Введение к работе
Актуальность темі;. Арсешід галлия прочно вышел на второе место (поело кремния) по своему значению в современной электронной технике. Достаточно большая ширина запрещенной зоны, высокая подвижность электронов, благоприятные особенности зонной структуры, обуславливающие возможность прямых межзонных переходов носителей заряда, сравнительная простота получения материала о хорошими изолирующими свойствами и высокой прозрачностью в инфракрасной области спектра, неплохие теплофлзические характеристики - исключительно удачное сочетание этих и ряда других свойств обеспечивают широкие перспективы применения этого материала для изготовления широкой гаммы оптоэлектренных приборов (лазеры, сва-тодиодц, солнечные батареи, фотоприемники, модуляторы), приборов СВЧ-техники (полевые транзисторы, генераторы на эффекте Ганна, лавшюпролетнда диодц и т.д.), детекторов ионизирующих излучений, "оптических окон" и ряда других устройств.
В связи с развитием интегральной оптики возрос интерес к . сильно легированному (СЛ) арсениду галлия, обуеловлэнный преада всего высокой эффективностью излучательной рекомбинации в нем. На передний план выдвинулась задача управления составом и состоянием ансамбля структурных дефектов в кристаллах, требующая глубокого проникновения в проблему их взаимодействия. Электрофизические свойства легированного da As, как и других полупроводниковых материалов, определяются многочастичными чесоциатами (комплексами) , (Торшрукшвяюя вследствие взаимодействия заряженных ионов легвруюией пригласи и собственных точечных дефектов. Вопрос о распределении легирующих атомов представляет общую проблему-физического материаловедения легированных полупроводников. От ответа на него зависит понимание и прогнозирование многих свойств полупроводников. В кристаллах арсенвда галлия, выращеннгз: методом Чохральскга-о, при концентрации донорной примеси больше 10і см обнаружены э-ЗЛакты, но соответствующие традиционным представленням о зависимости фундаментальных свойств полупроводников от уровня легирования, базирующимся на предположении о случайном распреде-лешш нржеси. Предполагается, что в области критических концентраций (3fJ5) І0І8см~3 возникает сверхрешетка заряженных сложных примесных центров, что должно изменять характеристики случайного примесного поля, существующего в система, изменение електрстгаого энергетического спектра вследствие примесного упорядочения
обуславливает особенности электрофизических свойств, в том числе оптических. Поэтому данная работа посвяіцена изучению оптических свойств монокристаллов арсенвда галлия п -типа в области упорядочения в примесноЧ подрошетке. Кроме того, как известно, проблема идентификации дефектов в frd/ls .сложна, ввиду неэффективности прямых методов, устанавливающих симметрию дефекта. Приблизиться к ее решеї'іШ можно лишь изучая влияние дефектов на оптиче-скио и электрофизические свойства материала.
Цель работа заключалась в установлении особенностей оптических свойств арсенида галлия, легированного примесью УІ группы, обусловленных переходил от статчстически равномерного распределе-нит сложных примесных центров к упорядоченному распределению; а также в изучении возможности перевода полупроводникового соединения n-fafi в состояние с упорядоченным примесным распределением путем внешнего воздействия.
Для достижения! этой цели.в работе были поставлены следующие основные задачи:
-
Систематическое исследование изменения параметров излу-чательной межзонной рекомбинации и рекомбинации через глубокие уровни примеоысс комплексов с увеличением степени легирования на серии образцов Gaffs (Те), выращенных в едином технологическом режиме.
-
Изучение влияния уровня легирования на параметры плаз-мон-фонончого взаимодействия в арсениде галлия, легированного теглуром.
-
Исследование влияния Ґ-облучения малыми дозами на фотолюминесценцию арсенида галлия, легированного теллуром, при различных уровнях легирования.
Научная новизна работы состоит в следующем:
в арсениде галлия, легированном" теллуром, обнаружено существенное возрастание интенсивности краевой фотолюминесценции при концентрациях свободных носителей заряда п0 = (3*4) Ю^см""3;
обнаружено уменьшение полуширины краевой полосы фотолюминесценции (ФЛ) по сравнению с величиной, соответствующей случайному распределение примеси, при п„ « (0*4)-10 ом . При этих же концентрациях свободных носителей заряда выявлена новая полоса ФЛ с энергией максимума h comtA ~ 1,47+1,48 эВ;
получено прямое доказательство образования связанных плаз-мэн-фононных возбуждений в СЛ п-^лДітвя исследований спектров оптической прозрачности в дальней ИК-облаоти;
- показано, что при концентрациях свободных носителей заряда
П0 > 3-Ю см , шеет место аномальное изменение параметров
плазмон-фононного взаимодеі'.ствіи - среднего времени релаксации
импульса электронов п среднего времени жиз'ш /#-фон<\гоэ.
Практическая значимость работы. Расширяется возможность применения арсенида галлпя, так как в области упорядоченного распределения прямееи исследуемый материал -представляет нови:! класс сильно легированных полупроводников, кинетические явления в которых ко контролируются уровнем легирования. Во-первых, обнаруженное явление открывает возможность создания принципиально новых технических решений на базе модулированной структуры с матам (по сравнению с искусственными сверхрешетками) вектором трансляции. Во-вторых, твердотельная база современной электроники, опто-, акустоэлектроникп, интегральной оптики использует переходы с градиентом концентрации в широком диапазоне, поэтому -правильны!; учет явления фазовых переходов позволит организовать технологический процесс по детерминированному пути, обеспечить лучшую воспроизводимость параметров.
11а защиту выносятся следующие оаіювтю положения:
1. Аномальные оптические свойства арсенида галлия, легиро
ванного теллуром, при критических концентрациях свободных носите
ле іі заряда ае - (3+4)1018см~3:
аномально высокая интенсивность фотолюминесценции, обусловленная увеличением времени жизни неосновных носителей заряда;
уменьшение полуширины краевой полосы фотолюминесценции по сравнению с величиной, соответствующей случайному распределешго примеси, свидетельствующее об уменьшении величины среднеквадратичной флуктуации примесного потенциала;
новая полоса фотолюминесценции с энергией максимума /^,,,,,/^1,48 эЗ, не зависящей от концентрации свободных носителей заряда.
-
Аномальное изменение параметров плазмон-фононного взаимодействуя - среднего времени релаксации импульса электронов и среднего времени :мзни Z^-фононов в арсенице галлия, легироваїг-. ного теллуром, при критических концентрациях свободных носителей заряда.
-
Увеличение времени жизни неосновных носителей заряда; появление новой полосы фотолюминесцоїпдии с энергией максимума
Pi и) ~1,48 эВ; увеличение среднего времени релаксации импульса
электронов могло непротиворечиво объяснить'в рамках модели изо-структурного фазового превращения, тлеющего мосто при критических концентрациях примеси.
4. Эффект рздиадиошю-стимулировашюго упорядочения в области предкритических концентраций свободных носителей заряда, который в монокристаллах n-taJs имеет ту же природу, что и упорядочение при критических, концентрациях.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 12-ой Европейской Кристаллографігческой конференции (Москва, 19БЭ), на ХП Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев, 1990), на УІ Международном семинаре по физике согнетоэлектриков-полупроводников (Ростов-на-Дону, 1993).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 1Г;7 страниц машинописного текста, 2 таблицп,' 45 рисунков и список цитируемой литературы из ІГЛ наименований.
