Введение к работе
Актуальность работы. Исследование свойств точечных дефектов, определяющих многие электрические и оптические свойства полупроводниковых материалов, является одним из наиболее развивающихся направления физики полупроводников.
Для кремния, одного из основных материалов современной электронной промышленности, важное значение имеет примеси замещения ill и V групп, являющиеся основными легирующими добавками, и радиационные дефекты, возникающие на различных стадиях создания и эксплуатации полупроводниковых приборов. Изучение свойств таких дефектов и носителей заряда, связанных на них, необходимо для понимания процессов, протекающих в кремнии и определяющих его физические свойства.
Наиболее эффективными методами исследования, позволявшими с высокой точностью определять структуру энергетических состояния дефектных центров в кристаллах, являются спектроскопические измерения, в том числе фотолюминесценция и спектроскопия ИХ-поглоиения. Развитие в последнее десятилетие экспериментальноя техники, в частности, появление аппаратуры высокого спектрального разрешения, а также аппаратуры, позволяющей проводить точные температурные измерения, измерения временных характеристик оптических переходов и эксперименты с одноосной деформацией кристаллов в сильных магнитных полях, позволяют исследовать многие мелкие* по масштабу, но важные по значению эффекты взаимодействия связанных носителей мелду собой, а также с потенциалом дефектных центров и колебательными модами кристалла. Точные микроскопические расчеты таких взаимодействий затруднительны, поэтому более плодотворным оказывается метод эквивалентного гамильтониана, учитывающего требования симметрии и содержащего параметры (константы деформационного потенциала, g-фахтора и др.), которые берутся из расчетных данных или из сопоставления с экспериментом. Такой подход придает физическую осмысленность и наглядность рассматриваемым процессам и позволяет учитывать различные виды (электрон-колебательного, обменного,
спин-орбитального, статического искажения исходной симметрии и др.) воздействии на состояние центра. * Целью настоящей работы являлось;
1. Исследование тонкой структуры о-полос излучения экситонов,
связанных на акцепторных атомах в кремнии.
2. Исследование температурных зависимостей и механизмов
уширения линий излучения связанного экситона (С31 и линий
поглощения для атомов III и V групп в кремнии.
3. Исследование свойств экситонов, связанных на радиационных
дефектных комплексах (ДК) в кремнии.
Практическая ценность работы. Использованные в работе люминесцентные методики имеют практическое значение для определения примесного и дефектного состава полупроводников, а также контроля их качества. Результаты, полученные при исследовании радиационных дефектов, могут быть полезны для обработки рекимов отжига при нейтронном транснутационном легировании кремния.
Научная новизна. Проведенные в работе исследования существенно расширили представления о природе и структуре дефектных центров в кремнии.
Анализ различных зидов взаимодействия связанных носителей оаряда между собой, а также с потенциалом дефектных центров и колебательными модами кристалла позволил обьяснить многие оптические свойства мелких примесных атомов III и -J групп и радиационных дефектов а кремнии.
Разработанные в диссертации методы анализа рекомбинационного излучения могут быть ' использованы для исследования различных оптических переходов между мелкими локализованными состояниями носителей, связанными с дном зоны проводимости и потолком валентной зоны.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Показано, что структура e-полос излучения экситонов, связанных на атомах AL и Ga, определяется долин-орбитальным расщеплением (ДОР) основного состояния связанного экситона на три терма Г., Г,, Г5 и сверхтонким расщеплением ДОР компонент спечтра, вызванным понижением симметрии акцепторного центра вследствие эффекта Яна- "Геллера.
В реоультате анализа спектрального распределения интенсивности и поляризации рекомбинационного излучения (РИ) в образцах, подвергнутых одноосному сжатию, определены величины и онаки констант, характеризующих долин-орбитальное расиепленив основного состояния экситонов, связанных на атомах А1 и Ga; найдены константы, определявшие относительные вероятности бесфононных излучательных переходов и константы деформационного потенциала Ъ* и d' для основного состояния дырки.
-
Определены температурные зависимости уширения линия излучения свяоанных экситонов и линия ИХ-поглошения для примесей III и V групп в кремнии. Обн&руяено резкое раоличие в температурных зависимостях уширения линия поглощения и линия излучения связанных экситонов для атомов дснорного и акцепторного типа. В случае доноров эти зависимости объясняются взаимодействием примесных центров с акустическими колебаниями решетки. В случае акцепторов наблюдаемые температурные уширения линий поглощения и СЭ объяснены взаимодействием дырок с квазилокальными колебаниями акцепторного центра.
-
В результате исследования спектров рекомбинационного излучения -экситонов, связанных на радиационных дефектных центрах, образующихся после нейтронного облучения и изотермического отжига в кремнии, обнаружены новые дефек-тные комплексы, имеющие линии излучения СЭ 1.1519, 1.1390, 1.13818, 1.13786, 1.13285, 1.12841, 1.1260, 1.11444, 1.11234 эВ.
Установлено сильное влияние водорода на дефектообравованио в кремнии.
Для центров Bg0, B.g, В., В50' В05 0ПРел-9Лена симметрия дефектных комплексов и энергетическая структура состояния экситонов, связанных на них; установлены оптические и термические величины энергия связи экситонов на центрах, а также получены константы деформационного и оеемановского расщопления линия излучения экситонов, связанных на дефектных комплексах. Показано, что рекомбинационные своясва СЭ на ДК определяются характерной для них структурой возбужденных состояний.
5'
Апробация работы. Основные реоультаты работы докладывались на XXXII ежегодной конференции МФТИ (Москва, '1986 г.), 1-оя национальной конференции "дефекты в полупроводниках" (Санкт-Петербург, апрель 1992 г.), на научных семинарах ИФТТиП АН Беларуси, ИРЭ РАН.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.'
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы -Ц2- страниц, 76 страниц машинописного текста и 36 рисунков. Список литературы содержит 71 наименований.
