• скачать файл

Для создания нанопроволок на основе ZnSe, ZnTe в последнее время

с. 1
КОМБИНАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОПРОВОЛОКАХ

И.В. КУЧЕРЕНКО1, Н.Н. МЕЛЬНИК1, Т.Н. ЗАВАРИЦКАЯ1, О.С. ПЛЯШЕЧНИК2



1Физический институт им. П.Н. Лебедева

2Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Одномерные наноструктуры, такие как нанопроволоки, наностержни, нанотрубки привлекают большое внимание благодаря их интересным фундаментальным свойствам (зависимостью электронных и оптических свойств от размера и формы) и потенциальной возможностью применения в качестве излучателей света: светодиодов и лазерных диодов. В нанопроволоках эффективная ширина запрещенной зоны увеличивается благодаря эффекту размерного квантования электронов и дырок, что проявляется в голубом сдвиге краевой фотолюминесценци. Размерное квантование проявляется также в увеличении энергии связи экситона, когда эффективный радиус проволоки становится сравним с боровским радиусом экситона в объемном материале.

Для создания нанопроволок на основе ZnSe, ZnTe в последнее время применяется весьма многообещающий метод роста нанопроволок под действием катализаторов. В качестве катализаторов используют Au и Fe. Катализный метод позволяет выращивать нанопроволоки, диаметр которых заранее задан размером частиц катализатора, осажденных на подложку. Размер этих частиц определяется толщиной пленки Au, а диаметр нанопроволоки вблизи основания соответствует диаметру частиц катализатора.

В данной работе изучаются спектры резонансного комбинационного рассеяния света (КРС) при комнатной температуре в структурах с нанопроволоками ZnSe, ZnTe, ZnMnTe в зависимости от толщины пленки Au. Оптическое возбуждение создавалось He-Cd и Ar-Cr лазером. Резонансное комбинационное рассеяние света регистрировалось спектрометром U-1000, соединенном с микроскопом, в геометрии обратного рассеяния с разрешением 1.5 cm-1.

На рис. 1 представлен спектр КРС эпитаксиальной пленки ZnSe толщиной  1 m при возбуждении лазером с  = 441.6 nm. Как видно из рисунка, узкие пики LO-фононных повторений (n = 5) расположены на широком основании, которое представляет собой кривую люминесценции с максимумом при E = 2.68 eV, что соответствует ширине запрещенной зоны объемного ZnSe. Максимум спектра катодолюминесценции в этом образце также соответствует энергии 2.68 eV при комнатной температуре.





Р.1. Спектр КРС в пленке ZnSe Р. 2. Спектр КРС в структуре с нанопроволоками ZnSe, T=300 K

Спектры КРС образцов с нанопроволоками разного диаметра (Au – 2 А, Au – 10 A) также измерены при возбуждении лазером He-Cd c  = 441.6 nm. Узкие интенсивные пики соответствуют LO фононам ZnSe с частотой 252 cm-1 (LO = 31.2 meV). Максимум люминесценции образца с толщиной пленки Au 2 А (рис. 2), которая в образцах с нанопроволоками значительно слабее, чем в пленке ZnSe, соответствует энергии Е = Еi – 2LO = 2.74 eV, а образца с толщиной пленки Au 10 A энергии E = Еi - 3LO = 2. 707eV. Таким образом, голубой сдвиг краевой люминесценции в образце с самым тонким слоем Au (2 A) составляет 60 meV, в образце с толщиной слоя Au 10 A этот сдвиг равен 27 meV. Исследования на просвечивающем электронном микроскопе показывают, что толщины нанопроволок в этих образцах находятся в пределах 10 – 20 нм. Сдвиг энергии краевой люминесценции в сторону больших энергий в образцах с нанопроволоками связан с влиянием размерного квантования на электронный спектр. Исходя из величины голубого сдвига 60 meV для образца с самыми тонкими проволоками, оценим радиус квантовой проволоки. Голубой сдвиг возникает в результате конфайнмента электронно-дырочной пары и описывается выражением вида ΔЕ = ( ħ2k2 )/2μ, где μ – приведённая масса электрона и дырки, а волновой вектор k определяется из граничного условия. Для квантовой проволоки цилиндрической формы, окружённой бесконечным барьером, k находится из условия J0() = 0, где J0 функция Бесселя нулевого порядка, ρ – радиус проволоки. Для наименьшего корня функции J0 произведение = 2.405. Подставив это соотношение в выражение для ΔЕ, а также используя значение приведённой массы для электрона и лёгкой дырки ZnSe μ = 0.1 m0, m0 – масса свободного электрона, получим ΔЕ = 28.9 (ħ2 / m0 ρ2). Подставив в это выражение значение голубого сдвига для образца с самыми тонкими проволоками ΔЕ = 60 meV, получим ρ 61 А. Это значение хорошо согласуется с данными электронной микроскопии для исследованного образца.



В перспективе, используя структуры с нанопроволоками, возможно создавать оптоэлектронные структуры с управляемой длиной волны излучения.
с. 1