Lithuanian Journal of Physics article / Lietuvos fizikos žurnalo straipsnis

[PDF] http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.51406

Open access article / Atviros prieigos straipsnis

Lith. J. Phys. 51, 330–334 (2011)

PHOTOLUMINESCENCE CHARACTERISATION OF GaAs/AlGaAs STRUCTURES DESIGNED FOR MICROWAVE AND TERAHERTZ DETECTORS
A. Čerškus ^{a, b}, J. Kundrotas ^a, V. Nargelienė ^a, A. Sužiedėlis ^a, S. Ašmontas ^a, J. Gradauskas ^a, A. Johannessen ^c, and E. Johannessen ^c
^a Semiconductor Physics Institute, Center for Physical Sciences and Technology, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
^b Vilnius Pedagogical University, Studentų 39, LT-08106 Vilnius, Lithuania
E-mail: a_cerskus@yahoo.com
^c Vestfold University College, Raveien 197, 3184 Borre, Norway

Received 28 October 2011; accepted 1 December 2011

The photoluminescence (PL) spectra of GaAs/AlGaAs structures designed for microwave and terahertz detectors were investigated. Detailed experimental results of PL were obtained both before and after etching of the heavily doped layers. Possible mechanisms of carrier recombination are discussed and certain emphasis is put on the up to 20 times enhancement of the PL intensity observed in these detector structures.

Keywords: GaAs, AlGaAs, homojunction, photoluminescence, exciton, PL enhancement
PACS: 78.55.-m, 71.55.Eq, 71.35.-y

MIKROBANGŲ IR TERAHERCŲ DETEKTORIAMS SKIRTŲ GaAs/AlGaAs DARINIŲ FOTOLIUMINESCENCIJOS APIBŪDINIMAS
A. Čerškus ^{a, b}, J. Kundrotas ^a, V. Nargelienė ^a, A. Sužiedėlis ^a, S. Ašmontas ^a, J. Gradauskas ^a, A. Johannessen ^c, E. Johannessen ^c
^a Fizinių ir technologijos mokslų centro Puslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva
^b Vilniaus pedagoginis universitetas, Vilnius, Lietuva
^c Vestfoldo universitetinis koledžas, Borre, Norvegija

Ištirti Si donorais legiruotų GaAs/Al_xGa_1-xAs darinių, skirtų mikrobangų ir terahercų detektoriams, fotoliuminescencijos (FL) spektrai plačiame temperatūrų intervale nuo 3,6 K iki kambario temperatūros ir esant įvairiems žadinančios šviesos intensyvumams nuo 0,002 iki 6,8 W/cm². Al_xGa_1-xAs spektre nustatytos linijos, susijusios su eksitonine spinduliuote bei rekombinacija per C ir Si akceptorines priemaišas. Taip pat FL spektre matyti plati juosta, kurios ryšio energija priklauso nuo junginio sudėties x ir kinta nuo 60 iki 140 meV. Ji susieta su taškinių defektų arba kompleksų tarp Si ir taškinių defektų susidarymu. Pateiktos Al_xGa_1-xAs surištojo eksitono su akceptorine ar donorine priemaiša ryšio energijos priklausomybės nuo sudėties x (0 < x < 0,4). Nustatytas GaAs ir Al_xGa_1-xAs spektrinių linijų sustiprėjimas iki 20 kartų. Šis sustiprėjimas siejamas su n/n⁺ sandūrų egzistavimu šiuose dariniuose.

References / Nuorodos

[1] H. Takeuchi, J. Yanagisawa, T. Hasegawa, and M. Nakayama, Enhancement of terahertz electromagnetic wave emission from an undoped GaAs/n-type GaAs epitaxial layer structure, Appl. Phys. Lett. 93(8), 081916–3 (2008),
http://dx.doi.org/10.1063/1.2976436
[2] A. Reklaitis, Comparison of efficiencies of GaAs-based pulsed terahertz emitters, J. Appl. Phys. 101(11), 116104–3 (2007),
http://dx.doi.org/10.1063/1.2739336
[3] A.G.U. Perera, H.X. Yuan, S.K. Gamage, W.Z. Shen, M.H. Francombe, H.C. Liu, M. Buchanan, and W.J. Schaff, GaAs multilayer p⁺-i homojunction far-infrared detectors, J. Appl. Phys. 81(7), 3316–3319 (1997),
http://dx.doi.org/10.1063/1.364356
[4] A. Sužiedėlis, S. Ašmontas, J. Kundrotas, J. Gradauskas, E. Širmulis, A. Čerškus, and V. Nargelienė, Planar heterojunction diodes for microwave and infrared applications, in: Advanced Optical Materials and Devices (AOMD-7): 7th International Conference: Vilnius, Lithuania, 28–31 August 2011: Program and abstracts (Vilnius, 2011) pp. 74
[5] S.B. Nam, D.C. Reynolds, C.W. Litton, R.J. Almassy, T.C. Collins, and C.M. Wolfe, Free-exciton energy spectrum in GaAs, Phys. Rev. B 13(2), 761–767 (1976),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.13.761
[6] L. Pavesi and M. Guzzi, Photoluminescence of Al_xGa_1-xAs alloys, J. Appl. Phys. 75(10), 4779–4842 (1994),
http://dx.doi.org/10.1063/1.355769
[7] G. Oelgart, G. Lippold, M. Proctor, D. Martin, and F.K. Reinhart, Ionization energy of the Si acceptor in Al_xGa_1-xAs, Semicond. Sci. Technol. 6(12), 1120–1125 (1991),
http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/6/12/003
[8] R. Heilman and G. Oelgart, Ionization energy of the carbon acceptor in Al_xGa_1-xAs, Semicond. Sci. Technol. 5(10), 1040–1045 (1990),
http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/5/10/006
[9] C. Bosio, J.L. Staehli, M. Guzzi, G. Burri, and R.A. Logan, Direct-energy-gap dependence on Al concentration in Al_xGa_1-xAs, Phys. Rev. B 38(5), 3263–3268 (1988),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.38.3263
[10] S. Logothetidis, M. Cardona, and M. Garriga, Temperature dependence of the dielectric function and the interband critical-point parameters of Al_xGa_1-xAs, Phys. Rev. B 43(14), 11950–11965 (1991),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.43.11950
[11] J.R. Haynes, Experimental proof of the existence of a new electronic complex in silicon, Phys. Rev. Lett. 4(7), 361–363 (1960),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.4.361
[12] W. Bludau and E. Wagner, Impact ionization of excitons in GaAs, Phys. Rev. B 13(12), 5410–5414 (1976),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5410
[13] V. Kazlauskaitė, A. Sužiedėlis, A. Čerškus, J. Gradauskas, S. Ašmontas, and J. Kundrotas, Enhancement of excitonic photoluminescence in silicon-doped n⁺/i GaAs structures, Lith. J. Phys. 49(3), 285–290 (2009),
http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.49307
[14] J. Kundrotas, A. Čerškus, V. Nargelienė, A. Sužiedėlis, S. Ašmontas, J. Gradauskas, A. Johannessen, E. Johannessen, and V. Umansky, Enhanced exciton photoluminescence in the selectively Si-doped GaAs/Al_xGa_1-xAs heterostructures, J. Appl. Phys. 108(6), 063522–7 (2010),
http://dx.doi.org/10.1063/1.3483240