WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, № 1 Особенности температурной зависимости поляризации фотолюминесценции комплексов вакансия Ga–SnGa(SiGa) в GaAs при резонансном поляризованном возбуждении © А.А. Гуткин, М.А. Рещиков, В.Е. Седов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российский академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 29 июня 1998 г. Принята к печати 2 июля 1998 г.) При различных температурах измерены спектры возбуждения и наведенная поляризация полосы фотолюминесценции с максимумом вблизи энергии фотонов 1.18 эВ в n-GaAs, легированном Sn или Si с концентрацией электронов 1018 см-3. Показано, что температурная зависимость наведенной поляризации этой фотолюминесценции, связанной с комплексами VGaSnGa или VGaSiGa, в области температур 77-230 K близка к соответствующей зависимости для комплексов VGaTeAs. Вместе с тем обнаружено слабое падение наведенной поляризации с ростом температуры в диапазоне 77-125 K, отсутствующее для комплексов VGaTeAs. Предполагается, что это отличие вызвано существованием в поглощающем и излучающем состояниях комплексов VGaSnGa и VGaSiGa возбужденных конфигураций, заселенность которых в поглощающем состоянии увеличивается с температурой. Различие в полной энергии возбужденной и основной конфигураций поглощающего состояния составляет 10-20 мэВ для комплексов VGaSnGa и 15-30 мэВ для комплексов VGaSiGa.

1. Введение с более высокой энергией оказываются ближе к оси давления, чем ось диполя основной конфигурации. В Как известно, широкая полоса фотолюминесценции с этих группах комплексов с возрастанием величины P максимумом вблизи энергии фотонов 1.18 эВ в n-GaAs различие между энергиями основной и возбужденной связывается с комплексами вакансия Ga-донор и вызыва- конфигураций будет уменьшаться и при значении давлеется рекомбинацией дырок, захваченных этими комплек- ния выше некоторой величины Pcr основной станет консами, с электронами из зоны проводимости или локали- фигурация, энергия которой при P = 0 была выше. При зованных состояний вблизи ее дна [1–4]. Ряд характери- низких температурах это вызовет переход указанных стик этой фотолюминесценции в n-GaAs, легированном групп комплексов в новую конфигурацию (выстраивание различными донорами (Te, Sn или Si), качественно со- дисторсий) и резкое изменение поляризации излучения впадает, а количественно различается очень мало [1–5]. всей совокупности комплексов в кристалле. В комплекИсключение составляют зависимости поляризации низ- сах VGa–TeAs все три конфигурации при P = 0 имеют котемпературной фотолюминесценции от величины од- одинаковую энергию и поэтому выстраивание дисторсий ноосного давления (P) вдоль кристаллографических на- и ступенчатое изменение поляризации излучения при правлений [111] или [110]. Эти зависимости для ком- низких температурах происходит сразу же при увелиплексов VGaSnGa и VGaSiGa при температурах жидкого чении P от нулевого значения. Следует отметить, что гелия содержат ступенчатое возрастание линейной по- описанные процессы переходов между конфигурациями ляризации фотолюминесценции при P 4-6кбар [5,6], имеют место в поглощающем состоянии, т. е. состояв то время как для комплексов VGaTeAs, подобное измене- нии, предшествующем локализации на дефекте дырки, ние поляризации наблюдается при P 0 [7]. Подобное которая впоследствии излучательно рекомбинирует с различие в поведении поляризации излучения указанных электроном. В излучающем состоянии, образующемся комплексов объясняется разницей в положении донора после захвата дырки или после оптического возбуждения относительно вакансии в комплексах VGaTeAs и VGaSnGa электрона с комплекса в зону проводимости, конфигу(VGaSiGa). Благодаря этой разнице три ян-теллеровские рация комплекса сохраняется [9,10], т. е. возбужденные эквивалентные моноклинные конфигурации комплекса конфигурации существуют и в излучающем состоянии.

VGaTeAs с плоскостью симметрии, проходящей через Следует ожидать, что заселение возбужденных конфиисходную тригональную ось VGa–TeAs, в комплексах гураций поглощающего состояния комплексов VGaSnGa VGaSnGa и VGaSiGa заменяются одной моноклинной и и VGaSiGa возможно и при повышении температуры и, двумя триклинными конфигурациями и имеют различ- если их параметры заметно отличаются от параметров ную полную энергию [5,8]. При этом, однако, разница основной конфигурации, они должны наблюдаться в в энергиях этих конфигураций не слишком велика. В различных явлениях. Обнаружение подобных эффектов случае приложения к кристаллу одноосного давления в могло бы служить дальнейшим подтверждением опинекоторых группах подобных комплексов с определен- санной выше модели комплексов, содержащих донор во ным расположением их компонент относительно напра- второй координационной сфере вакансии, и позволило вления давления оси оптических диполей конфигураций бы получить информацию о свойствах их возбужденОсобенности температурной зависимости поляризации фотолюминесценции комплексов... ных конфигураций. С этой целью в настоящей работе исследованы температурные зависимости поляризации фотолюминесценции комплеков VGaSnGa и VGaSiGa при резонансном возбуждении комплексов линейно поляризованным светом.

2. Эксперимент и его результаты Образцы n-GaAs, исследовавшиеся в настоящей работе, имели концентрацию электронов 1018 см-3 и были вырезаны из легированного во время выращивания кристалла n-GaAs : Sn, полученного методом Чохральского, Рис. 2. Распределение наведенной поляризации комплексов VGaSnGa (a) и VGaSiGa (b) по спектру возбуждения. Температура, K: 1 — 78, 2 — 120, 3 — 160, 4 — 200.

и кристалла n-GaAs : Si, полученного методом направленной кристаллизации. Вызываемая комплексами VGaSnGa или VGaSiGa широкая полоса фотолюминесценции с максимумом при энергии фотонов 1.18 эВ является доминирующей в подобных образцах в диапазоне температур 2–200 K при возбуждении фотолюминесценции светом из собственной полосы поглощения.

Методика исследования этой полосы была аналогична использовавшейся ранее в работах [5,8,10]. Спектры ее возбуждения при различных температурах T представлены на рис. 1. Их поведение при повышении температуры характеризуется сдвигом в длинноволновую область спектра и уширением длинноволнового края полосы. Оно практически не отличается от поведения соответствующих спектров комплексов VGaTeAs [10].

Поляризация фотолюминесценции, наведенная резонансным возбуждением комплексов поляризованным светом с энергией фотонов меньше ширины запрещенной зоны, измерялась нами в ортогональной схеме, когда возбуждающий фотолюминесценцию световой поток распространялся вдоль кристаллографической оси [110], Рис. 1. Спектры возбуждения фотолюминесценции комплека фотолюминесценция наблюдалась в направлении [001].

сов VGaSnGa (a) и VGaSiGa (b). Температура, K: 1 — 78, 2 — 120, 3 — 160, 4 — 200, 5 — 240. Электрический вектор возбуждающего света был паралФизика и техника полупроводников, 1999, том 33, № 44 А.А. Гуткин, М.А. Рещиков, В.Е. Седов Рис. 3. Температурная зависимость s для комплексов VGaSiGa (1), VGaSnGa (2) и VGaTeAs (3). Точки — эксперимент, сплошные линии — расчет согласно выражению (1) при следующих значениях параметров: 1 — 1 = 29%, 2 = 0, W0 = 16 мэВ, = 0.2;

2 — 1 = 26%, 2 = 0, W0 = 10 мэВ, = 0.2; 3 — 1 = 28%, 2 = 28%, W0 = 0, = 1.

лелен оси [110]. В подобной геометрии эксперимен- фотолюминесценции [10], которые и наблюдались для та наведенная поляризация комплексов вакансия–донор исследуемых образцов в соответствующем диапазоне в n-GaAs при низких температурах достаточно высо- температур. Поскольку величины отношения интенсивка [5,8], что позволяет определять ее небольшие изме- ностей краевой фотолюминесценции и фотолюминесценнения с температурой. Измерения степени наведенной ции комплексов при низкой температуре для комплексов поляризации проводились для излучения в полосе шиVGaSnGa, VGaSiGa и VGaTeAs в образцах с одинаковой риной 50 мэВ вблизи максимума фотолюминесценции, концентрацией электронов при возбуждении фотолювызываемой исследуемыми комплексами. Распределение минесценции за счет межзонных оптических переходов по спектру возбуждения при различных температурах по порядку величины совпадают, можно предположить, показано на рис. 2. Если температуры не слишком что времена жизни излучающего состояния комплексов велики, то в спектрах при небольших энергиях фотонов близки. Тогда, как и в случае комплексов VGaTeAs [10], возбуждающего света ( ex) наблюдается насыщение, а существование резкого падения степени наведенной попри увеличении ex величина падает (рис. 2). Как и ляризации фотолюминесценции комплексов VGaSnGa и в случае комплексов VGaTeAs [10], можно предположить, VGaSiGa только в области термической эмиссии дырок что величина в насыщении s соответствует ситуации, с комплексов в валентную зону (энергия активации в которой отсутствует генерация возбуждающим светом 0.18 эВ) означает, что барьеры между различными консвободных дырок, которые затем могли бы захватываться фигурациями излучающего состояния VGaSnGa и VGaSiGa комплексами. Зависимость s от температуры предстане ниже 0.2эВ.

влена на рис. 3. Резкое падение s в области высоких Наряду с резким падением s при высоких температутемператур подобно такому же падению, наблюдавшемурах для комплексов VGaSnGa и VGaSiGa в области средних ся для комплексов VGaTeAs [10], и обусловлено термичетемператур (77–120 K) наблюдается слабое уменьшение ской эмиссией дырок, образующихся на комплексах при s с ростом T, которое отсутствует для комплексов оптическом возбуждении электронов в зону проводимоVGaTeAs (рис. 3). Подобное отличие, как указывалось во сти, и последующим равновероятным обратным захватом введении, может быть связано с существованием в комчасти этих дырок на комплексы с любой ориентацией плексах VGaSnGa и VGaSiGa возбужденных конфигураций дисторсий [10]. Этот процесс должен сопровождаться сильным уменьшением интенсивности фотолюминесцен- поглощающего состояния, энергии которых не сильно ции комплексов и увеличением интенсивности краевой отличаются от энергии основной конфигурации.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, № Особенности температурной зависимости поляризации фотолюминесценции комплексов... 3. Анализ температурной зависимости дефектов, находящихся в возбужденной и основной конфигурациях, при условии равенства их концентраций, степени поляризации в области k — постоянная Больцмана. Отличие от 1 вызывается температур до 120 K не только различиями в волновых функциях локализованного в разных конфигурациях носителя, но и разницей Для качественного и количественного описания ров спектрах возбуждения и излучения дефектов в этих ли возбужденных конфигураций в температурной завиконфигурациях. Величина 1 представляет собой степень симости наведенной поляризации фотолюминесценции поляризации излучения при гелиевых температурах, кокомплексов мы рассмотрим модель, в которой комплекс гда возбужденные конфигурации не заселены, и была VGaSnGa или VGaSiGa имеет одну основую конфигурацию определена в работе [8]. Для использованной в наи ее симметрия моноклинна [8]. В этом случае в стоящей работе геометрии эксперимента и поляризации каждом комплексе существуют две эквивалентные возвозбуждающего света мы далее принимали 1 = 0.бужденные конфигурации триклинной симметрии [3,8], для VGaSnGa и 1 = 0.29 для VGaSiGa. Величина направления оптических диполей в которых расположе2, как показывают расчеты для дефектов триклинной ны симметрично относительно плоскости типа (110), симметрии в однодипольном приближении (выражения содержащей исходные положения узлов Ga-подрешетки, для степени поляризации в этом случае приведены в занимаемых VGa и донором [8]. Эта модель предстаработе [8]) в геометрии эксперимента, используемой в вляется более естественной, чем рассматриваемая ранее настоящей работе, не может быть меньше нуля.

(см., например, [5,6]) модель, в которой две триклинные Входящая в (1) разница энергий возбужденных и конфигурации являются основными, а моноклинная — основной конфигурации W0 также может быть оценена возбужденной [8]. Поскольку в триклинных конфигуиз независимых измерений. Как было показано ранее [6], рациях локализованная на комплексе дырка находится в случае одноосного сжатия вдоль оси [111] величина поближе к донору, чем в основной конфигурации, влияние ляризационного отношения r фотолюминесценции комдонора на вакансионноподобные орбитали дырки будет плексов VGaSnGa при возбуждении светом из собственной сильнее. Это вызовет более сильное отклонение напраполосы поглощения, температуре 2 K и P > 6 кбар соотвления оптического диполя комплекса от оси типа [111], ветствует ”насыщению” зависимости r(P) после скачка соответствующей направлению диполя изолированной r при P = Pcr 4.5 кбар. Следовательно, для той вакансии, подверженной эффекту Яна–Теллера, чем тагруппы комплексов, в которой под влиянием одноосного кое отклонение в основной конфигурации. Вследствие давления возбужденные (при P = 0) триклинные конэтого степень поляризации излучения совокупности комфигурации поглощающего состояния стали иметь наиплексов, находящихся в возбужденных конфигурациях меньшую энергию, при P 6 кбар реализуются только (2), будет ниже степени поляризации излучения совоэти конфигурации (больцмановское заполнение других купности комплексов, находящихся в основной конфигуконфигураций при T = 2 K пренебрежимо мало). С рации (1). Благодаря относительно невысокой энергии другой стороны, при T = 77 K и P = 10 кбар r(P) возбужденных конфигураций и большой ширине полос достигает почти той же величины, что и при T = 2K(см.

возбуждения и фотолюминесценции комплексы, находярис. 4, b в работе [6]). Это означает, что при T = 77 K щиеся в этих конфигурациях, переводятся в излучающее и P = 10 кбар заполненность других конфигураций в состояние при поглощении фотонов той же энергии, указанной выше группе центров мала. Следовательно, что и комплексы, находящиеся в основной конфигурции, учитывая погрешность экспериментального определения и в регистрируемой части полосы фотолюминесценции r, которая не превышает ±5%, разница энергий триклинприсутствует излучение дефектов, находящихся в обеих ной и моноклинной конфигураций при P = 10 кбар W конфигурациях. В этих условиях увеличение заселенно(P = 10 кбар) отрицательна и по абсолютной величине сти возбужденных конфигураций поглощающего состолежит в диапазоне (2 3) кТ (T = 77 K). В то же яния при сохранении конфигурации после возбуждения время при P = Pcr 4.5кбар W(P = Pcr) = 0 [3,6], должно приводить к уменьшению степени поляризации откуда в предположении о линейности изменения W с суммарного излучения s, измеряемой в экспериментах.

давлением следует, что Считая, что в условиях эксперимента сохраняется больцмановское распределение дефектов в поглощаюW(P) щем состоянии по различным конфигурациям, легко W0 = - Pcr. (2) P - Pcr получить, что степень поляризации наблюдаемого излучения связана с параметрами дефекта следующим Подставляя в (2) Pcr = 4.5кбар и W (P = 10 кбар), соотношением:

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.