Введение к работе
Актуальность темы. В роальных шлупроводожах, в тоу числа и в aV, определяющее влияние на формироваьи их свойств оказывают содержащиеся в них разного рода несовершенства. При этом, если такие характеристики как ширина ззпроЕрняс» зоны, постоянная рештки, плотность материала, слабо реагируют па состоят-* дефектности іфисталла, то другие важные пзр**|,,-'Т*і как коитан-трзция свободных носителей заряда, времена рйкь'гаг'инэиии, спектры фоточувствительности и лшинесцвшвта находятся в сильной зависимости от ансамбля дефектов полупроводника.
В настоящее время получены шагочисленвш доказательства сдаственного влияния собственных точечных дефектов (СТД) структуры в ASBV на эдактрофизэтзекиэ свойства этих соединениа и особенности поведения в них дэгкрувдия и остато^шых примосеа.
Однако, в склу потенциального.мнзгзобраабш типов дефектов в подупрозодниках АаВ7, до настоящего времени по установлено однозначных свяэоа шаду свояс. >ами полупроводаїиов и структурой их собственной дефектности. Это отражается и на состоянии исследования, посвяденныж мзлучатсльноа рекомбинации с участием СТД. Поэтому вопросы, евлзаншэ с совершенствовавши яэда.таа собстаэнноа дефектности полупроводников A8BV и ее влияния на Езлучзтвльную рокомбинацио, представляются актуальными. Одним из примеров технического использования решения задачи нэправлешего формирования задззяоа совокупности своастэ голупроводаина АВВ7 слукиг получение СаР светодиодов с "чисто" зеленым свечением. Это мотет быть достигнуто путем максимального подавления эффективности всех каналов излучательноа а беаызлучательаоа рекомбинации, за исключением околокраевоа зкеитонноа лвминосдаг я. В силу їхно-логических особенностеа получения фосфида галлия а вей всегда присутствуют фоновые примеси таки» как кислород, крэшиа. Эти примеси могут взаимодействовать с СТД и это также проявляется в излучательноа рекожЗиаации. Однако закономерности такого взаимодействия в СаР о его влияние вэ конкретные полосы лтаинеецэнции изучена Еадостзжгезо..
Щдь» работа явилось изучэнвэ влияния СТД на излучательную
рекомбинацию фосфида галлия. Исходя из сформулированной. дели, в работе следовало:
1. Изучить фотолюминесценцию <ФЛ) в эпитаксиальных слоях (ЭС) n-GaP, выращенных из раствора расплава с регулируемым равновесным давлением пара фосфора, с цэлью подтверждения значимости вклада СТД в протекание рг-омбинационных процессов в GaP.
2.''Изучить влияние скорости послеростового охлаждения на ФЛ характеристики зпитаксиальных плевок п-СаР, с цель» выявления возможного участия СТД в формировании излучатвльвых комплексов совместно с неконтролируемыми примесями (кремний, кислород).
-
Изучить эволюцию свойств длинноволновых полос ФЛ в дырочном и шлуизолирующэм СаР, стимулируемую изменением раком-бинационнои и комплексообразующеа активностей отдельных типов СІД при их направленная перезарядке.
-
Изучить зависимость ФЛ от уровня лвгиров.-аия СвР йодами фосфора, с цэль» конкретизации влияния дефектов, связанных с наличием в решетке "избыточного" фосфора.
-
Изучить ракомбинационные параметры дефектных, состояния в кристаллах и пленках СаР другими электрофизическими методами
;эффект Холла, нестационарная спектроскопия глубоких уровне!
(DLIS) и пр.) й сопоставитьих результаты с данными ФЛ с целью повышения достоверности сделанных выводов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
впервые при исследовании ФЛ GaP была использована идея одновременного управления а кристалле положением равновесного уровня Ферми и стехиометрией полупроводника. На этой основе показана исключительно важная роль антиструктурного фосфора в мзлучательнои рекомбинации с участием СТД в СВР;
разработана модель распада растворов СТД - примесь в ЭО n-UaP:Sl при их послеростовом охлаждении. Предложен механизм ком-іілвксообрааования SI с антиструктурным фосфором. Выявлена роль этих комплексов в формировании полосы ФЛ ~1,7 эВ в n-GaP. Подучены оценки реюмбинационных параметров данного комплекса;
выявлена новая полоса ФЛ с энергией квантов ~1,16 аВ в р GaP, происхождение которой связывается с наличием в полуїіро-
воднике комплекса Pc>k- примесь, что дополнительно указывает па высокую комплексообразующую способность СТД;
- выявлена новая полоса ФЛ с энергией квантов -О,. эВ в
І-Свр', трактуемая нами как внутринентровыя излучательныя переход
злэкгрона из возбужденного в основное' нейтральное состояв
антиструктурного фосфора.
Практическая значимость работы заключается в:
создании программно-управляемой установки для изучения ФЛ полупроводников в видимой и ближней Ж области спектра. Реализованный комплекс управляется посредством языка высокого уровня, поддерживает ввод информации со стандартных измерительных цифровых приборов и ее вывод на гибкие магнитные диски, печатающие устройства, самописец;
создании программного обеспечения, осуществляющего, обработку полученных данных, сравнение формы выбранных полос с теоретическими;
выяснении актуальности технологических факторов, которые могли бы стимулировать комплоксообразованио точечных гвфэктов с фоновыми примесями.
демонстрации возможности повышения интенсивности зеленой компоненты в излучательной рекомбинации СаР при направленном воздействии на ансамбль СТД в полупроводнике.
На защиту выносятся следующие положения:
-
СТД в СаР обладают сильными комплексообрззующими свойствами* Основными являются комплоксы типа СТД - примесь (крамний, цинк), образующиеся на этапе выращивания кристалла или ЭС.
-
Возможно управление совместным распадам растворов СТД -примесь путем применения различных режимов послзросгового охлаждения. Существуют различные схемы распада раствора СТД-Si для случая наличия сверхстехиометрического избытка галлия и дли случая сверхстехиометрического избытка фосфора в исходном равновесном составе Gap.
3. Основным типом СТД, проявляющимся в излучательной
рекомбинации СаР, явля^,ся антиструктурныа' фосфор, который може',
находиться в нейтральном и возбужденном состоянии. В однократно
+ ионизированном состоянии он образует комплекс lPGaSip],- имеющий
анэргию оптической ионизации -0,55 эВ и сечение захвата электрона
на центр - Ш cm .
4. Форма спзктралішх полос Л СаР, с участием СТД, описывается распредэлени" м Гаусса или суперпозицией гауссоподобных составляющих, что указывает на участив в их генерации глубоких центров и сильное электрон - фононноэ взаимодействие.
3. В формировании полосы -1.7 аВ в n-GaP принимают участие
два отличных по механизму канала излучатвльнов рекомбинации, в
которых энергия квантов различаотся на величину энергии активации
состояния акцептора углерода. В первом случав каналом излуча-
+ тельноа рекомбинации авлязтся комплекс tPGaStpl - дарка в
валентной зоне, во втором - дарка локализована на акцептор». С. .
4. Природа полосы ИК ФЛ ~1,15 эВ в p-GaP:Zn связана с
+ иалучательноа рекомбинацией на DA-napax [РСа2Пдв1 - ZnGa, где
[PGaZnGaJ служит глубоким донором, a Zn^- мелким акцептором.
5. Полоса ~0,9 эВ в i-GeP трактуется нами как внутри-
энтровык излучательныа переход электрона. из возбувдмшого . в
основное нейтральное состояние антиструктурного фосфора, а проютождэ!—„ долосы ~1,0 эб связывается с гаслвдущкм
излучательнью захватом на состогсир РСя дарки. Пэкомбитирукадэя дарка з исходном состоянии монет Сыть либр свободной (трзгпц "донор-взязнтная зона", либо связанно на акцепторе (переход "донор - акцептор").
Апробация работы. Основные результаты работы джяадыналшь на конференцииях:
в международная конференция по росту кристаллов. Москва, 1980т;"
7 международная конференция ио росту кристаллов, Москва, 1988г;
Ii#it Int. Con!, on Ternary and Multlnary Compounds. Chialnau, September 11-14, 1990.
Int. Conf. on Appl. and Theor. Electrotechn. ICATJE'91, Craiova, Romania, 1991.
I конференция "Дефекты в полупроводниках", Ст-Петербург. 1992.
Публикации. По материалам диссертации опубликованно 18 печатных работ в мехщуйародиых и республиканских изданиях.
Структура и обьем диссертации. Диссертационная j "5ота состоит из введения, 4-х глав, основных выводов и. заключения, списка использованной литературы. Содержит J26 страниц шишюпис-ного текста, включая 26 рисунков и 4 таблицы нэ 28 страницах, 161 ссылку на литературные источники на 18 страницах. Полный обьем работа составляет 144 страницы.