Введение к работе
Диссертационная работа посвящена исследованию энергетического спектра примесей т&'їмсоїеноя в германии оптическими и фотоэлектрическими методами. Основное внимание уяслено итучеиию переходов ионов халькогеноя в возбужденные состояния.
Актуальность темы. Изучению примесей, создающих глубокие
энергетические уровни в полупроводниках, посвящено большое число
как экспериментальных, так и теоретических работ. Интерес к
этой теме объясняется существенным влиянием таких примесей
практически на все свойства полупроводника, в частности, на оптические
и фотоэлектрические. Например, глубокие примесные состояния, являясь
центрами рекомбинации и прилипания (в зависимости от особенностей
легирования), применяются для управления временем жизни неосновных
носителей заряда. Известно применение германия и кремния,
легированных примесями, создающими глубокие уровни, в фотоприемниках
инфракрасного диапазона. > _
Начиная с 30-х годов, опубликовано сравнительно большое число теоретических работ, посвященных построению адекватной модели глубокого примесного центра, в которых рассчитывались энергетические спектры примесей, волновые функции электронов на внешних оболочках примесных атомов, сечения поглощения света и т.д. Однако, к настоящему времени пока не удалось добиться совпадения расчетных значений с величинами, полученными из эксперимента. В связи с этим для построения теории глубокого примесного центра актуально накопление экспериментальных данных о различных сторонах поведения глубоких примесей. .
Халькогены в германии и кремнии являются типичными примесями, создающими глубокие энергетические состояния. Так как энергетические зазоры между создаваемыми хальхогенами уровнями и лном зоны проводимости германия и кремния сошвегавуазг окнам прозрачности атмосферы при 34 мкм и to икм, эти примесные полупроводники ^перспективнії для использования их в качестве чувствительных элементов фотоприемников. Достаточно полно изучен кремний,
легированный халькогенами, в связи с работами но созданию матричных фотопреобразователси инфракрасного диапазона. Изучению этих примесей в іермании посвящено значительно меньшее число работ. Значения энергий ионизация, полученные разными авторами, порой существенно различаются. Наименее" всего изучены возбужденные состояния халькогснов в германии.
В лаборатории оптико-физических исследований на кафедре физики полупроводников и наноапектроники СПбГТУ при исследовании оптических и фотоэлектрических свойств германия, легированного халькогенами. наблюдались своеобразные проявления переходов ионов халькогенов в возбужденные состояния. Легальное изучение этих явлений может дать существенно новую информацию о халькогенах в германии как типичных представителях глубоких примесей.
Основные задачи работы включали:
- создание экспериментальных установок. дія выращивания методом
направленной перекристаллизации монокристаллов германия с различным
легированием, для исследований методом эффекта Холла и установки
для оптических и фотоэлектрических исследований;
- выращивание монокристаллов германия, легированного серой,
селеном и теллуром, с различной ' степенью компенсации мелким
акцептором: 0,05-2. Определение предельной растворимости халькогснов
в германии по результатам измерений эффекта Холла в диапазоне
температур 77 - Э00К;
исследование спектров фотопроводимости и оптической прозрачности Ge:S, Ge:Se и Ое:Те при ра-игичных степени компенсации и температуре;
исследование спектров фотолюминесценции Ge:Te и в области энергий, соответствующих переходам из возбужденных состояний;
теоретический анализ наблюдаемых особенностей в спектрах. Построение модели происходящих проиг~,сои.
Ыадшшшвщца работы:
I.Впервые наблюдались переходь' ионов халькогснов в германии в возбужденные состояния в области энершй 350-380 мэВ.
' -з- »
2.0бнаружено, что в определенном интервале значений компенсации переходы в возбужденные состояния сопровождаются отрицательным вкладом в фотопроводимость. Объяснены причины, приводящие к отрицательному вкладу в' фотоэффект возбужденных состояний серы и селена в германии.
3.Показана связь возбужденных состояний серы и селева с L-,
а теллура с Г-минимумами зоны проводимости германия. *
4.Наблюдалась фотолюминесценция возбужденных ионов халькогеиов в германии.
5.Показано, что наблюдаемые переходы в возбужденные состояния связаны с изолированными атомами примеси, а не с комплексами.
Практическая ценность работы:
1 .Разработаны и построены экспериментальные установки,
представляющие интерес для исследователей, работающих в области
физики полупроводников. , .
2. Показана возможность использования германия, легированного халькогенами, для - . из.отопления чувствительных элементов фотоприемников ИК-диапазона на области- спектра, соответствующие окнам прозрачности атмосферы.
3.Результаты работы дали новую информацию о физических- явлениях с участием глубоких примесей в полупроводниках, полезную для построения адекватной модели глубокого примесного центра.
Основянс положения... енносамыс т зашвд;
1.Обнаруженные в спектрах фотопроводимости и оптического поглощения германия, легированного халькогенами, особенности о области энергий 350-380 мэВ обусловлены переходами ионов халькогеиов, находящихся в узлах решетки германия, в возбужденные состояния.
2.Наблюдаемый синглет в спектрах-фотопроводимоети и оптического поглощения Ое:Те соответствует возбужденному состоянию нона теллура ЫТг), а триплет * спектрах фотопроводимости и оптического поглощения Ce:S и Ge:Se соответствует возбужденным состояниям вопов этих примесей 2Р(>, 3Pq, 3Pt.
~4
Э.Излучательный переход в основное состояние иона селена в германии происходит с участием Г0-фонона, в отличие от иона теллура, который переходит в основное состояние без участия оптических фотонов.
4.0бнаружениые в спектрах особенности связаны с одиночными халькогенямн, а не с комплексами.
5.Возбужденное состояние иона теллура лежит в Г-точке с-зоны германия, откуда побужденный электрон переходит в состояния зоны проводимости, давая вклад в фототок; а возбужденные состояния ионов серы и селена локализованы под L-минимумом зоны проводимости германия, откуда с большей вероятностью электроны возвращаются в основное состояние, не участвуя в фотоэффекте.
Апрпбаииц рягхггы Основные результаты диссертационной работы докладывались на проблемных семинарах: "Примеси, дефекты и дарадавдонные явления в полупроводниковых материалах и приборах" (Санкт-Петербург, 1990г.), "Физика и технология полупроводниковых материалов и приборов" (Санкт-Петербург, 1995г.); на XVIII Международной конференции по дефектам в полупроводниках (Sendai, Japan, 1995г.); обсуждались на научных семинарах на кафедре физики полупроводников и кагаэлектроникя СПбГТУ.
Публикации. По материалам диссертация опубликовано 10 научных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем рціудідчіїнді. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 94 каименованяя. Работа содержит 145 страниц машинописного текаа, в том числе 4 таблицы я 45 рисунков.
