WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

ленной полосе при E C. В сильно компенсированных Эффективный боровский радиус рассматриваемых докристаллах указанный перегиб отсутствует. Это означает норных состояний в 6H-SiC по эмпирическим оценчто полоса при = 2.92 эВ обусловлена переходами кам [42] для h-положения составляет ah = 7.7, а для B из 1s(A1)-состояний h-доноров. При E X и T = 77 K k-положений — ak = 6.1. Эти оценки согласуются B отчетливо наблюдается еще и полоса при = 3.06 эВ. с экспериментальными значениями 7 [43] и 5 [44].

Следует отметить, что при T = 295 K и E X Таким образом, для наиболее близкой к абсолютноисследуемая полоса также дублетная, причем темпера- му минимуму критической точки L критерий Киттеля– турное смещение максимума в сторону меньших энергий Митчелла [40,41] для доноров в h-положении составляет составляет 20 мэВ. Хотя полностью форму полосы kM-Lah = 1.6. Для наиболее далеких точек и A — B kM-ah = 9.09 и kM-Aah = 9.23, т. е. остается выделить трудно, мы все же оценили силу осциллятора B B для переходов в исследуемой полосе: f 0.12. значительно больше 1. Для более глубоких доноров k в k-положениях с энергиями ионизации ED1 = 0.1376 эВ k k и ED2 = 0.1424 эВ [23,31,32] (или ED1 = 0.158 эВ 3. Обсуждение результатов k и ED2 = 0.163 эВ [33]) эти значения критерия в 1.7 раза меньше, чем для h-положения. Следовательно, вклад Столь богатый в структурном и поляризационном отв волновую функцию доноров (1) в k-положениях в той ношениях спектр поглощения кристаллов 6H-SiC n-типа или иной мере дают все минимумы зоны проводимости проводимости, легированных азотом, трудно объяснить в в зоне Бриллюэна, а для более мелкого донора в hминизонной модели зоны проводимости [26,38]. В этой положении — только минимумы зоны проводимости, модели полоса = 1.39 эВ соответствует разрешенрасположенные вблизи абсолютного. Интенсивность и ным дипольным переходам электронов из нечетной (1-й) форма соответствующих полос поглощения будут сущев четную (2-ю) минизону, а полоса = 2.02 эВ — ственно зависеть от правил отбора, амплитуды плотнозапрещенным переходам в нечетную (3-ю) минизону.

сти вероятности примесной волновой функции в окрестСледующая полоса = 2.85 эВ при E C должна ности локализации соответствующего минимума в зоне соответствовать разрешенным переходам в более выБриллюэна и от плотности состояний в данном минисоколежащую четную (4-ю), а полоса = 2.98 эВ муме. С этой точки зрения находит объяснение природа при E C — запрещенным переходам в нечетную (5-ю) слабой одиночной полосы = 2.85 эВ при E C.

минизону. Силы осцилляторов соответствующих полос -точка. Мы считаем, что в формирование полорезко не согласуются с данной моделью. Кроме того, сы = 2.85 эВ вносят вклад переходы только при трудно объяснить разрывы 1 эВ в электронном спектре фотоионизации азота в k-положениях с переходом элекструктурным сверхрешеточным потенциалом, так как тронов в минимум зоны проводимости в -точке зоны соответствующие структурные факторы пренебрежимо Бриллюэна. Правила отбора при фотоионизации доноров малы [39].

в общем случае определяются группой G пересечеВолновую функцию связанного электрона мелкого дония элементов симметрии группы волнового вектора нора в многодолинных полупроводниках обычно строят Gk, к звезде которого принадлежит данный минимум из блоховских волн у дна зоны проводимости идеальной l зоны проводимости, и точечной группы позиционной решетки, считая коэффициенты разложения Ck в исходсимметрии донора G. Точечные примесные центры ной примесной функции замещения в 6H-SiC (класс C6v) имеют симметрию C3v.

l Следовательно, при фотоионизации доноров переходы в (r) = Ckl (r)(1) k центре зоны Бриллюэна (Gk C6v) могут наблюдаться k,l в поляризации E C только лишь между состояниями очень малыми везде, кроме непосредственной окрест- доноров 1s(A1) и зонными состояниями группы G.

ности точек локализации абсолютного минимума зоны Редукция представлений к группе Gk дает симметрию проводимости. Для донорных центров большого радиуса зонных состояний 1 или 2.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Примесное оптическое поглощение и структура зоны проводимости в 6H-SiC Теоретические расчеты энергетического спектра что переходы в абсолютный минимум наблюдаются тольдля 6H-SiC, выполненные в [3] только для некоторых ко при E C, т. е. переходы осуществляются в зону симметричных точек зоны Бриллюэна, дали для нижнего проводимости симметрии U3 или U4. Расчеты [3,10] минимума зоны проводимости в центре зоны Бриллюэна дали для минимума зоны проводимости в 6H-SiC также симметрию 1, а для вышележащего — 4. В [7] симметрию M4, поэтому согласно (2) нижний минипроведены расчеты более качественно, но, к сожалению, мум в -точке должен быть 4, как и указано в [10].

не указана симметрия неприводимых представлений для Необходимо обратить внимание, что расчет в [3] дает особенностей зоны проводимости в критических точках симметрию верхней валентной зоны 1, а эксперимент зоны Бриллюэна и не приведены энергии особенностей дает без учета спина 6 [4,47], поэтому, очевидно, ни в -, ни в M-точках зоны Бриллюэна. В [10] для в [3] для зоны проводимости обозначения неприводимых нижнего минимума указана симметрия 4, а для представлений для полос 1c и 4c перепутаны. Таким следующих двух, более высоких, — 1. образом, анализ экспериментальных и теоретических Минимум зоны проводимости симметрии 1, по данных показывает, что нижний край зоны проводимости нашим данным, лежит выше абсолютного на энергию в -точке имеет симметрию 4, прямые переходы в E 2.43 эВ при T 80 K. Эту величину мы оценили который с донорных состояний 1s(A1) запрещены в из энергетического положения максимума сечения дипольном приближении в любой поляризации.

фотоионизации доноров в k-положениях согласно ИК полоса поглощения наблюдается только при E C, = (10/9)(E + ED) [45], где E — зазор между поэтому с учетом вышесказанного фотоионизация доноабсолютным и вышележащими минимумами, ED — ров происходит с переходом электронов в вышележащую энергия уровня относительно абсолютного минимума. зону проводимости M1. Межзонные прямые переходы С учетом ширины запрещенной зоны Eg = 3.10 эВ пря- электронов между зонами M4c M1c правилами отбора мая запрещенная зона 6v-1c для 6H-SiC при T 80 K запрещены в поляризации E C, что и подтверждаетполучается равной 5.53 эВ. Эта величина хорошо согла- ся экспериментально. Исследуя температурную зависисуется с особенностью при 5.5 эВ в спектрах поглощения мость поглощения в ИК полосе, авторы [25] пришли к и отражения для E C, наблюдаемых при комнатной выводу, что указанные межзонные переходы запрещены.

температуре [17,18], а также с соответствующими В [24] все же удалось наблюдать при 900 K в поляритеоретическими значениями зазора 6v - 1c = 5.28 зации E C слабую дополнительную полосу поглощеи 5.70 эВ [10]. С точки зрения данной идеологии и с ния при 1.24 эВ, связанную с межзонными переходами учетом расчетов зон [3,10] мы будем классифицировать (в [20,21] при больших концентрациях азота наблюсимметрию экспериментально проявляющихся других даемая полоса, очевидно, вызвана нарушением правил минимумов зоны проводимости в 6H-SiC. отбора по k). Положение минимума M1, оцененное М-точка. Так как волновые функции доноров в 6H-SiC нами по [45] как для полосы 1.33 эВ, так и для 1.39 эВ, в основном сконструированы из зонных состояний сим- лежит выше абсолютного на 1.12 эВ, что совпадает с метрии M (U), правила отбора при фотоионизации доно- зазором E0 = 1.11 эВ, полученным в [30] из анализа ров с переходом электронов в вышележащие зоны прово- формы указанных полос поглощения. С учетом Eg зазор димости в точке M будут определяться, скорее, группой 6v-M1c при T 80 K равен 4.22 эВ и хорошо согласуGk C2v. Если ориентировать элементы симметрии v ется с энергией высокоэнергетического края поглощения группы C2v по элементам v группы C6v,2 то в группе 4.1 эВ, наблюдаемого при T = 300 K [14]. Следует C2v, что весьма существенно во избежание имеющейся отметить, что ИК полоса содержит еще одну более путаницы в обозначениях представлений, координата X высокоэнергетическую и слабую компоненту с максипреобразуется по неприводимому представлению M3, мумом при 1.49 эВ. Данная полоса поглощения а Y —поM4. Таким образом, соотношения совместности присутствует во всех исследованных нами образцах nна линии -M() следующие:

6H-SiC, и мы не наблюдали заметного изменения ее интенсивности от образца к образцу. Возможно, данная 1 M1, 2 M3, 3 M2, 4 M4, полоса обусловлена сверхрешеткой. Энергетический интервал между максимумами полос E = 0.09 эВ вполне 5 M1 + M2, 6 M3 + M4. (2) отвечает разумной величине разрыва электронного спекЕсли принять зону 1c [3] за нижнюю в -точке, тра сверхрешеточным структурным потенциалом.

то с учетом (2) в 6H-SiC абсолютный минимум зоПолосу = 2.98 эВ мы относим к фотоионизации ны проводимости должен иметь симметрию U1 (M1).

азота в h- и k-положениях при переходе электронов в В таком случае, согласно правилам отбора, переходы из зону проводимости симметрии M4, которая согласно пра1s(A1)-состояний доноров в h- и k-положениях в зону вилам отбора должна наблюдаться в поляризации E Y.

проводимости U1(M1) могут наблюдаться только в поРасчеты в [3,10] указывают также на наличие следующей ляризации E Z(C). Эксперименты показывают [21,37], вышележащей зоны проводимости симметрии M4. Полоса при 3.06 эВ согласно правилам отбора соответствует Мы пользуемся корректным порядком записи классов элементов переходам в зону M3. Оценки показывают, что край зоны симметрии и, соответственно, неприводимых представлений для группы C6v [46]. M4 лежит при T 80 K выше абсолютного минимума Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 1304 И.С. Горбань, А.П. Крохмаль (Gk C3v) правилами отбора разрешены при E C.

Возможно, что проявляющаяся дополнительная широкая и слабая полоса при E C с предполагаемым максимумом при 1.9 эВ обусловлена фотоионизацией азота с переходом электронов в зону проводимости K3 с зазором 6v-K3c 4.6 эВ, который согласуется с началом непрямого края собственного поглощения при 4.6эВ [14], а также с соответствующими теоретическими величинами 4.4 эВ [10] и 4.56 эВ [11].

4. Заключение Таким образом, используя новый подход для объяснения происхождения полос поглощения, обусловленных фотоионизацией доноров (азота) при переходе электронов в вышележащие края зоны проводимости в 6H-SiC, с соответствующим теоретико-групповым анализом, а также с обобщением совокупности новых и уже известных экспериментальных и теоретических данных, мы классифицировали экспериментально проявляющиеРис. 4. Фрагмент структуры зоны проводимости E(k) в 6H- ся края зоны проводимости по типам симметрии в зоне SiC. Вертикальными стрелками указаны энергии переходов с Бриллюэна и дали их энергетическое положение (рис. 4).

уровней азота в соответствующие минимумы зоны проводимоЭти данные, на наш взгляд, могут помочь дальнейшим сти при T = 77 K. Косые стрелки соответствуют переходам, теоретическим расчетам структуры зоны проводимости наблюдаемым в собственном поглощении при T = 300 K [9].

в 6H-SiC.

Длиной и толщиной энергетических уровней схематически представлены протяженность и плотность вероятности примесной волновой функции в окрестности локализации соответствуСписок литературы ющих минимумов зоны проводимости для 1S(A1)-состояний доноров в неэквивалентных h- и 2k-положениях.

[1] П.А. Иванов, В.Е. Челноков. ФТП, 29, 1921 (1995).

[2] А.А. Лебедев, В.Е. Челноков. ФТП 33, 1096 (1999).

[3] H.G. Junginger, W. van Haeringen. Phys. St. Sol., 37, (1970).

на 2.54 эВ. В пользу такой интерпретации говорит [4] В.И. Санкин. ФТТ, 15, 961 (1973).

оценка силы осциллятора f 0.12 для переходов в [5] B.W. Wessels, H.C. Gatos. J. Phys. Chem. Sol., 38, 345 (1977).

данной полосе. Так как k — все же не очень ”хоро- [6] И.С. Горбань, В.А. Губанов, В.Д. Кулаковский, А.С. Скирда, шее” квантовое число для доноров, поэтому полосы Б.Н. Шепель. ФТТ, 30, 1605 (1988).

[7] V.I. Gavrilenko, A.V. Postnikov, N.I. Klyui, V.G. Litovchenko.

поглощения в зоны M4 и M3 полностью в поляризациях Phys. St. Sol. (b), 162, 477 (1990).

E Y и E X не разделяются, а только ”чувствуют” [8] P.J. Collwell, M.V. Klein. Phys. Rev. B, 6, 498 (1972).

соответствующие поляризации. Малый энергетический [9] N.T. Son, O. Kordina, A.O. Konstantinov, W.M. Chen, зазор между зонами M4c-M3c E 0.08 эВ так же, E. Srman, B. Monemar, E. Janzen. Appl. Phys. Lett., 65, возможно, обусловлен сверхрешеткой [7].

3209 (1994).

F-точка. Полоса поглощения = 2.02 эВ по дан[10] C. Persson, U. Lindefelt. J. Appl. Phys., 82, 5496 (1997).

ным [31] наблюдается как при E C, так и при E C.

[11] W.R.L. Lambrecht, S. Limpijumnong, S.N. Rashkeev, B. Segall.

Кроме того, мы не обнаружили чувствительности данной Phys. St. Sol. (b), 202, 5 (1997).

полосы к поляризациям E Y и E X. Деполя[12] C. Persson, U. Lindefelt. J. Appl. Phys., 86, 5036 (1999).

ризованные переходы могут наблюдаться только при [13] B.K. Meyer, D.M. Hofmann, D. Volm, W.M. Chen, N.T. Son, E. Janzen. Phys. Rev. B, 61, 4844 (2000).

переходе электронов с доноров в минимум, расположенный в F-точке, т. е. на линии R-, и группа G [14] W.J. Choyke, L. Patrick. Phys. Rev. B., 172, 769 (1968).

[15] Г.Б. Дубровский, Е.И. Радованова. ФТТ, 11, 680 (1969).

соответствует симметрии Cs с плоскостью отражения [16] О.В. Вакуленко, О.А. Говорова. ФТТ, 12, 1857 (1970).

(v|0). Так как в полосу = 2.02 эВ вносят вклад [17] В.В. Макаров. ФТП, 6, 1805 (1972).

переходы из h-доноров, соответствующий минимум зоны [18] B.E. Wheeler. Sol. St. Commun., 4, 173 (1966).

проводимости должен быть не очень удален от точки M.

[19] В.И. Гавриленко, В.А. Зуев, Г.А. Катрич, Д.Т. Таращенко.

Оценки показывают, что минимум лежит выше абсолютФТП, 12, 1621 (1978).

ного на 1.68 эВ. С учетом Eg зазор 6v-Fc1,2 = 4.78 эВ.

[20] E. Biederman. Sol. St. Commun., 3, 343 (1965).

K-точка. Согласно [3,10], минимум зоны прово[21] B. Ellis, T.S. Moss. Proc. Roy. Soc., A299, 393 (1967).

димости в K-точке имеет симметрию K3. Переходы [22] И.С. Горбань, Ю.А. Маразуев, А.С. Скирда. ФТТ, 14, из состояний доноров 1S(A1) в зону проводимости K3 (1972).

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Примесное оптическое поглощение и структура зоны проводимости в 6H-SiC [23] М.П. Лисица, О.В. Вакуленко, Ю.С. Краснов, В.Н. Солодов. The impurity optical absorption and ФТП, 5, 2047 (1971).

structure of conduction band in 6H-SiC [24] И.С. Горбань, В.П. Завада, А.С. Скирда. ФТТ, 14, I.S. Gorban’, A.P. Krokhmal’ (1972).

[25] О.В. Вакуленко, О.А. Говорова, Б.М. Шутов. ФТТ, 14, Taras Shevchenko National University, (1972).

01033 Kiev, Ukraine [26] G.B. Dubrovskii, A.A. Lepneva, E.I. Radovanova. Phys. St. Sol.

(b), 57, 423 (1973).

Abstract

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.