Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Рекомбинация неравновесных носителей заряда в прямозонных полупроводниках типа GaAs 12
1.1. Основные процессы, контролирующие релаксацию возбуждения в GaAs 12
1.2. Эффект длительного затухания ФЛ зона-акцептор в GaAs при низких температурах 16
1.3. Модель механизма рекомбинации, предложенная для объяснения длительного затухания ФЛ зона-акцептор в GaAs 22
ГЛАВА 2. Методические вопросы исследования 28
2.1. Методики получения исследуемых образцов 28
2.2. Методики регистрации стационарной и нестационарной фотолюминесценции 30
2.3. Методика приложения электрического поля 35
2.4. Экспериментальная установка для исследования кинетики ФЛ при селективном фото возбуждении мелких доноров 4 0
ГЛАВА 3. Механизмы рекомбинации, обуславливающие длительную кинетику ФЛ в GaAs. Исследование кинетики ФЛ твердых растворов InGaAs и AlGaAs. Исследование кинетики ФЛ GaAs при приложении электрического поля 43
3.1. Анализ механизмов рекомбинации, обуславливающих длительную кинетику ФЛ в GaAs
при низких температурах 43
3.2. Исследование кинетики ФЛ твердых растворов InGaAs и AlGaAs 53
3.2.1. Кинетика ФЛ твердых растворов InxGai xAs 5 б
3.2.2. Кинетика ФЛ прямозонных твердых растворов AlxGai-xAs 63
3.3. Кинетика ФЛ GaAs под действием электрического поля 69
ГЛАВА 4. Исследование кинетики ФЛ GaAs и твердых растворов InGaAs и AlGaAs при селективном фотовозбуждении мелких доноров 83
4.1. Метод селективного фотовозбуждения мелких доноров 83
4.2. Исследование кинетики ФЛ GaAs при селективном фотовозбуждении мелких доноров 8 9
4.3. Исследование кинетики ФЛ твердых растворов InGaAs и AlGaAs при селективном фо
товозбуждении мелких доноров 102
Заключение 111
Список литературы
- Эффект длительного затухания ФЛ зона-акцептор в GaAs при низких температурах
- Экспериментальная установка для исследования кинетики ФЛ при селективном фото возбуждении мелких доноров
- Исследование кинетики ФЛ твердых растворов InGaAs и AlGaAs
- Исследование кинетики ФЛ GaAs при селективном фотовозбуждении мелких доноров
Введение к работе
~7^Jf/
Актуальность темы. Изучению механизмов и кинетики рекомбинации неравновесных носителей заряда в арсениде галлия - материале, важном как в прикладном, так и в фундаментальном отношениях - было посвящено большое количество работ. Результаты многочисленных исследований в этой области, накопленные к концу 80-х годов прошлого столетия, давали основания полагать, что основные процессы, приводящие к восстановлению равновесия в системе носителей заряда GaAs после выключения межзонного возбуждения, являются хорошо изученными.
Недавно, однако, было показано, что имеющиеся сведения о механизмах, контролирующих кинетику рекомбинации свободных носителей заряда в данном прямозонном материале, не полны. Так, основываясь на существовавших моделях, можно было бы ожидать, что в чистом (содержащем только остаточные примеси с концентрацией ~1014 см'3) или слаболегированном GaAs кинетика переходов с участием свободных электронов и дырок описывается экспоненциальными зависимостями. Характерные времена при этом должны составлять единицы наносекунд для процессов образования и излучательной рекомбинации экситонов [1,2] и лежать в микросекундном диапазоне для переходов зона-примесь [1,3,4]. Однако недавно было обнаружено, что, в противоположность ожиданиям, затухание нестационарной фотолюминесценции (ФЛ) зона проводимости-акцептор в этом материале при гелиевых температурах происходит по необычно длительному закону, близкому к степенному, и наблюдается в течение нескольких миллисекунд после выключения возбуждения [5]. Длительная кинетика ФЛ зона-акцептор наблюдалась в эпитакси-альных слоях GaAs п- ир-типов проводимости при концентрации мелких примесей до «5-1015 см"3. Исследование температурной зависимости эффекта показало, что длительное затухание ФЛ исчезает при повышении температуры образца до 25-30 К. Обнаруженное явление, таким образом, противоречит традиционным представлениям о доминирующих механизмах рекомбинации неравновесных носителей заряда в прямозонных полупроводниках типа GaAs при низких температурах и требует пересмогра механизмов, контролирующих кинетику рекомбинации через уровни мелких примесей.
В работе [5] была предложена модель механизма рекомбинации, объясняющая наблюдаемое в GaAs длительное затухание ФЛ зона-акцептор влиянием многократных захвата и эмиссии неравновесных электронов мелкими ловушками - процессов, не рассматривавшихся ранее в данном материале. Основываясь на температурной зависимости эффекта, было высказано предположение, что в роли ловушек выступают остаточные мелкие доноры. В пользу такого предположения свидетельствуют результаты численного моделирования кинетики примесной ФЛ GaAs с учетом многократных захвата и эмиссии электронов мелкими ловушками с глубиной
З - "АЦИОНАЛЬНАЯі
і БИБЛИОТЕКА I
залегания в несколько миллиэлектронвольт, которые дают для переходов зона-акцептор степенной закон затухания, близкий к наблюдаемому в эксперименте.
Однако экспериментальные данные, явным образом подтверждающие участие мелких доноров в качестве ловушек для электронов при рекомбинации неравновесных носителей заряда в GaAs, отсутствовали, что не позволяло исключить возможность доминирования иных механизмов - например, связанных с пространственным разделением неравновесных носителей заряда встроенными электрическими полями. В качестве ловушек, захватывающих неравновесные носители заряда и определяющих кинетику ФЛ зона-акцептор, могут также выступать иные точечные дефекты. Также отсутствовали данные по кинетике примесной низкотемпературной ФЛ прямозонных материалов, имеющих близкие к GaAs параметры мелких примесей, но при этом отличающийся спектр точечных дефектов.
Целью диссертациоиной работы являлось исследование механизмов, определяющих кинетику излучательной рекомбинации свободных электронов в чистом GaAs и прямозонных твёрдых растворах при низких температурах. Для достижения поставленной цели при выполнении работы ставились следующие задачи:
-
Исследовать кинетику примесной ФЛ прямозонных твёрдых растворов InxGa|.xAs и AlxGai.xAs различных составов.
-
Для экспериментальной проверки предложенной модели механизма рекомбинации исследовать кинетику ФЛ GaAs при приложении ионизирующего ловушки электрического поля.
-
Для выяснения роли мелких доноров в возникновении длительного затухания ФЛ зона-акцептор изучить кинетику ФЛ GaAs и твёрдых растворов при селективном возбуждении доноров.
-
Для решения задач пп.2 и 3 реализовать экспериментальные методики регистрации кинетики ФЛ при приложении к исследуемому образцу электрического поля и при селективном возбуждениии электронных переходов в мелких донорах излучением субмиллиметрового лазера в магнитном поле.
Положения, выносимые на защиту;
-
В прямозонных твёрдых растворах InGaAs и AlGaAs при низких температурах наблюдается длительная кинетика нестационарной фотолюминесценции зона-акцептор.
-
Приложение электрического поля после возбуждающего фотолюминесценцию лазерного импульса приводит в GaAs к значительному повышению интенсивности переходов зона-акцептор при малом уменьшении интенсивности люминесценции донор-акцептор и отсутствии возгорания экситонных переходов. Описанное пове-
дение краевой фотолюминесценции соответствует модели механизма рекомбинации, учитывающей влияние захвата-неравновесных электронов мелкими ловушками.
-
Селективное возбуждение переходов lso-2p+i в мелких донорах в магнитном поле вызывает резонансный отклик в кинетике акцепторной фотолюминесценции GaAs и твёрдых растворов InGaAs и AlGaAs. При приближении магнитного поля к резонансному значению в кривых затухания ФЛ зона-акцептор наблюдается увеличение интенсивности на начальном этапе релаксации и ускорение затухания при больших задержках. Наблюдение магнитного резонанса и характер изменений кинетики люминесценции при резонансном возбуждении мелких доноров показывают, что ловушками, ответственными за возникновение эффекта длительного затухания фотолюминесценции зона-акцептор в GaAs и твёрдых растворах, являются мелкие доноры.
-
Приложение электрического поля или селективное фотовозбуждение мелких доноров обеспечивают улучшение разрешения и регистрирующей способности люминесцентной методики контроля примесного состава GfAs и близких соединений.
Новизна полученных результатов. Все основные результаты и выводы работы получены впервые. Длительное затухание ФЛ зона-акцептор, наблюдаемое при низких температурах в GaAs, было обнаружено в слоях твёрдых растворов InGaAs и AlGaAs. При этом в спектрах ФЛ AlGaAs впервые для данного материала наблюдались раздельные линии переходов зона-акцептор и донор-акцептор. Впервые проведено исследование кинетики краевой ФЛ GaAs при приложении импульсов электрического поля и исследование кинетики примесной ФЛ GaAs и твёрдых растворов InGaAs и AlGaAs при селективном фотовозбуждении мелких доноров излучением субмиллиметрового лазера в магнитном поле. Полученные результаты обеспечили экспериментальное подтверждение модели механизма рекомбинации, объясняющей длительное затухание ФЛ зона-акцептор в GaAs и прямозонных твёрдых растворах влиянием многократных захвата и эмиссии неравновесных электронов мелкими донорами.
Практическая важность результатов работы состоит в усовершенствовании методики контроля состава мелких акцепторов в GaAs и близких соединениях, которая основана на регистрации эволюции спектра нестационарной ФЛ и может применяться для исследования материала с уровнем легирования Nj, ND < 10ій см"3, полученного в широком диапазоне условий выращивания. Показано, что приложение электрического поля облегчает идентификацию мелких акцепторов в тех случаях, когда линии зона-акцептор наблюдаются в задержанных спектрах ФЛ только в виде
слабого плеча на фоне значительно более интенсивных линий донор-акцептор, а использование селективного фотовозбуждения мелких доноров излучением субмиллиметрового лазера в магнитном поле позволяет идентифицировать остаточные акцепторы, присутствующие в образце в малых концентрациях по сравнению с доминирующими, даже в том случае, когда линии зона-акцептор и донор-акцептор, относящиеся к акцепторам различной природы, перекрываются.
Апробация работы. Результаты, полученные в данной работе, докладывались на 5-й, 6-й и 7-й Российских конференциях по физике полупроводников (Нижний Новгород, 2001, Санкт-Петербург, 2003, Москва, 2005), 26-й и 27-й Международных конференциях по физике полупроводников (Эдинбург, Шотландия, 2002, Флагстафф, США, 2004), 10-й Международной конференции по центрам с мелкими уровнями в полупроводниках (Варшава, Польша, 2002), 20-й Общей конференции отделения твердого тела Европейского физического общества (Прага, Чехия, 2004), 22-й Международной конференции по дефектам в полупроводниках (Орхус, Дания, 2003), 8-й Международной школе-семинаре по люминесценции и лазерной физике (Иркутск, 2002), докладывались и обсуждались на конкурсе научных работ Института физики полупроводников СО РАН и на семинаре Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации 128 страниц, включая 31 рисунок. Список цитируемой литературы содержит 112 наименований.
Эффект длительного затухания ФЛ зона-акцептор в GaAs при низких температурах
Недавно было обнаружено, что традиционная картина релаксации возбуждения, описанная в предыдущем параграфе, не учитывает существенных механизмов, определяющих кинетику рекомбинации свободных электронов в GaAs при низких температурах. В работах [5, 42] было экспериментально показано, что затухание ФЛ зона-акцептор в нелегированном или слаболегированном GaAs наблюдается вплоть до задержек в 1-2 мсек и следует закону, близкому к степенному вида Im{ t) l/ta, где а 1, весьма далекому от ожидаемого экспоненциального. Обнаруженный эффект иллюстрируется рисунком 2, на котором показаны кривые затухания ФЛ мелких акцепторов и эволюция спектра одного из исследованных в работах [5, 42] образцов GaAs. Стоит отметить тот факт, что свыше 90% всей светосуммы (интеграла от интенсивности ФЛ по времени), высвечиваемой в процессе длительного затухания ФЛ зона-акцептор, приходится на область задержек t 100 мксек.
Длительное затухание ФЛ зона-акцептор наблюдалось в образцах GaAs обоих типов проводимости, выращенных как методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ), так и методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), независимо от уровня легирования мелкими при месями в диапазоне до 5 1015 см"3. Наличие эффекта не зависело от толщины эпитаксиального слоя, периода следования импульсов возбуждения и диаметра возбуждающего ФЛ лазерного пучка. Длительное затухание ФЛ также наблюдалось в образцах GaAs, выращенных методом МЛЭ в намеренно неоптимальных условиях (при пониженных температурах роста), обеспечивающих получение высокой концентрации дефектов решетки материала. Исследование температурной зависимости эффекта показало, что длительное затухание ФЛ исчезает при повышении температуры до 25-30 К. Заметим, что при этих же температурах из спектров ФЛ GaAs исчезают линии, указывающие на наличие в образце нейтральных доноров.
Весьма позднее обнаружение описанного явления может показаться удивительным: эпитаксиальные слои GaAs высокого качества и экспериментальные методики регистрации кинетики ФЛ в микросекундном диапазоне задержек были широко доступны к моменту открытия эффекта в течение трех десятков лет. При этом исключительная практическая значимость GaAs, широко используемого при создании оптоэлектронных приборов, стимулировала в течение всего этого времени значительный интерес к исследованию механизмов рекомбинации неравновесных носителей заряда в данном материале. Причина позднего обнаружения эффекта состоит, по-видимому, в том, что предположение об экспоненциальном законе снижения концентраций свободных носителей заряда и интенсивностей излуча-тельных переходов с их участием казалось очевидным для чистого прямозонного материала [3] и подтверждалось результатами исследования кинетики ФЛ GaAs при азотной и более высоких температурах [4, 32]. При проведении исследований кинетики люминесценции в GaAs при гелиевых температурах [1, 39, 40] ожидание экспоненциального затухания интенсивности переходов зона-акцептор приводило к недостаточно тщательному подходу к получению экспери ментальных данных. Это иллюстрируется рисунком 1, приведенным в первом параграфе настоящей главы, на котором показана экспериментальная кривая затухания интенсивности переходов зона-акцептор в GaAs, взятая из работы [1]. Кривая затухания, измеренная в интервале задержек 0-1,5 мксек, была аппроксимирована экспоненциальными зависимостями. Время затухания переходов зона-акцептор, определенное из аппроксимации и составившее 2,2 мксек, оказалось близким к рассчитанному из известной концентрации мелких акцепторов в исследуемом образце, что подтверждало предположение об экспоненциальном законе затухания. Однако при этом кривая затухания была измерена в малом диапазоне задержек и, соответственно, динамическом диапазоне интенсивно-стей, что не позволило установить истинный закон затухания.
Экспериментальная установка для исследования кинетики ФЛ при селективном фото возбуждении мелких доноров
Для проведения экспериментов по исследованию кинетики ФЛ при селективном фотовозбуждении мелких доноров необходимо было обеспечить дополнительное освещение поверхности образца монохроматическим излучением субмиллиметрового диапазона с энергией фотона, превышающей энергию ионизации мелких доноров, и приложение к исследуемому образцу магнитного поля. В качестве источника субмиллиметрового излучения использовался непрерывный молекулярный лазер на парах метанола, подробное описание которых приведено в работе [66], с оптической накачкой излучением С02 лазера. Для исследования кинетики ФЛ рядом со стационарно установленным субмиллиметровым лазером была построена установка регистрации ФЛ. Блок-схема установки показана на рис.9. В отличие от установки, описанной в параграфе 2 настоящей главы, в данном случае для спектрального анализа рекомбинационного излучения использовался одинарный дифракционный монохроматор МДР-41. Для уменьшения уровня рассеянного света внутри этого монохроматора были установлены дополнительные светопоглощающие экраны. Возбуждение ФЛ осуществлялось полупроводниковым лазером. Измерения проводились при температуре 4,2 К в криостате Spectromag SM4 фирмы «Oxford Instruments» со сверхпроводящим магнитом, обеспечивающим магнитное поле до 6 Тл. Излучение субмиллиметрового лазера заводилось на исследуемый образец через комплект окон криостата, выполненных из кристаллического кварца. Направление магнитного поля было выбрано параллельным пучку субмиллиметрового лазера, который фокусировался сферическим зеркалом СФЗ на поверхности образца в той же области, в которой производилось возбуждение ФЛ. В данной работе использовалась наиболее интенсивная линия лазера 118,8 мкм (энергия фотона 10,4 мэВ). Определение точного значения плотности мощности излучения лазера было затруднено из-за отсутствия калиброванного фотоприемника. Плотность мощности излучения лазеров аналогичной конструкции лежит в пределах 1-10 мВт/см2. Для непрерывного контроля значительно изменяющейся во времени интенсивности излучения субмиллиметрового лазера часть пучка отщеплялась делительной пластинкой ДП и направлялась на пироэлектрический инфракрасный детектор. Это позволило ценой потери менее 10% интенсивности падающего на образец излучения производить непрерывную подстройку резонаторов субмиллиметрового и С02 лазеров и удерживать, таким образом, колебания интенсивности излучения в пределах ±5% без прерывания измерений. В установке была также предусмотрена возможность регистрации спектров субмиллиметровой фотопроводимости, получаемых разверткой магнитного поля. Сигнал фотопроводимости снимался с контактов, вжигавшихся в исследуемые образцы. Запись спектров производилась на самописец. Интенсивность излучения лазера и сигнал фотопроводимости регистрировались синхронными детекторами Unipan-232B, для обеспечения работы которых на пути лазерного пучка помещались механические прерыватели, работавшие на частоте 300 Гц 5. Один из прерывателей для обеспечения постоянного контроля мощности лазера был установлен непосредственно перед инфракрасным детектором, а второй временно устанавливался перед окном криостата при измерениях спектров фотопроводимости.
В этой главе проводится анализ возможных механизмов рекомбинации, обуславливающих длительную кинетику ФЛ в GaAs при низких температурах, приводятся результаты исследования кинетики низкотемпературной примесной ФЛ твердых растворов InxGai_xAs и AlxGai_xAs различных составов и результаты исследования кине-тики краевой ФЛ GaAs при приложении электрического поля.
В первом параграфе главы рассмотрены механизмы рекомбинации, которые могут объяснять наблюдаемое при низких температурах в GaAs длительное затухание ФЛ зона-акцептор. Во втором параграфе сообщается об экспериментальном наблюдении длительного затухания ФЛ зона-акцептор в твердых растворах InGaAs и AlGaAs.
В третьем параграфе описаны результаты исследования кинетики ФЛ GaAs при приложении электрического поля. Там же показано, что приложение электрического поля позволяет улучшить разрешающую способность методики контроля примесного состава GaAs и близких соединений, основанной на исследовании эволюции спектра нестационарной ФЛ этих материалов.
Исследование кинетики ФЛ твердых растворов InGaAs и AlGaAs
Модель механизма рекомбинации, предложенная авторами ра бот [5, 42], объясняет наблюдаемое в GaAs при низких температу рах длительное затухание ФЛ зона-акцептор влиянием многократных захвата и эмиссии неравновесных электронов мелкими донорами. Однако даже в случае высокого качества материала в исследуемых слоях GaAs всегда имеются иные точечные дефекты кристаллической решетки, которые могут выступать в роли ловушек либо центров рекомбинации и оказывать, таким образом, влияние на кинетику излучательных переходов с участием свободных носителей заряда.
В этом параграфе представлены результаты исследования кинетики низкотемпературной примесной ФЛ прямозонных твердых растворов InxGai_xAs и AlxGai_xAs. Данные материалы отличаются от GaAs спек тром и концентрацией точечных дефектов, но в то же время имеют при малых к близкие параметры мелких примесей, входящие в рас сматриваемую модель, такие, как энергии ионизации, сечения за хвата и вероятности излучательных переходов. Концентрации мел ких примесей в эпитаксиальные слоях InxGa!_xAs и AlxGai_xAs доступного качества, могут быть сравнимы с концентрациями мел ких примесей в нелегированных слоях GaAs.
Различия в спектре точечных дефектов GaAs и твердых растворов обусловлены, в частности, различной кинетикой транспорта и встраивания атомов элементов III группы в кристаллическую решетку в процессе эпитаксии, и их разной реакционной способностью. Так, известно, что изовалентное легирование GaAs индием до образования твердых растворов InxGai_xAs с составами х 1% приводит к значительному уменьшению концентрации глубоких центров [73-76], увеличению эффективности краевой ФЛ [77, 78] и холловской подвижности [78, 79]. Сообщалось также об уменьшении интенсивности линий дефектных экситонов в спектрах ФЛ слоев, выращенных с добавлением индия [73], и об улучшении характеристик электронных приборов (транзисторов и тиристоров) достигаемом заменой материала активного слоя с GaAs на твердый раствор In0,oiGa0,99As [75] . Отметим также, что, несмотря на значительное рассогласование постоянных решетки GaAs и InAs, составляющее около 7% [80], увеличения плотности дислокаций на поверхности эпитаксиальных слоев твердых растворов InxGai_xAs с составами х вплоть до 1%, выращенных на подложках GaAs методом МЛЭ, не наблюдается [75] . В работе [79] сообщалось даже об уменьшении плотности дислокаций в слоях GaAs, выращенных методом ЖФЭ, при их изовалентном легировании индием до концентраций (0,5-5) 1019 см-3, что соответствует составам твердых растворов х= 0,02-0,2%. Основываясь на литературных данных, мы полагаем, что вблизи поверхности исследованных в данной работе слоев InxGai_xAs с составами х 0,3% и толщиной 20-30 мкм, выращенных методом ГФЭ, дефекты несоответствия также отсутствуют и не оказывают влияния на кинетику рекомбинации неравновесных носителей заряда.
В противоположность InxGai_xAs, твердые растворы AlxGai_xAs как правило характеризуются большими разнообразием и концентрацией точечных дефектов по сравнению с GaAs. Одной из причин повышенного содержания дефектов в данном материале является высокая реакционная способность атомов алюминия, приводящая к образованию дефектных комплексов с кислородом [81, 82] . Значительное увеличение концентрации глубоких центров в AlxGai_ xAs наблюдалось при составах х, начиная от долей процента [83, 84]. Незначительная разница постоянных решетки AlAs и GaAs, составляющая 0,17% [85], позволяет выращивать эпитакси-альные слои твердых растворов AlxGai_xAs на подложках GaAs во всем диапазоне составов 0 х 1 без затруднений, связанных с возникновением дефектов несоответствия, характерных для системы InxGai_xAs/GaAs. Соединения AlxGai_xAs являются прямозонными при составах х 38,5% [86] (приведено значение для низких температур). Нами исследовались слои с составами х 20%, при которых параметры мелких примесей мало отличаются от соответствующих параметров в GaAs. В частности, энергия ионизации мелких доноров увеличивается с 5,8 мэВ до 8 мэВ при изменении х в пределах от 0 до 20% [85], а энергия ионизации акцептора углерод увеличивается с 26 мэВ до 28,3 мэВ при изменении состава в тех же пределах [87]. При увеличении состава х свыше 22-25% по мере приближения к области перехода к непрямозонному материалу происходит сближение энергетического положения Г, L и X минимумов зоны проводимости. Взаимодействие уровней энергии доноров, связанных с каждым из минимумов, приводит к усложнению энергетической структуры и к резкому увеличению глубины залегания мелких доноров [88, 89] .
Исследование кинетики ФЛ GaAs при селективном фотовозбуждении мелких доноров
Видно, что в отсутствие ПАВ в спектрах задержанной ФЛ наблюдаются две смещающиеся со временем донорно-акцепторные линии, а переходы зона-акцептор видны в спектрах только в виде слабого плеча. Отметим, что спектр стационарной ФЛ, показанный на штрихпунктирной линией на левом рисунке, совершенно непригоден для идентификации примесных линий без дополнительных исследований. Приложение импульса ПАВ, задержанного относительно возбуждающего лазерного импульса, приводит к визуализации двух линий зона-акцептор, соответствующих двум линиям донор-акцептор, которые наблюдаются в обоих спектрах. Энергетическое положение линий зона-акцептор в спектрах свидетельствует о наличии в исследуемом образце в сравнимых концентрациях акцепторов углерода и магния либо бериллия. Акцепторы магний и бериллий имеют близкие энергии ионизации и не различаются методом ФЛ. Однако в данном образце, выращенном методом МЛЭ, присутствие бериллия более вероятно, поскольку данный элемент используется для легирования соединений А3В5 и мог остаться в установке МЛЭ от предыдущих ростовых экспериментов. Приложение постоянного электрического поля применялось в работе [96] для идентификации в спектрах стационарной ФЛ линий зона-акцептор и донор-акцептор, относящихся к доминирующим акцепторам одной природы. В данной работе было показано, что приложение электрического поля при исследовании спектров нестационарной ФЛ позволяет улучшить методику идентификации акцепторов разной химической природы. При этом использование ПАВ позволяет прикладывать электрическое поле бесконтактным способом, что не требует предварительной подготовки образцов.
Проведенный анализ различных механизмов рекомбинации, которые могут обуславливать длительную кинетику ФЛ в GaAs при низких температурах, показал, что вероятным механизмом, который может быть противопоставлен механизму многократных захвата и эмиссии неравновесных электронов мелкими донорами, является разделение свободных носителей заряда встроенными электрическими полями, возникающими в образце вследствие крупномасштабных флуктуации заряженных примесей.
Была исследована кинетика низкотемпературной примесной ФЛ твердых растворов InGaAs и AlGaAs. Длительное затухание ФЛ зона-акцептор было обнаружено в твердых растворах InxGai_xAs во всем исследованном диапазоне составов х до 0,3% и AlxGai_xAs с составами х до 3%. Показано, что отличия в составе точечных дефектов данных материалов и GaAs отражаются в основном в различном влиянии на кинетику ФЛ параллельных каналов рекомбинации через глубокие центры. При составах твердых растворов, превышающих несколько процентов, исследование кинетики ФЛ зона-акцептор значительно осложнено композиционным уширением примесных линий в спектрах.
Была исследована кинетика краевой ФЛ GaAs при приложении электрического поля. Обнаружено, что приложение импульсов электрического поля ПАВ с напряженностью более 10 В/см приводит к возрастанию интенсивности переходов зона-акцептор, в то время как кинетика затухания переходов донор-акцептор существенно не изменяется при напряженности поля до 50 В/см. При напряженности поля вплоть до максимальной использованной в 400 В/см возгорания экситонной ФЛ под действием ПАВ не наблюдается. Описанное поведение кинетики краевой ФЛ свидетельствует об ионизации мелких доноров под действием электрического поля ПАВ и находится в соответствии с предложенной моделью механизма рекомбинации в чистом GaAs, объясняющей длительное затухание ФЛ зона-акцептор влиянием многократного захвата свободных электронов мелкими до ! норами. Показано, что эффект ионизации доноров в электрическом поле определяет вид кинетики ФЛ при напряженности электрического поля ПАВ до «100 В/см, а при большей напряженности значительным становится влияние разогрева электронного газа. Показано, что использование электрического поля ПАВ расширяет возможности методики контроля примесного состава GaAs, основан ной на исследовании эволюции спектра нестационарной ФЛ.
