Установка стационарной оптической спектроскопии полупроводниковых наноструктур

Экспериментальная установка, которая схематически представлена на рисунке ниже, позволяет измерять фотолюминесценцию (ФЛ), используя непрерывный или импульсный титан-сапфировые лазеры, для возбуждения образца. Ключевой особенностью титан-сапфировых лазеров является возможность их перестройки по длине волны в широком диапазоне длин волн. Импульсный лазер позволяет работать в пикосекундном или фемтосекундном режимах. Также возможно одновременное использование импульсного и непрерывного лазеров.

Оптическая схема позволяет детектировать сигнал ФЛ во всевозможных поляризациях при любых, заранее заданных, поляризациях возбуждающего излучения и, тем самым, возможно исследование поляризационных эффектов в любой конфигурации.

Исследуемый образец охлаждается в криостате замкнутого цикла вплоть до температуры жидкого гелия. В криостате установлен нагреватель, что позволяет задавать и контролировать температуру образца в криостате в диапазоне от 4 K вплоть до комнатной температуры. Акусто-оптический модулятор (АОМ) используется для амплитудной модуляции излучения непрерывного титан-сапфирового лазера. АОМ формирует импульсы заданной длительности, начиная от долей микросекунд, что позволяет изучать переходные процессы. Кроме того, применение АОМа дает возможность изучать нелинейные оптические процессы при мощном лазерном возбуждении без существенного нагрева образца. Модулируя возбуждение с большим параметром скважности можно значительно уменьшить интегральную мощность излучения падающего на образец. Поскольку в прямозонных полупроводниках времена жизни носителей значительно меньше длительности формируемых АОМом импульсов, такое возбуждение можно считать непрерывным.

Для регистрации ФЛ используется спектрометр iHR-550 с охлаждаемым многоканальным фотоприемником (CCD). Спектрометр iHR-550 является однократным, поэтому для подавления рассеянного лазерного излучения при квазирезонансном возбуждении используется ряд мер. Исследуемый образец наклеивается на держатель с помощью индия, образующего со стороны подложки образца хорошую зеркальную поверхность. Падающий лазерный свет частично отражается от передней поверхности образца, частично поглощается и частично отражается от задней поверхности образца. Все отраженные пучки являются узконаправленными и могут быть блокированы диафрагмами. Это позволяет измерять спектры люминесценции даже при возбуждении близлежащего перехода между уровнями размерного квантования в образце с квантовой ямой. Использование индия для приклейки образца к держателю обеспечивает также хороший тепловой контакт, что позволяет проводить измерения фотолюминесценции в зависимости от плотности мощности возбуждения вплоть до величин в несколько десятков мВт при фокусировки излучения в пятно диаметром 40 мкм.

Эта же экспериментальная установка может быть использована для исследования спектров пропускания и отражения. В качестве источника света в этом случае используется галогенная лампа накаливания с маленьким рабочим телом.