з точки народження (0 на рис.3) на дно зони провідності. У нелегованому напівпровіднику цей час визначається часом випускання оптичного фонона і становить ф? 10-13с. У легованому напівпровіднику цей час може бути коротше за додаткового розсіювання на нейтральних домішках з їх іонізацією і збудженням. З дна зони провідності електрон може рекомбінувати з діркою у валентній зоні або з діркою пов'язаної на акцепторе з випусканням фотона, час життя електрона на дні відповідає ф? 10-9с. Лінія в спектрі, відповідна цьому процесу, називається крайової люмінесценцією, перехід С-Mn Рис.3. У даній роботі досліджуються зразки вирощені при низьких температурах порядку 250 В° С. Внаслідок чого в зразках є велика кількість дефектів, зокрема подвійні донори марганцю, що накладає певні труднощі на дослідження крайової люмінесценції. Збуджений електрон має високу ймовірність безвипромінювальної рекомбінувати на дефекті (переходи "0-DВ» Рис.3), порівнянну з імовірністю релаксації на дно зони. В результаті після кожного акту релаксації до дну зони провідності частина електронів буде безвипромінювальної рекомбінувати. Очевидно, що чим вище енергія збудження тим менше електронів буде доходити до дна зони і тим менше буде сигнал крайової люмінесценції. Оскільки час безвипромінювальної рекомбінації електронів в GaMnAs ~ 10-13c, то крайова люмінесценція істотно пригнічена (в 106 разів) порівняно із звичайним p-GaAs. З іншого боку, частина збуджених електронів в точці народження В«0В» Рис.3 буде рекомбінувати на акцепторний рівень марганцю з випусканням фотона, перехід В«0-MnВ» Рис.3. p> Мала величина цього сигналу пояснюється також спадом хвильової функції акцептора (в імпульсному представленні) для великих хвильових векторів рекомбінуючих електронів. Облік цього чинника призводить до зменшення сигналу в порівнянні з крайової люмінесценцією на два порядки. Дійсно, оскільки домішкова зона розташована поблизу валентної зони то в рамках kp - теорії збурень можна розкласти хвильову функцію домішкового стану за хвильовим функціям валентної зони. Таке розкладання дасть нам вид хвильової функції примесного стану. Для водородоподобних домішок квадрат хвильової функції, що описує розподіл дірок по енергіях в акцепторе, має наступний вигляд:
(2)
де - радіус Бора;; me і mA - ефективні маси електрона в зоні провідності і дірки на акцепторе відповідно; еe та ЕА - енергії електрона в зоні провідності і дірки на акцепторе відповідно.
Цим можна пояснити збільшення інтенсивності хвоста з високочастотної сторони від стрілки В«0В», тому що з формули:
(3)
де А - коефіцієнт пропорційності слабо залежить від енергії; f (е) - розподіл електронів по енергіях; g (е) - розподіл щільності станів по енергіях, видно що інтенсивність пропорційна квадрату хвильової функції, яка збільшується при наближенні до точки «à ».
При наявність процесів безвипромінювальної рекомбінації форма спектру ГФЛ залежатиме від співвідношення часів енергетичної релаксації електронів у зоні провідності і їх безвипромінювального захоплення на рівні дефектів Очевидно, що число електронів у точці народження буде зменшуватися у зв'язку з безвипромінювальної рекомбінацією відповідно до співвідношення
(4)
де фр - час визначальне процеси релаксації по зоні, а ФБИ - час визначальне процеси безвипромінювальної рекомбінації. Саме тому доцільніше вимірювати люмінесценцію в точці народження і поблизу неї. p> Спектр ГФЛ та її поляризаційні характеристики були докладно досліджені в роботі [10,11]. Зокрема той факт, що час життя електронів в точці народження дуже мало був використаний для вимірювання поляризації дірок, пов'язаних на магнітному акцепторе Mn. Дійсно електрони в точці народження не встигають за час життя розподілитися по зєємановських подуровням відповідно до температури зразка, тому поляризація ГФЛ в магнітному полі визначається виключно рівноважної поляризацією дірок на акцепторе. Це дає унікальну можливість досліджувати структуру основного стану акцептора. p> Таким чином, ГФЛ дозволяє вимірювати безпосередньо поляризацію носіїв заряду, що важливо, оскільки в нашому випадку інтерес представляє не намагніченість зразка в цілому, а саме поляризація носіїв.
В
Рис.3 Схема, що пояснює процеси фотолюмінесценції і безвипромінювальних переходів. Валентна зона для простоти показана у вигляді однієї параболи важких дірок (замість трьох); стрілка показує перехід з валентної зони в зону провідності позначає збудження електронно-доручених пар лазерним випромінюванням; символом В«0В» позначена точка народження електрона; стрілка, позначена як В«0 - Mn В»позначає випромінювальний перехід з точки народження електрона на рівень акцептора; стрілка, позначена якВ« C-Mn В»позначає випромінювальний перехід з дна зони провідності на рівень акцептора; D - рівні дефектів; косі стрілки на рівні дефектів позначають Безвипромінювально...
