Исследование комплексов, содержащих вакансию галлия в арсениде галлия, легированном теллуром или оловом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТАМ. А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

СОСПОВСКИЙ ВалеркЯ Роальдовкч

УДК 621.315.592

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ, СОДЕРЖАЩИХ ВАКАНСИЮ ГАЛЛИЯ

В АРСЕНВДЕ ГАЛЛИЯ, ЛЕГИРОВАННОМ ТЕЛЛУРОМ ИЛИ ОЛОВОМ

(01.04.10 - физика полупроводников, и диэлектриков) .

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РаН.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук

профессор ГУТМН A.A.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук

ВИХНИН B.C.

кандидат физико-математических наук с. н. е.. ШТЕЛЬМАХ К.«.

Ведущая организация - Санкт-Петербургский электротехнический

университет.

Защита диссертации состоится " ДГ"" л/с^/СЯ- 1994г. в часов на заседании специализированного совета К 003.23.01 при Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН.

Автореферат разослан 1994г.

Ученый секретарь специализированного совета К 003.23.01 кандидат физ.-ыат. наук

Г.С.Куликов

- 3 -

' ОЕЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Арсенид галлия является широко применяемым полупроводниковым материалом, возможности которого далеко не исчерпаны, а объемы использования постоянно увеличиваются. Как л для других полупроводников, важную и во многом определяющую роль в его электронных свойствах играют собственные и примесные дефекты. С ростом чистоты и совершенства кристаллов возрастает практический интерес к дефектам с энергмей связи,значительно превышающей ез значение, вытекающее из водорсдоподобкой модели, т. е. к дефектам с глубокими уровнями. Эти дефекты активно захватывают свободные носители, слуяат центрами рассеяния, играют роль центров излучательной и безызлучэтелшой рекомбинации (влияя тем самым на концэнтраци» свободных носителей заряда и их время жизни) и приводят к особенностям оптического поглощения и фотопроводимости.

Дефекты с глубокими уровнями могут вводиться в материал намеренно - для получения необходим электрических и оптических свойств. В ряде случаев их появление вызывается неконтролируемыми загрязнениями или собственными дефектами, образующимися как в процессе роста кристаллов, так к в процессе изготовления и эксплуатации приборов, к/или взаимодействием целенаправленно вводимых дефектов с собственными дефектами. Одним из наиболее распространенных собственных дефектов в ваАз является вакансия галлия (У^), способная образовывать комплексные дефекты о вводимыми примесями - центры с глубокими уровнями. Свойства и природу подобных центров необходимо знать как для их идентификации и прогнозирования влияния на свойства материала, так и для разработки методов управления их образованием в кристаллах.

Научный интерес к подобным дефектам обусловлен тем, что длл центров с глубокими уровнями нет удовлетворительной теории, связывающей их свойства и физико-химическую природу, в случае СаАз этому интересу способствует также отсутствие надежных и достаточно подтвержденных прямых наблюдений в то вргмя как подобные изолированные дефекты хорошо изучены в 3). и некоторых других полупроводниковых материалах.

Таким образом, как практически?, гак и научный интерес при.во-

дкт к необходимости изучения свойств и структуры глубоких центров в ваАз, содержащих Надежно идентифицированным комплексным дефектом, включающим является комплекс У^-мелхий донор замещения, ответственный за фотолюминесценцию (ФЛ) с энергией фотонов в максимуме излучения (Ьш^) -1.2 эВ. Другим комплексом, содержащим по мнению многих исследователей, является комплекс, отвечающий за полосу ФЛ с максимумом при энергии фотонов -0.95 эВ. Несмотря на большое количество литературы, посвященной этим полосам ФЛ, нельзя утверждать, что симметрия и особенности строения отвечающих за них комплексов определены. Также нет данных о наличии или отсутствии способности указанных центров к переориентации, что может иметь место аналогично тому, как это происходит в комплексах вакансия - донор замещения в 31. Дискуссионным является вопрос и о составе этих комплексов, т. е. о возможном вхождении в них дополнительных дефектов.

Все изложенное выше и определило ЦЕЛЬ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ, которая состоит в детельном исследовании методами пьезо- и поляризационной спектроскопии симметрии и строения комплексов, ответственных за полосу ФЛ с Ь%,°0.95 эВ, и комплексов %а-мелкий донор и выявлении эффектов переориентации и выстраивания. НОВИЗНА РЕЗУЛЬТАТОВ диссертации определяется:

1) Обнаружением ряда неизвестных ранее свойств комплексов, ответственных за ФЛ с эВ б п-СаАз:Те и гНЗаАз:Зп (пониженная по сравнению с тригональной симметрия комплексов; низкотемпературная переориентация и выстраивание комплексов в условиях одноосного сжатия; явление дополнительного выстраивания комплексов У^Эп^ в условиях одноосного сжатия вдоль некоторых кристаллографических направлений).

2) Обнаружением выстраивания комплексов, отвечающих за полосу ФЛ с Ьь^'О.Эб эВ в п-СаАз:Те, в условиях одноосного сжатия в области малых давлений и выстраивания комплексов, отвечающих за указанную полосу в п-0аАз:Зп, при достижении давлением величины ~4-5 кбар.

3) Обнаружением различия в пьезоспектроскопическом поведении ФЛ комплексов, отвечающих за полосу ФЛ с ^-„рО-Эй эВ е п-СзАу:

Те и п-СаАз:Зп, свидетельствующего о различии в симметрии исходного расположения их компонент.

4) Демонстрацией существенного влияния внутренних дисторсий, направленных вдоль оси <111>, аналогичных дисторсиям изолированной Уод, на строение и пьезоспектроскопические свойства содержащих комплексов, отвечающих за полосы ФЛ с Ьо^Ч).95 и йй)т°'1.2 эВ в СаАз:Те и СаАз:Яп.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ результатов диссертации может состоять в выявленных различиях пьезоспэхтроочопическо^о поведения ксм-плексов, содержащих Ч^ п СьАз:Те и СаАз:Зп, позволяющих идентифицировать донорнуо примесь в материалах с неизвестным леги-роаанием.

НА ЗАШРУ ВЫДВИГАЮТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1) Симметрия комплексов У^Те^ и У^Зп^д в п-СаАз понижена по сравнению с симметрией, ожидаемой при расположении точечных дефектов, составляющих комплекс, строго в узлах неискаженной решетки СаАз. Причиной такого понижения симметрии является спонтанная дистсрсия комплексов.

2) Спонтанная дисторсия комплексов Тед5 и У^Зп^ способна переориентироваться и выстраиваться б условиях одноосного сжатия вдоль кристаллографических направлений <115> или <110>. Ось симметрии переориентирующейся спонтанной дисторсич совпадает с одной из осей типа <111>.

3) В комплексах УСо^йа имеет место явление дополнительного выстраивания, проявляющееся в резком увеличении поляризационного отношения ФЛ в условиях одноосного сжатия вдоло кристаллографических направлений <Ш> или <110> при достижении давлени- , ем величины кбар с последующим переходом к насыщению. Ого явление обусловлено подавлением внешней деформацией влияния донора в группе комплексов с определенной ориентацией относительно оси деформации.

4) Комплексы, отвечающие за полосу ФЛ с Ьапы0.95 эВ в ваА^Те и СаАв^п, имеют различный состав и строение.

5) Различие в пьезоспектроскспическом поведении ФЛ комплексов, отвечающих за полосу ФЛ с Ыт-0.9Е> эВ в СаЛз:Те и ОаАз:Зп, г.сус-лсвлено различием в симметрии исходного расположения компонент

этих комплексов.

Э) Поведение всех перечисленных комплексов качественно объясняется в предположении, что дисторсия и электронные состояния комплексов определятся которая б изолированном виде подвержена тригональкому як-теллеровскому искажению. Роль других дефектов, входящих в комплекс, сводится к неодинаковому изменению ранее эквивалентных конфигураций соответствующих возможным направлениям ян-теллеровских искажений и дополнительному изменению электронных волновых функций комплексов. 7) Поведение ФЛ исследованных комплексов в условиях одноосного сштия или резонансного поляризованного возбуждена качественно описывается в модели, использующей феноменологический гамильтониан, и представляющей понижение исходной Т^-симметрии в области локализации центров ФЛ суперпозицией одноосных деформаций, а электронные волновые функции основного и возбужденного состояний - соответственно функциями о- к р~ симметрии.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались на XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев, 1990), на XVI Международной конференции по дефектам в полупроводниках (Бетлехем, СМ, 19Э1), ла I Национальной конференции по дефектам в полупроводниках (С.-Петербург, 1992), на XVII Международной конференции по дефектам в полупроводниках (Гмун-ден, Австрия, 1983), на I Российской конференции по физике полупроводников (Н. Новгород, 1983), а такге на семинарах ФТИ.

ПУБЛИКАЦИИ; По результатам выполненных исследований опубликовано 10 работ, которые перечислены в конце автореферата.

СТРУКТУРА и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы (68 наименований) и содержит 143 страницы, включая 07 рисунков и 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ.

Во зведении обоснована актуальность темы исследований, сформулирована цель работы, указана ее новизна, практическая ценность, приводится краткое изложение результатов, полученных в диссертации, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит обзор литературы, посвященной возможности существования комплексов У^-мелкий донор замещения, а также исследованиям свойств указанных комплексов и комплексов, отвечающих' за полосу ФЛ с Ьш^О.Эб эВ в СаАз:Те и СаАзгЭп. Известные литературные данные показывают, что комплексы У^Тед^ и У^Эпд^ относятся к достаточно надежно идентифицированным и сравнительно хорошо исследованным дефектам в СаАз:Те(Зп). Они образуются как в процессе роста кристалла, так и при нагреве, как правило, имеющем место в ходе изготовления и эксплуатации приборов. Названные комплексы являются типичными представителями дефектов У^а-мелкий донор в п-СаАэ, легированном такими донорами как С, 31, йе, Эп, Э, Бе, Те. Эти комплексы могут быть основными компенсирующими акцепторами в СаАз, легированном Те или Бп. Обладая большим коэффициек'ом захвата дырок и отвечая за полосу ФЛ с ЬоГ|)°'1.2 эВ, указанные комплексы влияют как на электрические, так и на люминесцентные свойства полупроводника, Вместе с тем, детали отроения этих комплексов и связанные с ними свойства изучены мало, данные таких исследований недостаточны, противоречивы и, возможно; ошибочны. В частности, этим комплексам приписывается не только неожиданно высокая по сравнению с аналогичными комплексами в 31 и А2В6, но и одинаковая симметрия, что плохо согласуется с общепринятым различием в расположении элементарных дефектов, составляющих эти комплексы, и не находит убедительных объяснений. Также отсутствуют данные, позволяющие однозначно ответить на вопрос о способности рассматриваемых центров к переориентации, которая может иметь место аналогично тому, как это происходит в комплексах вакансия-донор замещения в Б1.

Другим комплексом, включающим вакансию галлия, в СаАз:Те(Зп) является центр ФЛ с 1№то<0.б5 эВ. Интенсивность отвечающэй этому дефекту ФЛ, как правило,сравнима с интенсивностью полосы ФЛ -1/2 эВ, и он тоже является эффективной дырочной лсвувжой. Поэтому его роль в формировании электрических и люминесцентным свойств СаАз сравнима с ролью комплексов У£0-мелкий донор. По всей видимости, в состав этого излучающего центра »ходит дивакансия. Параметры центров ФЛ с Ь'^'О.«5 эВ для л-С^Аз;Ге и лпя

п-СаАз:Зп близки. Такая близость параметров излучающих центров в разных, материалах может быть связана как с тем, что их состав не зависит от легирующей примеси, так и с тем, что доминирующая роль в формировании их.свойств принадлежит дефекту, входящему в оба комплекса. Приводимые в литературе выводы о симметрии этих дефектов противоречивы, а вопрос о наличии в их составе третьего элементарного дефекта - дискуссионен.

На основании обзора литературы сформулированы задачи диссертации .

Во второй'главе описаны методика экспериментов, используемые образцы и применяемая методика расчетов.

Для исследований использовались легированные Те или Бп монокристаллы ваАз п-типа, выращенные методом Чохральского с концентрацией электронов при Т=300 К в диапазоне 10й'-2-К)'6 см"3. Ориентированные относительно главных кристаллографических направлений образщ: (в форме прямоугольного параллелепипеда с характерными размерами ~1*1х6 мм - в случае пьезоспектроскопичес-ких исследований или с форме многогранника, вписывающегося в прямоугольный параллелепипед размерами (5-10)><(5-15)*(2-4) мм, имеющего не менее двух взаимно перпендикулярных граней для организации ортогональной схема измерений - в случае поляризационной спектроскопии) шлифовались на мелком абразивном порошке и химически полировались.

Все измерения осуществлялись при температуре жидкого гелия (244.2К) или жидкого азота (77К).

Пьезоспектроскопические исследования проводились на установке, оборудованной гелиевым криостатом с прессом для одноосного сжатия, обеспечивающим при поперечном сечении образца Iх! мм давление до 11 кбар. ФЛ возбуждалась излучением либо гелий-неонового (^0.63 мкм), либо аргонового 04=0.49 мкм) лазера. Наблюдаемая с той же стороны, с которой производилось возбуждение, 5Л (схема "на отражение") собиралась конденсором и после прохождения поляризационного светофильтра (анализатора) и монохро-матора МДР-2 регистрировалась германиевым фотодиодом или (в области с Ьч большей 1.15 эВ) фотоэлектронным умножителем с высокой квантовой эффективностью фотокатода, {отоприемники охлак-

дались парами азота.

Эксперименты по поляризованной фотолюминесценции проводились на установке, в которой была реализована одна из разновидностей метода поляризационных диаграмм [1], предполагающая измерение зависимости степени линейной поляризации (р) ФЛ от угла наклона ■Л плоскости поляризации . линейно поляризованного возбуждающего света в ортогональной схеме (когда направления наблюдения ФЛ и падения света перпендикулярны соответствующим граням кристалла и взаимно ортогональны) относительно какого-либо выделенного направления в кристалле. Установка была оснащена гелиевым кри-остатом, двумя монохроматорами МДР-2 и двумя поляризационными светофильтрами. Одни монохроматор и светофильтр использовались для формирования монохроматического потока плоскополяризованно-го света из излучения лампы накаливания КГМ. Возбуждаемая этим светоьым потоком ФЛ анализировалась с помощью других поляризационного фильтра и монсхроматора. Измерения проводились при следующих ориентациях кристалла (первой указывается грань, на которую падает свет, второй - гран1-, со стороны которой производится наблюдение): (ÍOO)-(OIO) [выделенное направление (001)], (100)—(011) [выделенное направление (011)], (011)-(100) [выделенное направление (011)], (110)—С110) [выделенное направление (001)].

Для аппроксимации экспериментальных данных использовалась феноменологическая модель центра, обладающего внутренними искажениями. развитая Осиповым [2]. Эта модель основана на использовании эквивалентного (эффективного) гамильтониана, являющегося малой добавкой к основному гамильтониану, формирующему энергию связи на центре, и позволяет учитывать различающиеся по

.рироде воздействия на исходное состояние центра (электронно-колебательное, спин-орбитальное, статические искажения симметрии) и качественно рассмотреть поведение анизотропных центров с глубокими уровнями при различных внешних воздействиях (поляризованном возбуждении или одноосном давлении). При :.<точ поккя^-кие симметрии кристалла в области локализации центрч «оделяется воздействием суперпозиции одноосных д«ф>рмацмй на «-•ггдчл, Т^-еимметркю и полагается, что электронные еолнооиг- |уг;'

центра в основном и возбужденном состояниях являются s- и р-функциями,соответственно. Ееличины компонент тензора деформации, и тем самым элементов матрицы эффективного гамильтониана, выражаются через параметры вызванного этими деформациями энергетического расщепления двух нижних подуровней возбужденного состояния. Расчеты поляризационных характеристик ФЛ центра производились с учетом вероятности нахождения центров в определенных конфигурациях в основном (для случая возбуждения поляризованным светом) и возбужденном состояниях.

В третьей главе приводятся результаты экспериментов по пьезо- и поляризационной спектроскопии комплексов Тедь и ^Gor^Ga и кх анализ. Обнаружено, что ФЛ рассматриваемых комплексов обладает следующими особенностями.

а) В зависимостях интенсивности ФЛ обоих комплексов от энергии фотонов возбуждающего света (hag) имеется по крайней мере две области - область резонансного возбуждения ФЛ (fw>g°<1.35-1.4Е> эВ), в которой Др=р(0)-р(90°) отлично от нуля при любой из использованных ориентации кристалла, не зависит от hog и одинаково при Т=2К и Т=77К, и область возбуждения за счет межзонных переходов (fiMg>1.59 эБ), которой соответствует неполяризо-ванная ФЛ. б) Форма полосы ФЛ не зависит от а величины р(0) и р(90°) в области энергий излучаемых фотонов (ho>u), доступной для наблюдения, фактически не зависят от hwu. в) В поляризационных диаграммах для области спектра ФЛ, соответствующей независимости р от Ьоц, изменение угла т] от 0 до 90 град, приводит к изменению степени линейной поляризации от 7-8 % до 0 при ориентации кристалла (ÍOO)-(OIO), от 16 до -12* при ориентации (100М011), от 28* до О -(011М100), от 7 до 12* -(110)-(110) для %аТедс, и (в порядке перечисленных ориент&ций кристалла) от до 0, от 13 до -11*, от 24 * до 0, от ~4 до И* - для vü<xSnGа- Одноосное сжатие приводит к смещению полосы ФЛ в коротковолновую область и линейной поляризации излучения. При этом появляется зависимость поляризационного отношения г по полосе ФЛ. Характер зависимости г от h«u Для давлений вдоль разных осей различен: с ростом hcM при РЦ[001] г растет, при Р|| [Í)'] - нлдает, а в случае P|¡[ií0] спектральное поведение г

зависит от направления наблюдения, д) Измеренное в максимуме полосы поляризационное отношение гт мало отличается от интегрального по всей полосе ФЛ поляризационного отношения |СШи)и. е)'При Р||[1Ю] и Р||[111] качественный вид зависимости поляризационного отношения от величины давления г„(Р) определяется температурой. Так,при Т»2К (4.2К) для обоих комплексов в области малых давлений (Р<1 кбар) гт(Р) имеет участок резкого роста гт, сменяемый более пологим участком, а для комплекса ^Эп^ при Р=4-5 кбар имеется второй участок роста гт с большой крутизной, также плавно переходящий в участок с существенно меньшим наклоном. При Т=»77К зависимость гт(Р) почти линейна во всем диапазоне используемых давлений, а угол ее наклона в 10-20 раз .леньше, чем угол наклона гт(Р) на участках резкого роста при Т=2К. ж) При Р11С1003 гт растет линейно во Есем диапазоне давлений с почти одинаковым наклоном для обеих температур.

Показано, что указанные выше явления могут быть объяснены при следующих предположениях.

а) Симметрия комплекса У^0Тед5 не выше моноклинной, б) Комплекс У^Бп^д обладает триклинной симметрией, в) Понижение симметрии комплексов по сравнению с ожидаемой на основе их предполагаемого состава происходит за счет дополнительной дисторсии. г) По крайней мере одна из компонент дополнительной дисторсии направлена вдоль оси типа <Ш>, имеет в каждом отдельном комплексе \^йТед£ или У^Эп^ две или три эквивалентных ориентации, способна переориентироваться при низкой температуре, а в условиях одноосного сжатия кристалла вдоль осей типа <110> или <11I> - выстраиваться. Последнее означает, что в условиях одноосного сжатия кристалла происходит не только снятие орнентаци-онного вырождения центров, но и снятие энергетической эквивалентности конфигурационных состояний отдельного центра для некоторой группы комплексов. При этом переориентирующаяся компонента дополнительного искажения в каждом из указанных комплексов принимает направление, соответствующее наиболее низкоэнер-гетичному конфигурационному состоянию, что н объясняет поведение -ТЛ комплексов в пьезоспектроскопических экспериментах в об-

ласти величин давлений до -2 кбар. д) В комплексах воз-

можно дополнительное выстраивание, приводящее к второй ступени резкого роста поляризации в случаях Р||[110] и Р||[111] при достижении величин давления «5 кбар. Это выстраивание определяется тем, что переориентирующаяся компонента дисторсии при достижении давлением некоторой величины принимает направление, соответствующее при меньших давлениях более высокоэнергетической конфигурации комплекса и лежащее, в плоскости симметрии двух конфигурационных состояний с наименьшими при Р=0 энергиями. е) Все перечисленные выше явления качественно описываются в рамках одного подхода, в котором изменение симметрии кристалла в области локализации центра рассматривается как возмущение исходной -симметрии суперпозицией одноосных деформаций. При этом такая суперпозиция должна иметь как минимум одну фиксированную компоненту и одну компоненту, способную менять свое на-правлежие(переориентироваться).

Качественно свойства обоих исследуемых центров, по всей видимости, могут быть объяснены в предположении, что состояния комплексов являются в первом приближении состояниями возмущенными присутствием второго дефекта. Ян-теллеровская триго-нальная дисторсия вакансии, подобная наблюдаемой в [3], расщепляет исходное состояние изолированной вакансии 12(р)-сим-метрии и приводит к образованию четырех минимумов адиабатического потенциала в пространстве обобщенных координат, характеризующих указанную дисторсию. Это явление может быть описано воздействием на исходную Т»-симметрию одноосной деформации, способной переориентироваться и принимать одно из направлений типа <111 >. Влияние атома донора, входящего в комплекс, сводится к различному изменению энергий ранее эквивалентных конфигурационных состояний Уса, т. е. к созданию неэквивалентности четырех направлений переориентирующегося искажения. Это влияние может быть описано введением еще не менее чем одной одноосной деформации, направление которой фиксировано. Реакция центра на внешнее одноосное сжатие определяется несколькими факторами. Среди них, во-первых, снятие эквизалентности остаьшихся конфигурации

онных состояний с одинаковыми энергиями (если они имеются). Во-вторых, скоростью изменения энергии разных конфигурационных состояний с давлением и, в-третьих, величиной расщепления энергий конфигурационных состояний, соответствующих различным ориентациям тригональной дисторсии Vqq в отдельном центре, создаваемом влиянием донора.

Четвертая глаза посвящена результатам пьезоспектроскопичес-ксго исследования комплексов, отвечающих за полосу ФЛ с энергией фотонов в максимуме излучения -0.95 эВ GaAs:Te и GaAs:Sn.

Обнаружено, что ФЛ с hwmK).95 эВ обладает следующими свойствами .

а) При межзонном возбуждении она наблюдается вместе с излучением комплексов Уйл-ь:элкий дснор (Ьит°<1.2 эВ) и в зависимости от концентрации доноров и типа легирующей примеси проявляется . либо в виде отдельного максимума, либо в виде плеча на длинноволновом краю полосы излучения с ho^l.S эВ. Спектр возбуждения указанной полосы ФЛ, кром?--области меязонных переходов, содержит область примесного поглощения, длинноволновая граница которой находится вблизи fio) »1.18 эВ. Последнее позволяет избирательно возбуждать только полосу ФЛ с hci>mtt0.85 эВ светом с hra «* 1.34 эВ. б) При сжатии кристалла вдоль одной из кристаллографических осей [111], [001] или [110] излучение поляризуется и полосы ФЛ. смещаются в коротковолновую область спектра. При этом величина г зависит от направления давления и изменяется по спектру изгучения. в) Поляризационное отношение ФЛ а максимуме примесного излучения rm мало отличается от интегрального по всей полосе ФЛ поляризационного отношения г".г) Зависимости rm(P) для полосы излучения с ho„f0.S5 эВ при Р||[111] нли Р|| [110] для образцов, легированных Те, сильно отличаются .от тех же зависимостей для образцов, легированных Sn. д) Вместе с тем, для образцов, легированных одним типом донорной примеси, поведение г (?) для полос с hom*0.95 эВ и h'Vl.2 эВ в значительной степени подобно: при Т=2К в случае Р||[001] зависимость гст(Р) для обеих полос линейна в GaAs:Sn и почти линейна в GaAs:Te, а в случаях P||[lllJ и Pi|[110] з этой зависимости наблюдается скат-к пр! магых давлениях для GaAs:Te и при Р*4 кбар для GnAs:

Эп. Единственным качественным отличием в зависимостях г (Р) для двух полос ФЛ при указанной температуре является отсутствие скачка поляризации в области, малых давлений для полосы с Ьшгль--0.95 эВ в СаАзгБп. При Т=77К зависимость г (Р) для полосы с "0.95 эВ в обоих материалах, как и для полосы с Лм^!. .2 эВ, почти линейна при сжатии вдоль любого указанного направления вплоть до величин давления 11 кбар.

На основании анализа экспериментальных данных, показано следующее.

а) Центры ФЛ с Ьат°<0.95 эВ в п-йаАз:Те и п-СаАз:Бп имеют разное строение. Вместе с тем, то, что поведение ФЛ с Ьйу1.2 эВ и Ьшт°<).95 эВ в кристаллах, легированных одним видом примеси, в значительной степени подобно, а также анализ литературных данных позволяют сделать вывод, что указанные центры являются комплексами Уд4 \fcaTeAj и УдьУсаЗп(;а. б) Симметрия комплексов Уд& УйаТед5 и УдьУсйЗп£0-триклинная. в) Комплексы У^У^Те/^ переориентируются при низкой температуре и выстраиваются в условиях одноосного сжатия. По всей видимости, наличие этих явлений связано с тем, что исходно (т. е. без учета влияния взаимодействия связанных носителей с неполносимметричными колебаниями) указанный центр имеет моноклинную симметрию. Это позволяет, с учетом предполагаемого состава, заключить, что Уд$ и Теде, в указанном комплексе, по-видимому, расположены в ближайших к узлах, г) В комплексе отсУтствУет низкотемпературная

переориентация и, одновременно, наблюдается явление выстраивания при достижении давлением величины "4 кбар. Отсутствие низкотемпературной переориентации, по всей видимости, свидетель-, ствует о низкой, а именно триклинной, исходной симметрии комплекса. 5то позволяет предполагать, что элементарные дефекты, составляющие названный комплекс, не лежат в одной плоскости типа {110}, чему соответствует, в частности, расположение Уд$ в первой, а Бп£а во второй конфигурационной сфере У^д таким образом, что оси, соединяющие Уд5 с Уйа и с ортогональны. Пьезоспектроскопическое поведение этого комплекса, как и всех рассмотренных в работе, объясняется в предположении, что понижение точечной симметрии идеального крлоталла в области ло-

кализации комплекса обусловлено не только непосредственной заменой части атомов кристалла элементарными дефектами, ко и дополнительной дксторсией этой области, направленной вдоль оси типа <П1>.

В Заключении сформулированы ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Показано, что симметрия комплекса Ус„Тед5 не выие моноклинной, а симметрия комплекса - триклинная.

2. Обнаружена низкотемпературная переориентация комплексов '/С(хТедь и У^Бп^д и их выстраивание в условиях одноосного сжатия вдоль осей типа <110> и типа <111>.

3. Предложена модель комплексов -мелкий донор в СаАз, качественно объясняющая симметрию и поведение ФЛ перечисленных дефектов. В этой модели понижение точечной симметрии идеальной кристаллической решетки в области расположения комплексов определяется но только нарушением симметрии за счет непосредственной замены соответствующих атомов кристалла элементарными дефектами, но и за счет дополнительной дясторсии этой области. Указанная дисторсия способна переориентироваться при низких температурах (по крайней мере вплоть до Т=2К) я кэчестЕенно эквивалентна одноосной деформации вдоль одного из направлений типа <111>, не совпадающих с осью, соединяющей узлы, которым принадлежат дефекты, в случае комплекса '/^йТед5, или не леж&щчх в плоскости типа {110}, содержащей элементарные дефекты, составляющие комплекс Появление преимущественного направления этой дисторсии в части центров, определенным образом ориентированных относительно направления внешнего давления., определяет пьезоспектроскопичесное поведение указанных комплексов.

4. Обнаружено явление двухступенчатого выстраивания комплексов У^Бп^д в условиях одноосного сжатия бдоль некоторых кристаллографических направлений. Показано, что дополнительное выстраивание, проявляющееся в появлении второй ступени роста поляризации при достижении давлением величины ~5 кбар, определяется переходом частя центров, определенным образом ориентированных относительно направления внешнего давления, в конфигурацию, не реализуемую при малых величинах давления. При этом, по-видимому, дополнительная дисторсия принимает направление, яеяащее ь

плоскости типа (110), содержащей компоненты комплекса, в результате чего симметрия этой части комплексов повышается.

5. Обнаружено различие в поведении ФЛ с ho>m4).85 эВ для n-GaAs:Te и n-GaAs:Sn в условиях одноосного сжатия. На основании известных литературных данных и подобия поведения при одноосном давлении указанной полосы и полосы ФЛ с h©m*1.2 эВ в материалах, легированных одним видом примеси, сделан вывод о том, что центры, отвечающие за ФЛ с hom<*0.95 эВ в n-GaAs:Te и п-GaA3;Sn представляют собой комплексы V^Te^ и V^V^Cn^ соответственно.

6. Обнаружены низкотемпературная переориентация в комплексе \'AsvGa^Ai и явление, аналогичное явлению второго выстраивания комплексов V^Sn£a, для комплексов V^4VQ0Sn^a, проявляющееся в резком росте поляризации при достижении давлением величины. "4 кбар. На основании указанных особенностей и вывода о составе этих дефектов предложена модель их пространственного строения.

7. Показано, что симметрийные свойства и пьезоспекгроскопи-ческое поведение ФЛ перечисленных комплексов, содержащих вакансию галлия, в значительной мере близки и могут бить поняты, если предположить; что состояния этих комплексов являются в первом приближении состояниями вакансии галлия, подверженной дис-торсии вдоль одного из направлений типа <111>. В изолированной эта дисторсия способна переориентироваться и иметь любое и? четырех направлений. Влияние других элементарных дефектов, входящих з состав комплекса, сводится к созданию неэквивалентности этих четырех направлений дисторсии.

По теме диссертации опубликованы i следующие работы:

1. Н. С. Аверккев, А, А. Гуткин, Е. Б. Осипов, М. А. Рещи-ков, В, Е. Седов, В. Р. Сосновский. Оптическая анизотропия центре, вызывающего полосу фотолюминесценции с максимумом вблизи 1.18 эВ в GaAs:Te. I Поляризованная фотолюминесценция. Ф'ГП, 1992, т. 26, в. I.e. 50-57.

2. И. С. Аверкиев, А. А. Гуткин, Е. Б. Осипов, М. А. Рещи-ков, В. Б. Седов, В. Р. Сосновский. Оптическая анизотропия центра, рыяывбю^его полосу фотолюминесценции с мак-

- 17 -

симумом вблизи 1.IS эВ в GaAsrTe. II Влияние одноосного давления на фотолюминесценцию центра. ФТП, 1992, т. 26, в. 1,с. 58-66.

3. Н. С. Лверкиев, А. А. Гуткин, Е. В. Осипов, М. Д. Рещи-ков, В. Р. Сосновский. Симметрия комплекса УСдТед5в GaAs и его переориентация при низких температурах. ФТП, 1892, т. 26. в. 7, с< 1269-1281.

1. А. А. Гуткин, М. А. Рещиков, В. Р. Сосновский. Исследование комплекса VQaSn<jQ методами поляризованной фотолюминесценции и пьезсспектроскопии. I Строение комплекса и его переориентация при низких одноосных давлениях. ФТП, 19ЭЗ, т. 27, в. 6, с. 1516-1525.

5. Л. А. Гуткин, М. А. Рещиков, В. Р. Сосновский. Исследование комплекса ^Sn^ методами поляризованной фотолюминесценции и льеэоспектроскопии. II Явление двухступенчатого выстраивания. ФТП, 1993, т. 27, в. 9, с. 15261533.

3. А. А. Гуткин, М. А. Рещиков, В. Р. Сосновский. Явление двухступенчатого выстраивания комплексов низкой симметрии, содержащих вакансию Ga в n-GaAs. Материалы 1 Российской конф. по физике полупроводников, Н.Новгород, 10-14 сент. 1993, Т. 1, с. 97.

7. Н. С. Аверкиев, А. А. Гуткин, М. А. Рещиков, В. Р, Сосновский. Пространственное строение и низкотемпературная переориентация комплексов и VGaSnGQ в GaAs-

териалы 1 Российской конф. по физике полупроводников, Н.Новгород, 10-14 сент. 1993, т. 1, с. 96.

0. N. 3. Averkiev, A. A. Gu'Vin, Е. В. Osipov, М. A. Reah-chikov and V. R. SosnoYskij. Symmetry of V^Tejj complex in GaAs and its reorientation at low temperature. Proc. of the 1st National Conference on Defects in Semiconductors, held in St. Petersburg, Russia, April 2630, 1992, p. 31-37.

9. N. S. Averkiev, A. A. Gutkin, E. B. Osipov, M. А. РезЬ-.hikov, V. E. Sedov and V. R. Sosnovskij. Structure of eV PL band center in GaAs:Те,Sri. Aba. of the l?-th

- 18 -

Int. Conference on Defects in Semiconductors, held in Bethlehem, USA, July 20-28, 1992, p. 293. 10. A. A. Gutkin, M. A. Reshchikov and V. R. Sosnovskij. Phenomenon of two-step alignment of Vrji0lSnQQ complex in GaAs under uniaxial pressure. Abs. of the 17-th Int. Conference on Defects in Semiconductors, held in Graun-den, Austria. July 18-23, 1993.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. П. П. Феофилов. Поляризованная люминесценция атомов, молекул и кристаллов. М., Фигматгиз, 1958, 288 с.

2. Е. Б. Оскпоб. Феноменологические модели глубоких примесных центров в полупроводниках. Дис. на соиск. уч. степ. док. физ.-мат. наук. С.-Пб., ФТИ им А. Ф. Иоффе, 1991, 295 с.

3. Y. Q. Jia, Н. J. von Bardeleben, D. Stivenard and С. Dele-rue. Electron-paramagnetic-resonans obsevation of gallium vacancy in electron-irradioted p-type GaAs. Phys. Rev. В.,

mz, /v. ц J p. и>чг- 1*>4Я

ГТП ГЛИФ, зак.152, тир. 100, уч.-изд.л.0,9; 14/Ш-1994Г. Бесплатно