Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 |

скольких кристаллов GaAs : Te, выращенных методом Входящая в выражения (5), (6), (8) величина m может Чохральского в направлении [100]. Они имели разбыть оценена, как это делалось в [16], из изменения личные концентрации электронов (n) в диапазоне интенсивности квазимежзонной рекомбинации, происхо (21017 21018) см-3 и представляли собой пластины дящей при падении I из-за термического выброса дырок с размерами 3 15 20 мм. Методика измерений с комплекса.

ФЛ, ее поляризации и спектров возбуждения была поЕсли процессы выброса и обратного захвата дырок добна использовавшейся в работе [10]. Образец для при резонансном возбуждении отсутствуют, т. е. дефект исследования, находящийся в сосуде Дюара, прижималсоздает достаточно глубокий уровень, а температура не ся к массивному медному держателю, обеспечивающеслишком высока (cp p1 0), то поляризация излучения му однородное распределение температуры по площапри выбранной геометрии эксперимента и = 0 зависит ди образца, и обдувался парами жидкого азота, поток только от направления и типа излучателя и возможности которых регулировался. Температура измерялась двумя переориентации в возбужденном состоянии, т. е. от, и /0. Для предельных значений ( = 1 и =0) и термопарами медьЦконстантан, прижатыми к верхнему /0 (/0 и /0 0) зависимости 1 и 2 от и нижнему торцам образца. В процессе эксперимента в этом случае показаны на рис. 2. показания этих термопар различались не более чем на Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1066 А.А. Гуткин, М.А. Рещиков, В.Е. Седов 0.2 K. Как показали контрольные измерения, степень деполяризации света, пропускаемого образцом и сосудом Дюара, не превышала 1%.

В спектрах ФЛ всех исследованных образцов при низкой температуре и межзонном возбуждении наблюдалась полоса с максимумом излучения при энергии фотонов вблизи 1.18 эВ, связанная с исследуемыми комплексами, и краевое излучение с максимумом при энергии фотонов 1.51 эВ (рис. 3). С повышением температуры спектры краевого излучения сдвигались в сторону меньших энергий фотонов и уширялись. Полоса излучения исследуемых дефектов при температурах ниже 140 K изменялась мало, а затем по мере увеличения температуры ее интенсивность падала и вследствие этого вырастала относительная интенсивность полосы с максимумом около 0.95 эВ, приписываемой комплексам с более Рис. 4. Температурные зависимости интегральной интенсивглубоким энергетическим уровнем [17] (рис. 3). При ности полосы излучения комплекса VGaTeAs (1 3) и кваэтом отношение интенсивностей полос с максимумами зимежзонной полосы (2 4). Концентрация электронов в при 0.95 и 1.18 эВ при данной температуре изменялось от образцах, см-3: 1, 4 Ч1018; 2, 5 Ч5 1017; 3, 6 Ч2 1017.

образца к образцу и, как правило, уменьшалось с увелиСплошные линии Ч расчет согласно выражениям (8), (12) чением концентрации свободных электронов в образце.

при следующих значениях параметров: ET = 170 мэВ, В спектре образцов с концентрацией 21017 см-3 даже (1 - m)0c0Nv: 1 Ч3.6 104, 2 Ч8.7 104, 3 Ч2 105.

p при низких температурах преобладала полоса 0.95 эВ.

Зависимости от температуры полных интенсивностей Фкраевого излученияФ (Icv) и излучения исследуемых комплексов (I) при межзонном возбуждении показаны ми расчетов, приведенными в разд. 2, наблюдалось, что на рис. 4. Как это уже наблюдалось ранее [16], падение ( = 90) 0 при обеих использованных ориентациях интенсивности полосы 1.18 эВ сопровождается ростом кристалла ([110]Ц[001] и [100]Ц[010]).

интенсивности краевого излучения.

Величины ( = 0) при этих ориентациях зависели от Спектры возбуждения полосы 1.18 эВ представлены exc и температуры. Зависимости ( = 0) от exc при на рис. 5, a. Повышение температуры, как видно из различных температурах и ориентациях кристалла имели рис., приводит к уширению и сдвигу длинноволнового одинаковый вид и для случая ориентации [110]Ц[001] края спектров в область меньших энергий фотонов.

приведены на рис. 5, b. Как видно из рис. 5, при Возбуждение ФЛ поляризованных светом с энергией фодостаточно низких exc( = 0) не зависит от exc.

тонов ( exc) ниже ширины запрещенной зоны, как было Существование такой области в спектрах поляризации впервые обнаружено в [18], приводило к возникновению поляризации ФЛ. При этом в соответствии с результата- ФЛ указывает на то, что в ней имеет место только резонансное возбуждение исследуемых комплексов.Величины ( = 0) в этой области в пределах погрешности измерений не зависят от em и являются характеристикой этих центров. В случаях ориентаций [110]Ц[001] и [100]Ц[010] они должны соответствовать 1 и 2 (см. выражения (5) и (6)). С увеличением температуры от 77 до 120 K экспериментальные величины 1 и 2 практически оставались постоянными и соответственно составляли 0.280.02 и 0.080.01 как и при 2 K [10]. Дальнейший рост температуры приводил к существенному падению 1 и 2. С результатами расчетов сопоставлялись экспериментальные температурные зависимости параметра 1, относительная погрешность определения для которого меньше, чем для 2. Эта зависимость показана на рис. 6 и 7.

Рис. 3. Спектры фотолюминесценции образца с n = 5 1017 см-3 при возбуждении светом из собственной Постоянство ( = 0) и равенство нулю ( = 90) в этой полосы поглощения. T, K: 1 Ч 80, 2 Ч 150, 3 Ч 180, области, а также постоянство ( = 0) по спектру исследуемой полосы 4 Ч 230. Интенсивности ФквазимежзоннойФ и примесной ФЛ, наблюдаемые нами, свидетельствуют также о том, что влиянием фотолюминесценции для каждой температуры приведены в рассеянного возбуждающего света и полосы излучения 0.95 эВ в использованных нами областях exc и em можно пренебречь.

произвольных единицах.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Исследование комплекса VGaTeAs в n-GaAs с помощью поляризованной фотолюминесценции... 4. Обсуждение адиабатических потенциалов вакансионного комплекса в пространстве взаимно ортогональных обобщенных коор4.1 Область низких температур. Постоянство поля- динат Q4, Q5, Q6, связанных с F2-колебаниями атомов, окружающих VGa. В первом порядке теории возмущений ризации исследуемой полосы ФЛ в широком диапазоне по температур (2 120 K) показывает, что в этой области /EJT это дает следующее соотношение между, и EJT :

отсутствуют как термический выброс и захват дырок комплексом VGaTeAs, так и переориентация дисторсий не3 sin = 1 -. (11) 3EJT посредственно в излучающем состоянии. В этом случае, согласно выражению (9), отношение 1/2 зависит толь- При этом > 0 [6]. Из (11) следует, что с предпоко от угла, характеризующего положение оси элемен- ложением об относительной малости влияния донора на тарного излучателя в плоскости симметрии дефекта. Ве- состояния вакансии в комплексе VGaTeAs [6] и согласуется лишь значение 15. Используя указанные личины этого угла, удовлетворяющие экспериментальновыше значения 1 и 2, из (10) можно также найти, что му значению 1/2, приближенно равны 15 и 51.

0.16. Таким образом, относительный вклад линейС другой стороны, в модели, предполагающей слабое ного осциллятора в поглощение и излучение комплекса расщепление t2-состояния VGa донором в комплексе [6], заметно превышает вклад ротатора.

величина может быть связана с отношением этого 4.2 Температурные зависимости интенсивностей расщепления, описываемого в работе [6] параметром, фотолюминесценции при межзонном возбуждении.

к энергии ян-теллеровской стабилизации (EJT ). ДействиРассмотрим температурное изменение интенсивности тельно, в этой модели направление излучающего диполя ФЛ комплексов при межзонном возбуждении, показанв реальных координатах x, y, z (рис. 1) совпадает с наное на рис. 4. Эти зависимости, как указывалось в [2,16], правлением радиус-вектора положения точки минимума связаны с термической эмиссией в валентную зону дырок, захваченных дефектом, и могут быть описаны выражением (8), в котором cp p1 =c0Nv exp(-ET /kT ), (12) p где c0 (скорость захвата дырок комплексом в пределе p высоких температур), Nv (эффективная плотность состояний в валентной зоне), ET (энергия активации эмиссии дырок) Ч константы, одинаковые для всех образцов. Параметры 0 и m, согласно [2,13,16,19], в области сильного изменения I практически не зависят от температуры, но различны для различных образцов.

Аппроксимация экспериментальных зависимостей I(T ) выражениями (8) и (12) показана на рис. 4 и достигалась при ET = 170 мэВ. Величины (1 - m)0c0Nv, p полученные при такой аппроксимации, для образцов с разной концентрацией электронов приведены в подписи под рис. 4.

Диапазон возможных значений m может быть определен из изменения интенсивности квазимежзонного излучения Icv при падении I с ростом температуры (рис. 4), как уже указывалось в разд. 2. Действительно, рост Icv, наблюдаемый в области резкого падения интенсивности излучения комплексов при межзонном возбуждении, связан с увеличением неравновесной концентрации дырок в валентной зоне из-за термического выброса дырок, захватываемых комплексами [2,16]. При этом интенсивность Icv изменяется от величины Icv, соотвествующей полному отсутствию выброса дырок с комплексов, до величины em Icv, отвечающей практически полному возвращению в валентную зону дырок, захватываемых комплексами. Используя модель, рассмотренную в [16], легко показать, Рис. 5. Спектральные распределения интенсивности возчто в случае слабого возбуждения ФЛ (линейная зависибуждения фотолюминесценции в полосе 1.18 эВ (a) и спекмость I и Icv от интенсивности возбуждения) величина m тры поляризации этой полосы при возбуждении поляризовансвязана с относительным изменением Icv соотношением ным светом в случае ориентации кристалла [110]Ц[001] (b).

0 em T, K: 1 Ч 80, 2 Ч 120, 3 Ч 130, 4 Ч 150, 5 Ч 165, 6 Ч 180, m = 1 - Icv/Icv. (13) 7 Ч 230.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1068 А.А. Гуткин, М.А. Рещиков, В.Е. Седов Рис. 6. Температурная зависимость 1 для полосы излучения комплексов VGaTeAs ( exc = 1.35 1.36 эВ, em = 1.20 1.25 эВ).

Образец с n = 51017 см-3. Сплошные линии Ч расчет в соответствии с выражениями (5) и (14) в случае /0 (a) и в общем случае (b). Параметры для вычислений, m: 1 Ч0.7, 2 Ч 0.75, 3 Ч0.8, 4 Ч 0.85, 5 Ч0.9, 6, 7, 8, 9 Ч 0.72. EB, мэВ: 1 5, 9 Ч ;

6 Ч 200; 7 Ч 225; 8 Ч 250. = 15, = 0.16. 0 = 10-6 с. ET = 170 мэВ, c0Nv = 3.1 105 с-1.

p em Экспериментально величина Icv определялась макси- максимумом при энергии фотонов 0.95 эВ. Поэтому мальной величиной Icv (рис. 4). Величина Icv может детальное сопоставление с теорией было сделано для быть получена экстраполяцией экспериментальной зави- образцов с n = 5 1017 см-3. Результаты этого сопо-ставления представлены на рис. 6. Если уменьшение симости Icv(T ) из области низких температур, когда поляризации связано только с термической эмиссией и термический выброс дырок с комплексов отсутствует, к em температуре, при которой определяется Icv. Погреш- обратным захватом дырок (/0 ), согласно (5) и (6), температурная зависимость 1 и 2 определяется ность экстраполяции определяет интервал возможных только зависимостью 0cpp1. Последняя может быть значений m, вычисленных согласно соотношению (13).

найдена из зависимости I(T ) (рис. 4) для данного m.<нно для образцов с n = 1018, 51017 Вычисленные таким образом зависимости 1(T ) при различных m показаны на рис. 6, a и при разумных велии 2 1017 см-3.

чинах m близки к экспериментальной кривой. Улучшение 4.3 Уменьшение наведенной поляризации фотосогласия экспериментальных и расчетных кривых можно люминесценции комплексов при повышенных темполучить, если наряду с эмиссией и обратным захватом пературах. Как видно из сопоставления рис. 6, 7 и 4, дырок учесть переориентацию дисторсий комплекса в падение поляризации исследуемой полосы ФЛ с увевозбужденном состоянии. Предполагая при этом, что халичением температуры происходит примерно в том же рактеристическое время такой переориентации зависит диапазоне температур, что и уменьшение ее интенсивот температуры в соответствии с выражением ности. Таким образом, процессы выброса и обратного захвата дефектами дырок могут играть существенную = -1 exp(EB/kT ), (14) роль в температурной деполяризации излучения и их необходимо учитывать при анализе экспериментальных где EB Ч высота барьера между эквивалентными конзависимостей 1(T ) с помощью выражения (5). В этих фигурациями, Ч частота соударений со стенками условиях, чтобы наблюдать влияние процессов переорибарьера, мы получили хорошее согласие расчета и ентации центров в возбужденном состоянии на темпераэксперимента (рис. 6, b) при EB = 200 260 мэВ и турную деполяризацию ФЛ, нужно исследовать образцы -1 = 10-11 10-13 с. Эти же параметры дают удос возможно меньшим параметром m, что соответствует влетворительное согласие расчета с экспериментальныобразцам с малой концентрацией электронов. Однако ми зависимостями поляризации также для образцов с такие образцы слабо излучают в исследуемой полосе другими концентрациями электронов (рис. 7). Величина ФЛ, и интенсивность этой полосы начинает уменьшаться 0, необходимая для аппроксимации экспериментальных при более низких температурах. Кроме того, достаточно данных, в этом случае изменялась от 0.6 до 1.3 мкс для точному определению поляризации исследуемой полосы образцов с концентрацией электронов 1018 и21017 см-3, для них препятствует очень интенсивная полоса ФЛ с что хорошо согласуется со значениями 0, полученными Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Исследование комплекса VGaTeAs в n-GaAs с помощью поляризованной фотолюминесценции... и ян-теллеровской дисторсии (вследствие термической эмиссии дырок возбужденными светом комплексами и их обратного захвата), а также может быть частично связано с переориентацией дисторсий в течение жизни возбужденного состояния комплекса. Высота энергетического барьера для такой переориентации не ниже 200 мэВ.

Работа была частично поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант N 95-02-04146-a).

Список литературы [1] E.W. Williams. Phys. Rev., 168, 922 (1968).

[2] K.D. Glinchuk, A.V. Prokhorovich, V.I. Vovnenko. Phys. Stat.

Рис. 7. Температурная зависимость 1 для полосы изSol. (a), 34, 777 (1976).

учения комплексов VGaTeAs ( exc = 1.35 1.36 эВ, [3] Н.С. Аверкиев, А.А. Гуткин, Е.Б. Осипов, М.А. Рещиков, em = 1.20 1.25 эВ). Образцы с n = 2 1017 см-3 (1) и В.Р. Сосновский. ФТП, 26, 1269 (1992).

n = 1018 см-3 (2). Сплошные линии Ч расчет в соответствии с [4] A.A. Gutkin, M.A. Reshchikov, V.E. Sedov, V.R. Sosnovskii.

выражениями (5) и (14) при значениях параметров, m: 1 Ч0.4, Proc. Estonian Acad. Sci. Phys. Math., 44, No. 2/3, 212 (1995).

2 Ч 0.85. 0, 10-6 с: 1 Ч 1.07, 2 Ч 0.77. EB = 225 мэВ.

[5] A.A. Gutkin, N.S. Averkiev, M.A. Reshchikov, V.E. Sedov.

Остальные параметры те же, что и в подписи к рис. 6.

Pages:     | 1 | 2 | 3 |    Книги по разным темам