WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Кристаллы второй группы. На рис. 5 представлены результаты по легированию Eu кристалла GaN, имеющего ДАФЛ, интенсивность которой больше интенсивности БКФЛ. После легирования положение максимума БКФЛ изменилось: в исходном кристалле 358.4 нм, а после легирования 357.8 нм. Таким образом, имеет место сдвиг максимума в длинноволновую область и, кроме того, наблюдается резкое сужение линии БКФЛ, полностью исчезает полоса ДАФЛ и появляется полоса в области 410–440 нм. Можно предположить две причины столь существенного изменения вида спектра: трансформирование мелких дефектов в глубокие (о чем свидетельствует уменьшение интенсивности и FWHM линии Рис. 3. Спектры фотолюминесценции в длинноволновой обБКФЛ) и наличие линии излучения, характерной для ласти: a — GaN Sm (MOCVD), b — GaN Er (MOCVD).

внутрицентровых f -f -переходов иона Eu2+.

T = 77 K.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1312 В.В. Криволапчук, Ю.В. Кожанова, В.В. Лундин, М.М. Мездрогина, С.Н. Родин, Ш.А. Юсупова С целью определения зарядового состояния примесного иона Eu использовали мессбауэровскую спектроскопию на Eu с применением стандартного спектрометра МС-2201. Измерения проводились при комнатной температуре. Поглотителем служили исследуемые кристаллы GaN Eu и Sm2O3. Спектры представляли собой наложение двух линий, относительные интенсивности которых заметно меняются от образца к образцу. Линия Рис. 7. Спектры близкраевой фотолюминесценции GaN Eu + Eu. T = 77 K. 1, 2 — кристаллы с существенно разной концентрацией Eu.

с изомерным сдвигом 0.2 мм/с отвечает ионам Eu3+, а линия с изомерным сдвигом 9.5 мм/с отвечает ионам Eu2+. Спектры заметно уширены (экспериментальная Рис. 5. Близкраевая фотолюминесценция GaN Eu (HVPE):

ширина 2.8 мм/с) по сравнению с удвоенной естественa — исходный кристалл, b — легированный Eu. T = 77 K.

ной шириной (1.36 мм/с), что типично для мессбауэровских спектров Eu. Следует отметить, что концентрация примесных ионов в образцах для мессбауэровских измерений была увеличена не менее чем в 2 раза (обозначим Eu + Eu ) по сравнению с концентрацией примесных ионов Eu в кристалле GaN, спектр ФЛ которого представлен на рис. 5. Это обусловлено меньшей разрешающей способностью мессбауэровской спектроскопии по сравнению с оптической. На рис. представлены мессбауэровские спектры двух кристаллов с увеличенной, но разной концентрацией Eu. Видно, что ион Eu имеет два зарядовых состояния: (2+) и (3+). Спектры ФЛ тех же кристаллов с увеличенной концентрацией Eu представлены на рис. 7. Видно, что при таком сильном легировании спектры ФЛ двух кристаллов практически одинаковы, как и мессбауэровские спектры, т. е. данные мессбауэровской спектроскопии коррелируют с данными оптических исследований.

На рис. 8 и 9 показаны изменения спектров исходных Рис. 6. Мессбауэровские спектры GaN Eu + Eu. 1, 2 —крис- кристаллов N1, N2, различающихся величиной отношеталлы с существенно разной концентрацией Eu. ния интенсивностей полосы ДАФЛ и линии БКФЛ, а также их спектры после легирования Er. После легиФизика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Примесные центры редкоземельных ионов (Eu, Sm, Er) в вюрцитных кристаллах GaN рования в кристалле N1 интенсивность ДАФЛ увеличилась (рис. 8); следовательно, увеличилась концентрация донорно-акцепторных пар и, следовательно, Er — акцепторная примесь, как и Mg, введение которого вызывает появление ДАФЛ в GaN [8]. В другом кристалле, N2, после легирования интенсивность ДАФЛ уменьшилась (рис. 9). Одной из причин столь резкого различия в ФЛ двух образцов является разница в размерах кристаллитов — больший в кристалле N1 по сравнению с N2.

С целью проверки этого предположения поверхность образца была сошлифована на глубину более 20 мкм, т. е. существенно превышающую глубину проникновения легирующего компонента, а затем отполирована. На рис. 9 приведены спектры кристалла после полировки (кривая c) и после введения легирующих ионов (кривая d). Видно, что после полировки интенсивности и БКФЛ, и ДАФЛ незначительны, а после введения Er возросла интенсивность только полосы ДАФЛ, которая стала превышать интенсивность линии БКФЛ. Таким образом, реализована ситуация, аналогичная наблюдаемой в кристалле N1. В спектре кристалла N1 наблюдаются в длинноволновой области спектра линии излучения, характерные для внутрицентровых f -f -переходов Er (1.54 мкм), но отсутствующие в спектре кристалла N2.

Рис. 8. Близкраевая фотолюминесценция GaN Er, обраНаличие ДАФЛ в спектрах кристаллов означает наличие зец N1: a — исходный кристалл, b — легированный Er.

дополнительного канала рекомбинации, который затрудT = 77 K.

няет, по всей вероятности, заселение редкоземельных центров, и поэтому излучение на длине волны 1.54 мкм не наблюдается. Интенсивность линии излучения в зеленой области спектра (0.54 мкм) достаточна для регистрации при чувствительности приборов, используемых в данной работе.

Кристаллы третьей группы. Спектры ФЛ кристаллов, имеющих только глубокие дефекты в исходном состоянии, представлены на рис. 10. Легирование РЗИ подобных кристаллов приводит, как правило, к трансформированию глубоких дефектов в мелкие [8]. На рис. 10 показаны спектры исходных кристаллов GaN (кривые 1, 3) и легированных соответственно Sm (кривая 2), Eu (кривая 4). Видно, что после легирования величины интенсивности FWHM, БКФЛ и ДАФЛ увеличиваются, а положение максимума БКФЛ не меняется и остается по-прежнему равным 3.463 эВ, т. е. соответствующим излучению с рекомбинацией на нейтральном доноре, D0, x. Поскольку имеет место увеличение интенсивности БКФЛ, а также появление ДАФЛ, можно предположить, что РЗИ являются акцепторами.

На основании совокупности всех полученных данных можно сделать вывод, что РЗИ в полупроводниковой матрице могут быть как донорами, так и акцепторами в зависимости от концентрации дефектов в исходном кристалле. С другой стороны, концентрация дефектов в исходном кристалле будет определять зарядовое состоРис. 9. Близкраевая фотолюминесценция GaN Er, обраяние введенного РЗИ — реализуется ли состояние (2+) зец N2: a — исходный кристалл, b — легированный Er, c —леили (3+), как, например, в случае введения Eu.

гированный Er и сошлифованный на глубину 20 мкм, d — доМожно предположить пространственное упорядочеполнительно легированный Er после шлифовки. T = 77 K.

ние дефектов в кристаллах GaN, легированных РЗИ.

3 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1314 В.В. Криволапчук, Ю.В. Кожанова, В.В. Лундин, М.М. Мездрогина, С.Н. Родин, Ш.А. Юсупова Управляющими параметрами этого процесса в совокупности являются следующие: зарядовое состояние РЗИ, которое вызывает изменение типа связей — от ковалентной, характерной для G-N, до ионной Er-N (поскольку РЗИ является примесью замещения, как было показано ранее [6]); концентрация и тип дефектов в полупроводниковой матрице. Эти процессы наблюдались только в кристаллах с большой концентрацией носителей, т. е.

примесей. В кристаллах, полученных методом MOCVD, подобного не наблюдалось.

4. Заключение По результатам исследований можно сделать следующие основные выводы: РЗИ в вюрцитных кристаллах GaN могут быть как донорами, так и акцепторами, что определяется суммарной концентрацией дефектов в исходной полупроводниковой матрице; интенсивность линий излучения, характерных для внутрицентровых переходов РЗИ в эпитаксиальных слоях, коррелирует с концентрацией дефектов в исходной полупроводниковой матрице — чем меньше концентрация дефектов, тем больше интенсивность линий внутрицентровых переходов.

По всей вероятности, механизм диффузии РЗИ в GaN определяется концентрацией дефектов в исходной матрице. При увеличении концентрации дефектов в матрице (уровень Ферми вблизи дна зоны проводимости) РЗИ, по-видимому, встраиваются в междоменное пространство мозаичной структуры, и в таком случае все изменения в спектрах ФЛ свидетельствуют об изменениях в данных областях.

Работа выполнена при поддержке программы Министерства науки, промышленности и технологий РФ „Оптические и нелинейно-оптические свойства наноструктур“.

Список литературы [1] A.J. Steckel, R. Birkhahn. Appl Phys. Lett., 73, 1700 (1998).

[2] A.J. Steckel, M. Garter, R. Birkhahn, J.D. Scofield. Appl. Phys.

Lett., 73, 2450 (1998).

[3] S. Kim, S.J. Rhee, D.A. Turnbull. Appl. Phys. Lett., 71, (1997).

[4] A.J. Neuhalfen, B.W. Wessels. Appl. Phys. Lett., 60, (1992).

[5] М.М. Мездрогина, Е.И. Теруков, Н.П. Серегин, П.П. Серегин, И.Н. Трапезникова, Ф.С. Насрединов. ФТП, 36, (2002).

[6] В.В. Криволавчук, М.М. Мездрогина, С.Д. Раевский, Рис. 10. Спектры близкраевой фотолюминесценции А.П. Скворцов, Ш.А. Юсупова. Письма ЖТФ, 28, 19 (2002).

GaN Sm (a) и GaN Eu (b). a: 1 — исходный кристалл, [7] S. Kim, R.L. Henry, A.E. Wicken, D.E. Koleske, S.J. Rhee, 2 — легированный Sm; b: 3 — исходный кристалл, J.O. White. J. Appl. Phys., 90, 252 (2001).

4 — легированный Eu. T = 77 K.

[8] В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, А.В. Насонов, С.Н. Родин. ФТТ, 45, 1556 (2003).

Редактор Л.В. Шаронова Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Примесные центры редкоземельных ионов (Eu, Sm, Er) в вюрцитных кристаллах GaN Impurity centres of (Eu, Sm, Er) rare-earth ions in wurtzite GaN crystals V.V. Krivolapchuk, Yu.V. Kozhanova, V.V. Lundin, M.M. Mezdrogina, S.N. Rodin, Sh.A. Yusupova Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia St. Petersburg State Polytechnical University, 195251 St. Petersburg, Russia 3 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.