WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ет излучению внутрицентровых f - f -переходов эрбия H11/2-I15/2. Вместе с тем в спектре присутствует полоса Д-АР, интенсивность которой больше интенсивности излучения = 530-560 нм (рис. 3). На вставке к рис. приведен вид спектра этого кристалла в ИК-области при возбуждении Ar-лазером ( = 488 нм). Для детектирования внутрицентровых f - f -переходов Er ( = 1.54 мкм) в данных кристаллах GaN Er + Eu использовали линию 488 нм Ar-лазера. В работе [10] указывалось, что интенсивность излучения при возбуждении Ar-лазером в несколько раз меньше интенсивности излучения при возбуждении He–Cd-лазером (вследствие малой величины поглощения кристаллов GaN в данной области спектра). Тем не менее, видно, что в нашем случае линия излучения с = 1.54 мкм наблюдается. Можно предположить, что введение ко-допантов приводит к увеличению интенсивности излучения на длине волны = 1.54 мкм, несмотря на присутствие в спектре БКФЛ полосы Д-АР; имеется также полоса излучения = 530-560 нм. Следует отметить, что наличие линий излучения в коротковолновой области спектра, полосы Рис. 4. Влияние легирования Er, Zn на вид спектров КБФЛ = 530-560 нм и излучения в ИК-области спектра кристалла p-GaN (HVPE на подложке SiC): 1 — спектр наблюдается впервые в кристалле GaN Er [2].

исходного кристалла GaN Mg ); 2 — спектр кристалла, легиС целью исследования влияния типа проводимости рованного Er (GaN Mg + Er ); 3 — спектр кристалла, дополна изменение вида спектра БКФЛ и интенсивности нительно легированного Zn (GaN Mg + Er + Zn ). T = 77 K.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1416 М.М. Мездрогина, В.В. Криволапчук, В.Н. Петров, С.Н. Родин, А.В. Черенков величина FWHM меняется немонотонно при изменении времени задержки — резко падает при малом времени задержки, а затем возрастает. Вероятно, это обусловлено тем, что в данном случае имеются какието неоднородности, кластеры, определяющие транспорт носителей заряда. Следует отметить, что подобного рода немонотонность зависимости FWHM при увеличении времени задержки t отличается от плавного уменьшения этой величины (FWHM) в кристаллах GaN РЗИ n-типа, полученных тем же методом при варьировании времени задержки [10].

Введение дополнительной примеси Zn (ко-допанта) и влияние Zn на вид спектра БКФЛ кристалла GaN Mg + Er + Zn представлено на рис. 6 (кривая 1) — t = 0. На том же рисунке представлен вид время-разрешенных спектров этого кристалла при изменении времени задержки. Величина FWHM = 432 мэВ остается постоянной вне зависимости от изменения времени задержки, что отличается от случая легирования данного кристалла только Er, но подобно зависимости изменения данной величины при варьировании времени задержки кристаллов GaN РЗИ, полученных методом MOCVD [11]. Следует заметить, что вне зависимости от изменения времени задержки при легировании дополнительной примесью — Zn во время-разрешенных спектрах наблюдаются изменения в излучении полосы Д-АР: изменяется положение линии излученния Рис. 5. Эволюция время-разрешенных спектров кристалла GaN Mg + Er при варьировании времени задержки t, мкс:

1 —0, 2 —0.1, 3 —5, 4 — 10. T = 77 K.

легирования были n-типа. В исследуемом кристалле имеется полоса Д-АР, но отсутствует экситон, связанный на нейтральном акцепторе, что, вероятно, связано с неполной компенсацией доноров, имеющихся в исходной полупроводниковой матрице. Поэтому интенсивная полоса излучения в области = 390-420 нм может быть связана с транспортом возбуждения между состояниями Er ( = 405.65 нм) [9] и состояниями, формирующими полосу Д-АР. Таким образом, из вида спектра следует, что интенсивная полоса излучения с = 390-420 нм является сложной композицией, вклад в формирование которой дают неоднородно уширенные линии внутри центрового f - f -излучения Er3+ и, обусловленная также Er3+, полоса Д-АР. Дополнительное введение Zn (рис. 4, кривая 3) привело к уменьшению интенсивности ФЛ.

В работе [11] мы использовали время-разрешенные спектры ФЛ для оценки влияния распределения примеси и суммарной концентрации дефектов на транспорт неравновесных носителей. Время-разрешенные спектры данных кристаллов GaN Mg + Er при варьировании времени задержки t приведены на рис. 5. Параметр FWHM составляет: 1 — 562, 2 — 281, 3 — 323, 4 — 432 мэВ. Все время-разрешенные спектры кристалРис. 6. Эволюция время-разрешенных спектров кристаллов, легированных РЗИ и Zn, нормированы на инлов GaN Mg + Er + Zn при варьировании времени задержтенсивность излучения при t = 0.1мкс. Видно, что ки t, мкс; 1 —0, 2 —2, 3 — 10, 4 — 40. T = 77 K.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние дополнительно введенных примесей Zn и Eu на вид спектров... рис. 8. В спектре БКФЛ исходного кристалла (рис. 8, кривая 1) имеется линия излучения с длиной волны, равной = 358.78 нм (E = 3.456 эВ), которая соответствует положению экситона, связанного на нейтральном акцепторе (A0, x), с величиной FWHM = 47 мэВ. Имеется также полоса излучения с максимумом = 424.54 нм (E = 2.916 эВ. FWHM = 247 мэВ). Данная полоса излучения, по данным работы [6], соответствует оборванным Ga-связям.

После легирования кристалла GaN эрбием (GaN Mg + Er ) (рис. 8, кривая 2) наблюдается интенсивная синяя полоса излучения (B) с положением максимума на длине волны = 416.23 нм (E = 2.98 эВ) и выраженнными особенностями (максимумами) = 382.3, 392.365, 428.1, 442.0 нм. При этом наблюдается заметное уменьшение интенсивности излучения линии с E = 3.456 эВ, т. е. линии экситона, связанного на нейтральном акцепторе (A0, x) и уменьшение величины FWHM линии (A0, x) до 16 мэВ.

Значительное уменьшение величины интенсивности излучения экситона на нейтральном ацепторе и FWHM связано с тем, что ион Er3+ выступает в роли уровня захвата, из-за чего ухудшается транспорт носителей к излучающим состояниям мелкого акцептора, определяющим интенсивность и FWHM линии (A0, x).

Таким образом, легирование кристаллов GaN Mg p-типа Er (GaN Mg + Er ) (рис. 8, кривая 2) приводит к существенному уменьшению интенсивности излучеРис. 7. a — морфология поверхности и b — высота микронеоднородностей в кристалле GaN Mg + Er + Zn по данным AFM.

= 384.32 нм (вместо 386 нм), изменяется положение линии с = 405.1нм (вместо = 405.65 нм), появляется линия с = 393.2нм.

Постоянство величины FWHM = 432 мэВ при варьировании времени задержки свидетельствует об однородном пространственном распределении примеси. Действительно, анализ морфологии поверхности, проведенный на основании атомно-силовой микроскопии (AFM) (вид морфологии поверхности (рис. 7, a) и изменение высоты микронеровностей данного кристалла (рис. 7, b), не превышающее 15-20 нм), подтверждает данное предположение.

Для кристаллов GaN p-типа, полученного методом MOCVD (концентрация носителей заряда после леРис. 8. Влияние легирования Er на вид спектров БКФЛ гирования Mg, измеренная по методике Ван-дер-Пау, кристаллов p-GaN (MOCVD): 1 — спектр исходного кристалла была равной 5 · 1017 см-3), спектры ФЛ представлены на GaN Mg, 2 — спектр кристалла GaN Mg + Er. T = 77 K.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1418 М.М. Мездрогина, В.В. Криволапчук, В.Н. Петров, С.Н. Родин, А.В. Черенков ния в области излучения экситона, связанного на нейтральном акцепторе (A0, x), и уменьшению величины FWHM. Одновременно происходит увеличение интегральной интенсивности (в 5 раз) спектральной области = 380-450 нм излучения (B) с максимумом на длине волны = 416.2-428.1 нм. Такие изменения в спектре излучения обусловлены следующими обстоятельствами.

Ранее в работе [6] 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. Поэтому можно полагать, что Er замещает галлий и „залечивает“ оборванные связи. В результате происходит перераспределение каналов захвата неравновесных носителей в пользу мелких примесей с формированием донорно-акцепторной полосы излучения [5]. Таким образом, из вида спектра ФЛ следует, что полоса (B) является сложной композицией, вклад в формирование которой дают неоднородно уширенные линии внутрицентрового f - f -излучения Er3+ и, обусловленная также Er3+, полоса Д-АР = 380-390 нм.

Вид время-разрешенных спектров при варьировании t мкс представлен на рис. 9. Изменение вида спектра в области полосы B c = 380-430 нм при увеличении времени задержки до t = 6мкс привоРис. 10. a — морфология поверхности и b — высота микронеоднородностей в кристалле GaN Mg + Er по данным AFM.

дит к сдвигу линии максимума излучения в коротковолновую, затем в длинноволновую области спектра, при этом положение линии излучения с = 358.78 нм (E = 3.456 эВ) не меняется вплоть до t = 10 мкс. При дальнейшем увеличении t = 30 мкс вид спектра резко меняется — спектр весь сдвинут в коротковолновую область и представляет собой набор ряда пиков, одни из которых по-прежнему на = 358.7 нм, другой — = 370 нм с интенсивностью большей, чем первый из них, а затем с меньшей интенсивностью пики = 382.3, 390, 406 нм. Еще меньшую интенсивность имеют пики = 428-450 нм. Причинами такого рода изменения вида спектров могут быть неоднородности в кристалле, кластеры, расположенные на расстоянии друг от друга.

Вид морфологии поверхности кристалла GaN Mg + Er представлен на рис. 10, a, изменение высоты микронеровностей данного кристалла на рис. 10, b. Видно, Рис. 9. Эволюция время-разрешенных спектров кристаллов что изменение высоты неровностей может быть больGaN Mg + Er при варьировании времени задержки t, мкс;

1 —0, 2 — 0.11, 3 —6, 4 — 10, 5 — 30. T = 77 K. ше 0.6 мкм.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние дополнительно введенных примесей Zn и Eu на вид спектров... Приведенные выше экспериментальные данные свиде- Effect of additionally introduced Zn тельствуют о том, что легирование Er кристаллов GaN and Eu dopants on the (отличающихся по параметру Nd-Na) как с использоphotoluminescence spectra of Er-doped ванием ко-допанта (Zn), так и без него приводит к разGaN crystals личным проявлениям изменений в спектрах излучения этих кристаллов. Это означает, что Er и Zn (и содержа- M.M. Mezdrogina, V.V. Krivolapchuk, V.N. Petrov, щие их комплексы) создают локализованные состояния, S.N. Rodin, A.V. Cherenkov расположенные в запрещенной зоне, различающиеся по Ioffe Physicotechnical Institute энергетическому положению.

Russian Academy of Sciences, Подсвечивание Ar-лазером ( = 488 и 514.5 нм) не 194021 St. Petersburg, Russia привело к изменению вида спектров ФЛ в кристаллах p-типа — GaN Mg + Er. Подобные результаты были

Abstract

It is shown that the effect of dopants on the photolumiполучены и при легировании Eu (GaN Mg + Eu ).

nescence spectrum depends on the conductivity type of the initial GaN crystals. Sensitization of emission is observed in the wurtzite p-GaN crystals doped with Er. The same effect was previously 5. Заключение observed in such crystals doped with Er and Zn. In the p-type GaN 1) Эффект сенсибилизации излучения при легирова- crystals subsequently doped with Eu, Zn, and Er, the emission is нии Er наиболее отчетливо наблюдается в вюрцитных observed in the visible ( = 360-440 and 530-560 nm) and IP кристаллах GaN p-типа, что ранее наблюдалось при ( = 1.54 µm) spectral regions легировании Eu и Zn.

2) Энергетическое положение примесного уровня легирующих компонентов Eu, Eu + Zn определяется типом проводимости и концентрацией дефектов исходной полупроводниковой матрицы.

3) В кристаллах GaN n-типа, последовательно легированных Eu + Zn + Er, наблюдается интенсивное излучение в трех различных областях спектра:

= 360-400 нм, = 530-560 нм, а также в ИК-области спектра = 1.54-1.56 мкм, что соответствует внутрицентровому f - f -переходу Er.

Список литературы [1] J.H. Park, A.J. Steckl. Appl. Phys. Lett., 85 (20), 4588 (2004).

[2] J.H. Park, A.J. Steckl. Appl. Phys., 98, 056 108 (2005).

[3] S. Kim, S.J. Rhese, X. Li, J.J. Colemann, S.G. Bishop. Appl.

Phys. Lett., 76 (17), 2403 (2000).

[4] V. Dierolf, C. Sandman, J. Zavada, P. Chow, B. Hertog. Appl.

Phys., 95 (10), 5464 (2004).

[5] М.М. Мездрогина, В.В. Криволапчук. ФТТ, 48 (7), (2006).

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

[7] В.В. Криволапчук, В.В. Лундин, М.М. Мездрогина, А.В. Насонов, С.Н. Родин, Н.М. Шмидт, ФТТ, 46 (6), (2004).

[8] В.В. Криволапчук, Ю.В. Кожанова, М.М. Мездрогина, С.Н. Родин. ФТП, 40 (9), 1033 (2006).

[9] М.И. Гайдук, В.Ф. Золин, Л.С. Гейгерова. Спектры люминесценции европия (М., Наука, 1974).

[10] Heikenfeld, M. Garter, D.S. Lee, R. Birkhahn, A.J. Steckl.

Appl. Phys. Lett., 75 (9), 1189 (1999).

[11] В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина. ФТТ, 46 (12), (2004).

Редактор Л.В. Беляков Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, 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.