onsbande durch eine breite energetische Verteilung der oberflächennahen Zustände zustan-de kommt. Der Vergleich zwischen zustan-dem gemessenen und zustan-den mit einem phänomenologi-schen Ratengleichungsmodell errechneten Transienten zeigt, dass sich das Abklingverhalten durch eine Aufteilung an jeder energetischen Position innerhalb der Potentiallandschaft in schwach und stark gebundene Exzitonen erklären lässt. Diese Potentiallandschaft befindet sich dabei in einer ausgedehnten Oberflächenschicht. Dieses ist im Einklang mit der in Ka-pitel 6 geführten Diskussion über die mikroskopische Ursache der SX-Emission. Die dortige Vermutung, dass die SX-Bande durch die Rekombination von an Störstellen gebundenen Exzitonen entsteht wird durch die hier gezeigten Abhängigkeiten von der Probentempera-tur, der Anregungsintensität sowie der energetischen Positionen unterstützt.
7.3 Dynamik oberflächennaher stark lokalisierter
Abb. 7.13: Photolumineszenzspektren bei unterschiedlichen Probentemperaturen. Die Spektren wurden auf die Intensität der D0X-Linie bei3,355eV normiert. Die dominierende SX-Bande und die mit A bezeichnete Emission zeigen ein entgegengesetztes Temperatur-verhalten.
Der energetische Abstand zwischen der A-Linie und dem Intensitätsmaximum der SX-Bande beträgt23meV. Mit steigender Temperatur ist eine niederenergetische Verschiebung zu beobachten. Sowohl das Maximum der SX-Bande, als auch die Linie A schieben in dem dargestellten Temperaturbereich von 20 K bis 30 K um 0,8 meV. Im Gegensatz dazu beträgt die Verschiebung der D0X-Linien nur 0,3 meV. Dieses deutet darauf hin, dass die Ursache der A-Emission, genauso wie die der SX-Bande, im Bereich der Oberfläche des Drahtes zu suchen ist. Es ist jedoch sofort zu erkennen, dass die dominierende SX-Bande und die Emission A einen entgegengesetzten Temperaturverlauf zeigen. Während die Intensität der SX-Emission abnimmt, nimmt die der A-Linie zu.
In Abbildung 7.14 ist der Temperaturverlauf der absoluten Intensitäten des SX-Band-Maximums sowie der Linie A in einem Temperaturbereich von 7 K bis 59 K dargestellt.
Wie im Abschnitt 7.1.2 bereits beschrieben, ist hier sehr gut zu erkennen, wie mit steigender Temperatur die Intensität der SX-Bande schnell abnimmt. Bei der Linie A ist ein komplett anderes Verhalten zu erkennen. Bis zu einer Temperatur von ungefähr 30 K nimmt die Intensität der A-Emission zu und oberhalb dieser Temperatur wieder ab. An dieser Stelle ist noch anzumerken, dass sich auch bei einer Temperatur von 7 K die Linie A auf einer logarithmischen Skala deutlich von der spektral überlagerten asymmetrischen SX-Bande abhebt. Oberhalb von 30 K ist, mit Ausnahme der FX-Emission, bei allen beobachteten Emissionen eine Abnahme der Photolumineszenzintensität mit steigender Temperatur zu erkennen. Das beobachtete Temperaturverhalten der Intensitäten der SX- und A-Emission lassen vermuten, dass beide durch die Rekombinations- und Relaxationsprozesse der Exzi-tonen im Bereich der Oberfläche miteinander verknüpft sein könnten.
Abb. 7.14: Teperaturverlauf der gemessenen absoluten Intensitätsmaxima der SX-Band und der Linie A bei einer Anregungsdichte von8,2μJ/cm2.
Um einen näheren Aufschluss darüber zu bekommen, sind zeitabhängige Messungen mit Hilfe des zeitkorrellierten Einzelphotonen-Zählens (TCPC, Kapitel 4.3) durchgeführt und entsprechend der in Kapitel 4.3.1 beschriebenen Vorgehensweise ausgewertet worden. In Abbildung 7.15 sind bei Temperaturen von 15 K und 25 K aufgenommene Transienten dargestellt. Bei jeder Temperatur sind eine Transiente an der spektralen Position des In-tesitätsmaximums der Linie A und 4,5 meV bzw. 5,6 meV energetisch unterhalb dieser Position aufgenommen worden. Alle gemessenen Transienten konnten mit einem biexpo-nentiellen Abklingverhalten gemäß Gleichung 4.3 angepasst werden. Die ermittelten Ab-klingzeitenτ1 und τ2 sowie das Verhältnis der Beiträge zum gesammten Signal A2/A1 sind jeweils in Abbildung 7.15 angegeben. Es ist zu erkennen, dass die kurze Abklingzeitτ1 von 130ps sowohl bei Variation der spektralen Position als auch bei Veränderung der Proben-temperatur konstant bleibt. Dieses ist konform mit dem in den Abschnitten 7.1.1 und 7.1.2 berichteten Verhalten der SX-Emission. Betrachtet man die an der spektralen Position der Linie A ermittelten Parameter, so zeigt sich, dass mit steigender Temperatur die lange Abklingzeitτ2 zunimmt. Bei Probentemperaturen von ungefähr30K ist nur noch ein mo-noexponentielles Abklingverhalten zu beobachten. Während die Zeitτ2ansteigt, wächst der Beitrag der langsamen Abklingkomponente stark an, was deutlich am VerhältnisA2/A1 zu erkennen ist. Das Anwachsen des VerhältnissesA2/A1 lässt zunächst vermuten, dass die A-Emission sich so verhält, wie es in Abschnitt 7.1.2 für das Abklingverhalten der SX-Bande gezeigt wurde. Allerdings ist die Abklingzeitτ2, die im Bereich von 1nsliegt, im Vergleich zu den für die SX-Bande beobachtetenτ2-Zeiten ungefähr doppelt so lang. Vergleicht man die an4,5meV bzw.5,6meV energetisch tieferen Positionen gemessenen Transienten mit den an der SX-Bande gemessenen, so liegen die Abklingzeiten sowie das VerhältnisA2/A1 hingegen im gleichen Bereich. Ferner zeigen die beiden Transienten das gleiche Verhalten wie die SX-Bande bei Variation der Temperatur. Im Vergleich zu den am
Intensitätsmaxi-Abb. 7.15: Bei Probentemperaturen von 15 K und 25 K an den spektralen Positionen der Linie A sowie niederenergetisch davon gemessene Transienten. Diese konnten mit einem biexponentiellen Verlauf angepasst werden. Die bestimmten Abklingzeitenτ1 und τ2 sowie das Verhältnis A2/A1 sind jeweils als Inset angegeben.
mum der Linie A gemessenen Transienten ist jedoch nicht nur ein deutlicher Unterschied in den Abklingzeitenτ2, sondern auch eine Abnahme des VerhältnissesA2/A1 zu erkennen.
Dieses deutet darauf hin, dass die A-Photolumineszenz selber eine lange Abklingzeit im Bereich von1 nshat.
Bei der Interpretation dieser Ergebnisse muss man nun berücksichtigen, dass das an der spektralen Position des Intensitätsmaximums der Linie A gemessene Signal aus der Su-perposition der A-Emission und dem darunter liegenden niederenergetischen Ausläufer der SX-Bande resultiert. Vergleicht man die Intensitäten der SX-Bande und der Linie A (Ab-bildung 7.14), so ist zu erkennen, dass die Intensität der SX-Bande bei einer Temperatur von 30 K gegenüber der Intensität bei 7 K um ungefähr 95% abgenommen hat, wohin-gegen die Intensität der Linie A bei 30 K ihr Maximum erreicht hat. Dieses Verhalten spiegelt sich in den hier diskutierten Transienten wider. Bei einer Temperatur von 15 K ist der Beitrag der langsamen Abklingkomponente, also das Verhältnis A2/A1, kleiner als bei einer Probentemperatur von 25 K. Auch das deutet darauf hin, dass die A-Emission selber eine Abklingzeit im Bereich von1 nshat.
Die hier dargestellten Ergebnisse zeigen, dass die Ursache der Emission A zwar im Bereich der Oberfläche des Drahtes zu suchen ist, aber von der der SX-Bande unterschieden werden muss. Letzteres wird auch dadurch verdeutlicht, dass die SX-Bande an allen Probenstellen immer ähnlich stark ausgeprägt war, die A-Linie aber nicht. Zudem zeigen die tempera-turabhängigen Messungen, dass die A-Emission und die SX-Bande über Rekombinations-und Relaxationsprozesse miteinander verknüpft sein könnten. Da bei erhöhten
Temperatu-die Probe umgebenden Atmosphäre entstanden sein. Eine genaue Zuordnung der Störstelle ist anhand der hier dargestellten Ergebnisse allerdings nicht möglich. Im Folgenden wird eine mögliche Erklärung des beobachteten Temperaturverhaltens der Linie A im Rahmen des in den ersten Abschnitten dieses Kapitels eingeführten Modells für die Dynamik der oberflächenexzitonischen Photoluminezsenz gegeben.
In diesem Modell wird davon ausgegangen, dass sich die oberflächennahen Exzitonen in einer Potentiallandschaft befinden. Diese besteht, wie in Kapitel 7.2 beschrieben, aus stark lokasierenden und weniger stark lokalisierenden SX-Zentren. Dabei sind die Potentialbar-rieren zwischen den letztgenannten Zentren relativ klein, so dass die Exzitonen bereits bei Temperaturen bis zu 30 K durch die Streuung mit Phononen in benachbarte und energetisch höher gelegene SX-Zustände gelangen können. Dieses geht mit einer räumli-chen Bewegung der Exzitonen einher. Zwisräumli-chen den SX-Zentren im Oberfläräumli-chenbereich der Drähte befinden sich aber auch die stark lokalisierenden Zentren, die zur A-Emission füh-ren. Durch die Exziton-Phonon Streuung gelangen nun einige Exzitonen nicht zu anderen SX-Zentren sondern zu den stark lokalisierenden A-Störstellen. Mit steigender Temperatur werden so immer mehr Exzitonen an die freien A-Störstellen gebunden. Dort rekombinie-ren diese dann, wie es von donator-gebundenen Exzitonen bekannt ist [48] (Kapitel 2.2.2).
Das in Abbildung 7.14 gezeigte Temperaturverhalten bis30K ließe sich so erklären. Ober-halb von 30 K ist der Einfluss der Dissoziation der stark und weniger stark lokalisierten Exzitonen bereits so groß, dass die Intensität der A-Emission abnimmt, wie es auch bei den D0X-Linien zu beobachten ist (Kapitel 5.2). Aus der Tatsache, dass die Intensität der A-Linie mit steigender Temperatur langsamer abnimmt als die SX-Linie (Abbildung 7.14), lässt sich erkennen, dass zwar immer noch mehr Exzitonen an A-Störstellen binden, die konkurrierende Dissoziation jedoch überwiegt.