Experimental studies of the recombination processes in II-VI semiconductors (bulk crystals and epilayers) at variable excitation levels

Abstract

Low-temperature luminescence spectra under broad-scale variation of an excitation level Iexc are studied for ZnS/ZnSe single quantum wells (QW) and for CdS bulk crystals and epilayers. In the first case, the manifestations turn out to be of the heterointerface inhomogeneity - i.e. fluctuations of QW thickness. The position of the mobility edge for excitons localized by fluctuations is determined. In the second case the effect of the increase of Iexc is systematically studied not only for excitonic but also for impurity-related edge luminescence. Contrary to the earlier and commonly assumed expectations, up to the highest Iexc close to damage threshold no saturation of edge luminescence intensity was observed in bulk CdS crystals, whereas in a few thick epilayers such saturation did occur. The suggested qualitative explanation takes into account diffusion (non-diffusive transport) of carriers beyond the excited near-surface layer.

Дослiджено спектри низькотемпературної люмiнесценцiї при варiацiї рiвня збудження I у широкому дiапазонi для одиночних квантових ям (КЯ) ZnS/ZnSe та об’ємних кристалiв i епiтаксiйних шарiв CdS. У першому випадку знайдено прояви неоднорiдностi гетерограницi, тобто флуктуацiй товщини КЯ. Визначено енергетичну позицiю краю рухливостi для екситонiв, локалiзованих на флуктуацiях. У другому випадку систематично вивчений вплив зростання I не лише на екситонну, а й на пов’язану з домiшками крайову люмiнесценцiю. На вiдмiну вiд загальноприйнятих ранiше уявлень, при збiльшеннi I аж до порогу руйнування не спостерiгалося нiякого насичення iнтенсивностi крайової люмiнесценцiї в об’ємних кристалах CdS. У той же час в епiтаксiйних шарах товщиною декiлька мiкронiв таке насичення справдi мало мiсце. Пропонується пояснення на якiсному рiвнi, яке враховує дифузiю (недифузiйний транспорт) носiїв зi збудженого приповерхневого шару.