Time-resolved soft X-ray photoelectron spectroscopy (PES) experiments were performed with time scales from picoseconds to nanoseconds to trace relaxation of surface photovoltage on the ZnO(0001) single crystal surface in real time. The band diagram of the surface has been obtained numerically using PES data, showing a depletion layer which extends to 1 μm. Temporal evolution of the photovoltage effect is well explained by a recombination process of a thermionic model, giving the photoexcited carrier lifetime of about 1 ps at the surface under the flat band condition. This lifetime agrees with a temporal range reported by the previous time-resolved optical experiments.
References
1.
K. C.
Waugh
, Catal. Today
15
, 51
(1992
).2.
C.
Klingshirn
, J.
Fallert
, H.
Zhou
, J.
Sartor
, C.
Thiele
, F.
Maier-Flaig
, D.
Schneider
, and H.
Kalt
, Phys. Status Solidi
247
, 1424
(2010
).3.
N.
Kislov
, J.
Lahiri
, H.
Verma
, D. Y.
Goswami
, E.
Stefanakos
, and M.
Batzill
, Langmuir
25
, 3310
(2009
).4.
K.
Kawano
, M.
Komatsu
, Y.
Yajima
, H.
Haneda
, H.
Maki
, and T.
Yamamoto
, Appl. Surf. Sci.
189
, 265
(2002
).5.
C.
Li
, D.
Feng
, T.
Jia
, H.
Sun
, X.
Li
, S.
Xu
, X.
Wang
, and Z.
Xu
, Solid State Commun.
136
, 389
(2005
).6.
M. A. M.
Versteegh
, T.
Kuis
, H. T. C.
Stoof
, and J. I.
Dijkhuis
, Phys. Rev. B
84
, 035207
(2011
).7.
J. R.
Schneck
, E.
Bellotti
, P.
Lamarre
, and L. D.
Ziegler
, Appl. Phys. Lett.
93
, 102111
(2008
).8.
E.
Magoulakis
, E. L.
Papadopoulou
, E.
Stratakis
, C.
Fotakis
, and P. A.
Loukakos
, Appl. Phys. A
98
, 701
(2010
).9.
T.
Shimizu
, K.
Yamamoi
, E.
Estacio
, T.
Nakazato
, K.
Sakai
, N.
Sarukura
, D.
Ehrentraut
, T.
Fukuda
, M.
Nagasono
, T.
Togashi
, A.
Higashiya
, M.
Yabashi
, T.
Ishikawa
, H.
Ohashi
, and H.
Kimura
, Rev. Sci. Instrum.
81
, 033102
(2010
).10.
M.
Kano
, A.
Wakamiya
, K.
Sakai
, K.
Yamanoi
, M.
Cadatal-Raduban
, T.
Nakazato
, T.
Shimizu
, N.
Sarukura
, D.
Ehrentraut
, and T.
Fukuda
, J. Cryst. Growth
318
, 788
(2011
).11.
B. F.
Spencer
, D. M.
Graham
, S. J. O.
Hardman
, E. A.
Seddon
, M. J.
Cliffe
, K. L.
Syres
, A. G.
Thomas
, S. K.
Stubbs
, F.
Sirotti
, M. G.
Silly
, P. F.
Kirkham
, A. R.
Kumarasinghe
, G. J.
Hirst
, A. J.
Moss
, S. F.
Hill
, D. A.
Shaw
, S.
Chattopadhyay
, and W. R.
Flavell
, Phys. Rev. B
88
, 195301
(2013
).12.
Structure drawn by VESTA,
K.
Momma
and F.
Izumi
, J. Appl. Crystallogr.
44
, 1272
(2011
).13.
M.
Ogawa
, S.
Yamamoto
, Y.
Kousa
, F.
Nakamura
, R.
Yukawa
, A.
Fukushima
, A.
Harasawa
, H.
Kondoh
, Y.
Tanaka
, A.
Kakizaki
, and I.
Matsuda
, Rev. Sci. Instrum.
83
, 023109
(2012
).14.
S.
Yamamoto
and I.
Matsuda
, J. Phys. Soc. Jpn.
82
, 021003
(2013
).15.
S.
Yamamoto
, Y.
Senba
, T.
Tanaka
, H.
Ohashi
, T.
Hirono
, H.
Kimura
, M.
Fujisawa
, J.
Miyawaki
, A.
Harasawa
, T.
Seike
, S.
Takahashi
, N.
Nariyama
, T.
Matsushita
, M.
Takeuchi
, T.
Ohata
, Y.
Furukawa
, K.
Takeshita
, S.
Goto
, Y.
Harada
, S.
Shin
, H.
Kitamura
, A.
Kakizaki
, M.
Oshima
, and I.
Matsuda
, J. Synchrotron Radiat.
21
, 352
(2014
).16.
Y.
Chen
, D. M.
Bagnall
, H.
Koh
, K.
Park
, K.
Hiraga
, Z.
Zhu
, and T.
Yao
, J. Appl. Phys.
84
, 3912
(1998
).17.
K.
Vanheusden
, W. L.
Warren
, C. H.
Seager
, D. R.
Tallant
, J. A.
Voigt
, and B. E.
Gnade
, J. Appl. Phys.
79
, 7983
(1996
).18.
S.
Tanuma
, C. J.
Powell
, and D. R.
Penn
, Surf. Interface Anal.
21
, 165
(1994
).19.
M.
Oshikiri
, K.
Takehana
, T.
Asano
, and G.
Kido
, Physica B
216
, 351
(1996
).20.
Y.
Imanaka
, M.
Oshikiri
, K.
Takehana
, T.
Takamasu
, and G.
Kido
, Physica B
298
, 211
(2001
).21.
D.
Ehrentraut
, H.
Sato
, Y.
Kagamitani
, H.
Sato
, A.
Yoshikawa
, and T.
Fukuda
, Prog. Cryst. Growth Charact. Mater.
52
, 280
(2006
).22.
H.
Zheng
, A.
Weismann
, and R.
Berndt
, Phys. Rev. Lett.
110
, 226101
(2013
).23.
H.
Lüth
, Surfaces and Interfaces of Solid Materials
, 3rd ed. (Springer-Verlag
, Berlin
, 1995
).24.
M.
Ogawa
, S.
Yamamoto
, R.
Yukawa
, R.
Hobara
, C.-H.
Lin
, R.-Y.
Liu
, S.-J.
Tang
, and I.
Matsuda
, Phys. Rev. B
87
, 235308
(2013
).25.
M.
Ogawa
, S.
Yamamoto
, K.
Fujikawa
, R.
Hobara
, R.
Yukawa
, Sh.
Yamamoto
, S.
Kitagawa
, D.
Pierucci
, M. G.
Silly
, C.-H.
Lin
, R.-Y.
Liu
, H.
Daimon
, F.
Sirotti
, S.-J.
Tang
, and I.
Matsuda
, Phys. Rev. B
88
, 165313
(2013
).26.
D.
Bröcker
, T.
Gießel
, and W.
Widdra
, Chem. Phys.
299
, 247
(2004
).27.
K.
Ozawa
, M.
Emori
, S.
Yamamoto
, R.
Yukawa
, Sh.
Yamamoto
, R.
Hobara
, K.
Fujikawa
, H.
Sakama
, and I.
Matsuda
, J. Phys. Chem. Lett.
5
, 1953
(2014
).28.
Ü.
Özgür
, Y. I.
Alivov
, C.
Liu
, A.
Teke
, M. A.
Reshchikov
, S.
Doǧan
, V.
Avrutin
, S.-J.
Cho
, and H.
Morkoç
, J. Appl. Phys.
98
, 041301
(2005
).29.
A.
Zangwill
, Physics at Surfaces
(Cambridge University Press
, 1988
).30.
K.
Ozawa
and K.
Mase
, Phys. Rev. B
83
, 125406
(2011
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.