WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 4 Рекомбинация донорных экситонов никеля в твердых растворах ZnSe1-ySy : Ni © В.И. Соколов, О.В. Долженков Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук, 620219 Екатеринбург, Россия (Получена 14 июля 1997 г. Принята к печати 26 октября 1997 г.) Обнаружена сильная зависимость бесфононной линии донорного экситона Ni [d7e] и ее колебательных повторений в спектре электропоглощения от состава твердого раствора ZnSe1-ySy : Ni (y 20%). Это трактуется в рамках модели адиабатического потенциала как взаимодействие d7-конфигурации с ближайшим окружением и ”туннельной” безызлучательной рекомбинацией [d7e] (d8) с использованием представления о промежуточном виртуальном {d8}-состоянии.

В соединениях II–VI атомы Ni изовалентно замещают образца с y 12% при 4.2 K. Наблюдается только атомы II группы и имеют d8-конфигурацию. Переходы большой положительный пик, смещенный в сторону между многоэлектронными энергетическими состояни- больших энергий в соответствии с ростом ширины ями в этой конфигурации проявляются в спектрах по- запрещенной зоны Eg. Уменьшение амплитуды этого глощения и фотолюминесценции. Для ZnSe : Ni также пика свидетельствует о некотором уширении линии свонаблюдаются водородоподобные состояния Ni на крае бодного экситона для этого состава твердого раствора.

полосы фотоионизации Ni d8 [d9h] (акцепторный Бесфононная линия ДЭ Ni, ее первые колебательные экситон — АЭ) и в глубине полосы фотоионизации Ni повторения не наблюдаются. Слабая особенность на d8 [d7e] (донорный экситон — ДЭ) [1]. Бесфононные низкоэнергетичной стороне большого пика может быть переходы, связанные с АЭ и ДЭ Ni в соединениях II–VI, объяснена как проявление наиболее интенсивных повтоочень сильно зависят от температуры, что отмечалось рений бесфононной линии ДЭ Ni, так как она исчезает многими авторами и исследовано более детально в спек- при 77 K. Линия свободного экситона для этого образца трах электропоглощения (ЭП) для CdS : Ni [2] и в спек- хорошо наблюдается в спектре отражения при 77 K.

трах возбуждения внутрицентровой фотолюминесценции Ее положение ( = 2.845 эВ) позволяет достаточно ZnS : Ni [3]. В данной работе сообщается о сильном вли- надежно оценить состав твердого раствора. Спектр ЭП янии разупорядочения твердого раствора ZnSe1-ySy : Ni для образца с y = 20% состоит из положительного на бесфононные переходы, связанные с ДЭ Ni. пика с энергией максимума, обусловленной влиянием Спектры ЭП регистрировались обычно [1] на образ- поля на линию свободного экситона, положение которой цах твердых растворов ZnSe1-ySy : Ni, полученных определено по характерному спаду в спектре отражения из расплава, в области составов, соответствующих при 77 K.

0.01 y 20%, при температурах 4.2 и 77 K, в диапа- Из разнообразных изменений спектра ЭП с ростом зоне электрических полей 5 20 кВ / см. Концентрация y только отметим очевидное ослабление бесфононной Ni составляла ориентировочно (1 3) · 1017 см-3. На линии ДЭ Ni. Оно обусловлено уширением бесфононной рис. 1, 2 представлены спектры ЭП для трех образцов линии ДЭ Ni, в результате чего линия и ее первые из указанного диапазона составов. Спектры ЭП для этих колебательные повторения для образцов с y в области образцов обусловлены влиянием электрического поля на 10% становятся ненаблюдаемыми. Такая резкая зависибесфононную линию ДЭ Ni (2.64 эВ), ее колебательные мость интенсивности линии от состава твердого раствора повторения и линию свободного экситона, что следует контрастирует со слабой зависимостью линии свободноиз определенной трансформации этих спектров с ростом го экситона от состава твердого раствора ZnSe1-ySy : Ni содержания серы в твердом растворе, температуры и ам- в наших спектрах электропоглощения и отражения, а плитуды переменного электрического поля EM. Спектр также в спектрах фотолюминесценции [4], и линии АЭ ЭП для образца с y = 0.05% при 4.2 K очень похож N (A-линия) в твердых растворах GaP1-yAsy : N [5].

на спектр ЭП ZnSe : Ni, но пики уменьшены и слегка Таким образом, мы можем констатировать, что водоразмыты. Спектр состоит из бесфононной линии ДЭ Ni родоподобные возбужденные состояния Ni в твердых (2.64 эВ), ее колебательных повторений и большого по- растворах II–VI значительно сильнее зависят от состава ложительного пика за счет влияния электрического поля твердого раствора по сравнению с состояниями свона линию свободного экситона. Для образца с y 1% бодного экситона и водородоподобными возбужденными при 4.2 K пики размыты еще больше и слегка смещены состояниями простых изоэлектронных примесей, что во в сторону больших энергий. При 77 K регистрируется многом похоже на резкое различие влияния температуры только большой положительный пик, обусловленный на бесфононную линию ДЭ Ni, с одной стороны и на влиянием электрического поля на линию свободного линию свободного экситона и A-линию в GaP : N, с другой экситона. Весьма радикально изменяется спектр ЭП для стороны.

456 В.И. Соколов, О.В. Долженков Уширение бесфононной линии ДЭ Ni может быть обусловлено влиянием разупорядочения твердого раствора как на водородоподобные состояния, так и на d-оболочку.

Флуктуационный рельеф дна зоны проводимости, на наш взгляд, не объясняет столь сильное влияние разупорядочения твердого раствора на водородоподобные возбужденные состояния примесного атома Ni. Линия свободного экситона, хорошо наблюдаемая для твердых растворов с y = 12 и 20% в спектрах отражения и электропоглощения, должна испытывать уширение за счет флуктуаций как вершины валентной зоны (Ev), так и дна зоны проводимости (Ec). Линия ДЭ Ni уширяется только за счет флуктуации дна зоны проводимости, что значительно слабее, так как в твердом растворе ZnSe1-ySy : Ni изменение Ec составляет 1/3 от изменения Ev, а масса электрона меньше массы тяжелой дырки (0.17m0 и 0.70m0) [6]. Уширение уровня (0/+), т. е. сдвиг состояний d8- и d7-конфигураций за счет крупномасштабных флуктуаций, маловероятно. Образование заметной доли кластеров NiSe4S1 должно привести к появлению новой бесфононной линии ДЭ Ni аналогично появлению нескольких A-линий в соответствии с разным числом атомов As во второй координационной сфере Рис. 2. Спектральная зависимость амплитуды второй гармоники 2 электропоглощения для образцов с y = 0.05% (1) и y 12% (2, 3). Режимы измерения: 1 — T = 4.2K, Fm = 15 кВ/см; 2 — T = 4.2K, Fm = 21.4 кВ/см;

3 — T = 77 K, Fm = 21 кВ/см. Положительный пик, отмеченный звездочкой, уменьшен в 10 раз; вертикальная прямая справа показывает положение линии свободного экситона для образца с y 12% при 77 K.

для твердых растворов GaP1-yAsy : N [5]. В твердых растворах ZnSe1-ySy : Ni появление новых бесфононных линий ДЭ Ni не обнаружено.

Резкое уменьшение амплитуды пиков ДЭ Ni с ростом y в области малых значений y может быть понято как результат уменьшения времени жизни ДЭ Ni, что описывается в модели адиабатического потенциала, аналогично сильной температурной зависимости [1,2].

На рис. 3 представлены конфигурационные диаграммы для двух возбужденных состояний конфигурации d8 и для состояния ДЭ Ni [d7e]. Бесфононная линия ДЭ Ni обусловлена переходами под влиянием кванта света d в нулевое электронно-колебательное состояние на дне адиабатического потенциала для ДЭ Ni (переход d8 + d [d7e]) [1]. В твердом растворе ZnSe1-ySy : Ni для малых y в основном все атомы Ni находятся в Рис. 1. Спектральная зависимость амплитуды второй гармоокружении четырех атомов Se и доля кластеров NiSe3Sники 2 электропоглощения для образцов с y = 0.05% (1) незначительна. С ростом y происходит систематическое и y 1% (2, 3). Режимы измерения: 1 — T = 4.2K, уменьшение постоянной решетки a в соответствии с Fm = 10 кВ/см; 2 — T = 4.2K, Fm = 14 кВ/см; 3 — T = 77 K, Fm = 16.1 кВ/см. Положительные пики, отмеченные звездоч- законом Вегарда a = a0-ky, что приводит к дополнителькой, уменьшены в 10 раз. ному изменению расстояния примесь–ближайшее окруФизика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Рекомбинация донорных экситонов никеля в твердых растворах ZnSe1-ySy : Ni Таким образом, в работе показано сильное влияние разупорядочения твердого раствора ZnSe1-ySy : Ni набесфононную линию ДЭ Ni [d7e], которое реализуется через d7-конфигурацию при изменении постоянной решетки с ростом y твердого раствора, а не через электрон на водородоподобной орбите, что соответствует идеям работ [7,8]. Это влияние вызывает тунельный переход [d7e] (d8) в модели конфигурационных кривых. Новое по сравнению с [2] состоит в использовании представления о промежуточном виртуальном состоянии {d8}.

Очень сильная зависимость d7-конфигурации от ближайшего окружения может быть потенциально полезна для исследования локальных неоднородностей твердых растворов соединений II–VI, легированных Ni [1].

Авторы выражают благодарность А. Цунгеру за полезное обсуждение проблемы 3d-примесей в твердых растворах полупроводников.

Список литературы [1] В.И. Соколов. ФТП, 28, 545 (1994).

[2] В.И. Соколов, А.Н. Мамедов. Письма ЖЭТФ, 43, (1986).

Рис. 3. Конфигурационные кривые для d8-состояний иона [3] R. Heitz, A. Hoffmann, I. Broser. Phys. Rev., 48, 8672 (1993).

Ni2+ в ZnSe1-ySy : Ni и для состояний ДЭ Ni [d7e] в ZnSe : Ni [4] P.N. Newbury, K. Shahzad, J. Petruzzello, D.A. Cammack. J.

и ZnSe1-ySy : Ni. Схематически показано смещение кривой Appl. Phys., 66, 4950 (1989).

для ДЭ Ni вправо с ростом y. Стрелка в точке B показы[5] Г.Ф. Глинский, М.В. Лупал, И.И. Парфенов, А.Н. Пихтин.

вает туннельный переход из состояния ДЭ Ni в состояние ФТП, 26, 644 (1992).

d8-конфигурации.

[6] Н.Н. Аблязов, М.Е. Райх, А.Л. Эфрос. ФТТ, 25, 353 (1983).

[7] К.А. Кикоин, В.И. Соколов, В.Н. Флеров, В.В. Черняев.

ЖЭТФ, 83, 2335 (1992).

[8] В.И. Соколов, Т.П. Суркова. ФТТ, 29, 2938 (1987).

жение для всех кластеров NiSe4. Конфигурационная криРедактор Л.В. Шаронова вая для состояния [d7e] будет смещаться относительно кривых для возбужденных состояний d8-конфигурации Recombination of Ni donor excitons in (рис. 3), так как d7-конфигурация, соответствующая иону Ni3+, более чувствительна к смещению ионов ZnSe1-ySy : Ni solid solutions ближайшего окружения. Мы считаем, что со сдвигом V.I. Sokolov, O.V. Dolzhenkov усиливается процесс, который мы называем ”туннельInstitute of Metal Physics, ной” аннигиляцией ДЭ Ni. В точке B происходит Ural Branch of Russian Academy of Sciences, трансформация [d7e] {d8} в одно из возбужденных 620219 Ekaterinburg, Russia состояний d8-конфигурации без изменения координаты Q. Эта трансформация может быть вызвана членами

Abstract

Strong dependence of Ni donor exciton line and its viнеадиабатичности, содержащими производные от элекbration replicas on the composition of ZnSe1-ySy : Ni solid solutions тронной волновой функции по нормальной координате.

has been discovered. Experimental results have been interpreted С ростом y крутизна кривой для [d7e] нарастает и in the framework of the adiabatic potential model as a result of соответствующие производные увеличиваются тоже. Поinteraction of a d7 configuration with the nearest environment and сле трансформации происходит перестройка ближайшеthe ”tunnel” nonradiative [d7e] (d8) recombination with using го окружения и промежуточное виртуальное состояние an idea of an intermediate virtual state {d8}.

{d8} превращается в нормальное возбужденное состоFax: (3432) 745-244 (V.L.Sokolov) яние (d8) конфигурации d8. Результирующий переход E-mail: Optics@ifm.e-burg.su (V.L.Sokolov) изображен стрелкой на рис. 3, после чего начинается колебательная релаксация по конфигурационной кривой для (d8)-состояния. Промежуточное виртуальное состояние {d8} можно рассматривать аналогично промежуточному состоянию в зоне проводимости для описания непрямых переходов в Ge, Si.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 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.