Введение к работе
Актуальность темы.
Экспериментальные исследования пластически деформированных полупроводников показали,что дислокациями может быть обусловлена существенная перестройка спектра елементарних возбуждений.про-являтощзяся в ряде оптических и кинетических явлений.
Вклад дислокаций в электрические и оптические свойотва массивных полупроводниковых кристаллов относительно невелик: он огра-ничек.в первую очередь,геометрическим фактором - долей элементарных ячеек,приходящихся на область дислокационного ядра.Этот фактор можно оценить как Лаг,где л - плотность дислокаций,а - линейный размер Dлeмeнтapнoй ячейки.При значениях плотности дислокаций, близких к продельной для полупроводниковых кристаллов (Л «109см~2> ,фактор Ли2 не превышает Ю-6.Ситуация корениш образом меняется в случае кристаллов весьма малых pjsMOров,например,в элементах микросхем,нитевидных кристаллах,гетерострукту-рах.где наличие уже одной дислокации может существенно позлиягь на отклик кристалла на внешнее елекур^магнитное поле.При втом диолокации обычно отрицательно влияют на свойотва приборных структуре особенности,если последние работают в условиях сильного возбуждения электронной подсистегии, приводя к развитию де-градационннх процессов,связанных с эктивбцией движения и рсзшю-кением дислокаций . В этом случае фактор лаг вообще не играет оущеотвенной роли,поскольку диалокации являются основными носителями пластической деформации.Оказывается,что не только электрические и оптические свойства,но и подвижность дислокаций весьма чувствительна к особенностям дислокационного электронного спектра , следовательно,не только реакция полупроводникового кристалла на внешнее электромагнитное поле,но и кинетика его плаоти-чеокой деформации существенно определяется характером связанных о дислокациями элементарных возбуждений и их взаимодействий.
К настоящему времени теоретические представления о дислокационных елементарних возбувдениях (электронных, экситонных, фононних, спиновых волнах и др.) и взаимодействиях между ними развиты явно недостаточно. Поэтому задача об исследовании дислокационных елементарних возбуждений и их взвкмодействий в полупроводниках является важной и актуально» для понимания спектров дислокационной лкминесцениии, поглощения и рассеяния света, кинетичес-
2.
mix явлений, связанных с дислокациями, а такие условий функционирования и стабильности полупроводниковых структур на их основе.
ЦС'ЛЬ JpaCcmi.
Анализ осооешюотей влектрон-фоношшх и екситон-фоношшх взаимодействии в кристаллических полупроводниках с дислокациями.
Насчет характерных времен релаксационных процессов в влек-1 сонной и эксигонной годсистемах полупроводника с дислокациями.
Расчет основных характеристик спектров электронно-дырочной и окситаїшол дислокационной люминесценции в полупроводниках.
гі_п/ч;;ад _гюшізна.
Получены выражения для гамильтонианов Езаю.юдействня дислокационных ьлбктронов и экситоноб с локализованными на дислокациях и с делокализоввишми (объемными) оптическими и акустическими фононами.
Рясочителш времена рвлаксыдга диолокацпонных электронов и вкситонов при их взаимодействии а дислокационными и делсквлизо-вакными продольными поляризационными оптическими и акустическими фононами. Определены время связывания дислокационной алэктронно-дырочной нары в дислокационный єкситої: н врзмя распада горячего дислокоциошюго сісситона на дислокационную влектрошга-дарочную пару при взаимодействии с дислокационным продольным поляризационным оптическим фононом.
Получено общее выражение для интенсивности спонтанного излучения света полупроводниковым кристаллом. Для .термализованшх ол&ктрош-ю-дырочных и вкоитонных Бозбукдэний исследована форма линий люминесценции в случав трехмерной, двумерной и одномерной електронних подсистем. Форма линий дислокационной екоктонной люминесценции связана о основншш релаксационными параметраї.ш влек-трон-фононяои подсистемы полупроводника о дислокациями.
Практическая аначимость.
'Іеоретические результаты, полученные d работе, могут найти применение при интерпретации експериментальних результатов, относящихся к оптике и кинетике полупроводниковых кристаллов о дислокациями. Анализ диаяокационных елементарних воабуадений и их взаимодействий мокет быть иопольвовш при расчета рабочих параметров влемвнтов микросхем и характерных времен их деградации. Общее выраяенио для интенсивности лкминвсцвнции позволяет анализировать и интерпретировать оптические спектры излучения весьма
малых кристаллов и структур на их основе, учитывать и выделять вклады специфических дефэктоэ таких кристаллов и структур, в особенности дислокаций.
Общий методический подход к исследованию взаимодейстиий дислокационных элементвр:шх возбуждений может быть испольаонан при развитии теории энергетических спектров и квантовых состояний малых п низкоразмерных систем.
_11оложе_ния_,_внносишв__на__защт^_
-
В полярных полупроводниках сильнейшим является взаимодействие дислокационных электронов и екситонов с продольными поляризационными дислокационными фононами ; при энергиях електрона или экситона, меньших предельной энергии оптического фонона, доминирует взаимодействие о делокализованными продольными акустическими фононами.
-
Характерные времена релаксации диолокационных электронов и екситонов для процессов о испусканием дислокационных оптических фононов при низких температутах по порядку величины составляют W~~i0~ 10"9 о, при испускании делокализовашшх акустических фононов - Ю~7- Ю~"о.
-
Характерные времена связывания диолокационной элeктpoш^o-ДJpoч-вой пары в дислокационный экоитон и распада дислокационного экситона на дислокационную электронно-дырочную пару при взаимодействии с фононами в предельном случае низких температур по порядку величины составляют 10~7с и 10~9с, соответственно.
-
Получегоюе в диосортации общее выражение для анергии, излучаемой' (или поглощаемой) в единицу времени полупроводником в условиях произвольного стационарного возбуждения, позволяет анализировать оптические свойства широкого класса полупроводншсовых структур, в том числе малых и низкоразмершх.
6. Люминесценция дислокационных экситонов осущэствляется, главішм Образом, из термализованных состояний вблизи дна соответствующих вкоитонных зон. Полосы люминесценции имвют нелоренцеву форму и в значительной степени определяются видом функции распределения экситонов. интенсивность люминесценции обратно пропорциональна квадратному корню из величины затухания екситоне (при малых затуханиях этот вывод справедлив также и для двумерных и трехмерных екситонных подсистем).
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались на научных сешшврьх кафедры общей физики ВГШ , кафедры физики твердого тела ВГШ, на I— Национальной конференции "Дефекты в полупроводниках" ( Свнкт- Петербург, апрель 1992 г.).
Публикации.
Но материалам диссертации опубликовано 2 статьи, список которых приведен в конце автореферата. Структура и O0I6M работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения и описка литературы. Общий объем работы - 98 страниц текста, включая 6 рисунков и библиографию из 139 наименований.
СидаРЖАШШ РАБОТЫ
