WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 5 Влияние облучения быстрыми нейтронами на фотолюминесценцию кристаллов n-GaAs(Te) © К.Д. Глинчук, А.В. Прохорович Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252028 Киев, Украина (Получена 3 апреля 1996 г. Принята к печати 8 июля 1996 г.) Исследовано влияние нейтронного облучения ( = 1014-1015 см-2) и последующих отжигов (T = 100-750C) на фотолюминесценцию сильно легированных теллуром кристаллов n-GaAs (n0 2·1018 см-3).

Показано, что указанное радиационно-термическое воздействие при возрастании температуры отжига приводит сначала (при T 300C) к появлению интенсивной полосы люминесценции с максимумом излучения вблизи 1.35 эВ, а затем (при T > 550C) к снижению ее интенсивности. Отмеченное связано с радиационностимулированной генерацией пар VGaTeAsVAs при умеренных температурах прогрева и последующей их диссоциацией при повышенных температурах прогрева.

Изучая влияние облучения быстрыми нейтронами и от L, т. е. в области линейной рекомбинации избыточных последующих отжигов (далее радиационно-термическое носителей тока [2].

воздействие (РТВ)) на фотолюминесценцию (ФЛ) криИзучались изменения спектров ФЛ кристаллов nсталлов n-GaAs(Te), мы обнаружили нетривиальные GaAs(Te) при различных дозах нейтронного облучения изменения в их спектрах ФЛ (стимулированное РТВ и температурах их последующего отжига. Отжиг необлупоявление полосы люминесценции с максимумом излученных кристаллов n-GaAs(Te) практически не приводил чения вблизи 1.35 эВ и немонотонные изменения ее инк изменениям в их спектрах ФЛ, т. е. мало изменял тенсивности с температурой прогрева). На этом, а также концентрацию ”ростовых” и не создавал новых центров на модели, объясняющей указанное, мы и остановимся излучательной и безызлучательной рекомбинации избыдалее.1 точных носителей тока в них (рис. 1). При анализе полученных данных основное внимание уделено наиболее интересной области РТВ, связанной с генерацией Методика новых центров люминесценции. Само радиационное возДля опытов использовались сильно легированные действие не приводит к образованию последних (рис. 1).

теллуром (в концентрации NTe 2 · 1018 см-3) кри- Следовательно, мы не будем рассматривать тривиальные сталлы n-GaAs (концентрация равновесных электронов изменения при указанном РТВ интенсивностей ФЛ криn0 2 · 1018 см-3). сталлов n-GaAs(Te), связанные с генерацией и аннигиОблучение кристаллов n-GaAs быстрыми нейтронами ляцией РД, представляющих собой эффективные центры (средняя энергия нейтронов E = 2 МэВ, интегральная безызлучательной рекомбинации избыточных носителей доза облучения = 1014-1015 см-2, концентрация со- тока (см., например, [1–3]).

зданных облучением точечных дефектов (изолированных и в кластерах) nd(0) (50 см-1)) проводилось при 20 C. При максимальной дозе облучения температура кристаллов могла подниматься до 60 C. Изохронный отжиг длительностью 1 ч с последующей закалкой облученных и контрольных необлученных кристаллов nGaAs(Te) проводился при T = 100-750C в условиях исключающих попадание в их объем различных загрязнений, в том числе атомов меди (концентрация радиационных дефектов (РД) в отожженных облученных кристаллах nd < nd(0)). Облучение и последующий отжиг мало изменяли величину n0, ибо nd(0) NTe.

ФЛ кристаллов n-GaAs (ее интенсивность I) возбуждалась излучением He–Ne-лазера (энергия квантов he = 1.96 эВ, интенсивность возбуждения L = 1018 кв./см2 · с). Возбуждение мало изменяло проводимость кристаллов. Измерение спектров ФЛ проРис. 1. Спектры ФЛ кристаллов n-GaAs(Te) исходных (1), водилось при 77 K в области линейной зависимости I а затем прогретых при 500C, 1 ч (1 ), облученных потоком быстрых нейтронов =1015 см-2 (2), а затем прогретых при Некоторые данные о влиянии нейтронного облучения на ФЛ кристаллов p-GaAs(Zn,Te) приведены нами ранее в [1].

500C, 1 ч (2 ). Температура измерений 77 K.

534 К.Д. Глинчук, А.В. Прохорович Результаты и их обсуждение На рис. 1 приведены низкотемпературные (T = 77 K) спектры ФЛ контрольных и облученных быстрыми нейтронами кристаллов n-GaAs(Te) после их прогрева при 500 C, 1 ч. Как видно, облучение и последующий отжиг кристаллов n-GaAs(Te) приводит к появлению интенсивной ”примесной” полосы люминесценции с максимумом излучения hm вблизи 1.35 эВ (в прогретых необлученных кристаллах эта полоса ФЛ не наблюдается) и слабым изменениям интенсивностей примесной полосы люминесценции с hm 1.20 эВ и ”собственной” полосы люминесценции с hm 1.52 эВ. Как известно [4–6], Рис. 2. Изменение концентрации пар VGaTeAs (1, 1 ) и указанные примесные полосы люминесценции обуслоVGaTeAsVAs (2, 2 ) при изохронном отжиге (t = 1ч) обвлены излучательной рекомбинацией электронов в палученных потоком быстрых нейтронов = 1014 (1, 2) рах, включающих в свой состав вакансии галлия VGa, и 1015 см-2 (1, 2 ) кристаллов n-GaAs(Te). Зависимости мышьяка VAs и атомы теллура в мышьяковой подрешетке 1, 1 нормированы относительно концентрации пар VGaTeAs арсенида галлия TeAs, а именно в парах VGaTeAsVAs в отожженных необлученных кристаллах N1.2(0) N1.2(0).

и VGaTeAs соответственно. Следовательно, отжиг облуT = 20 C соответствует неотожженным кристаллам.

ченных быстрыми нейтронами кристаллов n-GaAs(Te) приводит к генерации пар VGaTeAsVAs и мало изменяет концентрацию пар VGaTeAs (концентрация стимулировандействия стимулированных нейтронным облучением поных РТВ пар VGaTeAs (последние несомненно образуются движных вакансий мышьяка с ростовыми парами VGaTeAs вследствие взаимодействия освобожденных из кластеров либо подвижных вакансий мышьяка и галлия с изолиРД вакансий галлия с изолированными атомами теллура, рованными атомами теллура. Очевидно, изолированные см. далее) ниже концентрации ростовых (”врожденных”) подвижные вакансии мышьяка и галлия появляются при пар VGaTeAs).

разрушении созданных нейтронным облучением кластеНа рис. 2 приведены изменения концентрации пар ров РД, ибо именно в последних в основном сосредотоVGaTeAs (N1.2) и VGaTeAsVAs (N1.35) при изохронном отжиге облученных различными потоками быстрых ней- чены созданные радиацией точечные дефекты [1,3,7–9].тронов кристаллов n-GaAs(Te).2 Как видно, отжиг По видимому, первый процесс (реакция преобразооблученных кристаллов n-GaAs(Te) мало изменяет кон- вания пар VGaTeAs + VAs VGaTeAsVAs) является мало центрацию пар VGaTeAs, доминируют ростовые пары эффективным. Это вытекает из следующего. Как покаVGaTeAs, концентрация которых N1.2(0) 1016 см-3 зывают оценки (см. сноску 2), концентрация ростовых при любых T. Отжиг при повышенных температурах пар VGaTeAs сравнима с концентрацией стимулированных прогрева приводит к генерации пар VGaTeAsVAs. При РТВ пар VGaTeAsVAs, в частности, с их максимальной используемых временах прогрева практически достига- концентрацией N1.35(max). Поэтому прямое преобрались квазистационарная концентрация пар VGaTeAsVAs. зование пар VGaTeAs в пары VGaTeAsVAs вследствие их Максимальная генерация пар VGaTeAsVAs наблюдается взаимодействия с вакансиями мышьяка должно приво при T = T 550 C (N1.35(max) 2·1016 см-3 nd(0) дить к заметному снижению концентрации пар VGaTeAs при =1015 см-2), а при T >T определенную роль при РТВ. Однако на опыте это не наблюдается — начинают играть и процессы их термической диссоци- концентрация пар VGaTeAs остается практически неизации, что и приводит к соответствующему снижению менной (рис. 2). Более эффективным (доминируюконцентрации укаазанных пар. Сам эффект генерации щим, ибо NTe N1.2) мы считаем второй процесс пар VGaTeAsVAs тем сильнее, чем выше доза облуче- (TeAs + VAs + VGa VGaTeAsVAs). В этом случае ния нейтронами, что подтверждает их радиационно- изолированные атомы теллура сначала являются стоком стимулированную природу. для освобожденных из R-кластеров РД вакансий мышьяка, а затем для освобождения из Q-кластеров РД Обсудим приведенные результаты.

Несомненно, образование пар VGaTeAsVAs при рассма- вакансий галлия. Указанное подтверждается совпадением триваемом РТВ может происходить вследствие взаимо- температурных областей разрушения R- и Q-кластеров РД (отмеченное происходит при T 300 и 450 C соОтносительные концентрации пар VGaTeAs и VGaTeAsVAs (с точноответственно [1,3,7–9]) и радиационно-стимулированной стью ±15 %) находились из сравнения соответствующих изменений ингенерации пар VGaTeAsVAs.

тенсивностей обусловленных ими примесных полос люминесценции и интенсивности ”собственного” излучения [1,6]. Абсолютные величины концентрации врожденных пар VGaTeAs и максимальных концентраций При используемых температурах и длительностях прогрева скостимулированных РТВ пар VGaTeAsVAs определялись (с точностью рости миграции радиационно-стимулированных вакансий мышьяка и ±30 %) из анализа кинетики затухания индуцируемых ими примесных галлия достаточны для диффузионно-ограниченного образования пар полос ФЛ [4]. VGaTeAsVAs [10].

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Влияние облучения быстрыми нейтронами на фотолюминесценцию кристаллов n-GaAs(Te) Сравнительно узкая температурная область устой- Effect of irradiation by fast neutrons on чивости (стабильности) стимулированных РТВ пар photoluminescence of n-type GaAs VGaTeAsVAs (рис. 2) обусловлена относительно слабой crystals связью между входящими в их состав компонентами [11].

K.D. Glinchuk, A.V. Prokhorovich Таким образом, можно сделать следующее заключение.

Institute of Physics of Semiconductors Нейтронное облучение и последующий отжиг легироUkrainian Academy of Sciences, ванных атомами теллура кристаллов n-GaAs приводит 252028 Kiev, the Ukraine к генерации в них пар VGaTeAsVAs с относительно низкой термической стабильностью. Отмеченное связано с

Abstract

Effect of neutron irradiation ( = 1014 to 1015 cm-2) захватом изолированными атомами теллура подвижных and subsequent annealing (T 750C) on photoluminescence of вакансий мышьяка и галлия из R- и Q-кластеров РД heavily tellurium doped n-type GaAs crystals (N0 = 1 · 1018 cm-3) и с низкой энергией связи между компонентами пар has been studied. It is shown that the radiation-plus-anneling VGaTeAsVAs. Указанное важно для выяснения природы treatment, as the annealing temperature rises, leads first (at и определения скорости миграции создаваемых нейтрон- T 300C) to appearance of an intensive luminescence band near 1.35 eV and then (at T > 550 C) to a decrease of its intensity.

ным облучением РД в арсениде галлия [3,7–9].

The results obtained are connected with the radiation-stimulated generation of VGaTAsVAs pairs at moderate annealing temperatures Список литературы and their following dissociation at higt annealing temperatures.

Fax: (044) 265-83-42 (K.D. Glinchuk) [1] Е.В. Винник, К.Д. Глинчук, В.И. Гурошев, А.В. Прохорович.

E-mail: MICLE%SEMICOND.KIEV.UA@ts.kiev.ua ФТП, 25, 82 (1991).

(K.D. Glinchuk) [2] Е.В. Винник, К.Д. Глинчук, В.И. Гурошев, А.В. Прохорович.

ФТП, 27, 1030 (1993).

[3] Л.С. Смирнов. Вопросы радиационной технологии полупроводников (Новосибирск, 1980).

[4] К.Д. Глинчук, К. Лукат, В.Е. Родионов. ФТП, 15, (1981).

[5] K.D. Glinchuk, A.V. Prokorovich, N.S. Zayats. Phys. St. Sol.

(a), 82, 503 (1984).

[6] К.Д. Глинчук, В.Ф. Коваленко, А.В. Прохорович. Оптоэлектрон. и полупроводн. техн., 22, 46, (1992).

[7] R. Coates, F.W. Mitchell. Adv. Phys., 24, 593 (1975).

[8] G. Dlubek, R. Krause. Phys. St. Sol. (a), 102, 443 (1987).

[9] G. Dlubek, A. Dlubek, R. Krause, O. Brmer. Phys. St. Sol.

(a), 107, 11 (1988).

[10] К.Д. Глинчук, А.В. Прохорович. Кристаллография, 41, (1996).

[11] Е.В. Винник, К.Д. Глинчук, В.И. Гурошев, А.В. Прохорович.

ФТП, 24, 1363 (1990).

Редактор В.В. Чалдышев Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.