The ultrafast charge-carrier dynamics at the buried heterointerface of gallium phosphide on silicon(001) are investigated by means of time-resolved optical second-harmonic generation. Photon energy dependent measurements reveal the existence of electronic interface states in the bandgap of both materials. Charge carriers excited via these interface states are efficiently injected within a few hundred femtoseconds from the GaP/Si interface into the Si substrate, resulting in the build-up of an electric field perpendicular to the interface on a picosecond time scale.
References
1.
M.
Fahlman
, S.
Fabiano
, V.
Gueskine
, D.
Simon
, M.
Berggren
, and X.
Crispin
, Nat. Rev. Mater.
4
, 627
(2019
).2.
P.
Schulz
, D.
Cahen
, and A.
Kahn
, Chem. Rev.
119
, 3349
(2019
).3.
T. F.
Heinz
, in Nonlinear Surface Electromagnetic Phenomena
, edited by H.-E.
Ponath
and G. I.
Stegeman
(Elsevier Science Publishers B.V.
, Amsterdam
, 1991
), pp. 353
–416
.4.
C.
Tian
and Y.
Shen
, Surf. Sci. Rep.
69
, 105
(2014
).5.
C. A.
Nelson
, J.
Luo
, A. K. Y.
Jen
, R. B.
Laghumavarapu
, D. L.
Huffaker
, and X. Y.
Zhu
, J. Phys. Chem. C
118
, 27981
(2014
).6.
M.
Thämer
, R. K.
Campen
, and M.
Wolf
, Phys. Chem. Chem. Phys.
20
, 25875
(2018
).7.
T. F.
Heinz
, F. J.
Himpsel
, E.
Palange
, and E.
Burstein
, Phys. Rev. Lett.
63
, 644
(1989
).8.
Y. M.
Chang
, L.
Xu
, and H. W. K.
Tom
, Phys. Rev. Lett.
78
, 4649
(1997
).9.
C.
Voelkmann
, M.
Reichelt
, T.
Meier
, S. W.
Koch
, and U.
Höfer
, Phys. Rev. Lett.
92
, 127405
(2004
).10.
Y. D.
Glinka
, N. H.
Tolk
, X.
Liu
, Y.
Sasaki
, and J. K.
Furdyna
, Appl. Phys. Lett.
91
, 231104
(2007
).11.
W. A.
Tisdale
, K. J.
Williams
, B. A.
Timp
, D. J.
Norris
, E. S.
Aydil
, and X. Y.
Zhu
, Science
328
, 1543
(2010
).12.
A.
Beyer
and K.
Volz
, Adv. Mater. Interfaces
6
, 1801951
(2019
).13.
O.
Supplie
, O.
Romanyuk
, C.
Koppka
, M.
Steidl
, A.
Nägelein
, A.
Paszuk
, L.
Winterfeld
, A.
Dobrich
, P.
Kleinschmidt
, E.
Runge
, and T.
Hannappel
, Prog. Cryst. Growth Charact. Mater.
64
, 103
(2018
).14.
I.
Lucci
, S.
Charbonnier
, L.
Pedesseau
, M.
Vallet
, L.
Cerutti
, J. B.
Rodriguez
, E.
Tournie
, R.
Bernard
, A.
Letoublon
, N.
Bertru
, A.
Le Corre
, S.
Rennesson
, F.
Semond
, G.
Patriarche
, L.
Largeau
, P.
Turban
, A.
Ponchet
, and C.
Cornet
, Phys. Rev. Mater.
2
, 060401
(2018
).15.
P.
Kumar
and C. H.
Patterson
, Phys. Rev. Lett.
118
, 237403
(2017
).16.
A.
Beyer
, A.
Stegmüller
, J. O.
Oelerich
, J.
Kakhaber
, K.
Werner
, G.
Mette
, W.
Stolz
, S. D.
Baranovskii
, R.
Tonner
, and K.
Volz
, Chem. Mater.
28
, 3265
(2016
).17.
O.
Supplie
, M. M.
May
, G.
Steinbach
, O.
Romanyuk
, F.
Grosse
, A.
Nägelein
, P.
Kleinschmidt
, S.
Brückner
, and T.
Hannappel
, J. Phys. Chem. Lett.
6
, 464
(2015
).18.
K.
Volz
, A.
Beyer
, W.
Witte
, J.
Ohlmann
, I.
Nemeth
, B.
Kunert
, and W.
Stolz
, J. Cryst. Growth
315
, 37
(2011
).19.
M.
Feifel
, J.
Ohlmann
, J.
Benick
, M.
Hermle
, J.
Belz
, A.
Beyer
, K.
Volz
, T.
Hannappel
, A. W.
Bett
, D.
Lackner
, and F.
Dimroth
, IEEE J. Photovoltaics
8
, 1590
(2018
).20.
M.
Vaisman
, S.
Fan
, K.
Nay Yaung
, E.
Perl
, D.
Martín-Martín
, Z. J.
Yu
, M.
Leilaeioun
, Z. C.
Holman
, and M. L.
Lee
, ACS Energy Lett.
2
, 1911
(2017
).21.
R.
Cariou
, J.
Benick
, F.
Feldmann
, O.
Höhn
, H.
Hauser
, P.
Beutel
, N.
Razek
, M.
Wimplinger
, B.
Bläsi
, D.
Lackner
, M.
Hermle
, G.
Siefer
, S. W.
Glunz
, A. W.
Bett
, and F.
Dimroth
, Nat. Energy
3
, 326
(2018
).22.
S.
Liebich
, M.
Zimprich
, A.
Beyer
, C.
Lange
, D. J.
Franzbach
, S.
Chatterjee
, N.
Hossain
, S. J.
Sweeney
, K.
Volz
, B.
Kunert
, and W.
Stolz
, Appl. Phys. Lett.
99
, 071109
(2011
).23.
M.
Feifel
, T.
Rachow
, J.
Benick
, J.
Ohlmann
, S.
Janz
, M.
Hermle
, F.
Dimroth
, and D.
Lackner
, IEEE J. Photovoltaics
6
, 384
(2016
).24.
K.
Brixius
, A.
Beyer
, G.
Mette
, J.
Güdde
, M.
Dürr
, W.
Stolz
, K.
Volz
, and U.
Höfer
, J. Phys.: Condens. Matter
30
, 484001
(2018
).25.
C.
Schinke
, P. C.
Peest
, J.
Schmidt
, R.
Brendel
, K.
Bothe
, M. R.
Vogt
, I.
Kröger
, S.
Winter
, A.
Schirmacher
, S.
Lim
, H. T.
Nguyen
, and D.
MacDonald
, AIP Adv.
5
, 067168
(2015
).26.
A.
Lerch
, G.
Mette
, K.
Brixius
, A.
Beyer
, W.
Stolz
, K.
Volz
, and U.
Höfer
, “Deconvolution of interface and bulk contributions to pump-induced second-harmonic generation at a buried heterointerface” (unpublished).27.
M.
Mauerer
, I. L.
Shumay
, W.
Berthold
, and U.
Höfer
, Phys. Rev. B
73
, 245305
(2006
).28.
U.
Höfer
, Appl. Phys. A
63
, 533
(1996
).29.
C. H.
Lee
, R. K.
Chang
, and N.
Bloembergen
, Phys. Rev. Lett.
18
, 167
(1967
).30.
O. A.
Aktsipetrov
, A. A.
Fedyanin
, J. I.
Dadap
, and M. C.
Downer
, Laser Phys.
6
, 1142
(1996
).31.
O.
Romanyuk
, O.
Supplie
, T.
Susi
, M. M.
May
, and T.
Hannappel
, Phys. Rev. B
94
, 155309
(2016
).32.
C. G.
Van de Walle
and J.
Neugebauer
, Nature
423
, 626
(2003
).33.
W.
Pollard
, J. Appl. Phys.
69
, 3154
(1991
).34.
R.
Saive
, H.
Emmer
, C. T.
Chen
, C. M.
Zhang
, C.
Honsberg
, and H.
Atwater
, IEEE J. Photovoltaics
8
, 1568
(2018
).35.
P.
Perfetti
, F.
Patella
, F.
Sette
, C.
Quaresima
, C.
Capasso
, A.
Savoia
, and G.
Margaritondo
, Phys. Rev. B
30
, 4533
(1984
).36.
A. D.
Katnani
and G.
Margaritondo
, Phys. Rev. B
28
, 1944
(1983
).37.
G.
Steinbach
, M.
Schreiber
, and S.
Gemming
, Nanosci. Nanotechnol. Lett.
5
, 73
(2013
).38.
4
S.
Tanaka
, T.
Ichibayashi
, and K.
Tanimura
, Phys. Rev. B
79
, 155313
(2009
).39.
K.
Ishioka
, K.
Brixius
, A.
Beyer
, A.
Rustagi
, C. J.
Stanton
, W.
Stolz
, K.
Volz
, U.
Höfer
, and H.
Petek
, Appl. Phys. Lett.
108
, 051607
(2016
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
