Summary
Measurements of photoluminescence, excitation photoluminescence and reflectance are performed at various temperatures on a series of GaAs/Ga1−x Al x As quantum well structures grown by molecularbeam epitaxy. The selective photoluminescence data of the GaAs buffer layers are analysed in order to correlate the optical properties with the growth conditions. The Stokes shift of the excitation emission line from quantum wells is investigated under various excitation conditions. A considerable decrease of the Stokes shift is observed in the case of nonresonant and intense excitations. Also the extrinsic photoluminescence, as well as its temperature dependence, are interpreted. In addition, the temperature effects on both the bulk and quantum well spectra are shown to clarify the excitation features and the contribution of the interband transitions.
Riassunto
Sono state effettuate misure di fotoluminescenza, di fotoeccitazione e di riflettività, a varie temperature, su una serie di strutture a pozzi quantici GaAs/Ga1−x Al x As, cresciute con epitassia da fasci molecolari. I risultati della fotoluminescenza emessa nello strato depositato di GaAs sono analizzati e le sue proprietà ottiche sono collegate alle condizioni di crescita. Lo spostamento Stokes della riga di emissione dell'eccitone nel pozzo quantico è studiato in dipendenza delle varie condizioni di eccitazione. Si trova una considerevole diminuzione dello spostamento Stokes nel caso di eccitazione intensa e non risonante. Anche la fotoluminescenza estrinseca e la sua dipendenza dalla temperatura sono interpretate. Inoltre si mostra che gli effetti di temperatura su entrambi gli spettri del cristallo GaAs e del pozzo quantico chiariscono i ruoli del contributo eccitonico e delle transizioni interbanda.
Резюме
Проведены измерения фотолюминесценции, фотолюминесценции возбуждения и козффициента отражения при различных температурах на образцах структур квантовых ям GaAs/Ga1−x Al x As, выраўенных с помощью эпитаксии молекулярного пучка. Анализируются некоторые данные по фотолюминесценции для буферных слоев GaAs для определения корреляции между оптическими свойствами и условиями выращивания. При различных условиях возбуждения исследуется сдвит Стокса линии испускания экситона на квантовых ямах. Наблюдается эаметное уменьшение сдвига Стокса в случае нерезонанснопо н интенсивного возбуждений. Также интерпретируются примесная фотолюминесценция и ее температурная зависимость. Показывается, что влияние температуры на обьемный спектр и спектр квантовых ям проясняет экситонные особенности и вклад межзонных переходов.
Similar content being viewed by others
References
See, for example, the special issue onSemiconductors Quantum Wells and Superlattices, IEEE J. Quantum Electron,22 (1986);Epitaxy and Hetero-Structures, edited byL. L. Chang andK. Ploog (Nijhoff, Dordrecht, the Netherlands, 1985).
R. Dingle, W. Wiegmann andC. H. Henry:Phys. Rev. Lett.,33, 827 (1974).
R. C. Miller, D. A. Kleinmann, W. A. Nordland, Jr. andA. C. Gossard:Phys. Rev. B,22, 863 (1981).
G. Bastard:Phys. Rev. B,22, 4714 (1981).
L. C. Andreani, A. Pasquarello andF. Bassani:Phys. Rev. B,36, 5887 (1987).
G. Bastard, E. E. Mendez, L. L. Cheng andL. Esaki:Phys. Rev. B 26, 1974 (1982).
R. C. Miller andD. A. Kleinman:J. Lumin.,30, 520 (1985).
Y. C. Chang andG. D. Sanders:Phys. Rev. B,32, 6892 (1985).
D. F. Nelson, R. C. Miller andD. A. Kleinman:Phys. Rev. B,35, 7770 (1987).
U. Ekenberg andM. Altarelli:Phys. Rev. B,35, 7585 (1987).
L. C. Andreani andA. Pasquarello:Europhys. Lett. 6, 259 (1988).
Y. Chen, B. Gil, P. Lefevre andH. Mathieu:Phys. Rev. B,37 (1988) (in press).
L. Vina, R. T. Collins, E. E. Mendez andW. I. Wang:Phys. Rev. Lett.,58, 832 (1987);G. E. W. Bauer andT. Ando:Phys. Rev. Lett.,601 (1987).
M. Altarelli, U. Ekenberg andA. Fasolino:Phys. Rev. B,32, 5138 (1985);D. C. Rogers, J. Singleto, R. J. Nicholas, C. B. T. Foxon andK. Woodbrige:Phys. Rev.,34, 4002 (1986).
D. S. Chemla, D. A. B. Miller, P. W. Smith, A. C. Gossard andW. Weigmann:IEEE J. Quantum Electron,20, 265 (1984);D. S. Chemla andD. A. B. Miller:J. Opt. Soc. Am. B,2, 1155 (1985).
N. Peyghambarian andH. M. Gibbs:J. Opt. Soc. Am. B,2, 1215 (1985).
C. Weisbuch, R. Dingle, A. C. Gossard andW. Wiegmann:Solid Stat. Commun.,38, 709 (1981).
B. Deveaud, A. Regreny, J. Y. Emery andA. Chomette:J. Appl. Phys.,59, 1633 (1986).
F. Voillot, J. Kim, W. C. Tang, A. Madhukar andP. Chen:Superlattices and Microstructures,3, 313 (1987).
G. Bastard, C. Delalande, M. H. Meynadier, P. M. Frijlink andM. Voos:Phys. Rev. B 29, 7042 (1984).
C. Delalande, M. H. Meynadier andM. Voos:Phys. Rev. B,30, 42 (1985).
J. Hegarty, M. D. Sturge, C. Weisbuch, A. C. Gossard andW. Wiegmann:Phys. Rev. Lett.,49, 930 (1982).
J. Hegarty, L. Golduer andM. D. Sturge:Phys. Rev. B,30, 7346 (1984).
H. Kunzel andK. Ploog:Appl. Phys. Lett.,37, 416 (1980);J. P. Contour, G. Neu, M. Leroux, C. Chaix, B. Levesque andB. Etienne:J. Vac. Sci. Technol. B,1811 (1983);M. S. Skolnick, C. W. Tu andT. D. Harris:Phys. Rev. B,33, 8464 (1986) and references therein.
A. C. Beye, B. Gil, G. Neu andC. Verie:Phys. Rev. B,37, 4514 (1987).
G. W.'T Hooft, W. A. Van der Poel, L. W. Molenkamp andC. T. Foxon:Appl. Phys. Lett.,50, 1388 (1987).
Y. Makita, T. Nomura, M. Yokota, T. Matsumori, T. Izumi, Y. Takeuchi andK. Kudo:Appl. Phys. Lett. 47, 623 (1985).
P. M. Petroff, R. C. Miller, A. C. Gossard andW. Wiegmann:Appl. Phys. Lett.,44, 217 (1984).
M. Tanaka, H. Sakaki, J. Yokaki andT. Furuta:Surf. Sci.,174, 65 (1986).
G. Bastard:Phys. Rev. B,24, 4717 (1981);J. Lumin.,30, 488 (1985).
W. T. Masselink, Y. C. Chang andH. Morkoc:Phys. Rev. B,28, 7376 (1983);J. Vac. Sci. Technol. B,2, (3), 376 (1984).
P. Dawson, G. Duggan, H. I. Ralph andK. Woodbridge:Phys. Rev. B,28, 7381 (1983) and references therein.
Y. Chen, R. Cingolani, L. C. Andreani, F. Bassani andJ. Massies:Nuovo Cimento D,10, 847 (1988).
See, for example,H. B. Bebb andE. W. Williams: inSemiconductors and Semimetals,7, 181 (1972).
H. Jung, A. Fisher andK. Ploog:Appl. Phys. A,33, 97, 912 (1984).
J. Massies, F. Turco, A. Saletes andJ. P. Contour:J. Cryst. Growth,81, 307 (1987).
See, for example,Y. Chen, B. Gil andH. Mathieu:Ann. Phys. (Paris),12, 109 (1987).
D. D. Sell, S. E. Stokowski, R. Dingle andJ. V. DiLorenzo:Phys. Rev. B,7, 4568 (1973).
N. F. Mott andE. A. Davis:Electronic Processes in Noncrystalline Materials, 2nd edition (Clarendon, Oxford, 1979).
P. M. Petroff, A. C. Gossard, W. Wiegmann andS. Savage:J. Cryst. Growth,44, 5 (1978).
S. Schmitt-Rink andC. Ell:J. Lumin.,30, 585 (1985).
R. C. Miller, A. C. Gossard, W. T. Tsang andO. Munteanu:Phys. Rev. B,25, 3871 (1982);R. C. Miller, A. C. Gossard andW. T. Tsang:Physica B,117, 118, 714 (1983).
B. Lambert, B. Deveaud, A. Regreny andG. Talaeff:Solid State Commun.,43, 443 (1982);Physica B,117, 118, 714 (1983).
M. H. Meynadier, J. A. Brum, C. Delalande, M. Voos, F. Alexandre andJ. L. Lievin:J. Appl. Phys.,58, 4307 (1985).
Z. Y. Xu, Z. G. Chen, D. Teng, W. H. Zhuang, T. Y. Xu, J. Z. Xu, B. Z. Zhen, J. B. Liang andM. Y. Kong:Surf. Sci.,174, 216 (1985).
H. Kunzel, J. Knecht, H. Jung, K. Wunstel andK. Ploog:Appl. Phys. A,28, 167 (1982).
B. J. Skromme, S. S. Bose, B. Lee, T. S. Low, T. R. Lepkowski, R. Y. Dejule andG. E. Stillman:J. Appl. Phys.,58, 4685 (1985).
J. S. Blakemore:Semiconductor Statistics (Pergamon, Oxford, 1962).
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
To speed up publication, the authors of this paper has agreed to not receive the proofs for correction.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Chen, Y., Cingolani, R., Massies, J. et al. Optical investigations of GaAs/Ga1−x Al x As Quantum wells grown by molecular-beam epitaxy. Il Nuovo Cimento D 10, 1093–1114 (1988). https://doi.org/10.1007/BF02450207
Received:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF02450207