WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Поскольку в задержанных спектрах ФЛ n-GaN присутствует полоса D-A ФЛ, то из этого следует, что в формировании близкраевого излучения в эпитаксиальных слоях GaN n-типа участвуют два „резервуара“ различной природы, поставляющие дырки. Дырки, локализованные на мелких акцепторных уровнях („резервуар I“), рекомбинируют (в пределах топологически односвязной области) с электронами мелких доноров и формируют полосу D-A ФЛ. Интенсивность этой полосы уменьшается с характерным для этого механизма рекомбинации временем (tDA 10-5 s). В формировании длительного послесвечения линии (D0, x) участвует другой источник („резервуар II“) дырок — метастабильные состояния (NMS), которые неоднородно распределены в излучающем объеме образца.

Рис. 3. Вид спектров фотолюминесценции кристаллов GaN При анализе причин сужения необходимо заметить, (тип 2) при варьировании времени задержки: 1 — td = 0, что контур линии излучения в образцах первого типа 2 — td = 20 µs, 3 — td = 40 µs.

является асимметричным, имеющим заметную особенность с длинноволновой стороны, что указывает на составной характер этой линии. Это свидетельствует о том, что при рассмотрении формирования линии Важно то, что в отличие от образцов первого типа излучения наряду с неоднородным уширением следу(в них величина FWHM уменьшается в 3 раза) в ет учитывать вклад излучения (других линий) иной образцах второго типа величина ширины на полувысоте природы. В первую очередь к этому следует отнести сравнительно мала и практически не изменяется во излучение экситонов, связанных на мелких нейтральных времени (рис. 3). Это означает, что в образцах второго акцепторах различной природы (A0, x) [10].

типа реализуется более однородное распределение проВ кристаллах n-типа концентрация мелких доноров странственно коррелированных метастабильных состоя(Nd) значительно больше концентрации мелких акцепний (NMS) и мелких доноров и, следовательно, лучшие торов (Na ) (Nd > Na). По мере увеличения времени заусловия транспорта носителей. Видно, что в этих обдержки td 15 µs происходит рекомбинация дырок на разцах, которые являются более совершенными как по мелких акцепторах с электронами доноров (D-A ФЛ).

величине концентрации мелких неконтролируемых приЭто приводит к тому, что вклад этих экситонов (A0, x) месей (Nd - Na) 1017 cm-3, так и по пространственв длинноволновое крыло контура линии излучения ной неоднородности их распределения наблюдается (как уменьшается и значительно уменьшается интенсивность и для образцов первого типа) долговременное излучение полосы D-A ФЛ. В результате линия приобретает сим- линии (D0, x). Таким образом, сравнение затухания метричную форму, определяемую неоднородным, как излучения линии (D0, x) для образцов первого и второго было рассмотрено выше, распределением доноров. При типа, отличающихся степенью гомогенности, позволяет дальнейшем увеличении времени задержки ( td > 20 µs) полагать, что границы между доменами (мозаичность) величина ширины на полувысоте линии (D0, x) умень- не играют заметной роли в образовании и позициошается, что свидетельствует об ограничении излучаю- нировании метастабильных состояний и тем самым не щей области, содержащей мелкие доноры. Это возникает влияют на формирование длительного послесвечения вследствие ограничения транспорта свободных дырок этой линии. Для понимания различий временной эво(выброшенных из метастабильных состояний в валент- люции величины FWHM в образцах разных типов важную зону) к излучающим центрам (D0), и в результате ным фактором является величина Nd - Na, от которой заметная часть доноров исключается из формирования зависит положение квазиуровня Ферми. Действительно, линии (D0, x). Такая ситуация реализуется в том случае, для задержанных спектров интенсивность излучения если время задержки ( td) больше времени жизни I(E, t) пропорциональна N(E, t) =D(E) · f (E, µ, T ), где свободных дырок (p). При увеличении времени задерж- D(E) представляет собой зависящую от пространственки ( td > 40 µs) величина ширины на полувысоте не ных координат плотность излучающих состояний, а изменяется, что указывает на исключение (при td >p) f (E, µ, T) — функцию распределения Ферми–Дирака.

процессов переноса носителей к излучающим центрам. Для фиксированной температуры величина µ определяФизика твердого тела, 2004, том 46, вып. Послесвечение вюрцитных кристаллов GaN, легированных редкоземельными металлами ется концентрацией носителей. Для достаточно больших времен задержки td > 40 µs эволюция интенсивности линии излучения и ее ширины на полувысоте отражает изменение во времени заселенности излучающих состояний N(E, t).

В этой связи возникает вопрос о природе, пространственном и энергетическом положении долгоживущих состояний, причинах их возникновения и влияния на затухание интенсивности излучения и параметры транспорта носителей. Для определения энергетического положения метастабильных уровней („резервуар II“) одновременно с регистрацией задержанных спектров осуществлялась постоянная подсветка аргоновым лазером. При этом использовались как отдельные линии (487.9 nm, 514.5 nm), так и интегральная комбинация всех линий, присутствующих в излучении лазера.

Оказалось, что наибольшие изменения в задержанных спектрах происходят при подсветке с энергией кванта E = 2.409 eV (514.5 nm). Характер изменений определяется типом образца — наибольшие изменения наблюдались в образцах первого типа, в непрерывном спектре ( t = 0) которых самой интенсивной являлась линия Рис. 4. Эволюция вида спектров фотолюминесценции легироD0, x с относительно малой величиной FWHM (51 meV).

ванных кристаллов GaN Sm (тип 1) при варьировании времеВ таких образцах интенсивность линии (D0, x) в задерни задержки: 1 — td = 0, 2 — td = 20 µs, 3 — td = 40 µs.

жанных спектрах уменьшается на порядок. В образцах первого типа с большой величиной FWHM и интенсивной полосой D-A ФЛ подсветка приводит к некоторому (в 1.3 раза — 30%) увеличению интенсивности линии (D0, x) в задержанных спектрах. В образцах второго типа изменения интенсивности линии (D0, x) находятся в пределах 10-20%. Принимая во внимание то обстоятельство, что подсветка (при совпадении энергии кванта с характерной энергией возбуждения метастабильных центров) изменяет заселенность этих центров, следует предположить наличие центров с параметрами, существенно различающимися для образцов разных типов.

Таким образом, сравнение затухания интенсивности излучения для различных образцов, отличающихся степенью гомогенности, позволяет полагать, что границы между доменами (мозаичность) не играют заметной роли в образовании и позиционировании метастабильных состояний и тем самым не влияют на формирование длительного послесвечения. Однако степень гомогенности оказывает, по всей вероятности, влияние на транспортные параметры неравновесных носителей заряда в GaN. Это обусловлено тем, что транспортные параметры дырок связаны с существованием потенциальных барьеров в n-GaN, имеющим в отличие от гомогенной микроструктуры n-GaAs гетерогенную (доменную, мозаичную) микроструктуру. Действительно, эпитаксиальные слои GaN представляют собой мозаичную структуру из доменов относительно неплохого материала (с меньшей концентрацией дефектов), разРис. 5. Изменения величин FWHM кристаллов GaN (тип 1) — деленных границами, образованными из несросшихся нелегированного и легированного самарием GaN Sm (a).

гексагонов [11,12], вследствие чего они не являются тоИзменения величин FWHM кристаллов GaN (тип 2) — нелепологически односвязными областями. Существование гированного и легированного самарием GaN Sm (b).

потенциальных барьеров на границах доменов приводит Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 2134 В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина к пространственной неоднородности распределения как Список литературы акцепторов, так и доноров и характер послесвечения [1] В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, А.В. Насонов, в n-GaN может характеризовать степень топологичеС.В. Родин. ФТТ 45, 9, 1556 (2003).

ского беспорядка (связности) в данном материале. Для [2] В.В. Криволапчук, В.В. Лундин, М.М. Мездрогина, выяснения характера пространственного распределения А.В. Насонов, С.В. Родин, Н.М. Шмидт. ФТТ 46, 5, долгоживущих состояний и транспорта носителей к (2004).

ним использовалось легирование кристаллов GaN РЗИ.

[3] S. Kim, R.L. Henry, A.E. Wicken, D.E. Koleske, S.J. Rhee, Поскольку при легировании кристаллов РЗИ высока веJ.O. White. J. Appl. Phys. 90, 1, 252 (2001).

роятность встраивания редкоземельных атомов (ионов) [4] E. Iliopoulos, D. Doppalapudi, H.M. Ng, T.D. Moustakas.

в пограничную между доменами область, часть РЗИAppl. Phys. Lett. 73, 377 (1998).

примеси выступает в роли геттера, поэтому концентра- [5] R. Dingle, D.D. Seil, S.E. Stakowsky, M. Ilegems. Phys. Rev.

ция носителей уменьшится, и будет наблюдаться мень- B 4, 1211 (1971).

[6] В.В. Криволапчук, Н.К. Полетаев, Л.М. Федоров. ФТП 28, шее изменение ширины на полувысоте в задержанных 310 (1994).

спектрах GaN РЗИ. Эволюция спектра ФЛ кристаллов [7] В.В. Криволапчук, Н.К. Полетаев. ФТП 32, 307 (1998).

GaN Sm представлена на рис. 4 (кристаллы первого [8] В.В. Криволапчук, М.М. Мездрогина, Н.К. Полетаев. ФТТ типа). Видно, что в этом случае изменение спектров 45, 29 (2003).

при варьировании времени задержки td = 0 (кривая 1), [9] V. Kiroilyuk, P.H. Hageman, M. Zielenski. Appl. Phys. Lett.

td = 20 (кривая 2), td = 40 µs (кривая 3) отличается 75, 4109 (1999).

от случая, представленного на рис. 2.

[10] R.A. Zauner, P.C.M. Christianen, J.L. Weyher, P.R. Hageman, Изменения величин FWHM для кристаллов первого P.K. Larsen. Appl. Phys. Lett. 76, 2355 (2000).

типа при варьировании времени задержки для нелегиро- [11] B.K. Meyer. Mat. Res. Soc. Proc. 449, 497 (1997).

[12] N.M. Schmidt, A.N. Besyl’kin, M.S. Dunaevsky, A.G. Kolmaванного GaN и легированного GaN Sm представлены kov, A.V. Sakharov, A.S. Usikov, E.E. Zavarzin. J. Phys: C 14, на рис. 5, a. В задержанных спектрах ФЛ кристаллов 13 025 (2002).

GaN, легированных РЗИ (GaN Sm ), наблюдаются значительно меньшие изменения величины FWHM, чем в нелегированных кристаллах. Причинами меньшего изменения во времени данной величины могут быть как улучшение пространственной неоднородности дефектов, так и наличие эффекта геттерирования дефектов при введении РЗИ в исходную полупроводниковую матрицу GaN [1,2]. Зависимость изменения FWHM для кристаллов второго типа как нелегированных, так легированных GaN Sm представлена на рис. 5, b. Видно, что в отличие от кристаллов первого типа легирование не привело к изменениям указанной выше величины при варьировании времени задержки, что можно объяснить большей степенью упорядоченности в исходной полупроводниковой матрице.

4. Заключение Таким образом, из анализа задержанных спектров излучения эпитаксиальных слоев n-GaN следует, что независимо от метода получения эпитаксиальные слои содержат метастабильный уровень, поставляющий дырки в валентную зону. Показано также, что комплексные измерения концентрации и кинетики носителей дают возможность делать корректные оценки параметров широкозонных кристаллов с помощью оптических бесконтактных методов измерений. На основании результатов данных исследований можно предположить наличие процесса пространственного упорядочения дефектов в кристаллах GaN, легированных РЗИ.

Авторы выражают признательность В.В. Лундину и С.Н. Родину за предоставленные образцы.

Физика твердого тела, 2004, том 46, 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.