WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Такие изменения в спектре излучения p-GaN Mg + Eu обусловлены следующими обстоятельствами. Ранее в работе [1] на примере Er в GaN было показано, что РЗИ являются примесями замещения и, следовательно, могут быть в данной полупроводниковой матрице донором или акцептором. Как было показано на примере GaN Er, это является следствием изменения типа связей: от ионно-ковалентной связи Ga-N к ионной связи Er-N (в данном случае Eu-N). Поэтому можно полагать, что европий замещает галлий и Рис. 3. Влияние дополнительно введенной примеси на морфо- „залечивает“ оборванные связи. В результате происхологию поверхности кристаллов. Вид морфологии поверхности:

дит перераспределение каналов захвата неравновесных a —GaN Eu, b —GaN Eu + Zn.

носителей в пользу мелких примесей с формированием ибо их наличие способствует уменьшению концентрации центров безызлучательной рекомбинации, в частности, вследствие возможного уменьшения плотности дислокаций или изменения их направления, вплоть до вывода от нормали к поверхности кристалла в плоскость эпитаксиального слоя. Известно, что кристаллы GaN, полученные методом HVPE, имеют большую концентрацию носителей заряда n = 8 · 1018 см-3. Толщина слоя, определяющего вид спектра БКФЛ, значительно меньше толщины всего кристалла, и уменьшение плотности протяженных дефектов — дислокаций — может быть ответственно за увеличение интенсивности излучения.

Для кристаллов p-типа проводимости GaN Mg спектры ФЛ представлены на рис. 4. Концентрация носителей заряда после легирования, измеренная по методике Ван-дер-Пау составляла 5 · 1017 см-3. Вспектре ФЛданных кристаллов (рис. 4, кривая 1) имеется линия излучения с длиной волны = 3587.84 (E = 3.455 эВ), которая соответствует положению экситона, связанного на нейтральном акцепторе A0X, с величиной ширины линии на полувысоте FWHM = 47 мэВ. Имеется также полоса излучения с максимумом = 4245.35 (E 2.916 эВ), Рис. 4. Спектры фотолюминесценции кристаллов FWHM = 247 мэВ. Данная полоса излучения по данным p-GaN: 1 — исходного GaN Mg, 2 — легированного Eu работы [1] соответствует оборванным галлиевым связям.

(GaN Mg + Eu ), 3 — с дополнительно введенной мелкой После легирования кристалла GaN Mg европием примесью Zn (GaN Mg + Eu + Zn ). На вставке — наблюдается интенсивная синяя полоса излучения (по- фотолюминесценция в длинноволновой области спектра:

лоса B) с положением максимума (рис. 4, кривая 2) 1 —GaN Mg + Eu + Zn, 2 —GaN Mg + Eu.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Сенсибилизация люминесценции вюрцитных кристаллов GaN, легированных Eu... донорно-акцепторной полосы излучения [1]. Таким уменьшается. Такая температурная зависимость интенобразом, из вида спектра следует, что полоса B является сивности излучения в длинноволновой области свидесложной композицией, вклад в формирование которой тельствует о вкладе внутрицентровых f - f -переходов дают неоднородно уширенные линии внутрицентрового иона Eu3+ в формирование данной полосы, в то время f - f -излучения Eu3+ и полоса ДАР, обусловленная как вклад внутрицентровых f - f -переходов иона Eu3+ также Eu3+. в формирование полосы B меньше и, следовательно, Введение дополнительной примеси Zn в кристаллы основной вклад в излучение вносит ДАР. Приведенные GaN Mg + Eu приводит к существенному увеличению выше экспериментальные данные свидетельствуют о интегральной интенсивности (в 11 раз по сравнению том, что легирование европием кристаллов GaN (отлис исходным спектром) основной полосы излучения B чающихся по параметру Nd - Na) как с использованием (рис. 4, кривая 3). Кроме того, в данном случае в дополнительной примеси Zn, так и без нее приводит области спектра = 3800-4500 сохранились линии к различным изменениям в спектрах излучения этих излучения с максимумами, совпадающими с максиму- кристаллов. Это означает, что Eu и Zn (и содержамами = 3830, 4000 и появились пики с = 4030, щие их комплексы) создают локализованные состояния, 4070. Интенсивность их излучения также увеличилась расположенные в запрещенной зоне, различающиеся по по сравнению со случаем легирования только Eu без энергетическому положению.

дополнительной примеси Zn (GaN Mg + Eu ). Можно Для определения возможных путей заселения и выпредположить, что подобное изменение вида спектра ФЛ свобождения состояний в запрещенной зоне, связанных связано с образованием комплексов примесь Eu с Zn с с энергетическим положением уровней легирующих большим сечением захвата носителей, с существенными компонентов, использовалась дополнительная подсветка структурными преобразованиями и, по всей вероятности, с появлением каких-либо неоднородностей (кластеров), образование которых способствует уменьшению концентрации центров безызлучательной рекомбинации и увеличению концентрации центров излучательной рекомбинации. Кроме того, это указывает на то, что Zn, являющийся в соединениях AIIIBV мелким акцептором, не только участвует в формировании полосы ДАР, но и способствует передаче возбуждения на ионы Eu3+ [4,5] или комплексы, образованные с его участием. Предполагается, что механизм возбуждения ФЛ, связанной с РЗИ в матрице GaN, обусловлен передачей энергии локализованным состояниям хвоста зоны проводимости, в которых могут иметь место совпадения энергий локализованных состояний и резонансных уровней поглощения РЗИ.

На вставке рис. 4 представлен спектр излучения GaN Mg + Eu + Zn в видимой длинноволновой области спектра (кривая 1). Имеются линии излучения, характерные для внутрицентровых f - f -переходов иона Eu при = 5969, и наиболее интенсивная полоса = 6173-6237, характерная для локального окружения иона Eu в флюорите, ацетилацетонате и в стеклах [6]. Для сравнения на рис. 4 (вставка, кривая 2) представлен вид спектра при легировании данного кристалла только Eu без дополнительного легирования Zn (GaN Mg + Eu ). Видно, что при введении дополнительной мелкой примеси Zn существенно увеличилась интенсивность излучения, характерная для внутрицентровых f - f -переходов Eu3+ в длинноволновой области спектра.

Следует отметить, что при увеличении температуры измерения до 300 K интенсивность излучения Рис. 5. Влияние дополнительной подстветки Ar-лазером данного образца в длинноволновой области спектра на вид спектров фотолюминесценции кристаллов GaN:

( = 6173-6232 ) увеличивается, в то время как инa —I типа, b — II типа. Спектры измерены: 1 — без подтенсивность излучения в коротковолновой области постветки; 2, 3 — с подсветкой при длине волны лазера l, :

лосы B ( = 3800-4500 ) с увеличением температуры 2 — 5145, 3 — 4880. T = 77 K.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1038 В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, Ю.В. Кожанова, С.Н. Родин Ar-лазером (l = 5145 и 4880 ). Влияние подсветки на вид спектров БКФЛ определяется как типом проводимости, так и концентрацией дефектов в исходной полупроводниковой матрице. Подсветка нелегированных кристаллов GaN не изменяет интенсивность БКФЛ. При дополнительной подсветке кристаллов I типа (HVPE, GaN Eu + Zn ) Ar-лазером независимо от длины волны (l = 5145 или 4880 ) интенсивность уменьшилась, а форма спектра ФЛ изменилась слабо (рис. 5, a).

На рис. 5, b приведены спектры БКФЛ кристаллов GaN Eu + Zn II типа при дополнительной подсветке Ar-лазером. По всей вероятности, при увеличении длины волны подсветки уменьшается концентрация безызлучательных центров рекомбинации, вследствие чего в отличие от кристаллов I типа интенсивность излучения при подсветке с длиной волны лазера l = увеличивается по сравнению с подсветкой l = 4880.

Подобного рода изменения интенсивности излучения при варьировании длины волны подсветки позволяют оценить энергетическое положение примесного уровня Eu3+ в кристаллах GaN, имеющих n-тип проводимоРис. 7. Спад интегральной интенсивности излучения полости, т. е. зависимость энергетического положения присы B с max = 4000 при изменении времени задержки в месного уровня многозарядной примеси Eu и дополникристаллах: 1 — GaN Mg + Eu + Zn, 2 — GaN Mg + Eu.

тельно введенной мелкой примеси Zn в зависимости от T = 77 K.

концентрации дефектов в исходной полупроводниковой матрице (кристаллы I и II типов).

Влияние дополнительной подсветки с длиной волны l = 5154 A на спектр ФЛ (полосы B) кристаллов с Как видно из рис. 6, при наличии подсветки интенсивp-типом проводимости GaN Mg + Eu + Zn при варьиность ФЛ в области полосы B увеличивается (включая ровании мощности подсветки W приведено на рис. 6.

максимумы при = 4000, 4600 ), но несущественно.

Было обнаружено, что при выключении подсветки интенсивность полосы B меняется также незначительно, что свидетельствует о заметном вкладе в формирование этой полосы ФЛ долгоживущих состояний, определяющих кинетику неравновесных носителей заряда.

Для определения кинетики неравновесных носителей заряда в легированных кристаллах исследовались затухание и время-разрешенные спектры фотолюминесценции исходных кристаллов GaN Mg, кристаллов, легированных только Eu (GaN Mg + Eu ), и кристаллов, дополнительно легированных Zn (GaN Mg + Eu + Zn ). На рис. 7 представлено затухание интенсивности полосы B (max = 4000 ) в интервале времени t = 0-50 мкс для двух вариантов легирования кристалла GaN Mg. Видно, что закон затухания люминесценции для данных 1 и практически идентичен. Однако эволюция во времени спектров люминесценции в случае легирования исходных кристаллов GaN Mg + Eu и дополнительно легированных Zn (GaN Mg + Eu + Zn ) заметно отличается.

В исследуемом кристалле GaN Mg + Eu + Zn величина FWHM полосы B при варьировании времени задержки ( t = 0-50 мкс) меняется немонотонно (рис. 8, симРис. 6. Влияние дополнительной подстветки Ar-лазером волы 1). На томже рис. 8 символами 2 представлено изс l = 5145 при варьировании мощности подсветки W менение величины FWHM в кристаллах GaN Mg + Eu на вид спектров фотолюминесценции кристаллов при t = 0-20 мкс. Видно, что значения FWHM в криp-GaN Mg + Eu + Zn. Спектры измерены: 1 —без подсветки;

сталлах GaN Mg + Eu и GaN Mg + Eu + Zn при t = 2, 3 — при мощности Ar-лазера W, мВ: 2 — 20, 3 — 80;

и 20 мкс имеют сопоставимые величины.

4 — после выключения подсветки.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Сенсибилизация люминесценции вюрцитных кристаллов GaN, легированных Eu... Такие изменения, по всей вероятности, связаны с существованием как протяженных, так и локальных (кластерных) неоднородностей структуры исследуемых кристаллов. О первых свидетельствует уменьшение величины FWHM при варьировании t в диапазоне 0-5 мкс, о вторых — неоднородное уширение спектра в коротко- и длинноволновой областях. Существенное различие эволюции во времени спектров люминесценции кристаллов p-типа GaN Mg, легированных Eu (GaN Mg + Eu ), и кристаллов, дополнительно легированных Zn (GaN Mg + Eu + Zn ), свидетельствует об определяющей роли комплексов Eu + Zn в переносе (миграции) возбуждения в исследуемых кристаллах.

Для оценки вклада миграции возбуждения и последующего захвата носителей в формирование излучения, характеристикой которого является длина пути переноса возбуждения, в кристаллах, дополнительно легированных Zn (GaN Mg + Eu + Zn ), исследовался спад интенсивности излучения в зависимости от расстояния между пятном возбуждения (150 мкм) и областью высвечивания (рис. 10). Как видно из рисунка, в этом Рис. 8. Изменение величины FWHM для полосы B при варьировании времени задержки t для кристаллов: 1 — GaN Mg + Eu + Zn, 2 —GaN Mg + Eu.

В работе [10] было показано, что во время-задержанных спектрах n-GaN происходит уменьшение неоднородной ширины линий излучения БКФЛ вследствие ограничений на транспорт носителей. Вид время-разрешенного спектра кристалла p-GaN Mg + Eu при t = 20 мкс (рис. 9, a, кривая 6) не претерпевает изменений по сравнению с видом спектра при t = 0 (рис. 9, a, кривая 1), т. е. имеется интенсивная полоса излучения B (с максимумом при == 4250 ) положение которой не меняется при использовании задержки.

Вид время-разрешенных спектров кристалла, дополнительно легированного Zn (GaN Mg + Eu + Zn ) (рис. 9, b), представляет собой полосу, в которой имеются пики с = 3830, 3960, 4075. Как видно из рис. 9, b, форма полосы по сравнению с незадержанным спектром ( t = 0, спектр 1) изменяется, уменьшается величина FWHM (рис. 8). При увеличении времени задержки в диапазоне t = 0.2-5 мкс уменьшается интенсивность в длинноволновой части спектра полосы B, что характерно и для время-разрешенных спектров в n-GaN. При дальнейшем увеличении времени задержки ( t = 10-50 мкс) длинноволновая часть спектра полосы B совпадает с видом спектра при t = 0. При возрастании времени задержки t = 20, 50 мкс в коротковолновой области спектра заметно увеличивается относительная интенсивность линии с максимумом на длине волны = 3543 (E = 3.498 эВ), т. е. совпадает с линией свободного экситона. В таком случае изменение FWHM может быть обусловлено изменением транспорРис. 9. Время-разрешенные спектры фотолюминесценции та неравновесных носителей заряда как в полосе B кристаллов GaN Mg + Eu (a), и GaN Mg + Eu + Zn (b) при ( = 3800-4500 ), так и изменением транспорта в времени задержки t, мкс: 1 – 0, 2 —0.2, 3 —1.5, 4 —5, коротковолновой области спектра ( = 3400-3600 ). 5 — 10, 6 — 20, 7 — 50. T = 77 K.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1040 В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, Ю.В. Кожанова, С.Н. Родин GaN Mg + Eu + Zn (см. рис. 11). Экспериментальные данные, обработанные по методу наименьших квадратов, аппроксимируются зависимостью с показателем экспоненты n = 2, что дает возможность предположения о бимолекулярном механизме генерации носителей.

Исследовалось также влияние легирования примесями Eu, Zn на вид спектров кристаллов GaN, выращенных тем же методом (MOCVD), но не содержащих Mg и имеющих самую низкую концентрацию носителей n = 7 · 1015 см-3. В спектре ФЛ исходного (нелегированного) кристалла имеется лишь интенсивная полоса излучения в желто-зеленой области — 2.2-2.5 эВ. Излучение в данной области спектра, по данным работы [12], связано с наличием мелких донорных и глубоких акцепторных центров VGaON, где VGa — вакансия Ga, ON — кислород на месте азота. В спектрах БКФЛ кристаллов GaN, имеющих полосу излучения с E = 2.0-2.5эВ, т. е. желто-зеленую полосу излучения, легирование Eu не привело к изменениям, т. е. эффект геттерирования дефектов не наблюдался.

Рис. 10. Спад интегральной интенсивности фотолюминесценции кристаллов GaN Mg + Eu + Zn при изменении расстоя- 4. Заключение ния между пятном излучения и пятном возбуждения. T = 77 K.

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1) Легирование многозарядовой примесью Eu и мелкой примесью Zn кристаллов p-GaN Mg (MOCVD) приводит к резкому увеличению интенсивности излучения в области спектра = 3800-4200, сопоставимой с величиной интенсивности ФЛ в квантово-размерных структурах с квантовыми ямами на основе InGaN/GaN.

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.