевые ;зависимости степеней поляризации фотолюминесценции твердого раствора CdSo.96Sea.04: точки 2 -рорс-ог-(В) , 2-- р 2(В), \3 - р МСР1(В), 4 - р1' (В) ; сплошные

линии

результат подгонки.

поляризации в направлении под углом 4 5° к направлению поляризации возбуждающего света.

Сопоставление результатов с расчетами, проведенными в модели [8], модифицированной для макроскопически изотропной системы ФЭ, позволили провести оценку параметров спиновой структуры,; результаты которой подтверждают существование флуктуационных состояний с различной степенью анизотропии. Возникновение

флуктуационных состояний с различной степенью анизотропии было объяснено в микроскопической модели флуктуационных состояний, развитой в [4].

В четвертой главе изложены результаты исследования низкотемпературного излучения гетероструктур с КЯ гпСс13е/Сс13е.

Форма спектра низкотемпературной ФЛ, наблюдающейся для гетероструктур с КЯ из ТР 11-\/1 полупроводников с замещением в катионной подрешетке а также из ТР Ш-У полупроводников, была с хорошей точностью описана в модифицированной для двумерного случая модели излучения ФЭ [4], что свидетельствует о существенном возрастании эффекта локализации экситонов во флуктуационных состояниях в низкоразмерных гетероструктурах по сравнению с объемными ТР аналогичного состава.

Этот вывод подтвержден изучением поляризации таких гетероструктур. Исследование поляризации их ФЛ во внешнем магнитном поле В в конфигурации Фарадея, в частности, р"СР1,{В) (Рис.6), позволило разделить вклады в ФЛ, которые дает излучение как ФЭ, так и экситонов, связанных на точечных нейтральных центрах.

Во внешнем магнитном поле В проведено комплексное

1?ь, отн.ед.

а)

Рис. 6. а) - спектры гетероструктуры с КЯ Cdo.2Zno.0Se/ZnSe при селективном возбуждении линией 476.5 нм (2.602 эВ) . Сплошная линия - ФЛ, кружки - циркулярная поляризация ФЛ при циркулярно поляризованном возбуждении, пунктирной линией показан результат разложения полосы ФЛ на полосы излучения ФЭ и экситонов, связанных на точечных нейтральных донорах й°Х. На вставках - энергетические схемы спиновых подуровней для состояний ФЭ (справа) и (слева) в магнитном поле, оптически разрешенные переходы, осуществляющиеся в процессе излучательной рекомбинации, и возможные процессы спиновой релаксации между подуровнями, б) точки - полевая зависимость рМСР1(5), измеренная в спектральных точках 1 и 2, показанных стрелками на части а) рисунка, линии - результат подгонки, в) - диаграмма спиновых подуровней ФЭ, расчитанная с учетом (сплошные линии) и без учета (пунктир) эффекта антипересечения.

исследование поляризационными методами излучения двумерной гетероструктуры, образованной при внедрение субмонослоя Сс13е (0.5 площади покрытия) в матрицу гпЭе: исследованы ФЛ при селективном возбуждении и резонансное комбинационное рассеяние света с переворотом спине (РКРС), происходящее вследствие переходов между спиновьи» подуровнями ФЭ, вызванных взаимодействием с акустическим* фононами.

Измерение полевых и угловых зависимостей спектров РКРС позволяет идентифицировать наблюдавшиеся в спектрах линии (Рис.7) как результат переходов между спиновыми подуровнями ФЭ и спин-флипа электрона.'

В результате сравнения измеренных полевых и угловых зависимостей сдвигов линий РКРС ФЭ с результатами расчетов с использованием четырехуровневой спиновой диаграммы (Рис.8) определены параметры состояний ФЭ: расщепление Д0 между излучательным и безизлучательным дублетами в нулевом магнитном поле и д-факторы электрона и дырки.

0 12 3 4

Рамановский сдвиг, мэВ

Рис. 7. Спектры РКРС, наблюдаемые в геометрии г {о*, о")-г для разных углов 8 наклона магнитного поля В к оси распространения света г. Линии, обозначенные цифрами 1-4, соответствуют переходам, показанным на вставках к рис.8. Линия Е соответствует процессу с переворотом спина электрона.

В.Тл

Б, Тл

Рис. 8. Полевые зависимости сдвигов линий РКРС, показанных на рис.7. Точки - эксперимент, линии результат расчета для диаграмм спиновых подуровней ФЭ, представленных на вставках. Стрелки на вставках -переходы, соответствующие линиям РКРС.

Измерение полевых зависимостей сдвига линии РКРС в конфигурации Фойгта ()аВ)при различных энергиях возбуждающих фотонов Лум позволило найти зависимости До^ех) и (уех) (Рис.9). Величина обменного

взаимодействия для флуктуационных экситонов оказалась плавно зависящей от энергии локализации таких состояний, что указывает на случайный характер распределения атомов Сс1 в плоскости КЯ исследованной структуры, в отличие, например, от более толстых КЯ того же состава, в которых зависимости Д0 от обнаружено не было [9].

Сравнение экспериментальных данных по полевой зависимости интенсивности линий РКРС с результатами

19

до, мэВ;

Рис. 9. Полевые зависимости сдвигов линий РКРС Е (пустые точки) и 4 (черные точки), измеренные для разных энергий возбуждающих фотонов Ь\ех в конфигурации Фойгта (8=90°) . На вставке приведены зависимости параметров Л0 (кружки) и дех (треугольники) от Ьуех, определенные из зависимости сдвига линии 4 от В и ( [Д02+(дехцвВ)2]1/2) ,

а также спектр ФЛ структуры при межзонном возбуждении (сплошная линия).

расчетов, учитывающих различные процессы с переворотом спинов носителей во ФЭ, (Рис.10) указывает на преимущественный вклад в релаксацию возбуждения между спиновыми подуровнями флуктуационных экситонов, который вносят процессы, происходящие с одновременным переворотом разнонаправленных спинов электрона и дырки (Д£у=2), по сравнению с остальными процессами, в частности, происходящими только с переворотом спина дырки (ДГ2=3) .

Линия Эксп. Расчет \F_~2 ДГ=3

1 О Ив

2 а ни

В, Тл

Рис. 10. Полевые зависимости интенсивностей линий РКРС, обозначенных на рис.7 цифрами 1 и 2: светлые точки - эксперимент, точки с крестиками и темные точки -результат расчета для ДКг = 2 и ДР2 = 3, соответственно.

Сравнение результатов исследования полевых зависимостей уширения линий РКРС с результатами расчетов указывает на то, что флуктуации ведут преимущественно к варьированию расщепления ДП1Г безизлучательного дублета ФЭ в нулевом магнитном поле.

Исследованы полевые зависимости степеней оптической ориентации рорс-ог-(В), р2(В) и р1' (В) ФЛ ФЭ при резонансном возбуждении. Сопоставление этих зависимостей с результатами, полученными при исследовании РКРС этой же структуры, показало, что флуктуационные состояния имеют различные величины расщепления Дг излучательного дублета ФЭ в нулевом магнитном поле и времени жизни т ФЭ в этих состояниях. Объяснением этого результата, как и для случая объемных ТР, может быть различная степень

анизотропии состояний образованных кластерами и суперкластерами флуктуационных потенциальных ям [4].

Пятая глава посвящена спектроскопическим

исследованиям флуктуационных состояний с временным разрешением.

При межзонном возбуждении кинетика затухания ФЛ ФЭ объемных ТР Сс131-ь3еь, йпЗ^ьЭеь, гпЗе!-ьТеь исследована с временным разрешением в наносекундном диапазоне. Обнаружено спектральное распределение времени затухания ФЛ ФЭ и установлено, что это время растет при увеличении энергии локализации. К наблюдаемой дисперсии времен ФЛ ФЭ могут привести как процесс спектральной миграции ФЭ, так и уменьшение силы осциллятора оптических переходов при увеличении энергии локализации экситонов.

При межзонном возбуждении исследованы зависимости кривых затухания ФЛ ТР Сс151-ь5еь и гпЭех-ьТе^ от интенсивности возбуждения и температуры, а также зависимость положения максимума полосы ФЛ при непрерывном возбуждении от энергии возбуждающих квантов ¿IV ех. Обнаружено существенное ускорение затухания ФЛ ТР с ростом температуры от 2 до 77 К. В отличие от случая резонансного заселения экситонных состояний, затухание ФЛ оказывается неэкспоненциальным и сильно зависящим от интенсивности возбуждения 1ех - чем меньше 1ех, тем медленнее затухание, а при малых Тех непрерывного возбуждения максимум полосы ФЛ ТР сдвигается в длинноволновую сторону при уменьшении 1ех. Предложена хорошо объясняющая результаты, наблюдаемые при межзонном возбуждении, модель ФЛ ТР, в которой кроме рекомбинации ФЭ, т.е. дырок, локализованных на флуктуациях потенциала,

и электронов, связанных с дыркой кулоновским взаимодействием, учитывается также рекомбинация таких дырок с электронами, локализованными на мелких донорных состояниях.

В линейно поляризованном свете исследована кинетика затухания ФЛ структур с КЯ Сс12пЗе/гпЗе. Анализ полученных экспериментальных данных позволил независимо определить как полное время жизни экситонов Т1Г определяемое рекомбинацией и миграцией энергии, так и время фазовой релаксации Т2, обусловленное процессами спиновой релаксации в ФЭ.

Во внешнем продольном магнитном поле величиной до 8 Тл в конфигурации Фарадея исследована кинетика магнито-циркулярно поляризованной ФЛ гетероструктуры . с КЯ Сс^пБе/гпЗе, что позволило определить время спиновой релаксации ФЭ

Кинетика просветления . в системе ФЭ исследована методом «ритр&ргоЬе» в зависимости от длины волны и энергии импульса накачки Е1тр. Анализ кривых затухания просветления позволил определить времена релаксации ФЭ т и зависимость т от £1тр для разных энергий локализации ФЭ. Противоположные зависимости т(Е1тр) , наблюдающиеся для ФЭ с разной глубиной локализации, объяснены насыщением безлучательной рекомбинации' для глубоких состояний ФЭ и увеличением экситон-экситонного взаимодействия для мелких.

Шестая глава посвящена результатам изучения спектров, кинетики и поляризации ФЛ обработанных водным растворов НЫ03 объемных монокристаллов Сс13е, в т.ч. в магнитное поле в конфигурации Фарадея.

Результаты исследования Ьв-полосы, наблюдаемой в спектре ФЛ при межзонном возбуждении, полностью подтверждают интерпретацию этой полосы как результата излучательной рекомбинации носителей, локализованных в ямах флуктуирующего приповерхностного потенциала в системе полупроводник-электролит [10, § 4.11].

Сравнение экспериментальных результатов с

рассчитанными в двух теоретических моделях, которые рассмотрены в {11], позволяет утверждать, что флуктуации потенциала вызваны беспорядочным распределением противоположно заряженных примесей на поверхности полупроводника, что определяет крупномасштабный характер этих флуктуации. Оценка поверхностной концентрации примесей дала величину порядка (1011-1012) см"2.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации.

В приложение вынесено обсуждение наиболее важных деталей поляризационных измерений.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

Д1. Вербин С.Ю. , Пермогоров С. А., Резницкий А. Я. Поляризованная люминесценция локализованных зкситонов в твердых растворах Сс^х-лБе* // Физика тв. тела. 1983. Т. 25, № 2. С. 346-352. Д2. Пермогоров С. А., Резницкий А.Н., Вербин С.Ю., Лысенко В. Г. Спектральное проявление границы подвижности экситонов в Сс131-хЗех // Письма в Журн. экспер. и теор. физики. 1983. Т. 37, № 8. С. 390-392.

ДЗ. Permogorov S. , Reznitsky Д., Verbin S. , Lysenko V. Exciton mobility edge in CdSi^Se* solid solutions // Solid State Common. 1983. Vol. 47, N 1. P. 5-9.

Д4 . Пермогоров С.А., Резницкий A.H., Вербин С.Ю., Eohv-Бруевич В.А. Дисперсия времен жизни локализованных экситонов в твердом растворе CdSj^Se* // Письма в Журн. экспер. и теор. физики. 1983. Т. 38, № 1. С. 22-25.

Д5. Reznitsky A., Permogorov S. , Verbin S., Naumov A., Korostelin Yu. , Novozhilov V. , Prokov'ev S. Localization of excitons and Anderson transition in ZnSei-,Tex solid solutions // Solid State Commun. 1984. Vol. 52, N 1. P. 13-16.

Дб. Вербин С.Ю., Пермогоров С.А., Резницкий A.H., Козловский В.И., Коростели» JD.B. Люминесценция локализованных экситонов в твердом растворе ZnSi-xSe* // Физика тв. тела. 1985. Т. 27, В' 9. С. 2756-2759.

Д7. Пермогоров С.А., Резницкий А.Н., Вербин С.Ю. Роль локализованных экситонов в люминесценции твердых растворов А2В6 // Изв. АН СССР. Сер. физ, 1985. Т. 49, № 7. С. 2019-2025.

Д8. Permogorov S. , KeznitsJcy A., Verbin S. , Naumov A., von der Osten W. , Stolz H. Exciton localization by compositional fluctuations in II-VI semiconductor solid solutions // J. de Physique. 1985. Vol. 46, N 10. P. C7-173 - C7-177.

Д9. Вербин С.Ю., Пермогоров С.А., Резницкий А.Н., Пендюр Св.А., Таленский О.Н. Экситонное поглощение твердых растворов CdSi_xSex // Физика тв. тела. 1989. Т. 31, № 1. С. 84-88.

Д10. Naumov A., Permogorov S., Reznitsky A., Verbin S., Klochikhin A. Exciton absorption in CdSi-^Se* solid solutions // J. Cryst. Growth. 1990. Vol. 101. P. 713-717.

Д11. Аблукадыров А.Г., Барановский С.Д., ВерЬин С.Ю., Ивченко E.JT. , Наумов А.Ю. , Резницкий А.Н. Фотолюминесценция и туннельная релаксация локализованных экситонов в твердых растворах A2B6 с анионным замещением // Журн. эксп. и теор. физ. 1990. Т. 98, № 6(12). С. 2056-2066.

Д12. Reznitsky A., Naumov A., Verbin S., Aaviksoo J., Reimand I. Exciton and pair recombination through alloy-trapped states in CdSi-^Se* and ZnSe!.xTex solid solutions // J. Luminescence. 1991. Vol. 47. P. 297-301.

Д13. Резницкий А.Н. , Вербмн С.Ю., Яермогоров С.А., Цекун А.Г., Каминский А.Ю. Магнитоциркулярная поляризация люминесценции и туннельная релаксация экситонов в твердом растворе CdSi-xSex // Физика тв. тела. 1995. Т. 37, № 7. С. 2140-2145.

Д14. Reznitsky A.r Tsekoun A., Verbin S., Permogorov S. , Ivchenko E.L., Kaminskii A.Yu. Spin structure of alloy-trapped excitons in CdSi-xSex solid solutions // Mater. Sci. Forum. 1995. Vol. 182-184. P. 297-302.

Д15. Verbin S.Yu., Hellmann R., Baranovskii S.D., Ruckes K., Grigorev S.R., Novikov B.V., Goebel E.O., Thomas P. New luminescence band in II-VI semiconductor crystals with treated surfaces // Mater. Sci. Forum. 1995. Vol. 182-184. P. 279-282.

Д16. Reznitsky A., Verbin S. , Permogorov S. , Kornievsky A., Tenishev L., Kaminskii A.Yu., Gerlach H., Gruen M. , Hetterich M. , Klingshirn C. Magneto-optics of alloy-trapped excitons in CdS-Se solid solutions // Proc.

23rd Intern. Conf. Phys. Semicond. Berlin, 1996. P. 349-352.

Д17. Reznitsky A., Kornievsky A., Permogorov S., Tenishev L. , Verbin S., Kaminskii A.Yu., Ivanov S. , Sorokin S. Circularly polarized exciton emission and fine structure of the luminescence band in Zn^xCdxSe/ZnSe MQWs // J. Luminescence. 1997. Vol. 72-74. P. 869-870

Д18. Пермогоров С. А., Резницкий A.H., Тенишев JI.H, , Корниевский A.B., Вербин С.Ю., Иванов С.В., Сорокин С.В., von der Osten W. , Stolz H., Juette И. Динамика экситонов в структурах с квантовыми ямами ZnCdSe/ZnSe // Физика тв. тела. 1998. Т. 40, № 5. С. 809-810.

Д19. Резницкий А.Н., Корниевский A.B., Киселев A.A., Клочикин A.A., Пермогоров С.А., Вербин С.Ю., Тенишев Л.Н. , Gerlach Я., Hetterich М., Gruen М., Klingshirn С. Оптическая и тепловая ориентация локализованных экситонов в твердых растворах при резонансном возбуждении в продольном магнитном поле // Физика тв. тела. 1998. Т. 40, № 5. С. 900-902.

Д20. Westphaeling R., Bauer S., Klingshirn С., Reznitsky А. , Verbin S. Photoluminescence quantum efficiency of various ternary II-VI semiconductor solid solutions // J. Cryst. Growth. 1998. Vol. 184/185. P. 1072-1075.

Д21. Novikov B.V., Verbin S.Yu. Cadmium sulphide and cadmium selenide // in "Luminescence and related properties of II-VX semiconductors" ed. by D.R.Vij, N.Singh. Nova Science Publishers, Inc. New York. 1998. P. 119-167.

Д22. Ruf Т., Karimov O.Z., Wolverson D. , Davies J.J., Reznitsky A.N., Klochikhin A.A., Verbin S.Yu., Tenishev

L.N., Permogozov S.A., Ivanov S.V. Spin-flip Raman scattering in submonolayer CdSe/ZnSe structures // Physica B. 1999. Vol. 273-274. P. 911-914.

Д23. Klochikhin A., Reznitsky A., Tenishev L., Permogorov S., Verbin S. , Ivanov S.r Sorokin S.r Seisyan R. , Klingshirn C. Fluctuation-trapped exciton states in 2D-semiconductor solid solutions // Proc. of 8th Intern. Symp. "Hanostructures: Physics and Technology". St.Petersburg. 2000. P. 268-271.

Д24. Вербин С.Ю., Гель О. P. Рекомбинация флуктуационных зкситонов в твердых растворах полупроводников II-VI с анионным замещением // Вестник С.-Петерб. ун-та. Сер. 4: Физика,химия. 2000. Вып. 1 {№ 4). С. 13-19.

Д25. Permogorov S., Ока Y., Pittini R., Shen J.X., Kayanuma К., Reznitsky А. , Tenishev L. , Verbin S. Direct study of spin relaxation processes in 2D ZnCdSe/ZnSe systems through time resolved measurements of polarized exciton emission // Proc. 25th Intern. Conf. Phys. Semicond. Osaka, 2000. P. 643-644.

Д26. Oka Y., Permogorov S., Pittini R., Shen J.X., Kayanuma K. , Reznitsky A., Tenishev L. , Verbin S. Spin relaxation times of exciton states in ZnCdSe/ZnSe low dimensional heterostructures // Physica E. 2001. Vol. 10. P. 315-319.

Д27. Verbin S.Yu., Karimov O.Z., Reznitsky A.N., Klochikhin A.A., Ruf Т., Tenishev L.N., Permogorov S.A., Ivanov S.V., Wolverson D., Davies J.J. Fine structure and spin relaxation of excitons localized at CdSe sub-monolayer insertions in a ZnSe matrix // phys. stat. sol. (b). 2001. Vol. 224, N 2. P. 545-549.

Д28. Вербин С.Ю. Магнито-поляризационная спектроскопия флуктуационных электронных состояний // Вестник С.-Петерб. ун-та. Сер. 4: Физика,химия. 2003. Вып. 2. (N 12). С. 21-41.

Д29. Ignatiev 1.4., Cerlovin I.Ya., Ikezawa M., Kalevich V.K., Verbin S.Yu., Masumoto Y. Long-lived spin polarisation in the charged InP quantum dots // Physica E. 2003. Vol. 17. P. 361-364.

Д30. Reznitsky A., Klochikhin A., Permogozov S., Tenishev L. , Verbin S.Yu., Kalt H., Klingshirn C. Characterization of the emitting states in quantum wells with planar nanoislands by polarization spectroscopy // Amer. Inst, of Phys. Conf. Proc. 2005. Vol. 772, part B. P. 935-936. '

Литература

1. Экситоны. Под ред. Э.И.Рашбы и М.Д.Стерджа. // Изд. «Наука». М. 1985. 616 с.

2. Permogorov S., Reznitsky A. Effect of disorder on the optical spectra of wide-gap II-VI semiconductor solid solutions // J. Lumin. 1992. Vol. 52. P. 201-223.

3. Лифшиц И.М. Теория флуктуационных уровней в неупорядоченных системах // Журн. Эксп. и Теор. Физики. 1967. Т. 53, № 2(8). С. 743-758.

4. Клочихин А.А., Пермогоров С.А., Резницкий А.Н. Люминесценция экситонов из флуктуационных хвостов плотности состояний в неупорядоченных твердых растворах // Физика тв. тела. 1997. Т. 39, № 7. С. 1170-1182.

Halperin B.I., Lax M. Impurity band tails in the high density limit. // Phys. Rev. A.

I. 1966. Vol. 148, N 2. P. 722-740.

II. 1967. Vol. 153, N 3. P. 802-814.

5. Ridley B.K. Quantum processes in semiconductors. 2nd edition. Clarendon, Oxford. 1982. 354 p.

7. Ивченко Е.Л., Каминский A.JO. Оптически детектируемое антипересечение уровней локализованных экситонов в полупроводниках // Физика тв. тела. 1995. Т. 37, № 5. С. 1418-1428.

3. Dzhioev R.I., Gibbs Н.М. , Ivchenko E.L., Khitrova G., Korenev V.L., Tkachuk M.N. , Zakharchenya B.P. Determination of interface preference by observation of linear-to-circular polarization conversion under optical orientation of excitons in type-II GaAs/AlAs superlattices // Phys. Rev. B. 1997. Vol. 56, N 20. P. 13405-13413.

9. Puis J., Henneberger F. Electron-hole exchange interaction of excitons in quantum wells // phys. Stat. sol. (a). 1997. Vol. 164, N 1. P. 499-504.

10. Киселев В.А., Новиков Б.В., Чередниченко А.Е. // Экситонная спектроскопия приповерхностной области полупроводников. Изд-во СПбГУ. СПб. 2003. 244 с.

11. Шкловский Б.И., Барановский С.Д. Две модели туннель-

j

ной излучательной рекомбинации в неоднородных полупроводниках // ФТП. 1989. Т. 23, № 1. С. 146-151

Отпечатано копировально-множительным участком отдела обслуживания учебного процесса физического факультета СПбГУ. Приказ № 571/1 от 14.05.03. Подписано в печать 28.04.06 с оригинал-макета заказчика. Ф-т 30x42/4, Усл. печ. л. 2. Тираж 100 экз., Заказ № 310/с 198504, СПб, Ст. Петергоф, ул. Ульяновская, д. 3, тел. 428-43-00.

ВВЕДЕНИЕ.

Положения, выносимые на защиту.

Глава 1. ФЛУКТУАЦИОННЫЕ ЭКСИТОННЫЕ СОСТОЯНИЯ В ОБЪЕМНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ II-VI ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

§ 1.1 Проявление локализации экситонов флуктуационными состояниями в спектрах низкотемпературной фотолюминесценции твердых растворов полупроводников с анионным замещением

1.1.1 ТР Сс131-ь3еь.

1.1.2 ТР ЯпБ^ьБеь.

1.1.3 ТР гпБе^-ьТеь.

§ 1.2 Роль флуктуационных экситонов в переносе электронного возбуждения в твердых растворах полупроводников.

§ 1.3 Квантовый выход фотолюминесценции твердых растворов полупроводников.

§ 1.4 Туннельная релаксация флуктуационных экситонов и форма полосы низкотемпературной фотолюминесценции в твердых растворах

1.4.1 Общие соображения

1.4.2 Экспериментальные результаты.

1.4.3 Теоретический расчет: оценки.

1.4.4 Уточненный теоретический расчет.

Влияние такой характеристики полупроводников, как неупорядоченность, на их свойства привлекает к себе внимание исследователей уже в течение длительного времени. Непрекращающийся интерес к этому направлению физики полупроводников обусловлен разнообразием и сложностью теоретических и экспериментальных проблем в данной области, а также перспективами, которые открываются в случае решения этих проблем, как в фундаментальных исследованиях полупроводников, так и в их применении в прикладных целях.

Вызванные неупорядоченностью эффекты часто удобно анализировать как результат флуктуаций различных параметров полупроводника относительно величин этих параметров, характерных для идеально упорядоченной структуры. Во многих полупроводниковых системах - твердых растворах (ТР), гетероструктурах с пониженной размерностью и др. их неупорядоченность приводит к флуктуациям электронного потенциала.

Основой для написания данной диссертации стали опубликованные в [Д1-Д30] результаты спектроскопических исследований свойств электронных состояний, энергия которых определяется таким флуктуирующим потенциалом, а также влияния этих состояний*' на процессы переноса электронного возбуждения в полупроводниковых системах.

Ниже будет показано, что возникновение флуктуационных состояний является свойством, характерным для неупорядоченных полупроводниковых систем. Поэтому, с одной стороны, влияние таких состояний на оптические и транспортные свойства в определенных условиях часто оказывается доминирующим, с другой - несмотря на разнообразие физической природы флуктуаций, вызывающих появление флуктуационных состояний в различных полупроводниковых системах, эти состояния обладают рядом общих свойств.

Вследствие увеличения в последние годы интереса к спинтронике - применению в прикладных целях эффектов, определяемых спиновыми свойствами электронных состояний в полупроводниковых структурах, исследование спиновой структуры флуктуационных электронных состояний и роли

Локализованные в таких состояниях экситоны в работе Агекяна и др. [1] были названы флуктуационными (ФЭ). Этот термин, представляющийся весьма удачным, будет для краткости применяться ниже и к самим электронным состояниям, локализованным в результате флуктуаций потенциала в неупорядоченных полупроводниковых системах. процессов релаксации электронного возбуждения в неупорядоченных полупроводниковых системах с участием таких состояний, являющееся целью данной диссертации, оказывается весьма актуальным.

Для решения этой задачи наиболее удачными представляются методы магнито-поляризационной спектроскопии, т.е. исследование зависимости влияния внешнего магнитного поля на поляризацию оптических спектров, поскольку с одной стороны эта поляризация зависит от спиновых свойств электронных состояний и процессов их релаксации, а с другой - на них можно повлиять, прикладывая внешнее магнитное поле.

Ниже предельно кратко изложены необходимые общие сведения о возникновении флуктуационных состояний в неупорядоченных полупроводниковых системах и магнито-поляризационных методах их исследования.

Актуальность изучения свойств ТР обусловлена широким применением их в полупроводниковой технике, в том числе при создании полупроводниковых структур, что, в свою очередь, определяется их важнейшим свойством - изменением ширины запрещенной зоны Ед и постоянной кристаллической решетки ар при варьировании состава ТР.

Из всего многообразия полупроводниковых ТР будут рассмотрены только изоэлектронные, т.е. такие, в которых атомы, замещающие друг друга в узлах кристаллической решетки, имеют одинаковое строение внешних электронных оболочек. В результате такого замещения кристаллическая решетка хотя и искажается, но ее существенной перестройки не происходит.

Свойства изоэлектронных ТР могут быть в первом приближении достаточно хорошо описаны в модели т.н. идеального «виртуального кристалла» (ВК) - твердого тела с идеальной решеткой, в псевдоузлах которой расположены псевдоатомы, одинаковые для эквивалентных узлов и изоэлектронные с атомами, образующими реальный ТР. Параметры решетки и псевдоатомов ВК получают интерполяцией параметров решетки и атомов соединений, образующих ТР. Таким образом, химический состав ВК постоянен по объему и определяется соотношением долей этих соединений в реальном ТР. Модель ВК позволяет в некотором приближении описать зависимости Ед и ар от состава ТР.

Другое общее свойство ТР - их неупорядоченность проявляется в локальных пространственных флуктуациях химического состава реальных ТР и расположения узлов решетки в них относительно положения узлов решетки в ВК. Первую разновидность таких флуктуаций называют композиционным, а вторую - позиционным беспорядком. Из общих соображений, очевидно, что такое деление носит весьма схематический характер, и в неупорядоченность реальных ТР вносят вклад оба типа беспорядка, хотя один из них при этом может доминировать. В тех случаях, когда варьирование состава ТР приводит также и к изменениям симметрии его кристаллической решетки, неупорядоченность ТР может проявляться в появлении дефектов упаковки, влияние которых на оптические спектры ТР подробно исследовано в работах Федорова, Новикова и др. (см., например, [2; 3]).

К моменту начала исследований, обсуждаемых в диссертации, уже было известно, что приближение ВК оказывается недостаточным для описания свойств объемного полупроводникового ТР с изоэлектронным замещением Сс^-ьЭеь, поскольку существенное влияние на эти свойства оказывает неупорядоченность ТР, а именно пространственные флуктуации его состава [4-7]. Вследствие зависимости энергетического положения электронных зон ТР от его состава такие флуктуации приводят к ряду явлений, характерных именно для ТР: возникновению в нем хаотического потенциального рельефа, размытию краев зон проводимости и валентной и, как следствие, к образованию в запрещенной зоне «хвостов» плотности состояний. Чем больше величина флуктуации, тем меньше вероятность ее возникновения, поэтому плотность состояний будет спадать вглубь запрещенной зоны. При этом состояния с достаточно малой плотностью окажутся локализованными.

Хорошо известно, что процессы переноса энергии в полупроводниках осуществляются преимущественно с участием экситонов (см., например, монографию [8]). При локализации в таких состояниях хотя бы одного из образующих экситон носителей происходит и локализация экситона, что при определенных условиях может привести к изменению характера переноса энергии в ТР. Этим эффектом было объяснено обнаруженное в низкотемпературных спектрах фотолюминесценции (ФЛ) Сс^х-ьЭеь преобладание интенсивной неоднородно уширенной полосы излучения ФЭ [8, доп. к гл.9; 9]. Дальнейшие исследования низкотемпературных спектров ТР 11-У1 полупроводников показали, что изменение характера переноса энергии в ТР в результате возникновения ФЭ является достаточно общим свойством ТР, в которых замещение происходит в анионной подрешетке [Д7; Д8 ] .

Достигнутые в последнее время успехи в технологии эпитаксиального роста привели к созданию широко применяемых в прикладных целях разнообразных полупроводниковых гетероструктур с пониженной размерностью, в том числе структур с квантовыми ямами

КЯ) , на исследовании которых сосредоточены сейчас основные усилия в современной физике полупроводников. Вследствие квантового ограничения движения носителей в таких структурах роль экситонных эффектов в них оказывается даже еще большей, чем в объемных полупроводниках. Довольно часто характер переноса энергии в полупроводниковых гетероструктурах также существеннейшим образом определяется локализацией во флуктуационных состояниях. К возникновению таких состояний в гетероструктурах приводят как присущие только им флуктуации размеров КЯ, так и флуктуации состава ТР, почти всегда применяемых при выращивании гетероструктур для получения нужных значений Ед и ар. В результате понижения размерности в квантово-ограниченных структурах влияние флуктуационных состояний на процессы переноса в них может весьма усиливаться по сравнению с объемными ТР полупроводников [Д23].

Наибольшее внимание к настоящему времени сосредоточено на исследованиях структур на базе 111-У полупроводников в силу более развитой технологии их создания. Однако по-прежнему актуальной задачей остается совершенствование технологии выращивания более широкозонных полупроводников и структур на их основе для изготовления оптоэлектронных приборов, работающих в более коротковолновой части оптического диапазона. Достижение этой цели связывается с развитием исследований структур на базе широкозонных II-VI полупроводников и, в самое последнее время, также и нитридов металлов III группы. Усилия, сосредоточенные на создании структур на базе нитридов, все еще наталкиваются на ряд проблем, решению которых может способствовать их анализ методами, разработанными при исследовании структур на базе II-VI полупроводников, таких как халькогениды кадмия и цинка.

Магнито-поляризационные методы исследования успешно применяются в физике твердого тела достаточно давно (см., например, обзор [10]). Эти методы широко используются и при изучении II-VI полупроводников и систем на их основе, однако до недавнего времени основное внимание уделялось исследованию так называемых полумагнитных полупроводников. Их катионная подрешетка содержит ионы переходных металлов (чаще всего Мп2+) с некомпенсированными спинами, поэтому в результате обменного взаимодействия носителей с такими ионами магнитооптические эффекты в этих полупроводниках усиливаются на порядки по сравнению с наблюдаемыми для обычных полупроводников (см., например, [11]).

Кроме того, при исследовании неупорядоченных полупроводниковых систем, важнейшей особенностью которых является неоднородное уширение их спектров, неприменимы магнитооптические методы в их традиционном виде, связанные с точным измерением сдвигов и расщеплений достаточно узких спектральных линий. Тем не менее, как будет показано, методы магнито-поляризационной спектроскопии могут быть с успехом применены и в случае немагнитных полупроводниковых неупорядоченных систем, даже когда неоднородное уширение спектров существенно превышает расщепление спиновых подуровней.

В настоящей диссертации приведены результаты исследования свойств флуктуационных электронных состояний, прежде всего экситонных, в таких системах на базе немагнитных широкозонных II-VI полупроводников халькогенидов кадмия и цинка, как объемные ТР, гетероструктуры и приповерхностный слой полупроводника, обработанного электролитом. В низкотемпературных спектрах ФЛ всех этих систем преобладает интенсивная неоднородно уширенная полоса рекомбинации флуктуационных электронных состояний.

После обзора в главе 1 общих свойств ФЭ, проявляющихся в спектрах низкотемпературной ФЛ объемных ТР II-VI полупроводников, в следующих главах будут изложены результаты более детального анализа свойств флуктуационных электронных состояний методами магнитополяризационной спектроскопии, когда данные о спиновой структуре и процессах релаксации таких состояний, включая динамику переходов между их спиновыми подуровнями, удавалось получить даже в условиях превышающего расщепление спиновых подуровней неоднородного уширения спектров. В главе 2 рассмотрены результаты исследования структуры спектров поглощения и магнитного кругового дихроизма, в главах 3 и 4 - влияния внешнего магнитного поля на поляризацию ФЛ в ТР и вторичного излучения гетероструктур, соответственно. Глава 5 посвящена спектроскопическим исследованиям с временным разрешением, глава 6 - исследованию приповерхностных флуктуационных состояний в системе полупроводник-электролит.

Результаты, полученные при систематическом исследовании с применением различных магнито-поляризационных экспериментальных методик, позволили не только проанализировать энергетическую структуру и спиновые свойства флуктуационных электронных состояний и процессы релаксации в них, но и сделать выводы о границах возможностей таких методик, а также о степени применимости при таком анализе существующих теоретических моделей.

Большинство экспериментальных результатов, обсуждаемых в диссертации, были получены при гелиевых температурах (Т = 1.6 - 5 К). В тех случаях, когда использовались более высокие температуры, это будет специально отмечаться в тексте. Существенные особенности проведенных экспериментов, а также имевшиеся данные о структуре экситонных зон и правилах отбора для экситонных переходов в 11-У1 полупроводниках [8; 12] будут приведены в соответствующих параграфах. Здесь же отметим только, что все исследованные бинарные полупроводники, ТР и полупроводниковые структуры были прямозонными. В Приложение вынесено обсуждение наиболее важных деталей спектральных измерений, которые могут представить интерес при исследовании поляризационных характеристик излучения любых объектов.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

I. Модуляция полевой зависимости циркулярной поляризации люминесценции флуктуационных экситонов в продольном магнитном поле является результатом их теплового перераспределения между оптически активными и неактивными спиновыми подуровнями, испытывающими антипересечение в магнитном поле.

II. Линейная поляризация люминесценции, обнаруженная при резонансном возбуждении линейно поляризованным светом (оптическое выстраивание) полупроводниковых твердых растворов и гетероструктур в изотропной геометрии, отражает скрытую анизотропию системы флуктуационных экситонов.

III. В системе флуктуационных экситонов существуют состояния с различной степенью анизотропии, что приводит к нелоренцевой зависимости степени оптического выстраивания флуктуационных экситонов от величины продольного магнитного поля.

IV. Характер переноса электронного возбуждения в двумерных полупроводниковых структурах при низких температурах определяется локализацией экситонов во флуктуационных состояниях даже в том случае, когда в объемных TP полупроводников аналогичного состава влияния таких состояний на процессы переноса не наблюдается и при самых низких температурах.

V. Величина обменного взаимодействия для флуктуационных экситонов увеличивается с ростом энергии локализации таких состояний.

VI. Процессы, происходящие с одновременным переворотом разнонаправленных спинов электрона и дырки, дают преимущественный вклад в релаксацию возбуждения между спиновыми подуровнями флуктуационных экситонов по сравнению с остальными процессами, в частности, происходящими только с переворотом спина дырки.

VII. Флуктуации потенциала в приповерхностном слое обработанных электролитом полупроводников вызваны беспорядочным распределением противоположно заряженных примесей на поверхности полупроводника, что определяет крупномасштабный характер флуктуаций.

4. Результаты исследования как поляризации излучения, так и формы полосы низкотемпературной ФЛ гетероструктур с КЯ из ТР 11-У1 полупроводников с замещением в катионной подрешетке, а также из ТР Ш-У полупроводников, свидетельствуют о существенном возрастании эффекта локализации экситонов во флуктуационных состояниях в низкоразмерных гетероструктурах по сравнению с объемными ТР аналогичного состава.

5. Величина обменного взаимодействия для флуктуационных экситонов оказалась непрерывно зависящей от энергии локализации таких состояний, что указывает на случайный характер распределения атомов Сс1 в плоскости КЯ исследованной структуры.

6. Обнаружено, что преимущественный вклад в релаксацию возбуждения между спиновыми подуровнями флуктуационных экситонов вносят процессы, происходящие с одновременным переворотом разнонаправленных спинов электрона и дырки по сравнению с остальными процессами, в частности, происходящими только с переворотом спина дырки.

7. Сравнение экспериментальных результатов исследования спектров ЪЭ-полосы ФЛ системы полупроводник Сс^е-электролит с полученными в двух теоретических моделях позволяет утверждать, что флуктуации потенциала вызваны беспорядочным распределением противоположно заряженных примесей на поверхности полупроводника, что определяет крупномасштабный характер флуктуаций. *

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность профессорам Борису Владимировичу Новикову, Сергею Александровичу Пермогорову и Александру Наумовичу Резницкому, в сотрудничестве с которыми была выполнена большая часть работ, вошедших в диссертацию, и чье постоянное благожелательное внимание помогало мне на протяжении всей научной деятельности.

Мне приятно поблагодарить профессоров

С.Д.Барановского, Е.Л.Ивченко и А.А.Клочихина за многочисленные полезные обсуждения экспериментальных результатов, всех своих соавторов, принимавших участие в проведении данной работы на разных ее этапах, а также сотрудников кафедры и отдела физики твердого тела СПбГУ и лаборатории оптики твердого тела ФТИ РАН, чья помощь и поддержка способствовали выполнению этой работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены результаты исследования поляризационными методами флуктуационных электронных состояний в неупорядоченных полупроводниковых системах разного типа (твердые растворы (ТР), гетероструктуры с квантовыми ямами (КЯ), обработанная электролитом поверхность полупроводника) на базе немагнитных широкозонных 11-У1 полупроводников - халькогенидов кадмия и цинка. Полученные, в т.ч. в условиях приложения внешнего магнитного поля В, результаты демонстрируют, что поляризационная спектроскопия позволяет получить многообразную информацию как о структуре и энергетическом спектре, так и о временах релаксации флуктуационных состояний.

В начале диссертации излагаются результаты исследований, показавшие, что эффективность локализации во флуктуационных экситонных (ФЭ) состояниях в ТР разного типа различна и что теоретические модели, в которых плотность флуктуационных состояний в ТР рассчитывалась, исходя из предположения о подчинении флуктуаций состава в ТР гауссовой статистике, не могут полностью охарактеризовать реальную ситуацию. Измерение «хвоста» поглощения, формируемого флуктуационными состояниями, показало, что он описывается экспоненциальным законом Урбаха, который также не может быть объяснен в таких моделях. Эти результаты стимулировали разработку новой, близкой к модели изоэлектронных ловушек, модели возникновения флуктуационных состояний в ТР на кластерах из небольшого числа изоэлектронных замещающих атомов.

При сравнении результатов расчетов энергетического распределения и формы полосы фотолюминесценции (ФЛ) ФЭ в модели туннельной релаксации ФЭ с экспериментальными не удалось добиться их полного согласия, что стимулировало разработку новой модели процессов релаксации ФЭ в ТР на базе классической теории протекания по перекрывающимся сферам.

Основное внимание в работе было уделено изучению свойств ФЭ методами поляризационной спектроскопии во внешнем магнитном поле.

При исследовании пропускания циркулярно поляризованного света ТР Сс^х-ьБеь на длинноволновом краю поглощения ФЭ в продольном магнитном поле был обнаружен эффект магнитного кругового дихроизма, возникающий в результате зеемановского сдвига между спиновыми подуровнями ФЭ. Измерение величины и знака этого эффекта позволило определить д-факторы ФЭ и дырки.

При исследовании ФЛ ФЭ во внешнем магнитном поле в конфигурации Фарадея обнаружена циркулярная поляризация ФЛ (МЦПЛ), возникающая вследствие тепловой ориентации угловых моментов экситонов, которая происходит в результате их спиновой релаксации на нижний из излучательных спиновых подуровней, расщепленных продольным магнитным полем. В такой модели удалось объяснить обнаруженные спектральную и полевую зависимости МЦПЛ.

При резонансном возбуждении линейно поляризованным светом в изотропной геометрии обнаружена линейная поляризация р1 люминесценции ФЭ, которая отражает скрытую анизотропию в макроскопически изотропной системе флуктуационных экситонов. Обнаружена зависимость степени этой поляризации р1(Ъуех) от длины волны возбуждающего света и показано, что она отражает как зависимость степени анизотропии флуктуационных состояний от глубины их локализации, так и усиление процесса туннельной релаксации из локализованных состояний при уменьшении глубины их локализации. Последний эффект использован для определения положения порога подвижности в системе флуктуационных экситонов.

Исследованы полевые зависимости степеней оптической ориентации рор(:"ог'(В) , р1{В) и р1' (В) ФЛ ФЭ в конфигурации

Фарадея при резонансном возбуждении как ТР, так и гетероструктур с КЯ, что, в частности, позволило разделить вклады в ФЛ, которые дает излучение как ФЭ, так и экситонов, связанных на точечных нейтральных центрах.

При исследовании поляризационными методами во внешнем магнитном поле полевых и угловых зависимостей спектров резонансного комбинационного рассеяния света с переворотом спина (РКРС) определены параметры состояний ФЭ, их зависимость от энергии локализации и оценен вклад различных процессов релаксации спинов носителей.

Процессы релаксации ФЭ изучены также с использованием спектроскопии с временным разрешением. При исследовании кинетики затухания ФЛ ФЭ в объемных ТР при межзонном возбуждении обнаружено, что время затухания ФЛ ФЭ растет при увеличении энергии локализации, и что в модели ФЛ ТР кроме рекомбинации ФЭ должна учитываться также рекомбинация локализованных флуктуациями дырок с электронами, локализованными на мелких донорных состояниях.

Для структур с КЯ Сс^пБе/гпЗе исследованы кинетика магнито-циркулярно поляризованной ФЛ во внешнем продольном магнитном поле в конфигурации Фарадея и кинетика затухания ФЛ в линейно поляризованном свете. Анализ полученных экспериментальных данных позволил определить времена как спиновой, так энергетической релаксации ФЭ.

Анализ кривых затухания просветления, полученных методом «ритр&ргоЬе», позволил определить времена релаксации ФЭ т и объяснить противоположные зависимости т от энергии импульса накачки Е1тр/ обнаруженные для разных энергий локализации ФЭ.

Исследование спектров, кинетики и поляризации ЪЭ-полосы, наблюдаемой в спектре ФЛ системы полупроводник Сс13е-электролит, в т.ч. в магнитном поле в конфигурации Фарадея, полностью подтвердило интерпретацию этой полосы как результата излучательной рекомбинации носителей, локализованных в ямах флуктуирующего приповерхностного потенциала в системе полупроводник-электролит, и позволило определить масштаб флуктуаций.

1. Fedorov D.L. Spectroscopy of II-VI semiconductor solid solutions with structural phase transitions // J. Luminescence. 1992. Vol. 52, N 1-4. P. 233-242.

2. Permogorov S., Reznitskii A., Travnikov V., Verbin S., Muller G.O., Floegel P., Nikiforova M. Emission of localized excitons in mixed CdSixSex solid solutions // phys. stat. sol. (b). 1981. Vol. 106, N 1. P. K57-K60.

3. Permogorov S., Reznitsky A., Travnikov V., Verbin S., Muller G.O., Nikiforova M. Resonant secondary emission of localized excitons in CdSixSex solid solutions // J. Lumin. 1981. Vol. 24/25, pt. 1. P. 409-412.

4. Permogorov S., Reznitsky A., Verbin S., Muller G.O.,

5. Floegel P., Nikiforova M. Localized excitons in CdSi xSex solid solutions // phys. stat. sol. (b) . 1982. Vol. 113, N 2. P. 589-600.

6. Cohen E., Sturge M.D. Fluorescence line narrowing, localized exciton states, and spectral diffusion in the mixed semiconductor CdSxSeix 11 Phys. Rev. B. 1982. Vol. 25, N 6. P. 3828-3840.

7. Экситоны. Под ред. Э.И.Рашбы и М.Д.Стерджа. // Изд. «Наука». М. 1985. 616 с.

8. Вербин С.Ю. Люминесценция экситонов, локализованных флуктуациями состава, в твердом растворе CdS!xSex // Дисс. на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук. Ленинград. 1986. 216 с.

9. Запасский B.C., Феофилов П. П. Развитие поляризационной магнитооптики парамагнитных кристаллов // Успехи физ. наук. 1975. Т. 116, № 1. С. 41-78.

10. Кусраев Ю.Г. Фото- и магнитоиндуцированные эффекты в полумагнитных полупроводниках и квантоворазмерных структурах // Дисс. на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. С-Петербург. 2000. 255 с.

11. Физика и химия соединений Ai:cBVI (сборник обзорных статей под ред. М.Авен) // Изд. «Мир», М., 1970. 624 с.

12. Huang S.-M., Satoh S., Mochizuki К., Igaki К. Growthof zinc sulfo-selenide single crystals and their near band-edge photoluminescence // Jap. J. Appl. Phys. 1983. Vol. 22, N 4. P. 674-676.

13. Mochizuki K. , Suzuki K. Effect of stoichiometry control on the photoelectrical properties of ZnSixSex //phys. stat. sol.(a). 1984. Vol. 85, N 1. P. 249-256.

14. Суслина JI.Г., Федоров Д-Л. , Конников С.Г., Коджеспиров Ф.Ф., Андреев А.А., Шарлай Е.Г. Концентрационная зависимость ширины запрещенной зоны смешанных кристаллов ZnSxSeix // Физика и техн. полупр. 1977. Т. 11, № 10. С. 1934-1937.

15. Brafman О., Chang I.F., Lengyel G., Mitra S.S., Carnall E. Optical phonons in ZnSixSex mixed crystals // Phys. Rev. Lett. 1967. Vol. 19, N 19. P. 1120-1122.

16. Недеогло Д. Д., Симашкевич В. В. Электрические и люминесцентные свойства селенида цинка // Изд. Штиинца. Кишинев. 1984. 152 с.

17. Goede О., Heimbrodt W. , Miller R. CdSixTex as persistence-type semiconductor mixed crystals // phys. stat. sol. (b) . 1981. Vol. 105, N 2. P. 543-550.

18. Hoshina TKawai H. Luminescence Excitation spectra and their exciton structures of ZnS phosphoros. II. A1 and Те doped phosphoros // Jap. J. Appl. Phys. 1980.1. Vol. 19, N 2. P. 279-287.

19. Goede 0. , Heimbrodt N. Isoelectronic impurity Те in CdSixSex mixed crystals // phys. stat. sol. (b) . 1982. Vol. 110, N 2. P. 175-178.

20. Aven M. , Garwacki W. Mechanism of charge transport and light emission in ZnSexTeix p-n junctions // J. Appl. Phys. 1967. Vol. 38, N 5. P. 2302-2312.

21. Иванова Г.H., Недеогло Д.Д. , Новиков Б.В., Талалаев В. Г. Люминесценция связанных экситонных комплексов в монокристаллах ZnSe // Физика тв. тела. 1981. Т. 23, № 9. С. 2693-2699.

22. Larach SShrader R.E., Stocher S.F. Anomalous variation of band gap with composition in zinc sulfo-and seleno-tellurides // Phys. Rev. 1957. Vol. 108, N 3. P. 587-589.

23. Резницкий А. К. Электронные состояния, локализованные флуктуациями состава, в твердых растворах полупроводников // Дисс. на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. Санкт-Петербург. 1992. 299 с.

24. Наумов А.Ю. Локализованные экситоны в полупроводниковых твердых растворах ZnSeixTex // Дисс. на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук. Ленинград. 1987. 144 с.

25. Mariette Я., Marfaing Y., Camassel J. Evidence for disorder-enhanced-polariton structure versus localized excitons in II-VI alloy semiconductors // Proc. 18 Int. Conf. on Phys. Semicond. (Stockholm, 1986). Vol. 2. P.1405-1408.

26. Бродин M.C., Витриховский Н.И., Гоер Д.Б. Структура экситонных спектров, спонтанное и стимулированное излучение монокристаллов ZnSe и ZnxCdixSe // УФЖ. 1970. Т.15, № 4. С.587-593.

27. Бродин М.С., Гоер Д.Б., Мацко М.Г. Спонтанная люминесценция кристаллов ZnxCdixTe // УФЖ. 1972. Т. 17, № 8. С.1264-1270.

28. Бродин М. С. , Тищенко В. П., Шевель С. Г. Низкотемпературная люминесценция смешанных монокристаллов ZnxCdixS // Физика и техн. полупр. 1975. Т.9, № 4. С. 774-777.

29. Суслина Л.Г., Плюкин А.Г., Федоров Д.Л. Люминесценция смешанных кристаллов ZnxCdixS в условиях резонансного возбуждения // Изв. АН СССР. 1976. Т.40, № 9. С. 19941997 .

30. Suslina L.G.f Plyukhin A.G., Goede ОHennig D. Compositional fluctuation-induced broadening of bound-exciton lines in II-VI semiconductor mixed crystals //phys. stat. sol. (b). 1979. Vol. 94, N 2. P. K185-K189.

31. Пермогоров С. А., Наумов А.Ю. , Тенишев JI.H., Резницкий А.Н. , Федоров Д.Л. Люминесценция свободных экситонов в неупорядоченных твердых растворах ZnCdSe. // Физика тв. тела. 1995. Т. 37, № 8. С. 2466-2475.

32. Lai S., Klein M.V. Evidence for exciton localization by alloy fluctuations in indirect-gap GaAsixPx // Phys. Rev. Lett. 1980. Vol. 44, N 16. P. 1087-1090.

33. Lai S.T., Klein M.V. Photoluminescence study of excitons localized in indirect-gap Evidence for exciton localization by alloy fluctuations in indirect-gap GaAsixPx // Phys. Rev. B. 1984. Vol. 29, N 6. P. 32173224.

34. Permogorov S., Reznitskii A. Alloy-trapped excitons and energy transfer in II-VI semiconductor solid solutions // Proc. Intern. Conf. «Excitons-84». Gustrow, GDR. 1984. Pt. II. P. 194-211.

35. Permogorov S., Reznitsky A. Effect of disorder on the optical spectra of wide-gap II-VI semiconductor solid solutions // J. Lumin. 1992. Vol. 52. P. 201-223.

36. Reznitsky A., Klochikhin A. r Permogorov S. Percolation and localization in disordered solid solutions // in «Spectroscopy of systems with spatiallyconfined structures», ed. by B.Di Bartolo. 2003. NATO Science series II. Vol. 90. P. 419-464.

37. Juhl A., Bimberg D. Calorimetric absorption and transmission spectroscopy for determination of quantum efficiencies and characterization of ultrathin layers and nonradiative centers // J. Appl. Phys. 1988. Vol. 64, N 1. P. 303-309.

38. Насибов А.С., Суслина JI.Г. , Федоров Д.Л., Коростелин Ю.В., Шапкин П.В. , Марков Л.С. Экситонные механизмы в излучательных процессах идеальных твердых растворов полупроводников (система ZnxCdixSe 0<х<1) // Физика тв. тела. 1989. Т. 31, № 10. С. 70-78.

39. Ruber D.L., Ching W.Y. Generalized models for spectral transfer in disordered systems // Phys. Rev. B. 1978. Vol. 18, N 10. P. 5320-5325.

40. Shevel S., Fisher R. , Goebel E.O., Noll G., Thomas P. , Klingshirn C. Picosecond luminescence of excitons localized by disorder in CdSxSei-x // J. Lumin. 1987. Vol. 37, N 1. P. 45-50.

41. Gourdon C.r Lavallard P. Exciton transfer between localized states in CdSixSex alloys // phys. stat. sol. (b). 1989. Vol. 158, N 2. P. 641-652.

42. Абдукадыров А. ГБарановский С. Д., Ивченко Е.Л.

43. Reznitsky А., Baranovsky S.D., Tsekoun А., Klingshirn С. Recombination of alloy-traped excitons in ternary solid solutions with common cation components // Phys. Stat. Sol. (b). 1994. Vol.184, N 1. P. 159-170.

44. Клочихин А. А., Пермогоров С. А., Резницкий A. H. Люминесценция экситонов из флуктуационных хвостов плотности состояний в неупорядоченных твердых растворах // Физика тв. тела. 1997. Т. 39, № 7. С. 1170-1182.

45. Klochikhin A., Reznitsky A., Permogorov S.f Breitkopf Т., Gruen М. ,, Hetterich М., Klingshirn СLyssenko V., Langbein W., Hvam J.M. Luminescence spectra and kinetics of disordered solid solutions // Phys. Rev. B. 1999. Vol. 59, N 20. P. 12947-12972.

46. Halperin B.I., Lax M. Impurity band tails in the high density limit. I. Minimum counting methods // Phys. Rev. A. 1966. Vol. 148, N 2. P. 722-740.

47. Halperin B.I., Lax M. Impurity band tails in the highdensity limit. II. Higher order corrections // Phys. Rev. A. 1967. Vol. 153, N 3. P. 802-814.

48. Лифшиц И.М. 0 структуре энергетического спектра и квантовых состояниях неупорядоченных конденсированных систем // Успехи физич. наук. 1964. Т. 83, № 4. С. 617663.

49. Лифшиц И.М. Теория флуктуационных уровней в неупорядоченных системах // Журн. Эксп. и Теор. Физики. 1967. Т. 53, №2(8). С. 743-758.

50. Алферов Ж.И., Портной Е.Л., Рогачев A.A. О ширине края поглощения полупроводниковых твердых растворов // Физ. и техн. полупроводников. 1968. Т. 2, № 8. С. 11941197 .

51. Барановский С.Д., Эфрос А.Л. Размытие краев зон в твердых растворах // Физ. и техн. полупроводников. 1978. Т. 12, № 11. С. 2233-2237.

52. Аблязов H.H., Райх М.Э., Эфрос А. Л. Ширина линии экситонного поглощения в твердых растворах // Физика твердого тела. 1983. Т. 25, № 2. С. 353-358.

53. Ипатова И.П., Маслов A.D., Субашиев A.B. Об уширении линии экситонного поглощения в твердых растворах полупроводников // Физика тв. тела. 1983. Т. 25, № 7. С. 2057-2065.

54. Кусмарцев Ф.В. Сужение края экситонного поглощения в твердых растворах полупроводников // Физ. и техн. полупроводников. 1985. Т. 19, № 8. С. 1473-1478.

55. Эфрос А.Л. Плотность состояний и междузонное поглощение света в сильнолегированных полупроводниках // Успехи физич. наук. 1973. Т. 111, № 3. С. 451-482.

56. Иванов М.А., Погорелов Ю.Г. Электронные состояния в кристалле с примесными уровнями вблизи края зоны // Журн. Эксп. и Теор. Физики. 1977. Т. 72, № 6. С. 21982209.

57. Иванов М.А., Погорелов Ю.Г. Электронный спектр кристалла при наличии примесных состояний большого радиуса // Журн. Эксп. и Теор. Физики. 1979. Т. 76, № 3. С. 1010-1022.

58. Суслина Л. Г., Илюхин А. Г., Федоров Д.Л. , Арешкин А. Г. Уширение экситонных состояний в твердых растворах полупроводников // Физ. и техн. полупроводников. 1978. Т. 12, № 11. С. 2238-2243.

59. Суслина Л.Г. Влияние неупорядоченности на оптические свойства твердых растворов А2Вб // в сб. «Проблемы физики неупорядоченных систем. Оптические явления в полупроводниках» (Материалы X Зимней школы ФТИ по физике полупроводников). J1. 1982. С. 33-66.

60. Max PСуслина Л.Г., Арешкин А.Г. Влияние неупорядоченности твердого раствора на экситонные состояния кристаллов ZnSxSeix // Физ. и техн. полупроводников. 1982. Т. 16, № 4. С. 649-652.

61. Mach R. , Floegel РSuslina L.G., Areshkin A.G., Maege J. , Voigt G. The influence of compositional disorder on electrical and optical properties of ZnSxSeix single crystals // phys. stat. sol. (b). 1982. Vol. 109, N 2. P. 607-615.

62. Суслина JI. Г., Федоров Д.Л. , Арешкин А. Г., Мелехин В. Г. Спектроскопическое проявление миграции возбуждений локализованных экситонов в твердых растворах полупроводников ZnxCdixSe // Физика тв. тела. 1983. Т. 25, № 11. С. 3215-3224.

63. Suslina L.G., Fedorov D.L., Areshkin A.G. , Melekhin V.G. Localized excitons and energy transfer in ZnxCdixS solid solutions // Solid State Commun. 1985. Vol. 55, N 4. P. 345-349.

64. Ablyazov N.N., Areshkin A.G. , Melekhin V.G., Suslina L.G. , Fedorov D.L. Fluctuation-induced broadening of exciton reflection spectra in AnBVI solid solution // phys. stat. sol. (b). 1986. Vol. 135, N 1. P. 217-225.

65. Клочихин A.A., Оглоблин С.Г. Правило Урбаха исингулярность Лифшица в спектрах электронных состояний неупорядоченных сред // Журн. Эксп. и Теор. Физики. 1991. Т. 100, № 6(12). С. 2026-2037.

66. Гнатенко Ю.П., Курик М.В. Экситон-фононное взаимодействие в кристаллах CdS и CdS-CdSe // Опт. и спектр. 1970. Т. 29, № 2. С. 339-341.

67. Kurik M.V. Urbach rule // phys. stat. sol. (a). 1971. Vol. 8, N 1. P. 9-45.

68. Sumi H. r Sumi A. The Urbach-Martienssen rule revisited // J. Phys. Soc. Japan. 1987. Vol. 56, N 6. P. 2211-2220.

69. Певцов А.Б., Пермогоров C.A., Селькин А.В., Сырбу H.H., Уманец А.Г. Свободные экситоны в кристаллах ZnP2 черной модификации // Физ. и техн. полупроводников. 1982. Т. 16, № 8. С. 1399-1405.

70. Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников // Изд. Наука. М. 1977. 154 с

71. Заболотная Т.Г., Страшникова М.И. Особенности спектров отражения смешанных кристаллов CdSi-xSex в области их экситонного поглощения // УФЖ. 1973. Т. 18, № 3. С. 389-393.

72. Goede О., John L. , Hennig D. Compositional disorder-induced broadening for free excitons in CdSixSex mixedcrystals 11 phys. stat. sol. (b) . 1978. Vol. 89, N 2. P. K183-K186.

73. Киселев В.A., Новиков Б.В., Утнасунов С. С., Чередниченко А.Е. Приповерхностная флуктуация в твердых растворах Cd(Se, S) с малым содержанием серы и аномальные спектры экситонного отражения // Физика тв. тела. 1986. Т. 28, № 10. С. 2946-2949.

74. Берченко Н.Н., Кревс В.Е., Средин В. Г. Полупроводниковые твердые растворы и их применение. Справочные таблицы // «Воениздат», М., 1982. 208 с.

75. Hill R. , Richardson D. The variation of energy gap with composition in ZnS-Te alloys // J.Phys.C. 1973. Vol. 6, N 5. P. L115-L119.

76. Van Vechten J.A., Bergstresser Т.К. Electronic structure of semiconductor alloys // Phys. Rev. B. 1970. Vol. 1, N 8. P. 3351-3358.

77. Ridley B.K. Quantum processes in semiconductors. 2nd edition. Clarendon, Oxford. 1982. 354 p.

78. Goede 0., Hennig D., John L. Disorder effects on free excitons in CdSixSex mixed crystals // phys. stat. sol. (b) . 1979. Vol. 96, N 2. P. 671-681.

79. Пермогоров С.A. , Морозенко Я.В., Казеннов Б.А. Оптическая ориентация горячих экситонов в кристаллах

80. А2В6 // Физика ТВ. тела. 1975. Т. 17, № 10. С. 29702977 .

81. Thomas D.G., Hopfield J.J. Optical properties of bound exciton complexes in cadmium sulfide // Phys. Rev. 1962. Vol. 128, N 5. P. 2135-2148.

82. Thomas D.G., Hopfield J.J. Spin-flip Raman scattering in cadmium sulfide // Phys. Rev. 1968. Vol. 175, N 3. P. 1021-1032.

83. Ивченко E.JI., Каминский А.Ю. Оптически детектируемое антипересечение уровней локализованных экситонов в полупроводниках // Физика тв. тела. 1995. Т. 37, № 5.1. C. 1418-1428.

84. Сох R.T., Davies J.J. Electron-hole exchange interaction for donor-acceptor pairs in CdS determined as a function of separation distance by optically detected magnetic resonance // Phys. Rev. B. 1986. Vol. 34, N 12. P. 8591-8610.

85. Efros Al. L., Rosen M. , Kuno M. , Nirmal M. , Norris

86. D.J., Bawendi M. Band-edge exciton in quantum dots of semiconductors with a degenerate valence band: Dark and bright exciton states // Phys. Rev. B. 1996. Vol. 54, N 7. P. 4843-4856.

87. Chen W.M. , Godlewski M. , Monemar В., Bergman J. P.

88. Steady-state level-anticrossing spectra for bound-exciton triplets associated with complex defects in semiconductors 11 Phys. Rev. B. 1990. Vol. 41, N 9. P. 5746-5755.

89. Baranov P.G., Mashkov I.V., Romanov N.G., Lavallard P., Planel R. Optically detected magnetic resonance of excitons and carriers in pseudodirect GaAs/AlAs superlattices 11 Solid State Commun. 1993. Vol. 87, N 7. P. 649-654.

90. Ivchenko E.L., Kochereshko V.P., Naumov A.Yu., Uraltsev I.N., Lavallard P. Magnetic-field-effects on photoluminescence polarization in type II GaAs/AlAs superlattices // Superlatt.&Microstr. 1991. Vol. 10, N 4. P. 497-501.

91. Феофилов П. П. Поляризованная люминесценция атомов, молекул и кристаллов // «Физматгиз». М. 1959. 288 с.

92. Феофилов П.П., Каплянский А.А. Скрытая оптическая анизотропия кубических кристаллов, содержащих локальные центры и методы ее исследования // Успехи физ. наук. 1962. Т. 76, № 2. С. 201-238.

93. Lampel G. Nuclear dynamic polarization by optical electronic saturation and optical pumping in semiconductors 11 Phys. Rev. Lett. 1968. Vol. 20, N 10.1. P. 491-493.

94. Дьяконов М.И. , Закарченя Б.П., Перель В.И., Сафаров

95. B.И., Флейшер В. Г. Ориентация электронных спинов в полупроводниках // Успехи физ. наук. 1971. Т. 105, № 4.1. C. 772-774.

96. Zakharchenya В. P. Hot electron luminescence 11 J. Lumin. 1981. Vol. 24/25, pt. 2. P. 669-674.

97. Savatinova I., Nikiforova M. Raman study of phonon processes in CdSxSeix mixed crystals // Spectr. Lett. 1974. Vol. 7, N. 12. P. 597-605.

98. Бир Г.Л. , Пикус Г.Е. Оптическая ориентация экситонов в одноосных кристаллах // Журн. экспер. и теор. физики. 1973. Т. 64, № 6. С. 2210-22.

99. Ивченко E.JI. , Копьев П.С., Кочерешко В.П., Уральцев И.Н. , Яковлев Д. Р. Оптическая ориентация электронов и дырок в полупроводниковых сверхрешетках // Письма в Журн. экспер. и теор. физики. 1988. Т. 47, № 8. С. 407409.

100. Шифф JI. Квантовая механика. Ин. Лит., Москва. 1959.473 с.

101. Hegarty J., Goldner L. , Sturge M. D. Localized and delocalized two-dimensional excitons in GaAs-AlGaAs multiple-quantum-well structures // Phys. Rev. B. 1984. Vol. 30, N 12. P. 7346-7348.

102. Kyutt R.N., Toropov A.A. Sorokin S.V., Shubina Т.Ч., Ivanov S.V., Karlsteen M. , Willander M. Broadening of submonolayer CdSe sheets in CdSe/ZnSe superlattices studied by x-ray diffraction // Appl. Phys. Lett. 1999. Vol. 75, N 3. P. 373-375.

103. Permogorov S., Reznitsky A., Tenishev L., Kornievsky A., Ivanov S. , Sorokin S., Maximov M. , Krestnikov I., von der Osten W., Stolz H. , Juette M. , Vogelsang H. Selective excitation of localized excitons in

104. ZnCdSe/ZnSe MQW structures // Proc. 23rd Intern. Conf. on Phys. Semicond. Berlin, 1996. Vol.3. P. 2015-2018.

105. Thomas D.G., Hopfield J.J. Exciton spectrum of cadmium sulphide // Phys. Rev. 1959. Vol. 116, N 3. P. 573-582.

106. Sapega V.F.f Cardona M. , Ploog K. , Ivchenko E.L., Mirlin D.N. Spin-flip Raman scattering in GaAs/AlGaAs multiple quantum wells // Phys. Rev. B. 1992. Vol. 45, N 8. P. 4320-4326.

107. Sapega V.F., Ruf T. , Ivchenko E.L., Cardona M., Mirlin D.N., Ploog K. Resonant Raman scattering due to bound-carrier spin-flip in GaAs/AlxGaixAs quantum wells // Phys. Rev. B. 1994. Vol. 50, N 4. P. 2510-2519.

108. Wolverson D. r Boyce P.J., Townsley C.M., Schlichtherle B., Davies J.J. Spin-flip Raman scattering studies of doped epitaxial zinc selenide // J. Cryst. Growth. 1996. Vol. 159. P. 229-237.

109. Sirenko A.A., Ruf T. , Cardona M. , Yakovlev D.R., Ossau W. , Waag A. , Landwehr G. Electron and hole g factors measured by spin-flip Raman scattering in CdTe/CdixMgxTe single quantum wells // Phys. Rev. B. 1997. Vol. 56, N 4. P2114-2119.

110. Sirenko A.A., Ruf T. , Ledentsov N.N., Egorov A.Yu., Kop'ev P.S., Ustinov V.M., Zhukov A.E. Resonant spinflip Raman scattering and localized exciton luminescence in submonolayer InAs-GaAs structures // Sol. St. Comm. 1996. Vol. 97, N 3. P. 169-174.

111. Sirenko A.A., Ruf T., Kurtenbach A., Eberl K. Spinflip Raman scattering in InP/InGaP quantum dots // Proc. 23rd Intern. Conf. Phys. Semicond. Berlin, 1996. Vol.2. P. 1385-1388.

112. Sirenko A.A., Belitsky V.l., Ruf T., Cardona M. , Ekimov A.I., Trallero-Giner C. Spin-flip and acoustic-phonon Raman scattering in CdS nanocrystals // Phys. Rev. B. 1998. Vol. 58, N 4. P. 2077-2087.

113. Willatzen M., Cardona M. , Christensen N.E. Spinorbit coupling parameters and electron g factor of II-VI zinc-blende materials // Phys. Rev. B. 1995. Vol. 51, N 24. P. 17992-17994.

114. Chen Y. , Gil B., Lefebvre P., Mathieu H. Exchangeeffects on excitons in quantum wells // Phys. Rev. B. 1988. Vol. 37, N 11. P. 6429-6432.

115. Fu H., Wang L.-W., Zunger A. Excitonic exchange splitting in bulk semiconductors 11 Phys. Rev. B. 1999. Vol. 59, N 8. P. 5568-5574 и ссылки в этой статье.

116. Orange С., Heimbrodt W. , Wolverson D. , Davies J.J. Spin-flip Raman spectroscopy of nitrogen acceptors in ZnSe layers with different biaxial strains // J. Cryst. Growth. 1998. Vol. 184/185. P. 510-514.

117. Madelung О., Schulz M. Intrinsic Properties of Group IV Elements and III-V, II-VI, and I-VII Compounds. Landolt-Boernstein (Eds.). New Series, Group III, Vol. 22a. Springer-Verlag, Berlin et al., 1987. 452 p.

118. Puls J., Henneberger F. Electron-hole exchange interaction of excitons in quantum wells // phys. stat. sol. (a). 1997. Vol. 164, N 1. P. 499-504.

119. Nirmal M. , Norris D.J., Kuno M., Bawendi M.G., Efros Al.L, Rosen M. Observation of "Dark Excitons" in CdSe Quantum Dots // Phys. Rev. Lett. 1995. Vol. 75, N 20. P. 3728-3731.

120. Zhu Z., Yoshihara H. , Takebayashi K. , Takafumi Y.1.terfacial alloy formation in ZnSe/CdSe quantum-well heterostructures characterized by photoluminescence spectroscopy // Appl. Phys. Lett. 1993. Vol. 63, N 12. P. 1678-1680.

121. Бонч-Бруевич В.А., Игнатьев И.В., Овсянкин В.В. Спектр и симметрия колебаний, формирующих вибронное крыло люминесценции кристаллов MeF2-P32+. II. SrF2-Sm2+. // Оптика и спектр. 1978. Т. 44, № 4. С. 734-738.

122. Henry С.Н., Nassau К. Lifetimes of bound excitons in CdS // Phys. Rev. B. 1970. Vol. 1, N 4. P. 1628-1634.

123. Тимофеев В.Б., Яловец Т.Н. Аномальная интенсивность экситонно-примесного поглощения в кристаллах CdS // Физика тв. тела. 1972. Т. 14, № 2. С. 481-486.

124. Рашба Э.И. Гигантские силы осцилляторов, связанные с экситонными комплексами // Физика и техн. полупр. 1974. Т. 8, № 7. С. 1241-1256.

125. Kash J. A., Ron A., Cohen E. Subnanosecond spectroscopy of disorder-localized excitons in CdSo.53Seo.47 // Phys. Rev. B. 1983. Vol. 28, N 10. P. 6147-6150.

126. Аавиксоо Я., Липпмаа ЯПермогоров С., Резницкий А., Лаваллар Ф., Гурдон К. Кинетика образования локализованных экситонов в твердом растворе CdSixSex // Письма в Журн. экспер. и теор. физики. 1987. Т. 45, № 8. С. 391-393

127. Fukushima Т., Shionoya S.E. Two types of luminescence transitions in CdS involving Те isoelectronic traps // Jap. J. Appl. Phys. 1976. Vol. 15, N 5. P. 813-819.

128. Stolz H. Time-Resolved Light Scattering from Excitons. Springer Tracts in Modern Physics. V. 130. Springer-Verlag. Berlin. 1994. 212 p.

129. Gourdon C., Lavallard PPermogorov S. , Reznitsky A. , Aaviksoo Y. , Lippmaa Y. Picosecond time-resolved luminescence of localized excitons in CdSixSex // J. Lumin. 1987. V.39. P. 111-116.

130. Ахекян A.M., Козловский В.И., Коростелин Ю.В. Насыщение катодолюминесценции, связанной с изоэлектронной примесью Те в CdSi-xTex и ZnSixTex (х^О.ОБ) при высоких уровнях возбуждения // Физика тв. тела. 1986. Т. 28, № 11. С. 3313-3318.

131. Бабенцов В.H., Кролевец H.H., Сальков Е.А., Хвостов

132. B.А. Нетипичная «краевая» полоса фотолюминесценции CdS // Укр. физ. журнал. 1982. Т. 27, № 11. С. 1724-1725.

133. Tenne R., Nabutovsky В.M., Lifshitz Е., Frankis A. F. Unusual photoluminescence of porous CdS (CdSe) crystals // Solid State Commun. 1992. V. 82, № 9. P. 651-654.

134. Travnikov V. V. Surface radiative recombination in CdS crystals // J. Cryst. Growth. 1990. Vol. 101. P. 579-583.

135. Киселев В.А., Новиков Б.В., Чередниченко А.Е. // Экситонная спектроскопия приповерхностной области полупроводников. § 4.11 и ссылки в нем. Изд-во СПбГУ. СПб. 2003. 244 с.

136. Григорьев С.Р., Новиков Б.В. Спектрально-временные исследования поверхностной флуктуационной люминесценции в кристаллах CdS // Физика тв. тела. 1992. Т. 34, № 3.1. C. 433-439.

137. Шкловский Б.И. , Барановский С.Д. Две модели туннельной излучательной рекомбинации в неоднородных полупроводниках // Физика и техн. полупр. 1989. Т. 23, № 1. С. 146-151.

138. Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. II Электронные свойства легированных полупроводников. М. «Наука». 1979. 416 с.

139. Jasperson S.N., Schnatterly S.E. An improved method for high reflectivity ellipsometry based on a new polarization modulation technique // Rev. Sci. Instr. 1969. Vol. 40, N 6. P. 761-767