Спектроскопия акцепторов в полупроводниках на основе HgTe и в InSb и GaSb Гуцуляк, Леонид Михайлович

Введение к работе

Актуальность темы. Роль и значение полупроводниковых материалов в современной технике, в частности в радиоэлектронике и автоматике, общеизвестны. Почта все последние успехи электроники связаны с созданием и использованием новых, солее совершенных кристаллов, а также с получением в более "чистом" виде старых, хорошо известных материалов, обладающих новыми свойствами.

В полупроводниковой инфракрасной фотоэлектронике довольно широко используются твбрдые растворы Cayig.j^Te, на основе которых разрабатываювся и выпускаются промышленные детекторы инфракрасного излучения. Особенностью данного материала является возможность изменения в широких пределах его основных параметров путём варьирования состава раствора. В последнее время в качестве возможной альтернативы этому материалу рассматриваются четверные твбрдые растворы Zn_xCcLHg₁__x_ Те, которые обладают схожими свойствами и предоставляют .дополнительные возможности варьирования параметров. Кроме того, ожидается, что они будут более устойчивы и совершенны в структурном плане.

Тот факт, что лишь очень небольшое число из множества известных полупроводников нашло широкое практическое применение, связан в первую очередь с тем, что многие кристаллы не удаОтся пока получать в достаточно чистом виде. Например, одним из отличительных признаков UaSb в ряду других соединений А³В⁵ является большая концентрация акцепторных центров, природа которых недостаточно ясна. Можно ожидать, что изучение поведения примесей переходных элементов в этом материале будет способствовать прояснению ситуации. Для того, чтобы успешно вести работу по "очистке" материалов, неооходимо кметь информацию о параметрах остаточных примесей (их концентрации, химической природа и др.) а также о влиянии на них вариаций технологического процесса. В целях получения такой информации, как известно 11 J, достаточно перспективно применение фотоэлектрической спектроскопии.

В качество эксперименталын х методов исследования выбранных объектов в данной работе были использованы лазерная фотоэлектрическая мэпштоспоктроскопия и Фотолюмпносцонтнпя спектроскопия.

которые позволяют провести комплексные исследования образующихся е полупроводниковых материалах локализованных состояний примесей.

Цель, работы. На основании вышеизложенного, в задачу настоящей роботы входило дальнейшее развитие спектроскопии акцепторов, учитывая важность проблемы, для чего было использовано два подхода: 1 ) фотовозОуждение мелких акцепторов в дальней инфракрасной области спектра во внешних магнитных полях; 2.) использование легирующих примесей, способных образовывать комплексы с природными акцепторами. В качестве обьектов были выбраны полупроводниковые соединения Ud^g^Te, Zn^cLHg., _ Те, InSb и GaSb.

Научная новизна работы состоит в том, что в результате проведённых исследований:

- впервые наблюдалось фотовозбуждение мелких примесей в
n-Zn_xC6LHg₁__x_ Те и р-Соу^^Те, в результате чего обнаружены
химсдвиги основного состояния трёх акцепторов разной природы;

впервые в спектрах ФП p-InSb и n-Zn_xCa\Hg., _ Те в магнитном^ поле наблюдались полосы, сложная структура которых была идентифицирована как оптические переходы с зеемановских подуровней основного состояния мелкого акцептора на зеемановские компоненты его возбужденных состояний ЗР_5/2Г₈ и 3P_5/2I\,, в результате анализа которых была построена эмпирическая схема энергетических состояний мелкого акцептора во внешнем магнитном поле;

впервые было осуществлено исследование поведения марганца в GaSb, в результате чего Оыла подтверждена структура природного акцептора, а также предложена модель акцепторного центра, образот ванного марганцем, и оценена его энергия связи. .' .

Практическое значение работы со:тоит в том, что проведенные исследования позволили оценить ряд основных параметров исследуемых объектов, а также их зависимость от внешних воздействий, знание которых важно ігри использовании данных материалов для разработки фотоэлектрических приборов. Кроме того, результаты исследования мелких акцепторов полезны как в технологических целях, так и для разработки приборов для дальней ПК-области, действие которых основывалось бы на примесном фотовозбуждении.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Расщепление основной полосы фотовозбувдения акцепторов в спектрах Са^Н&^Те и Zr^CdHg^ Те на три компоненты идентифицировано как фотовозбуждение трёх химически разных акцепторов (химический рдвиг основного состояния).

2. Эмпирическая схема энергетических состояний мелкого акцептора во внешнем магштном доле, отработанная на InSD как эталонном объекте и примененная к Zn_xCcLHg₁ __х Те, позволяет наиболее полно интерпретировать полученные в данной работе экспериментальные результаты.

3. Легирование GaSb марганцем позволило подтвердить природу собственных акцепторных дефектов как вакансии сурьмы и оценить энергию связи акцептора, образованного марганцем.

Апробация работы. Основные результаты настоящей работы докладывались на 1-й Национальной конференции по дефектам в полупро-водішках (Санкт-Петербург, 1992 г.), на 1-й Российской конференции по физике полупроводников (Нижний-Новгород, 1993 г.), а также на семинарах Лаборатории Фотоэлектрических явлений в полупроводниках ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН.

Публикации. По материалам настоящей диссертации было подготовлено 9 научных публикаций.

Структура и объби диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии из 70 наименований. Объем диссертации составляет 74 страницы печатного текста (включая 7 таблиц) и 31 рисунок.