WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 7 Пьезоспектроскопическое исследование полосы излучения с максимумом около 1.2 эВ в n-GaAs : S ¶ © А.А. Гуткин, М.А. Рещиков Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 25 декабря 2003 г. Принята к печати 30 декабря 2003 г.) Исследовано влияние одноосного давления до 8 кбар вдоль кристаллографических направлений [111] и [001] на спектры и поляризацию широкой полосы фотолюминесценции с максимумом при энергии фотонов 1.2 эВ в n-GaAs : S, связываемой с захватом электронов на комплекс VGaSAs. Зависимости поляризации излучения в полосе от энергии фотонов и температуры свидетельствуют о том, что исходно тригональная симметрия комплекса понижена и может быть моноклинной с плоскостью симметрии {011}. При этом дисторсии комплекса не переориентируются, а ось его излучающего оптического диполя примерно одинаково отклонена от направлений 111 и 001, лежащих в плоскости симметрии. Выделение расщепившихся при одноосном давлении компонент полосы фотолюминесценции, основанное на использовании закономерностей пьезоспектроскопического поведения излучения анизотропных центров, подтверждает предлагаемую модель комплекса и показывает, что вклад ротатора в его излучение мал. Результаты сопоставляются с данными для аналогичного комплекса VGaTeAs и свидетельствуют о существенном изменении свойств комплексов вакансия–мелкий донор при замене одного донора VI группы другим.

1. Введение 2. Результаты экспериментов и их качественный анализ Широкая полоса фотолюминесценции с максимумом при энергии фотонов около 1.2 эВ в GaAs : S обычно Образцы n-GaAs : S, на которых проводились измесвязывается с излучательной рекомбинацией электронов рения, были подобны исследованным в работах [2,3].

из зоны проводимости с дырками, захваченными на Легирование арсенида галлия серой осуществлялось комплексы, содержащие вакансию галлия (VGa) и мелкий либо диффузией S из паров в арсенид галлия с кондонор (SAs) [1–4]. Спектр этого излучения практически центрацией электронов 1016 см-3, либо путем досовпадает со спектром аналогичной люминесценции бавки S в расплав при выращивании кристалла мекомплексов VGaTeAs в n-GaAs : Te [2,3]. Поскольку атом S, тодом Чохральского. В обоих случаях концентрация так же как атом Te, образуя мелкий донор в решетке мелких доноров в приповерхностном слое образцов, из арсенида галлия, замещает атом As, можно ожидать, что которого наблюдалась фотолюминесценция, превышала и поведение указанных полос люминесценции при одно1018 см-3.

осных давлениях окажется подобным. Однако предвариФотолюминесценция образцов возбуждалась генерательные исследования поляризации излучения комплекцией электронно-дырочных пар излучением гелий-несов VGaSAs в n-GaAs : S обнаружили, что ее изменение онового лазера (длина волны 0.62 мкм) и наблюдалась при одноосных давлениях существенно отличается от в направлении, перепендикулярном оси внешнего давизменения поляризации излучения комплексов VGaTeAs в ления. Спектры содержали широкую полосу с максимуn-GaAs : Te [2,3,5,6] и свидетельствует об отсутствии вымом, соответствующим энергии фотонов = 1.18 эВ страивания дисторсий комплексов VGaSAs под влиянием (при температуре T = 2-4K), связанную с комплексами одноосной деформации.

VGaSAs (рис. 1). Если к образцу прикладывалось одноВ настоящей работе приведены результаты детального осное давление (P) вдоль направлений [111] или [001], пьезоспектроскопического исследования фотолюминесто полоса слегка уширялась и сдвигалась в сторону ценции, связанной с комплексами VGaSAs, и из анализа больших энергий фотонов, а излучение внутри поло результатов определены характеристики пространственсы становилось поляризованным. Указанные измененого строения такого комплекса и электронного состояния иллюстрирует рис. 1, где наряду со спектральным ния локализованной на нем дырки. Сопоставление полураспределением интенсивности люминесценции (I) при ченных результатов с соответствующими данными для P = 0 и 8 кбар приведены спектры поляризационнокомплекса VGaTeAs показывает значительное расхождего отношения (r), равного отношению интенсивностей ние структуры и свойств подобных по своему исходному света с электрическим вектором световой волны (), строению комплексов вакансия галлия–мелкий донор в параллельным оси давления, I( ), и перпендикулярным GaAs в случаях, когда в качестве донорной компоненты ей, I(). Изменение поляризации излучения внутри комплекса выступают разные атомы VI группы Периополосы происходило таким образом, что интегральная дической таблицы.

поляризация полосы в целом r, как и в случае P = 0, ¶ E-mail: Agut@defect.ioffe.ru при низких температурах отсутствовала, т. е. выполня826 А.А. Гуткин, М.А. Рещиков [111] и [001] различается не сильно (рис. 1), можно ожидать, что ось излучающего диполя комплекса примерно одинаково отклонена от направлений и 001. В противоположность этому для комплексов VGaTeAs большая дисперсия поляризации внутри полосы излучения наблюдалась только при P [111] вследствие того, что ось излучающего диполя этого комплекса близка к одному из направлений 111 (угол отклонения 6 [3,5,6]).

Другим отличием комплексов VGaSAs от комплексов VGaTeAs, как уже отмечалось, является отсутствие в первых из них низкотемпературного выстраивания дисторРис. 1. Спектральные распределения интенсивности фотолюминесценции I (1, 2) и ее поляризационного отношения r (3, 4) для комплексов VGaSAs в недеформированном кристалле и при одноосном давлении. T = 2K. 1, 3 — P = 0; 2, 4 — P = 8кбар.

a — P [001], b — P [111].

лось соотношение r = I( )d( ) I()d( ) =1.

Подобное поведение поляризации широкой полосы низкотемпературной фотолюминесценции комплексов, симметрия которых ниже точечной симметрии идеального кристалла, вызывается расщеплением при внешней одноосной деформации полосы излучения на компоненты, соответствующие различным ориентациям комплексов относительно оси этой деформации. Существование такого расщепления как при P [111], так и при P [001] свидетельствует, что симметрия исследуемых дефектов не выше моноклинной с плоскостью симметрии {011} [7].1 Это означает, что комплекс VGaSAs и его окружение имеют дополнительные непереориентирующиеся дисторсии, которые понижают его исходную тригональную симметрию. При этом, так как дисперсия поляризационного отношения при давлениях вдоль осей Рис. 2. Зависимости интегрального поляризационного отноВ общем случае дефект, полосы излучения которого расщепляютшения фотолюминесценции r комплексов VGaSAs и VGaTeAs ся при P [111] и P [001], может иметь и более высокую симметрию, при одноосном давлении от температуры. a — P [001], а именно, ромбическую типа 1 [7]. Однако комплекс, состоящий из b — P [111]. 1, 3 — VGaSAs; 2, 4 — VGaTeAs. 1–3 — двух разных компонент, в решетке GaAs такой симметрией обладать не может. P = 8кбар; 4 — P = 10 кбар [8].

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Пьезоспектроскопическое исследование полосы излучения с максимумом около 1.2 эВ... сий под влиянием одноосной деформации, о чем свиде- соотношения между интенсивностями этих расщепивтельствует отсутствие интегральной поляризации излу- шихся компонент при различных поляризациях излучаечения при температурах до 60 K. Дальнейшее увели- мого света в любых условиях эксперимента. Для света, чение температуры приводит к резкому возрастанию r распространяющегося перпендикулярно оси давления [001], эти соотношения имеют вид как при P [111], так и при P [001] (рис. 2). Однако этот эффект вызывается не выстраиванием дисторсий I1( ) =I1()[µ2 + a2(1 - 2µ2)]/[µ2 + b2(1 - 2µ2)], (1) комплексов вследствие их переориентации, поскольку при повышении температуры равновесная интегральная I2( ) =2I1(), (2) поляризация полосы возрастает, а не падает (рис. 2), а является следствием термического переноса дырок на I2() =I1( ) +I1(). (3) центры той ориентации, которая при давлении имеет Здесь I1( ), I1() и I2( ), I2() — соответственно наибольшую энергию термической активации эмиссии полные интенсивности первой и второй компонент фотодырок [8]. На рис. 2 результаты измерений этого эффекта люминесценции в случаях, когда электрический вектор для VGaSAs сопоставляются с аналогичными данными для VGaTeAs. Как видно из рисунка, в отличие от VGaTeAs световой волны параллелен или перпендикулярен оси сильное возрастание r для полосы излучения VGaSAs давления, µ2 — относительная доля вклада ротатора в излучение света отдельным центром, a и b — абсолютс ростом температуры наблюдается как при P [111], ные величины проекции орта оси излучающего диполя так и при P [001]. Это показывает, что для комплексов комплекса на оси 001 кристалла.

VGaSAs сильное расщепление уровней энергии центров Ясно также, что, если влияние внешней деформации разной ориентации наблюдается для обоих направлений мало по сравнению с доминирующим внутрицентровым деформации, и подтверждает сделанное выше предповзаимодействием, то электронные волновые функции ложение о приблизительном равенстве отклонений оси дефекта меняются незначительно, и воздействие одноизлучающего диполя от кристаллографических направосного давления сводится лишь к различному изменелений 111 и 001. Отметим также, что, как следует нию энергии анизотропных центров разной ориентации.

из рис. 1, при одноосном давлении поляризационное Поскольку при низких температурах интегральная поотношение для низкоэнергетических компонент полосы ляризация исследуемой полосы не возникала вплоть до излучения превышает 1. Поскольку эти компоненты давлений в 8 кбар, проведенные эксперименты соответсоответствуют группе комплексов, энергетический уроствуют этому случаю. Тогда можно ожидать, что спектр вень которых наиболее удален от валентной зоны, именфотолюминесценции центров с одинаковой ориентацией но эта группа центров, согласно [8], должна давать наиотносительно оси деформации, т. е. спектральная форма больший вклад в излучательный захват электронов при каждой из расщепившихся компонент, повторяет форму повышенной температуре. Следовательно, интегральное спектра всей совокупности центров в отсутствие дефорполяризационное отношение при повышении температумации. Это, в частности, позволяет заменить в (1)-(3) ры должно становиться больше 1, что и наблюдается полные интенсивности компонент интенсивностью кажэкспериментально (рис. 2).

дой компоненты в ее максимуме.

Таким образом, если исследуемый центр является моноклинным с плоскостью симметрии {011}, при P [001] 3. Количественный анализ спектров спектр его излучения с P и P должен содержать фотолюминесценции всего две компоненты, положение которых одинакопри одноосном давлении во для обеих поляризаций света, спектральная форма совпадает со спектрами при P = 0, а относительная Как следует из предыдущего раздела, наивысшая симинтенсивность излучения в максимуме подчиняется сометрия, которую могут иметь комплексы VGaSAs, являетотношениям (1)-(3).

ся моноклинной с плоскостью симметрии типа {011} [7].

В этом случае, основываясь на указанных закоПодобный тип симметрии для исходно тригонального номерностях, можно с помощью процедуры, исполькомплекса возникает, если плоскость симметрии дозовавшейся нами ранее для комплексов VGaTeAs [9], полнительной дисторсии совпадает с одной из плоскоразделить экспериментальные спектры люминесценции стей {011}, содержащей исходную ось комплекса, т. е.

VGaSAs, полученные при P [011], на расщепившиеся ось, проходящую через VGa и SAs. Если предположить, компоненты. Оказалось, что такое разделение возможно, что именно такой симметрией обладают исследуемые и его результаты для P = 8 кбар представлены на рис. 3.

дефекты, то при P [111] их полоса излучения должна При этом положения максимумов в спектрах компорасщепиться на 3 компоненты, а при P [001] —на 2 [7].

нент соответствуют 01 1.188 эВ, 02 1.220 эВ Рассматривая излучение центров указанной симмет- (расщепление компонент (32 ± 4) мэВ), а относительрии при генерации электронно-дырочных пар (равно- ная величина интенсивности в максимумах компонент вероятное возбуждение центров всех ориентаций) в составляет I1 max( ) =0.82-0.81, I1 max() =0.09-0.10, классическом дипольном приближении, можно получить I2 max( ) =0.18-0.20 и I2 max() =0.92-0.91.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 828 А.А. Гуткин, М.А. Рещиков го моноклинного дефекта с плоскостью симметрии {011} a = sin, b =(1/ 2) cos, (4) где — угол в плоскости симметрии комплекса между осью типа 011 и осью излучающего диполя. Тогда из (1) и (4) можно получить 0 b2 =[1 - ( - 1)µ2/(1 - 2µ2)]/(2 + ) 1/2. (5) Поскольку 0 µ2 1 и согласно результатам предыдущего раздела = 8.1-9.1, неравенства (5) удовлетворяются только при b2 = 0.09-0 и µ2 = 0-0.1.

Если b2 0.09 (µ2 0), то ±64, т. е. направление оси оптического диполя заметно отличается от кристаллографических осей типа 111 и 001, лежащих в плоскости симметрии комплекса, для которых соответственно ±35.3 и = ±90. Это согласуется с качественным выводом, сделанным в разд. 2.

Если b2 0 (µ2 0.1), то ±90, т. е. ось оптического диполя близка к оси 001, лежащей в плоскости симметрии дефекта. В этом случае при давлении вдоль оси [111] расщепление компонент излучения, принадлежащих центрам разной ориентации, должно быть значительно слабее, чем при P [001]. Последнее не согласуется с экспериментальными данными, представленными на рис. 1 и 2.

Таким образом, пьезоспектроскопическое поведение полосы фотолюминесценции комплекса VGaSAs согласуется с моделью моноклинного дефекта с плоскостью симметрии {011}, излучающий оптический диполь которого приблизительно одинаково отклонен от направлеРис. 3. Спектры фотолюминесценции комплексов VGaSAs при ний 111 и 001, лежащих в этой плоскости, а вклад различных поляризациях регистрируемого излучения и давротатора в излучение центра мал (µ2 0).

лении 8 кбар вдоль направления [001]. T = 2K. a — P, Две последние особенности, а также отсутствие выb — P. 1 — эксперимент; кривые 2, 3 — две компоненстраивания дисторсий делают комплекс VGaSAs сильно ты, форма которых совпадает с формой спектра при P = 0;

точки 2, 3 — величины интенсивностей излучения, которые в отличающимся от комплекса VGaTeAs [5,9]. Возможно, сумме дают экспериментальный спектр и наилучшим образом такое различие может быть понято исходя из различий в совпадают с кривыми 2, 3.

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.