DIFFERENTIAL SURFACE PHOTOVOLTAGE SPECTROSCOPY OF δ-DOPED GaA/AlAs QUANTUM WELLS*
B. Čechavičius^a, J. Kavaliauskas^a, G. Krivaitė^a, G. Valušis^a, D. Seliuta^a, B. Sherliker^b, M. Halsall^b, P. Harrison^c, and E. Linfield^c
aSemiconductor Physics Institute, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: bronius@pfi.lt
^bSchool of Electronic and Electrical Engineering, University of Manchester, Manchester M60 1QD, United Kingdom
^cIMP, School of Electronic and Electrical Engineering, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, United Kingdom

Received 8 June 2007

A study of excitonic lines in differential surface photovoltage (DSPV) spectra of p-type (Be) and n-type (Si) δ-doped GaAs/AlAs multiple quantum well (MQW) structures was carried out. The energies and line broadening parameters for a large number of QW related excitonic transitions were determined from the line shape analysis of the DSPV spectra. The transition energies were found to be in a good agreement with theoretical values calculated within the envelope function approximation that took into account the nonparabolicity of energy bands. Analysis of the dependence of the exciton line width on the quantum subband number allowed us to evaluate line broadening mechanisms and interface roughness in the MQW structures. It was found that doping with Si donors bleaches and broadens more effectively the lowest energy excitonic lines as compared to doping with Be acceptors.

Keywords: delta-doped quantum wells, surface photovoltage spectroscopy, excitonic transitions

GaAs/AlAs KVANTINIŲ DUOBIŲ SU PRIEMAIŠOMIS DIFERENCIALINIO FOTOVOLTINIO ATSAKO SPEKTROSKOPIJA
B. Čechavičius^a, J. Kavaliauskas^a, G. Krivaitė^a, G. Valušis^a, D. Seliuta^a, B. Sherliker^b, M. Halsall^b, P. Harrison^c, E. Linfield^c
aPuslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva
^bMančesterio universitetas, Mančesteris, Jungtinė Karalystė
^cLydso universitetas, Lydsas, Jungtinė Karalystė

Priemaišinių lygmenų kvantinėse duobėse inžinerija atveria naujas galimybes kurti terahercinių bangų emiterius bei detektorius, todėl nanodarinių charakterizavimas nesąlytiniais optiniais metodais yra svarbus, siekiant suprasti tokių prietaisų veikimo ypatumus. Pasitelkus diferencialinio fotovoltinio atsako spektroskopiją, buvo siekiama ištirti Be ir Si priemaišų turinčių (4·10⁹–2,5·10¹² cm^–2) GaAs / AlAs (15; 20 nm / 5 nm) kvantinių duobių elektroninę sandarą, darinių struktūrinį tobulumą ir priemaišų poveikį eksitoniniams optiniams šuoliams.
Remiantis diferencialinių spektrų forma, buvo nustatyti eksitoninių šuolių, vykstančių tarp pagrindinių bei sužadintų valentinių ir laidumo kvantinių pajuosčių, parametrai bei jų priklausomybė nuo priemaišų tankio. Buvo rasta, jog optinių šuolių energijos gerai derinasi su apskaičiuotomis, atsižvelgiant į energijos juostų neparaboliškumą. Išanalizavus eksitoninių linijų išplitimo parametrų priklausomybes nuo pajuosčių kvantinio skaičiaus, nustatyti eksitoninių linijų išplitimo mechanizmai. Rasta, jog nehomogeninį linijos išplitimą lemia duobės pločio fliuktuacijos, kurių dydis įvairiems bandiniams kinta nuo 0,6 iki 1,0 monosluoksnio. Nustatyta, jog žemesniųjų energijų eksitonines linijas daug efektyviau slopina ir išplečia Si donorai, negu Be akceptoriai. Tyrimų rezultatai rodo, jog diferencialinio fotovoltinio atsako spektroskopija yra informatyvus bekontaktis metodas puslaidininkiniams kvantiniams dariniams su priemaišomis charakterizuoti.