WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 8 Анализ полосы излучения комплeксов VGaTeAs в n-GaAs при одноосном давлении ¶ © А.А. Гуткин, А.В. Ермакова Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 3 февраля 2003 г. Принята к печати 4 февраля 2003 г.) В приближении малости отклонений осей излучающих оптических диполей комплексов VGaTeAs в GaAs от одного из направлений типа 111 проанализирована форма спектра широкой бесструктурной полосы фотолюминесценции этих дефектов при давлении 10 кбар вдоль оси [111]. Для выявления расщепившихся компонент этой полосы, принадлежащих центрам разной ориентации, развита методика, использующая закономерности пьезоспектроскопического поведения анизотропных центров и применение измерений спектров в случаях, когда электрический вектор световой волны параллелен и перпендикулярен оси давления. Подтверждена модель, принятая при анализе, и определено, что расщепление энергий центров разной ориентации при давлении 10 кбар примерно равно 38 мэВ, а относительная доля ротатора, описывающая в классическом дипольном приближении поляризационные свойства света, излучаемого отдельным комплексом, составляет 0.15. Это свидетельствует о сравнимости роли спин-орбитального и ян-теллеровского взаимодействий в формировании излучающего состояния комплекса.

1. Введение тельно малого расщепления при одноосной деформации ее компонент, принадлежащих центрам с разной ориенИзвестно, что сложные дефекты (комплексы) в GaAs, тацией [9]. Вследствие этого прямое наблюдение этих содержащие вакансию галлия (VGa) и атом теллура на компонент было невозможно, а существующий метод месте мышьяка (TeAs), являются эффективными центра- разделения сложной полосы на составляющие [10] оками захвата дырок и в материале n-типа дают широкую зался неприменимым из-за отсутствия в спектре полосы полосу фотолюминесценции с максимумом при энергии участка, обусловленного только одной компонентой.

фотонов ( ) около 1.2 эВ, вызванную рекомбинацией В связи с указанными обстоятельствами в работах [4–8] электронов из c-зоны с дырками, локализованными на определялась и анализировалась величина интегралькомплексах [1–5]. ной поляризации полосы излучения комплексов. Знание только этой величины в условиях частичного выстраиИсследования как пьезоэлектрических свойств этой полосы при возбуждении люминесценции за счет гене- вания дисторсий, степень которого неизвестна [5], не позволяло более точно определить µ2 (и, следовательрации электронно-дырочных пар, так и ее поляризации но, µ1) [5].

при резонансном поляризованном возбуждении [4–8] Между тем величины этих параметров дают возможобнаружили существование искажений связанного с ней ность судить о свойствах оптических переходов в откомплекса VGaTeAs, которые вызваны взаимодействием дельном центре и могут быть использованы для оценки локализованных носителей с неполносимметричными относительной роли различных внутрицентровых взаколебаниями атомов (эффект Яна–Теллера). Эти искаимодействий в формировании электронного состояния жения понижают исходную тригональную симметрию дефекта.

комплекса до моноклинной и в отдельном дефекте Цель настоящей работы — применение закономерноимеют несколько возможных ориентаций. Внешнее одстей пьезоспектроскопического поведения анизотропных ноосное давление вдоль направления [111] или [110] при центров для выявления компонент полосы излучения низкой температуре приводит к выстраиванию подобных 1.2 эВ в n-GaAs : Te при одноосном давлении и опреискажений в заметной части всех центров, связанных делениe оптических характеристик комплекса VGaTeAs с полосой излучения 1.2 эВ.

в классическом дипольном приближении.

В работе [5] из количественного анализа результатов указанных исследований были определены направления осей оптических диполей, описывающих излучающее 2. Модель центров, и поглощающее состояния рассматриваемых дефектов связанных с полосой 1.2 эВ, в классическом дипольном приближении, и установлено, и основные приближения что относительный вклад ротатора в поглощение и излучение света этими центрами (µ1 и µ2 соответственВ работе [5] было показано, что все исследованные но) лежит в диапазоне 0–0.26. Более точная оценка свойства полосы фотолюминесценции могут быть объэтих величин не была получена главным образом из-за яснены, если предположить, что совокупность связанных большой ширины полосы фотолюминесценции и относис ней центров состоит из дефектов двух типов, которые ¶ E-mail: Agut@defect.ioffe.ru имеют одинаковые оптические свойства и подобные Анализ полосы излучения комплeксов VGaTeAs в n-GaAs при одноосном давлении содержит всего две компоненты. Такая ситуация для моноклинных центров реализуется, если внешняя деформация направлена вдоль оси [001] [9]. Однако, как показали эксперименты, расщепление полос излучения с электрическим вектором световой волны, параллельным и перпендикулярным оси деформации, в этом случае мало, а форма полос практически не отличается от формы полосы в отсутствии деформации.1 В этих условиях надежное выявление компонент полосы люминесценции, учитывая погрешности эксперимента, невозможно. Поэтому мы использовали эксперименты при одноосной деформации вдоль направления [111]. Давление P вдоль этой оси нарушает эквивалентность дисторсий в той части изолированных комплексов, для которых исходная Рис. 1. Исходное расположение составляющих комплекса ось VGa–TeAs не совпадает с направлением давления.

VGaTeAs и возможные направления оси d излучающего оптиПри низких температурах это приводит к выстраиванию ческого диполя комплекса.

дисторсий и излучающих диполей таких комплексов.

Таким образом, все изолированные комплексы разделяются на две группы: в первой группе оси излучающих диполей отклоняются на небольшой одинаковый угол от неполносимметричные искажения, приводящие к монооси давления, а во второй — с последней совпадает клинной симметрии дефекта. В центрах одного типа исходная ось комплекса. Поэтому полоса излучения дисторсии могут переориентироваться и выстраиваться изолированных комплексов при низких температурах под влиянием одноосного давления, а в центрах друв случае давления вдоль оси [111] расщепляется на гого типа такое изменение ориентации дисторсии не две компоненты, соответствующие этим группам. При происходит. Первые, по-видимому, представляют собой изолированные комплексы VGaTeAs, а вторые, как пред- этом в целом благодаря выстраиванию полоса излучения изолированных комплексов поляризуется [5]. Следует полагается, также содержат VGa и TeAs, ассоциированные также отметить, что для обеих рассмотренных выше с каким-либо третьим центром (например, еще с одним атомом Te). Состояние дырки, связанной на таких дефек- групп комплексов ось давления лежит в плоскости тах, является вакансионным. Такая дырка сильно взаи- симметрии дефекта, т. е. в плоскости, содержащей ось диполя и исходную ось комплекса.

модействует с неполносимметричными фононами, что и приводит к дисторсиям (эффект Яна–Теллера), тогда как Комплексы с непереориентирующимися направленивлияние TeAs и ассоциированных центров сравнительно ями оси диполя, как обычные дефекты моноклинной мало. Поскольку, как предполагается, окружение изоли- симметрии, при P [111] разделяются на три группы.

рованной вакансии в результате эффекта Яна–Теллера Первые две из них по положению диполей относиимеет тригональную симметрию, одновременное влия- тельно оси давления подобны группам изолированных ние донора и этого эффекта на вакансионное состояние комплексов, а в третьей группе ось давления не лежит дырки в комплексе приводит к тому, что ось излучающе- в плоскости симметрии дефекта. В комплексах с пего диполя комплекса сравнительно мало отклонена от реориентирующимися дисторсиями эта группа центров одной из осей типа 111, не совпадающей с исходной исчезла в результате выстраивания. Таким образом, тригональной осью, на которой (или вблизи которой) строго говоря, полоса излучения комплексов с непележат VGa и TeAs. В каждом изолированном комплексе реориентирующимися дисторсиями при P [111] расVGaTeAs существует три эквивалентных направления оси щепляется на три компоненты [9]. Однако поскольку диполя (рис. 1) и возможна переориентация дисторсии оси диполей комплексов третьей группы, так же как и диполя. В дефектах второго типа одно из направлений оси диполей второй группы, близки к осям 111, не фиксировано благодаря влиянию ассоциированного цен- совпадающим с осью давления, можно ожидать, что тра и переориентация невозможна, однако распределе- разница между положением их полос излучения при ние всех возможных направлений по комплексам этого P [111] мала, и суммарный спектр излучения всех типа также однородно. Направление оси оптического центров при низкой температуре содержит практически диполя характеризуется углом, отсчитываемым от только две компоненты, совпадающие с компонентами оси типа 110 в плоскости симметрии моноклинного полосы излучения изолированных комплексов. Подобная комплекса (рис. 1). Согласно [5], 2840, т. е. ось модель была использована нами ранее [11] для описания диполя отклонена от ближайшей к ней тригональной оси Причиной этого является близость направления оси диполя в исна (6–7).

следуемых центрах к оси 111, т. е. к направлению диполя в центрах Разложение широкой полосы излучения на составляютригональной симметрии, в которых при указанном направлении щие относительно просто осуществить, если эта полоса деформации никакого расщепления нет.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 910 А.А. Гуткин, А.В. Ермакова зависимости интегральной поляризации исследуемой полосы фотолюминесценции при одноосном давлении от температуры и дала разумное согласие между расчетом и экспериментом. Она соответствует предельному случаю, в котором можно пренебречь влиянием TeAs на вакансионное состояние дырки, связанной на комплексе, по сравнению с влиянием тригональной дисторсии. Поэтому в дальнейшем при количественном анализе спектров фотолюминесценции мы будем также считать, что ось излучающего диполя комплекса направлена вдоль одной из тригональных осей кристалла, не совпадающих с исходной осью дефекта.

Рассматривая излучение дефектов двух указанных выше групп в n-GaAs при P [111] и низкой температуре в условиях равной вероятности возбуждения всех центров за счет захвата ими дырок, образуемых генерацией электронно-дырочных пар, в классическом дипольном приближении, можно получить следующие соотношения Рис. 2. Спектр фотолюминесценции комплексов VGaTeAs между интенсивностями расщепившихся компонент пов недеформированном кристалле n-GaAs : Te (n 1018 cм-3) лосы излучения при различных поляризациях света.

при температуре 2 K.

I1( ) 1 - µ=, (1) I1() µI2( ) 1 + 7µ=, (2) I2() 4 + µI1( ) 1 - µ2 9(1 + 2A) =, (3) I2( ) 1 + 7µ2 3 - 2A I1() µ2 9(1 + 2A) =, (4) I2() 4 + µ2 3 - 2A где A — доля выстраивающихся центров, Ii( ) и Ii() — интенсивности излучения с электрическим вектором световой волны, параллельным и перпендикулярным оси давления, испускаемым i-й группой комплексов в направлении, перпендикулярном оси давления.

3. Результаты эксперимента и их анализ Для выделения компоненты полосы фотолюминесценции, расщепившихся при одноосном давлении, мы использовали измерения спектров этой полосы при двух поляризациях регистрируемого излучения, указанных в предыдущем разделе. Эксперименты проводились при температуре 2 K на образцах n-GaAs : Te с концентрацией электронов 1018 см-3, полученных методом Чохральского и подобных исследовавшимся нами ранее [4–8,11].

На рис. 2 показан спектр излучения, связываемого Рис. 3. Спектры фотолюминесценции комплексов VGaTeAs при температуре 2 K и давлении 10 кбар вдоль направления [111].

с комплексами VGaTeAs при P = 0. Поляризация света a — P, b — P. 1 — эксперимент, кривые 2, 3 —комв полосе отсутствует, что свидетельствует о равной поненты 1 и 2, форма которых совпадает с формой спектра вероятности распределения анизотропных центров изпри нулевом давлении, точки 2, 3 — величины итенсивностей лучения по всем возможным ориентациям. Давление излучения, которые в сумме дают экспериментальный спектр в 10 кбар вдоль направления [111] вызывало поляризаи наилучшим образом совпадают с кривыми 1 и 2.

цию полосы, степень которой менялась по спектру. Это Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Анализ полосы излучения комплeксов VGaTeAs в n-GaAs при одноосном давлении проявлялось в различии сдвигов спектра в зависимости Используя эти значения, из (1) и (3) можно получить µот направления электрического вектора световой волны = 0.15 и A = 0.57. Такие же величины этих параметров следуют и из (2) и (4).

регистрируемого излучения (рис. 3) и свидетельствует о расщеплении спектра на несколько компонент с различной степенью поляризации. Эти компоненты непо4. Обсуждение результатов средственно не наблюдаются и процедура их выделения и заключение основывалась на следующем.

1. Согласно приближенной модели, развитой в разд. 2, Прежде всего отметим, что полученные величины µчисло расщепившихся компонент равно двум.

и A лежат в пределах диапазонов возможных значений 2. Энергетическое положение компоненты не меняэтих параметров, определенных в работах [5,11], и ется при изменении плоскости поляризации регистриоценим погрешность, вводимую пренебрежением отклоруемого излучения, а форма их спектров одинакова и нением оси диполя от направлений типа 111. Рассматсовпадает с формой спектра всей полосы при нулевом ривая излучение центров первой группы с учетом этого давлении (нулевой спектр). Последнее, в частности, отклонения, можно получить следующее соотношение, позволяет в (1)–(4) заменять отношения интенсивности не содержащее, как и (1), параметра A:

компонент отношением величин каждой компоненты I1( ) 3µ2 +(1 - 2µ2)(2b + a)в максимуме ее излучения.

=, (5) I1() 3µ2 +(1 - 2µ2)(b - a)3. Компонента 1, соответствующая центрам, в которых ось диполя близка к оси давления, сдвинута в сто где a = sin, b =(1/ 2) cos — абсолютные величины рону меньших энергий фотонов по сравнению с компопроекций орта оси диполя на оси 100 кристалла.

нентой 2, поскольку возбужденное (связывающее дырку) Используя = 2840 [5] и подставляя приведенные состояние этих центров при P [111] имеет меньшую выше величины максимумов компонент из (5), получим энергию, благодаря чему и происходит выстраивание значение µ2, не отличающееся от приведенного в разд. 3.

дисторсий [5].

Для вычисления A с учетом указанного отклонения Тогда энергия фотонов max(), соответствующая мы воспользуемся выражением, связывающим эту вемаксимуму сдвинутой в сторону больших энергий поличину с интегральным поляризационным отношенилосы излучения с P (рис. 2), задает нижний предел ем полосы излучения при давлении вдоль оси [111], положения по оси энергий максимума компоненты 2.

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.