超强磁场下非掺杂ZnSe/BeTe Ⅱ型量子阱中激子和带电激子的光学特性

冀子武; 郑雨军; 徐现刚

doi:10.7498/aps.60.047805

摘要

报道了液态氦温度(4.2 K)下非掺杂ZnSe/BeTe Ⅱ型量子结构中ZnSe势阱层内空间直接光致发光(PL)光谱的磁场依赖性(磁场高达53 T).实验结果显示,随着磁场的增加,激子和带电激子的PL强度呈现出相反的振动行为.当激子的PL强度增加时带电激子的PL强度减小,反之,当激子的强度减小时带电激子的强度却增加.并且在整个磁场范围内,这些振动呈现近似等间隔的周期性变化.这个行为被解释为费米能级与朗道能级的周期性共振,这个共振导致了处于费米能级上的二维电子气态密度的周期性调制.

关键词:

Abstract

We report on the magnetic field (up to 53 T) dependence of photoluminescence (PL) spectra occurring as a spacially direct optical transition of the ZnSe layer in undoped ZnSe/BeTe/ZnSe type-II quantum structures at a low temperature (4.2 K). With magnetic field increasing, the PL intensity (IX) of exciton (X) shows an oscillation feature opposite to the PL intensity (IX－) of charged exciton (X－). As IX- increases, IX decreases, but as IX－ decreases, IX increases. In all fields, the oscillation behaviour shows a periodic change approximately with magnetic field interval. The results are attributed to the periodic resonance of the Fermi level with the Landau level, which results in the modulation of the density of states of the 2DEG system at the Fermi energy.

Keywords:

作者及机构信息

(1)山东大学晶体材料国家重点实验室,济南 250100; (2)山东大学物理学院,济南 250100

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10844003,10874101),山东省自然科学基金(批准号:Y2008A10),国家重点基础研究发展计划(批准号:2009CB930503)资助的课题.

Authors and contacts

(1)School of Physics, Shandong University, Jinan 250100, China; (2)State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China

参考文献

[1]	Song Y X, Zhang W M, Liu J, Chu N N, Li S M 2009 Acta Phys. Sin. 58 6471 (in Chinese ) [宋迎新、郑卫民、刘静、初宁宁、李素梅 2009 物理学报 58 6471]
[2]	Cai C F, Wu H Z, Si J X, Sun Y, Dai N 2009 Acta Phys. Sin. 58 3560 (in Chinese ) [蔡春锋、吴惠桢、斯剑霄、孙艳、戴宁 2009 物理学报 58 3560]
[3]	Ji Z W, Lu Y, Chen J X, Mino H, Akimoto R, Takeyama S 2008 Acta Phys. Sin. 57 1214 (in Chinese)[冀子武、鲁云、陈锦祥、三野弘文、秋本良一、嶽山正二郎 2008 物理学报 57 1214]
[4]	Ji Z W, Mino H, Oto K, Akimoto R, Ono K, Takeyama S 2006 Semicond. Sci. Technol. 21 87
[5]	Ji Z W, Yamamoto H, Mino H, Akimoto R, Takeyama S 2004 Physica E 22 632
[6]	Ji Z W, Mino H, Kojima E, Akimoto R, Takeyama S 2008 Acta Phys. Sin.57 3260 (in Chinese )[冀子武、三野弘文、小映二、秋本良一、嶽山正二郎 2008 物理学报 57 3260]
[7]	Ji Z W, Mino H, Oto K, Muro K, Akimoto R, Takeyama S 2008 Acta Phys. Sin. 57 6609 (in Chinese)[冀子武、三野弘文、音贤一、室清文、秋本良一、嶽山正二郎 2008 物理学报 57 6609]
[8]	Mino H, Fujikawa A, Akimoto R, Takeyama S 2004 Physica E 22 640
[9]	Ji Z W, Takeyama S, Mino H, Oto K, Muro K, Akimoto R 2008 Appl. Phys. Lett. 92 093107
[10]	Ji Z W, Mino H, Oto K, Akimoto R 2009 Semicond. Sci. Technol. 24 095016
[11]	Maksimov A. A, Tartakovskii I I, Yakovlev D R, Bayer M, Waag A 2006 JETP Lett. 83 141
[12]	Haetty J, Lee E H, Luo H, Petrou A, Warnock J 1998 Solid State Commun. 108 205
[13]	Manassen A, Cohen E, Ron Arza, Linder E, Pfeiffer L N 1996 Phys. Rev. B 54 10609
[14]	Homburg O, Sebald K, Michler P, Gutowski J, Wenisch H, Hommel D 2000 Phys. Rev. B 62 7413
[15]	Ji Z W, Enya Y, Mino H, Oto K, Muro K, Akimoto R, Takeyama S 2006 J. Phys: Conf. Seri. 51 427
[16]	Ji Z W, Mino H, Oto K, Akimoto R, Ono K, Takeyama S 2006 Semicond. Sci. Technol. 21 87
[17]	Enyal Y H 2007 Graduate School of Engineering Faculty of Engneering, the University of Tokyo Master Paper p116(in Chinese)[塩谷陽平 2007 東京大学大学院工学系研究科物理工学专攻硕士论文 p116]
[18]	Lematre A, Testelin C, Rigaux C, Wojtowicz T, Karczewski G 2000 Phys. Rev. B 62 5059
[19]	Yamashita K, Kita T, Matsuura Y, Wada O, Geng C, Scholz F, Schweizer H, Oe K 2002 Phys. Rev. B 66 195317
[20]	Nomura S, Nakanishi T, Aoyagi Y 2001 Phys. Rev. B 63 165330

施引文献

[1]	Song Y X, Zhang W M, Liu J, Chu N N, Li S M 2009 Acta Phys. Sin. 58 6471 (in Chinese ) [宋迎新、郑卫民、刘静、初宁宁、李素梅 2009 物理学报 58 6471]
[2]	Cai C F, Wu H Z, Si J X, Sun Y, Dai N 2009 Acta Phys. Sin. 58 3560 (in Chinese ) [蔡春锋、吴惠桢、斯剑霄、孙艳、戴宁 2009 物理学报 58 3560]
[3]	Ji Z W, Lu Y, Chen J X, Mino H, Akimoto R, Takeyama S 2008 Acta Phys. Sin. 57 1214 (in Chinese)[冀子武、鲁云、陈锦祥、三野弘文、秋本良一、嶽山正二郎 2008 物理学报 57 1214]
[4]	Ji Z W, Mino H, Oto K, Akimoto R, Ono K, Takeyama S 2006 Semicond. Sci. Technol. 21 87
[5]	Ji Z W, Yamamoto H, Mino H, Akimoto R, Takeyama S 2004 Physica E 22 632
[6]	Ji Z W, Mino H, Kojima E, Akimoto R, Takeyama S 2008 Acta Phys. Sin.57 3260 (in Chinese )[冀子武、三野弘文、小映二、秋本良一、嶽山正二郎 2008 物理学报 57 3260]
[7]	Ji Z W, Mino H, Oto K, Muro K, Akimoto R, Takeyama S 2008 Acta Phys. Sin. 57 6609 (in Chinese)[冀子武、三野弘文、音贤一、室清文、秋本良一、嶽山正二郎 2008 物理学报 57 6609]
[8]	Mino H, Fujikawa A, Akimoto R, Takeyama S 2004 Physica E 22 640
[9]	Ji Z W, Takeyama S, Mino H, Oto K, Muro K, Akimoto R 2008 Appl. Phys. Lett. 92 093107
[10]	Ji Z W, Mino H, Oto K, Akimoto R 2009 Semicond. Sci. Technol. 24 095016
[11]	Maksimov A. A, Tartakovskii I I, Yakovlev D R, Bayer M, Waag A 2006 JETP Lett. 83 141
[12]	Haetty J, Lee E H, Luo H, Petrou A, Warnock J 1998 Solid State Commun. 108 205
[13]	Manassen A, Cohen E, Ron Arza, Linder E, Pfeiffer L N 1996 Phys. Rev. B 54 10609
[14]	Homburg O, Sebald K, Michler P, Gutowski J, Wenisch H, Hommel D 2000 Phys. Rev. B 62 7413
[15]	Ji Z W, Enya Y, Mino H, Oto K, Muro K, Akimoto R, Takeyama S 2006 J. Phys: Conf. Seri. 51 427
[16]	Ji Z W, Mino H, Oto K, Akimoto R, Ono K, Takeyama S 2006 Semicond. Sci. Technol. 21 87
[17]	Enyal Y H 2007 Graduate School of Engineering Faculty of Engneering, the University of Tokyo Master Paper p116(in Chinese)[塩谷陽平 2007 東京大学大学院工学系研究科物理工学专攻硕士论文 p116]
[18]	Lematre A, Testelin C, Rigaux C, Wojtowicz T, Karczewski G 2000 Phys. Rev. B 62 5059
[19]	Yamashita K, Kita T, Matsuura Y, Wada O, Geng C, Scholz F, Schweizer H, Oe K 2002 Phys. Rev. B 66 195317
[20]	Nomura S, Nakanishi T, Aoyagi Y 2001 Phys. Rev. B 63 165330

[1]	李香草, 刘宝安, 李猛, 闫春燕, 任杰, 刘畅, 巨新. 用光致发光研究不同通量辐照磷酸二氢钾晶体的缺陷. 物理学报, 2020, 69(17): 174208. doi: 10.7498/aps.69.20200482
[2]	王强, 杨立学, 刘北云, 闫胤洲, 陈飞, 蒋毅坚. 本征富受主型ZnO微米管光致发光的温度调控机制. 物理学报, 2020, 69(19): 197701. doi: 10.7498/aps.69.20200655
[3]	魏晓旭, 程英, 霍达, 张宇涵, 王军转, 胡勇, 施毅. Au的金属颗粒对二硫化钼发光增强. 物理学报, 2014, 63(21): 217802. doi: 10.7498/aps.63.217802
[4]	刘智, 李亚明, 薛春来, 成步文, 王启明. 掺杂对多层Ge/Si(001)量子点光致发光的影响. 物理学报, 2013, 62(7): 076108. doi: 10.7498/aps.62.076108
[5]	王红培, 王广龙, 喻颖, 徐应强, 倪海桥, 牛智川, 高凤岐. 内嵌InAs量子点的δ掺杂GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气特性分析. 物理学报, 2013, 62(20): 207303. doi: 10.7498/aps.62.207303
[6]	王凯悦, 李志宏, 高凯, 朱玉梅. 电子辐照金刚石的光致发光研究. 物理学报, 2012, 61(9): 097803. doi: 10.7498/aps.61.097803
[7]	张红, 张春元, 张慧亮, 刘建军. 外加磁场下抛物型量子线中的带电激子. 物理学报, 2011, 60(7): 077301. doi: 10.7498/aps.60.077301
[8]	冀子武, 郑雨军, 徐现刚, 鲁云. ZnSe/BeTe Ⅱ型量子阱中界面结构对发光特性的影响. 物理学报, 2010, 59(11): 7986-7990. doi: 10.7498/aps.59.7986
[9]	刘春明, 方丽梅, 祖小涛. 钴掺杂二氧化锡纳米粉的光致发光和磁学性质. 物理学报, 2009, 58(2): 936-940. doi: 10.7498/aps.58.936
[10]	李素梅, 宋淑梅, 吕英波, 王爱芳, 吴爱玲, 郑卫民. 量子限制受主的光致发光研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4936-4940. doi: 10.7498/aps.58.4936
[11]	商丽燕, 林铁, 周文政, 黄志明, 李东临, 高宏玲, 崔利杰, 曾一平, 郭少令, 褚君浩. In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As量子阱中双子带占据的二维电子气的输运特性. 物理学报, 2008, 57(4): 2481-2485. doi: 10.7498/aps.57.2481
[12]	冀子武, 三野弘文, 小嵨映二, 秋本良一, 嶽山正二郎. 调制n型掺杂ZnSe/BeTe Ⅱ型量子阱结构的发光特性. 物理学报, 2008, 57(5): 3260-3266. doi: 10.7498/aps.57.3260
[13]	冀子武, 鲁云, 陈锦祥, 三野弘文, 秋本良一, 嶽山正二郎. 调制掺杂ZnSe/BeTe Ⅱ型量子阱结构中的内秉电场和新型带电激子. 物理学报, 2008, 57(2): 1214-1219. doi: 10.7498/aps.57.1214
[14]	冀子武, 三野弘文, 音贤一, 室清文, 秋本良一, 嶽山正二郎. 掺杂ZnSe/BeTe Ⅱ型量子阱结构中带电激子的磁场效应. 物理学报, 2008, 57(10): 6609-6613. doi: 10.7498/aps.57.6609
[15]	邢艳辉, 韩军, 刘建平, 邓军, 牛南辉, 沈光地. 垒掺In提高InGaN/GaN多量子阱发光特性. 物理学报, 2007, 56(12): 7295-7299. doi: 10.7498/aps.56.7295
[16]	高宏玲, 李东临, 周文政, 商丽燕, 王宝强, 朱战平, 曾一平. 不同量子阱宽度的InP基In0.53GaAs/In0.52AlAs高电子迁移率晶体管材料二维电子气的性能研究. 物理学报, 2007, 56(8): 4955-4959. doi: 10.7498/aps.56.4955
[17]	周文政, 林铁, 商丽燕, 黄志明, 崔利杰, 李东临, 高宏玲, 曾一平, 郭少令, 桂永胜, 褚君浩. InAlAs/InGaAs/InAlAs量子阱高迁移率二维电子气系统中的反弱局域效应研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4099-4104. doi: 10.7498/aps.56.4099
[18]	周文政, 林铁, 商丽燕, 黄志明, 朱博, 崔利杰, 高宏玲, 李东临, 郭少令, 桂永胜, 褚君浩. 双δ掺杂In0.65Ga0.35As/In0.52Al0.48As赝型高迁移率晶体管材料子带电子特性研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4143-4147. doi: 10.7498/aps.56.4143
[19]	舒强, 舒永春, 张冠杰, 刘如彬, 姚江宏, 皮彪, 邢晓东, 林耀望, 许京军, 王占国. 调制掺杂GaAs/AlGaAs 2DEG材料持久光电导及子带电子特性研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1379-1383. doi: 10.7498/aps.55.1379
[20]	周文政, 姚炜, 朱博, 仇志军, 郭少令, 林铁, 崔利杰, 桂永胜, 褚君浩. 单边掺杂InAlAs/InGaAs单量子阱中二维电子气的磁输运特性. 物理学报, 2006, 55(4): 2044-2048. doi: 10.7498/aps.55.2044

计量

文章访问数: 9023
PDF下载量: 814
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板