WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 4 Спектры комбинационного рассеяния света монокристаллов GaSe, подвергнутых воздействию лазерного облучения ¶ © А. Байдуллаева, З.К. Власенко, Б.К. Даулетмуратов, Л.Ф. Кузан, П.Е. Мозоль Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина (Получена 23 июня 2004 г. Принята к печати 12 июля 2004 г.) Проведен анализ особенностей кристаллической структуры слоистых кристаллов GaSe различных политипных модификаций. Рассмотрена возможность идентификации фазовых переходов, происходящих при изменении температуры, давления и состава, методом резонансного комбинационного рассеяния света.

Исследовано влияние высокотемпературного отжига и импульсного лазерного облучения на спектры комбинационного рассеяния света. Обнаружено образование областей с другим политипным составом и областей с остаточным напряжением после импульсного лазерного облучения.

1. Введение упаковки [6]. Методом вакуумной возгонки получают игольчатые кристаллы -, -, -модификаций [8,9]. МоМонокристаллы селенида галлия, как и весь класс нокристаллы -политипа удается получить в редчайслоистых кристаллов, характеризуются сильно выра- ших случаях, причем встречаются они только среди женной структурной анизотропией, которая приводит к игольчатых кристаллов, выращенных методом вакуумквазидвумерному характеру колебательных состояний и ной возгонки или газотранспортных реакций с малой наиболее ярко проявляется во всех свойствах, опреде- концентрацией J [10].

ляемых фононной подсистемой кристалла. Основным и Таким образом, тот или иной политип GaSe в чинаиболее интересным свойством их структуры, опре- стом виде встречается крайне редко, и, как правило, кристаллы представляют собой смесь - и -политипов.

деляющим большую анизотропию физических свойств, является чередование пакетов атомных плоскостей (сло- Кроме того, кристаллы всех политипов составлены из ев), связанных между собой слабыми силами типа Ван- идентичных слоев и отличаются только слабыми силами межслоевого взаимодействия, поэтому различия в дер-Ваальса, в то время как силы связи внутри слоев интенсивностях линий политипов в спектрах комбинаимеют ионно–ковалентный характер. Такие особенности ционного рассеяния света проявляются незначительно, структуры вызывают интерес исследователей к вопросу, а большинство мод, которые становятся разрешенными как и в какой мере сказывается на энергетических при переходе от - к - и -политипу, обладают слабой спектрах слоистых кристаллов, и в частности на их активностью.

колебательных спектрах, наличие слабой связи между В ряде кристаллов обнаружены фазовые переходы слоями.

при увеличении гидростатического давления, приводяОсновной структурной единицей GaSe является элещие к перестройке фононной и электронной подсистем ментарный слой с двумя молекулами (четырьмя атокристалла. Так, при исследовании спектров поглощения мами) в элементарной ячейке. Атомы располагаются GaSe при давлении 5.2 кбар наблюдалось скачкообразное в плоскостях, перпендикулярных оси C в последоваизменение формы края поглощения с последующим тельности Se-Ga-Ga-Se, таким образом, что каждый изменением знака и величины dEg/dp [11]. Это интерслой селенида галлия составлен из двух плоскостей претируется как превращение одного политипа GaSe атомов Ga, окруженных с двух сторон единичными в другой. При анализе спектров поглощения и интерплоскостями атомов Se. Расположение атомов внутри ференционных картин в спектрах пропускания GaSe в слоя соответствует точечной группе симметрии D1, при 3h диапазоне давлений 1-5.53 кбар получены дополнительэтом три аниона вместе с атомом металла образуют ные доказательства происходящих политипных превратетраэдр.

щений, а именно внутриполитипного превращения при В зависимости от типа упаковки отдельных слоев и повышении давления от 2.79 до 3.35 кбар и межполиколичества их в элементарной ячейке кристаллы GaSe типного превращения при повышении давления от 4.могут иметь структуру, соответствующую различным до 4.71 кбар [12]. Эта интерпретация подтверждается политипным модификациям. Для GaSe известно четыре также анализом зависимости энергетического положеполитипа (,,, ) [1–4]. Образование того или иного ния экситонной линии от давления [13]. Исследования политипа или смеси нескольких существенным образом спектров резонансного комбинационного рассеяния свезависит от метода получения монокристаллов [5,6].

та (КРС) в GaSe при изменении ширины запрещенной Так, методом Чохральского и Бриджмена получают зоны гидростатическим давлением показали, что анов основном -политип [7]. Газотранспортные реакции мальное поведение интенсивностей полос резонансного также дают -политип с большим количеством дефектов КРС неполярных колебаний, которое состоит в умень¶ E-mail: baidulla@yahoo.com шении интенсивности отдельных полос, обусловлено 406 А. Байдуллаева, З.К. Власенко, Б.К. Даулетмуратов, Л.Ф. Кузан, П.Е. Мозоль фазовыми переходами, происходящими при увеличении давления [14].

Заслуживает внимания концентрационный фазовый переход, наблюдавшийся в смешанных кристаллах GaSxSe1-x при изменении их состава. Кристаллическая структура этих соединений полиморфная и зависит от концентрации x. Кристаллы GaSxSe1-x при x 0.образуют лишь -модификацию, а при x 0.4 имеет место смесь различных модификаций (преимущественно и ). В области концентраций 0.2 < x < 0.наблюдается скачкообразное изменение спектров КРС смешанных кристаллов, которое вызвано структурными фазовыми переходами с изменением симметрии кристалла [15]. Измерения спектров КРС и инфракрасного отражения света [16], а также изучение дифракции рентгеновских лучей [17] указывают на существование в твердых растворах GaSx Se1-x двух концентрационных фазовых переходов: при x 0.6 и при x 0.97.

Таким образом, полная идентификация политипов очень сложна, требует применения целого комплекса исследований. Но, учитывая то обстоятельство, что при фазовом переходе происходит перестройка как фононной, так и электронной подсистем кристалла, для идентификации различных политипов успешно используется метод резонансного КРС.

При резонансном КРС, когда энергия возбуждающего света приближается к энергии электронного перехода исследуемого кристалла, интенсивности полос КРС увеличиваются. Сечение резонансного КРС определяется двумя факторами: электрон-(экситон)-фотонным и Рис. 1. Спектры комбинационного рассеяния света отожженных кристаллов GaSe до (1) ипосле (2) облучения импульсами электрон-фононным взаимодействиями. Относительные излучения рубинового лазера. На вставках — изменение ининтенсивности различных полос в спектре резонанстенсивности полос 20 и 60 см-1 от дозы лазерного излучения.

ного КРС какого-либо вещества зависят от констант электрон-фононного взаимодействия.

В настоящее время используются несколько способов достижения резонансных условий возбуждения спектров Образцы облучались при комнатной температуре мноКРС. Во всех способах варьируется функция электрон– гомодовым рубиновым лазером ( = 1.78 эВ) наносефононного взаимодействия вследствие изменения раз- кундной длительности ниже порога разрушения образца.

ности энергий электронного перехода и кванта воз- Излучение лазера гомогенизировалось с помощью кварбуждающего света. Такие изменения производятся либо цевого диффузора.

перестройкой частоты возбуждающего света, либо сме- На рис. 1 представлены спектры резонансного КРС щением энергии электронного перехода температурой, исходного 1 монокристалла -GaSe и облученного 2 максоставом вещества или гидростатическим давлением. симальной дозой излучения многомодового рубинового лазера, не приводящего к разрушению поверхности кристаллов. С возрастанием дозы облучения интенсивности 2. Экспериментальные результаты полос КРС перераспределяются. На вставках (рис. 1) и их обсуждение показана динамика изменения интенсивностей полос и 60 см-1 при увеличении дозы облучения. НаблюдаВ экспериментах использовались монокристаллы ется значительное уменьшение интенсивностей полос -GaSe, выращенные методом Бриджмена. Спектры КРС 20 (E ) и 60 (E ) см-1, причем последняя уменьшается возбуждались линией 6470.2 Kr-лазера и регистриро- значительно быстрее. Так, при плотности энергии извались с помощью двойного монохроматора ДФС-24. лучения 0.1 Дж/см2 интенсивность полосы 60 (E ) см-Рассеянный свет собирался под прямым углом к воз- уменьшилась в 7 раз, а полосы 20 (E ) см-1 только буждающему излучению, которое падало на грань есте- в 4 раза. Интенсивности остальных полос в спектре ственного скола монокристалла, перпендикулярно оси C. резонансного КРС практически при лазерном облуВсе измерения проведены при комнатной температуре. чении не изменяются. Аналогичная картина наблюдаФизика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Спектры комбинационного рассеяния света монокристаллов GaSe, подвергнутых воздействию... Рис. 2. Спектры комбинационного рассеяния света неотожженных кристаллов GaSe (a); Ga0.95Se1.05 (b); Ga1.05Se0.95 (c) —до (кривые 1) и после (кривые 2 и 3) облучения импульсами излучения рубинового лазера дозой 0.04 и 0.08 Дж/см2 соответственно.

лась в [13], где исследовались спектры резонансно- вдоль соответствующих осей симметрии. Для произвольго КРС при изменении ширины запрещенной зоны ного направления распространения фонона под углом гидростатическим давлением. С увеличением давления к оси C кристалла наблюдаемая нормальная мода будет представлять собой суперпозицию мод A2 (LO) и E (LO) интенсивность полосы 60 см-1 резко уменьшалась, а и иметь промежуточную частоту.

полоса 20 см-1 ослаблялась значительно меньше. При Моды A2(TO) 235 см-1 и E (TO) 215 см-1 также модавлении 4.35 кбар полоса 20 см-1 ослаблялась в 3 раза, гут смешиваться и образовывать новую моду с проа полоса 60 см-1 исчезла полностью. Как правило, в межуточной частотой [18]. Полосы с частотой случае приближения энергии возбуждающей лазерной и 215 см-1 относятся к модам E и E (TO). Резонансное линии ко дну зоны проводимости в стоксовой области поведение их в геометрии ZZ, где оба этих колебания возрастает интенсивность всех линий (относительные запрещены, отличается рядом особенностей. Так, далеко интенсивности меняются незначительно), либо сечение от состояния резонанса полоса 211 см-1 преобладает в рассеяния на продольных полярных колебаниях сильно спектре КРС, а полоса 215 см-1 совсем не наблюдается.

увеличивается. Для GaSe хорошо известна классифиВ геометрии XX, YX, где полоса 211 см-1 запрещена кация всех колебаний по типам симметрии [16,17], правилами отбора, а 215 см-1 разрешена, интенсивность поэтому наблюдаемое в спектрах (рис. 1) изменение этих полос примерно одинаковая [18]. По мере приблиинтенсивностей полос объяснить обычным поведением жения к резонансу интенсивность полосы 211 см-1 в полос КРС невозможно.

поляризации ZZ уменьшается и начинает проявляться Результаты воздействия лазерного излучения аналополоса 215 см-1. В состоянии резонанса в спектре КРС гичны воздействию гидростатического давления, но они четко проявляется лишь полоса 215 см-1 [17].

необратимы. Характер изменения интенсивностей полос Нарушение правил отбора обусловлено тем, что при резонансного КРС с давлением полностью воспроизводостижении состояния резонанса начинает преобладать дится при возрастании и понижении давления, тогда как рассеяние, зависящее от направления распространения после воздействия лазерного облучения в объеме крифонона. Наличие в монокристаллах GaSe большого сталла образуются области с остаточным напряжением.

количества дефектов упаковки вдоль оси C приводит к На рис. 2 приведены спектры КРС исходных (1) нарушению периодичности структуры в данном направи облученных (2), (3) неотожженных монокристаллении и нарушению закона сохранения импульса, что и лов GaSe (a), а также выращенных с избытком или недоприводит к невыполнению правил отбора. Аналогичное статком Ga(Ga1.05Se0.95 (c) и Ga0.95Se1.05 (b)). Исходные резонансное поведение обнаруживают и полосы образцы обладают идентичными спектрами, несколько и 254 см-1.

отличающимися в области 210-215 и 247-254 см-1.

Спектры КРС отожженных монокристаллов GaSe Полосы КРС 247 и 254 см-1 идентифицированы как (рис. 1, кривая 1) не являются характерными для моды A2 (LO) и E (LO) соответственно, частоты которых основной массы исследованных образцов. Как правило, можно измерить только при распространении фононов они имеют вид, идентичный приведенному на рис. 1, Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 408 А. Байдуллаева, З.К. Власенко, Б.К. Даулетмуратов, Л.Ф. Кузан, П.Е. Мозоль кривая 2 (полоса 135 см-1 превосходит по интенсивно- [7] А.И. Балицкий, А.С. Крочук, И.М. Стахира, А.В. Франив.

ФТТ, 24, 76 (1982).

сти полосу 60 см-1). Ранее показано, что интенсивность [8] J.C. Terhell, R.M. Lieth. J. Cryst. Growth, 16, 54 (1972).

полосы 60 см-1 зависит обратно пропорционально от [9] A. Pollan, K. Kunk, A. Kuhn. Sol. St. Commun., 19, величины внешнего гидростатического давления или (1976).

локальных напряжений в кристалле. Высокотемпера[10] F. Auticn, J.L. Brebner, E. Maser. Phys. Status Solidi, 31, турный термический отжиг уменьшает локальные на(1969).

пряжения, что приводит к значительному возрастанию [11] V.V. Panfilov, S.I. Subbotin, L.F. Vereshchagin, I.I. Ivanov, интенсивности этой полосы (рис. 1, кривая 1).

R.T. Molchanova. Phys. Status Solidi, 72B, 823 (1975).

После облучения кристаллов GaSe импульсами излу[12] S.I. Subbotin, V.V. Panfilov, R.T. Molchanova. Phys. Status чения многомодового рубинового лазера ( = 1.78 эВ) Solidi, 39A, 357 (1977).

с плотностью мощности ниже порога разрушения по[13] Г.Л. Беленький, Э.Ю. Салаев, Р.А. Сулейманов, Э.И. Мирверхности образцов для стехиометрического состава и зоев. ФТТ, 22, 3153 (1980).

при отклонении от стехиометрии интенсивность поло- [14] Е.А. Виноградов, Г.Н. Жижин, Н.Н. Мельник, С.И. Суббосы 60 см-1 изменяется, как и в отожженных образцах. тин. ФТТ, 22, 2240 (1980).

[15] Е.М. Гамару, Б.С. Задохин, А.Н. Старухин. ФТТ, 20, В спектрах КРС GaSe и Ga0.95Se1.05 после облучения (1978).

возрастает интенсивность полосы 215 см-1, при этом [16] N.M. Gasanly, A.F. Goncharov, N.N. Melnik, A.S. Ragimov.

интенсивность полосы 211 см-1 заметно не изменяется.

Phys. Status Solidi, 120B, 137 (1983).

Возрастает интенсивность полосы 249 см-1, которая [17] N.M. Gasanly, N.N. Melnik, V.I. Tegirov, A.A. Yushin. Phys.

после облучения превышает по интенсивности полоStatus Solidi, 135B, K107 (1986).

су 254 см-1 (рис. 2, a, b, кривые 1–3).

[18] R.M. Holf, J.C. Irwin. Phys. Rev., 10B, 3464 (1974).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.