Катодолюминесценция твердых растворов на основе (SiC)1-x(AlN)x
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?. 11 - Спектр катодолюминесценции (SiC)0,93(AlN)0,07 при Т=85 К
Поскольку содержание AlN не превышает 7%, ширина запрещенной зоны, согласно [16], такая же как у SiC. Поэтому, совпадение полосы люминесценции (SiC)0,93(AlN)0.07 с наиболее характерной для 6Н - SiС полосой донорно-акцепторной рекомбинации N-Al представляется естественной. Ярко выраженное коротковолновое крыло авторы объясняют разупорядоченностью решетки, характерной для твердых растворов.
Авторы [17] попытались возбудить фотолюминесценцию в широкозонном (SiC)1-x(AlN)x слое фотонами с энергией 3.7-4.0 эВ импульсным азотным лазером и линиями 303-313 нм ртутной лампы. Однако, они пришли к выводу, что фотонами с такой энергией не удается возбудить краевую люминесценцию. Поэтому, был использован пучок электронов с энергией 15 кэВ.
В работе представлен спектр катодолюминесценции (SiC)1-x(AlN)x, который представляет собой широкую полосу с hnmax 3,3эВ ( рис.12)
Рис. 12 - Спектр катодолюминесценции (SiC)1-x(AlN)x при Т = 83 К
Высказано предположение, что по мере роста концентрации примесей Al и N в SiC и перехода от связей в SiC к связям в твердом растворе (SiC)1-x(AlN)x образуется промежуточный тип связей в системе Si-C-Al-N. Эти связи проявляются в ультрафиолетовой люминесценции. К сожалению, авторы не приводят данные о концентрации AlN в исследованном образце.
Нами была исследована катодолюминесценция в эпитаксиальных слоях (SiC)1-x(AlN)x различных составов. Спектры катодолюминесценции измерялись при температурах 77К и 300К и энергиях возбуждения 25 кВ.
На рис.13 представлены спектры катодолюминесценции эпитаксиального слоя (SiC)1-x(AlN)x при 77 и 300К.
Рис. 13 - Спектр КЛ для (SiC)0,62(AlN)0,38
Видно, что спектр состоит из двух полос, расположенных при 2,20 и 2,9 эВ. Причем интенсивность длинноволновой полосы уменьшается с возраствнием температуры измерений почти в два раза, в то время как интенсивность коротковолновой полосы уменьшается в четыре раза. Вероятно, это объясняется температурным тушением люминесценции [18]. Длинноволновый пик люминесценции обусловлен дефектами в кристаллической решетке и ее интенсивность меньше зависит от температуры, так как количество дефектов при росте твердых растворов слабо зависит от температуры выращивания.
На рис.14 приведены спектры КЛ эпитаксиальных слоев (SiC)1-x(AlN)x с содержанием AlN в 35% мол и 41 % мол и 73 % мол.. Здесь также наблюдаются две полосы излучения, причем с увеличением содержания AlN длинноволновая полоса незначительно, а более коротковолновая полоса существенно сдвигаются в коротковолновую область. Как известно, ширина запрещенной зоны твердых растворов вышеуказанных составов больше чем энергии излучения этих обеих полос, поэтому за излучение ответственны какие-либо примеси в твердых растворах.
Рис. 14 - Спектры КЛ (SiC)1-x(AlN)x при х=0,35 (кривая 1), х=0,41 (кривая2) и х=0,73 (кривая3) (Т=300К)
При долгом воздействии электронного пучка на образцы максимумы полос незначительно сдвигались в длинноволновую область, что вероятно связано с увеличением концентрации дефектов под действием электронного пучка, которые создают дополнительные центры излучательной и безызлучательной рекомбинации.
Длинноволновая полоса излучения подобна дефектной люминесценции в чистом карбиде кремния [18]. Она возникает вследствие излучательной рекомбинации экситонного типа через точечный комплекс дефектов, в котором одной из компонент, наиболее вероятно, является вакансия углерода.
Что касается коротковолновой полосы излучения, наблюдаемой на спектрах катодолюминесценции, то её возникновение можно объяснить следующим образом. В твердых растворах с (SiC)1-x(AlN)x содержатся самое малое две группы центров, способных захватывать носители заряда противоположного знака (азот и алюминий ). При достаточно больших концентрациях AlN в образцах межпримесные расстояния достаточно малы и излучательная рекомбинация может идти за счет межпримесных переходов в этом случае излучательная рекомбинация осуществляется через донорно-акцепторные пары азот - алюминий. Вероятно, именно этот процесс и ответственен за возникновение коротковолновой полосы излучения. Сдвиг максимума полосы излучения с увеличением содержания нитрида алюминия в твердых растворах объясняется увеличением ширины запрещенной зоны при относительной неизменности глубины примесных уровней азота и алюминия относительно зоны проводимости и валентной зоны соответственно.
Выводы
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
Показано, что спектры катодолюминесценции состоят из двух полос излучения. Длинноволновая полоса обусловлена рекомбинацией на дефектах структуры (вакансии углерода), в то время как коротковолновая полоса связана с рекомбинацией на донорно-акцепторных парах N-Al. Интенсивность этих полос по-разному зависит от температуры: интенсивность длинноволновой полосы в два раза увеличивается, а интенсивность коротковолновой полосы увеличивается в четыре раза с понижением температуры от 300К до 77К.
Установлено, что максимумы полос катодолюминесценции твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x плавно смещаются в коротковолновую область с увеличением содержания AlN в образцах, подобно тому, что происходит и с максимумами фото- и электролюминесценции.
Литература
1.Справочник по электротехническим материалом, т.3.Л., Энергоатамиздат. 1988. с. 467.
2.Дмитриев В.А., Иванов П.А. и др. Письма в ЖТФ, 1985., т.11 с. 238.
3.Vodacov Y. A., Mochov E.N., Ramm M.g., Roenkov A.D. Krist und Techn. 1979. V. 14. N 6. P. 729.
.Нурмагомедо