WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 10 Сопоставление поляризации полосы фотолюминесценции 1.2 эВ в n-GaAs:Te при одноосном давлении и резонансном поляризованном возбуждении © А.А. Гуткин, М.А. Рещиков, В.Е. Седов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 17 апреля 2000 г. Принята к печати 17 апреля 2000 г.) Показано, что полоса фотолюминесценции 1.2 эВ в n-GaAs:Te, связываемая с излучением комплексов VGaTeAs с переориентирующимися ян-теллеровскими дисторсиями, содержит также вклад непереориентирующихся дефектов. Параметры оптических диполей обоих типов дефектов близки. В предположении об их полном совпадении получены выражения, связывающие величины поляризации полосы фотолюминесценции 1.2 эВ, полученные при одноосном давлении и поляризованном резонансном возбуждении, с параметрами диполей, а также с относительным вкладом в излучение переориентирующихся и непереориентирующихся дефектов. Развита методика оценок этих характеристик из анализа экспериментальных данных и определено, что вклады дефектов каждого типа в полосу фотолюминесценции 1.2 эВ сравнимы, хотя и изменяются от образца к образцу. Полученные значения углов, характеризующих положение осей оптических диполей дефектов в поглощающем и излучающем свет состояниях, свидетельствуют, что в первом из них влияние донора и ян-теллеровской дисторсии на вакансионные орбитали комплекса VGaTeAs сравнимы, тогда как во втором — влияние дисторсии доминирует.

Введение осных давлениях не происходит. Однако можно предположить, что оптические характеристики этих дефектов Как известно, широкая полоса фотолюминесценции близки к характеристикам комплексов с выстраиваюс максимумом вблизи энергии фотонов 1.2 эВ, часто щимися дисторсиями. Последнее обстоятельство дает наблюдаемая в n-GaAs:Te, полученном методом Чохраль- возможность в рамках двухдипольного приближения коского, связывается с комплексами, состоящими из вакан- личественно сравнить данные экспериментальных иссии галлия (VGa) и атома теллура на месте мышьяка следований полосы фотолюминесценции 1.2 эВ метода(TeAs), находящимися в соседних узлах решетки [1–5]. ми пьезоспектроскопии и поляризованной фотолюмиСчитается, что она вызывается излучательной рекомби- несценции. Результатами такого сопоставления могут нацией дырки, захваченной на комплекс, и электрона из быть оценки вкладов указанных выше типов дефектов зоны проводимости или с мелкого уровня (возбужденно- в люминесценцию и параметров оптических диполей, го состояния), находящегося вблизи дна зоны проводи- описывающих их излучающее и поглощающее состояние мости. Такая идентификация 1.2 эВ полосы фотолюми- и позволяющих судить об относительной роли различных несценции впервые была предложена Вильямсом [1,2] внутрицентровых взаимодействий.

и основывалась на подобии поведения этой полосы и Цель настоящей работы — развитие методики полуфотолюминесценции комплексов вакансия катиона – чения подобной информации и оценка характеристик мелкий донор в ZnS.

излучающего и поглощающего состояний комплексов, Исследования как пьезоспектроскопических свойств дающих полосу фотолюминесценции 1.2 эВ в n-GaAs:Te.

1.2 эВ полосы излучения, так и ее поляризации при резонансном поляризованном возбуждении [6–9] обнаружили 1. Результаты экспериментов существование искажений связанного с ней комплекса, понижающих его исходно тригональную симметрию до и их качественное сопоставление моноклинной. Эти искажения имеют несколько эквивалентных ориентаций в каждом дефекте и выстраива- Как было установлено в работах [6,8], одноосное даются под влиянием одноосного давления при низких вление P вдоль кристаллографических направлений [111] температурах. Подобные явления, вызванные эффектом или [110] при температурах T = 2-4.2 K выстраивает Яна–Теллера, наблюдались ранее с помощью магнитного дисторсии комплексов, ответственных за полосу фоторезонанса для комплексов вакансия– мелкий донор в люминесценции 1.2 эВ в n-GaAs:Te. Это выстраивание кремнии [10,11] и качественно подтверждают указанную дает ступенчатое увеличение линейной поляризации лювыше идентификацию природы полосы фотолюминесцен- минесценции комплекса при повышении величины давлеции 1.2 эВ в n-GaAs:Te.

ния. Начало такого увеличения соответствует P = 0, а Вместе с тем, как сообщалось недавно в работе [12], его завершение достигается, когда расщепление уровней в формирование рассматриваемой полосы вносят вклад энергии конфигураций комплекса (эквивалентных при дефекты, в которых выстраивание дисторсий при одно- P = 0) под влиянием давления начинает значительно 4 1202 А.А. Гуткин, М.А. Рещиков, В.Е. Седов ное различие наблюдалось и при возбуждении фотолюминесценции 1.2 эВ в n-GaAs:Te светом, выбрасывающим электрон с исследуемых дефектов в зону проводимости (резонансное возбуждение) (рис. 2).

В то же время величины поляризации излучения при резонансном поляризованном возбуждении, измеренные, как это было описано в работах [9,14], в ортогональной конфигурации эксперимента при P = 0, для всех образцов оставались практически одинаковыми в пределах точности эксперимента. Это показано на рис. 3, где представлены результаты измерений степени поляризации фотолюминесценции в полосе излучения 1.2 эВ для Рис. 1. Зависимости интегрального поляризационного отношения r для полосы фотолюминесценции 1.2 эВ n-GaAs:Te от одноосного давления P вдоль оси [111]; T = 2 K. Концентрация электронов n, 1017 см-3: 1, 3 — 10, 2 — 5. Номера образцов соответствуют номерам кривых.

превосходить как величину kT, так и аналогичное расщепление в случайных электрических и деформационных полях кристалла. Подобные зависимости интегрального поляризационного отношения r полосы фотолюминесценции 1.2 эВ (отношения полных интенсивностей излучения в полосе с электрическим вектором, параллельным и перпендикулярным оси давления) для неРис. 2. Зависимости поляризационного отношения r от скольких образцов, вырезанных из различных кристаллов величины одноосного давления P вдоль оси [110] при поляn-GaAs:Te, полученных методом Чохральского, предстаризованном резонансном возбуждении полосы фотолюминесвлены на рис. 1. Люминесценция возбуждалась светом ценции 1.2 эВ в n-GaAs:Te. Номера образцов: 1 —4, 2 —5;

из собственной полосы поглощения GaAs, и методика PL = 1.2эВ, ex = 1.43 эВ. Направление возбуждения — эксперимента была подобна использованной ранее [6].

[001], направление наблюдения фотолюминесценции — [110].

Плавное увеличение r с давлением, которое наряду со ступенчатым возрастанием наблюдается в зависимостях r(P) (рис. 1), может быть вызвано изменением электронных состояний дефектов, индуцированным давлением [13]. В силу этого интегральная поляризация излучения r, связанная только с максимально возможным при данном направлении давления выстраиванием дисторсий комплексов (rm), может быть получена экстраполяцией зависимости r(P) при высоких давлениях к значению P = 0, как показано на рис. 1.

Согласно данным, приведенным в ранних работах [6,7], при межзонном возбуждении фотолюминесценции экстраполированная величина интегрального поляризационного отношения, определяемая выстраиванием дисторсий при P [111], r1 составляет примерно 1.5.

В случае, когда P [110] и направление наблюдения фотолюминесценции совпадает с осью [110] или [001], соответствующие величины поляризационного отношеРис. 3. Степень поляризации полосы фотолюминесценции ния (r2 или r3) были приближенно равны 1.37 и 1.95.

1.2 эВ в различных образцах n-GaAs:Te при резонансном Эти величины могут заметно различаться для разных возбуждении линейно поляризованным светом; T = 77 K, кристаллов, так же как и величины r(P) (рис. 1). Подоб- ex = 1.43 эВ; 1 — 1, 2 — 2.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Сопоставление поляризации полосы фотолюминесценции 1.2 эВ в n-GaAs:Te при одноосном... полосы фотолюминесценции 1.2 эВ в разных образцах вызывается различиями в относительной концентрации этих типов дефектов.

Следует также отметить, что экстраполяция к P = зависимости от давления поляризационного отношения люминесценции при определенной энергии фотонов из 1.2 эВ полосы, r(, P), дает величину ri(, 0), несколько уменьшающуюся с ростом (рис. 4). Это показывает, что полоса излучения дефектов с выстраивающимися дисторсиями сдвинута по сравнению с полосой излучения неперестраивающихся дефектов в сторону меньших энергий фотонов.

2. Модель для количественного анализа поляризации полосы фотолюминесценции 1.2 эВ Рис. 4. Зависимости от давления P поляризационного отношения фотолюминесценции r при различных энергиях фотонов в Основываясь на работах [1,2,10,11] и результатах анаполосе фотолюминесценции n-GaAs:Te. Образец 1, T = 2K, лиза, качественно объясняющего пьезоспектроскопиче PL, эВ: 1 — 1.15, 2 — 1.175, 3 — 1.20.

ские и поляризационные свойства полосы фотолюминесценции 1.2 эВ [6,17,18], естественно полагать, что дефекты с переориентирующимися дисторсиями являются образцов n-GaAs:Te с различной концентрацией электроизолированными комплексами VGaTeAs, содержащими Te нов при резонансном возбуждении линейно поляризов первой координационной сфере VGa. В соответствии с ванным светом. Показанные на рис. 3 степени поляриработами [6,17–19] этот исходно тригональный дефект в зации фотолюминесценции 1 и 2 относительно оси, излучающем и поглощающем состояниях искажен благоперпендикулярной направлениям распространения воздаря эффекту Яна–Теллера и имеет моноклинную симмебуждающего и наблюдаемого излучений, соответствуют трию. Плоскость симметрии комплекса является одной конфигурациям эксперимента [110]–[001] и [100]–[010] из плоскостей типа {110}, содержащей VGa, TeAs и один (первым указывается направление потока возбуждаюиз трех ближайших к VGa атомов As (рис. 5). Для каждощего света, вторым — направление наблюдения фотого комплекса существует три таких плоскости и, следолюминесценции) и поляризации возбуждающего света вательно, три возможные ориентации ян–теллеровской соответственно вдоль оси [110] и [001]. Подобное же радисторсии. Ось оптического диполя такого комплекса венство поляризации при резонансном поляризованном лежит в его плоскости симметрии и ее положение мы возбуждении для двух образцов в случае P = 0 видно и будем характеризовать углом, отсчитываемым от нана рис. 2.

правления [110], также лежащего в плоскости симметрии Поскольку степень поляризации излучения в заданной комплекса (рис. 5). В случае переориентации дисторконфигурации эксперимента при поляризованном резо- сии комплекса его плоскость симметрии поворачивается нансном возбуждении и P = 0 определяется только параметрами излучающих и поглощающих свет диполей (их направлением в локальной системе координат, связанной с дефектом и определяемой его ориентацией в решетке, а также относительной долей ротатора и линейного осциллятора в излучении и поглощении света отдельным диполем [15,16]), данные, показанные на рис. 1–3, позволяют предположить, что полоса фотолюминесценции 1.2 эВ в n-GaAs:Te вызывается двумя видами дефектов, которые описываются оптическими диполями с близкими параметрами. Также близки и спектры излучения и поглощения этих дефектов. Однако дефекты первого типа обладают дисторсиями, которые при низких температурах способны менять ориентацию и выстраиваться под влиянием относительно низких давлений вдоль направлений [111] или [110], тогда как в дефектах второго типа такое выстраивание не про- Рис. 5. Направление оси оптического диполя комплекса исходит. Таким образом, различие в поляризации r(P) VGaTeAs в одной из его возможных плоскостей симметрии.

4 Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 1204 А.А. Гуткин, М.А. Рещиков, В.Е. Седов и соответственно изменяется направление оси диполя, что вклад в оптические свойства линейного осциллятора но угол остается тем же. Все четыре возможных превышает вклад ротатора, и ось оптического диполя положения донора TeAs относительно VGa в кристалле дефектов, дающих излучение, не очень сильно отклонена равновероятны, и при P = 0 также равновероятны все от направления 111, не совпадающего с исходной три ориентации дисторсий. Поэтому при P = 0 вся осью дефектов VGa-TeAs. Кроме того, как показывают совокупность переориентирующихся комплексов VGaTeAs эксперименты при гелиевых температурах, приложение будет описываться совокупностью 12 диполей, оси ко- одноосного давления вдоль направления [111] или [110] торых лежат в плоскостях типа {110}, как показано на вызывает скачкообразное увеличение поляризации фоторис. 5. Эти диполи в поглощающем и излучающем свет люминесценции относительно оси давления (см., наприсостояниях дефекта могут различаться. Учитывая это мер, рис. 1, а также работы [6,7]). Эти обстоятельства при вычислении оптических свойств подобной системы, позволяют заключить, что конфигурации переориентимы будем использовать двухдипольное приближение, т. е. рующихся дефектов, в которых ось оптического диполя считать, что при поглощении света оптический диполь составляет наименьший угол с осью давления, в резульописывается углом 1 и относительным вкладом ротато- тате выстраивания начинают преобладать, поскольку их ра µ1, а при излучении — соответственно 2 и µ2 [15,16]. энергия становится ниже энергии других конфигураций.

Такая же совокупность поглощающих и излучающих Тогда, рассматривая совокупности из AN переоридиполей, согласно сказанному в предыдущем разделе, ентирующихся и из (1 - A)N непереориентирующихможет быть использована для приближенного описа- ся дефектов моноклинной симметрии, можно получить, ния системы непереориентирующихся дефектов. Тогда что связанная с выстраиванием дисторсий при P [111] при P = 0 переориентирующиеся и непереориентиру- величина интегрального поляризационного отношения ющиеся дефекты неразличимы и представляют собой фотолюминесценции при межзонном возбуждении r1, единую совокупность дефектов, рассматривая которую равна легко получить, что измеренные нами степени поляриза 2(1 + µ2) +2A( 2 sin 2 + cos 2)(1 - 2µ2) cos ции фотолюминесценции при резонансном возбуждении r1 =.

с электрическим вектором, перпендикулярным плоско- 2(1 + µ2) - A( 2 sin 2 + cos 2)(1 - 2µ2) cos (3) сти, содержащей направления возбуждения и наблюдения люминесценции, в конфигурациях эксперимента При P [110] и наблюдении фотолюминесценций вдоль [110]-[001] и [100]-[010] соответственно равны оси [110] или [001] аналогичные величины поляризаци онного отношения r2 и r3 равны 1 = 2cos1 cos 2(cos 1 cos 2 + 4 sin 1 sin 2) r2 = Q 8(1 + µ2) +2A(3 sin2 2 - 1)(1 - 2µ2), (4) (1 - 2µ1)(1 - 2µ2) R, (1) r3 = Q 8(1 + µ2) - A(5cos2 + 6 2 sin 2 cos 2 + 2 sin2 2)(1 - 2µ2), (5) 2 = (3cos2 1 - 2)(3cos2 2 - 2)(1 - 2µ1) где числитель (1 - 2µ2) R, (2) Q = 8(1 + µ2) +A(7cos2 где знаменатель + 6 2 sin 2 cos 2 - 2 sin2 2)(1 - 2µ2).

R = 2 - (1 - 2µ1) cos2 1 2 - (1 - 2µ2) cos2 + 2 2µ1 +(1 - 2µ1) cos2 1 3. Оценка параметров оптических диполей 2µ2 +(1 - 2µ2) cos2 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.