Введение к работе
-3-
Актуальность работы. С самого начала развития физики полупроводников стало ясно, что зо многих отношениях определяющую роль в их свойствах играют различные дефекты.
Глубокие центры изменяют свойства материала и поэтому управляемое введение их в кристаллы активно используется в настоящее время для создания приборов с заданными характеристиками.
Научный интерес к глубоким центрам связан с тем, что в настоящее время отсутствует единая теория, с помощью'которой можно было бы описать свойства таких центров. Поэтому весьма интересным является исследование модификации свойств глубоких центров по мере изменения порядкового номера элемента внутри группы с подобным электронным строением атомов. Такие исследования еще достаточно редки и мало касались тенденций в изменении тонких особенностей строения центров.
Одними из элементов, создающих в GaAs глубокие уровни, являются переходные металлы, к которым относятся элементы первой группы Периодической системы Си, Ag и Аи, образующие подгруппу меди и имеющие подобную структуру двух внешних электронных оболочек (Си - (3d10 4s1), Ag - ^d^s1), Аи - (5d106s<)). Введение этих элементов в GaAs приводит к значительному изменению его электрических свойств. Таким образом, изучение свойстр
центров, создаваемых в GaAs,Си, Ag и Аи, представляет определенный интерес как с практической, так и с научной точек зрения в силу причин, указанных выше.
Из этих центров к началу настоящей работы относительно хорошо был изучен только акцептор Си, который представляет собой анизотропный ян-теллеровский центр, способный менять свою ориентацию в кристалле. Однако, динамика такой переориентации детально не изучена. Данных о строении и свойствах центров, создаваемых атомами Ag и Аи,известно мало. В связи с этим целью настоящей работы являлось:
1) исследование строения и свойств глубоких акцепторных центров, создаваемых в GaAs атомами Ag и Аи, с уровнями,лежащими, соответственно, на 0.24 и 0.4 эВ выше потолка валентной зоны
-4-(Еу+0.24 эВ и Е^+0.4 эВ,соответственно);
-
исследование динамики переориентации центра Cug с уровнем Еу-+0.15 эВ в GaAs;
-
построение,уточнение и детализация модели глубоких акцепторных центров,создаваемых в GaAs атомами элементов подгруппы меди Си, Ag и Аи.
Научная новизна работы состоит в следующем.
-
Произведена идентификация глубоких акцепторных центров с уровнями Ev+0.24 и Etf+0.4 эВ в GaAs:Ag и GaAs:Au,соответственно.
-
Обобщена модель двойного ян-теллеровского акцепторного центра, разработанная для центра Cuq. с уровнем Еу+0.15 эВ, на случай центров Ag^. и Аи^ в GaAs, что позволило построить единую модель глубоких акцепторных центров, создаваемых в GaAs атомами элементов подгруппы меди.
-
Обнаружен эффект деполяризации фотолюминесценции (ФЛ), обусловленной захватом электронов на центр CuV., при увеличении интенсивности возбуждающего ФЛ света и приложении одноосного давления Р1[[О01].
-
Исследована динамика переориентации центров Cu^ , Agg,, и Аи^ и построена феноменологическая модель, описывающая динамику переориентации анизотропного ян-теллеровского центра в условиях рекомбинации через него электронно-дырочных пар.
-
Предложен метод оценки времени переориентации ян-теллеровского центра при низких температурах по исследованию зависимости степени поляризации ФЛ, связанной с этим центром, от интенсивности возбуждающего М света в случае приложения,выстраивающего центры одноосного давления.
На защиту выдвигаются следующие положения.
1) Элементы подгруппы меди (Cd.Ag.Au) в GaAs, замещая Ga, образуют глубокие акцепторные центры с уровнями, лежащими,соответственно, на 0.15, 0.24 и 0.4 эВ выше потолка валентной зоны, которые имеют подобное строение. Они представляют собой двойные акцепторы, симметрия которых в нейтральном состоянии понижена до тетрагональной вследствие взаимодействия локализованных на центрах дырок с Е-модой колебаний исходного тетраэд-
-5-рического комплекса "атом замещения (Cu,Ag,Au)+4 ближайших атома As", что приводит к появлению выделенной оси центра, параллельной одному из направлений <100> кристалла.
2) Структура основного состояния центров Cu^,, Ag^, и Аи^
подобна. Во всех случаях оно сформировано, главным образом,из
волновых функций Гх -симметрии и соответствует проекции полного
момента каждой дырки J=3/2,равной Я/2,на ось искажения центра.
В случае AggQ и Au^j благодаря сильному взаимодействию с Е-
колебаниями тетраэдрическсго комплекса существенную роль игра
ет подмешивание к основному состоянию возбужденных состояний
Г}-типа и, возможно, Ig - и Г?-типов.
-
Возникновение поляризации ФЛ, связанной с захватом электронов на центры Cug^.Agg. и Au^, , при приложении внешнего давления Р1|[001] обусловлено выстраиванием центров вдоль оси давления; которое происходит в результате собственной и/или рекомбинационно-стимулированной переориентации,то есть переориентации при рекомбинации через центр электронно-дырочных пар.
-
Поляризационное отношение ФЛ, связанной с захватом электрона на отдельный центр, относительно внутренней оси центра составляет ~6 для Ag^n ~8 для Аи^. Увеличение величины поляризационного отношения для центров Agj^, и Аи^ по сравнению с Си^. (поляризационное отношение -4) обусловлено большим смешиванием исходных IJ-- и 1} -состояний ян-теллеровской модой колебаний.
-
Центр Auq8 при Тг2К в условиях термодинамического равновесия "заморожен",то есть не способен менять свою ориентацию. При освещении и приложении внешнего давления Pli[00i] вплоть до Р«8 кбар выстраивание центроє Аи^обусловлено рекомбина-ционно-стимулированной переориентацией.
-
Переориентация центра Си^ при Т*2К в условиях термодинамического равновесия происходит за счет туннельного эффекта. Время переориентации составляет (2-^40)-10- с.
-
Высота потенциального барьера между состояниями центра с различной ориентацией выделенной оси составляет ~Ю мэВ для CuGa '' "3^ мэ^ -?ля AuGa- Энер-ия ян-теллеровской стабилизации 12г16 мэВ для Си^, 50-ЫОО мэВ для Ag^ к Аи^а.
8) Значение констант деформационного потенциала центров Си^, Ag^ и Aua близки друг к другу и превышают значения соответствующих, констант для v-зоны и мелкого акцептора.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на X Международном симпозиуме по эффекту Яна-Теллера (Кишинев, 1989г.), на XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев. 1990г.), а также на семинарах ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 работ, которые перечислены в конце автореферата.
.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы (72 названия) и содержит 184 страницы, включая 46 рисунков и 7 таблиц.
